郑西高速铁路豫西段黄土现场浸水自重湿陷特征研究_武小鹏

2012 年
线，尤其是陕西华县以东的台塬和大型河流高阶地 的黄土研究资料比较欠缺，这一区域很少进行现场 试坑浸水试验，因此，对黄土浸水后的变形性质等 参数缺乏现场试验研究资料。当地建筑及前几年修 建的高速公路等工程中对黄土的一些关键设计参数 大都根据经验取用[1]。 为此在郑西高速铁路建设前， 中铁西北科学研究院等单位在郑西高速铁路沿线典 型黄土场地共进行了9个现场试坑浸水试验。 本文选 取其中位于河南省灵宝县境内的 DK315+650 试验 场的试验资料，研究自重湿陷性黄土场地浸水后的 变形特征。
层号 ① ② ③ ④ ⑤
层名 砂质黄土
层厚 /m 2.3
地质 年代
地层描述
Q3 浅黄色，稍湿，稍密，含白色钙丝 Q3 棕红色，稍湿，硬塑 Q3 Q3 Q3 浅黄色，稍湿，稍密，针孔结构， 偶见蜗牛壳和白色钙丝 白色～浅黄色，稍湿，松散，粒径 均匀 浅黄色，稍湿～湿，稍密～中密， 16 m 附近夹有薄层中粗砂
收稿日期：2010-12-16 基金项目：铁道部科技研究开发计划项目 (No. 2005K001-B-1)。 第一作者简介：武小鹏，男，1978 年生，博士研究生，工程师，主要从事特殊土地基路基的研究工作。E-mail: gslzwxp@126.com
1770
岩
土
力
学 表 1 试验场地地层情况 Table 1 Strata conditions of test site
（1.兰州大学 土木工程与力学学院，兰州 730000；2.中铁西北科学研究院有限公司，兰州 730000；3.浙江大学 宁波理工学院，宁波 315100）
摘 要：通过现场浸水试验，研究了郑西高速铁路豫西段典型黄土场地浸水后的自重湿陷特征，分析了湿陷土层深度随浸水 时间的演化规律，判定了浸水水平向影响范围。研究表明：浸水边界对沉降的影响十分明显，浸水后的湿陷速率呈现出慢快-慢直至稳定的特点，在浸水 10 d 后已完成总沉降量的 60%，浸水 30 d 时完成总沉降量的约 90%；该场地实测因地区土质 而异的修正系数 0 为 1.30，大于规范推荐的 0.9，说明该地区黄土的湿陷程度比以往认识地更为强烈；该场地自重湿陷土层 下限深度室内试验值是 19 m，而现场实测值是 16 m，前者是后者的 1.2 倍。通过综合判定，该场地浸水后的湿陷变形范围 为距试坑边缘 20 m，与试坑的直径相当，建议在郑西高速铁路沿线此类黄土场地，线路两侧 20 m 范围内不得积水。该研究 成果已在郑西高速铁路建设中得到应用，也可为该地区类似工程提供参考。 关 键 词：郑西高速铁路；自重湿陷性黄土；现场浸水试验；湿陷特征 中图分类号：TU 444 文献标识码：A
(1.School of Civil Engineering and Mechanics, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2. Northwest Research Institute Co., Ltd. of China Railway Engineering Corporation, Lanzhou 730000, China; 3. Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo, Zhejiang 315100, China)
B B15 N50W JS3
A5 N'20 TJ-1 A4 N'17 18.5 L22 A3 N'14 A2 N'11 6 L15 A1N' L8 L2 18 L12 Z0 L L' L C1 C2 N 20 M' 4 C3 B1 B2 C4 L'22 B3 N 17 M' 10 C5 B4 N14 地面浅标点测线 'M 13 B5 C6 M' C7 16 N 11 C8 B6 C9 B7 M'19 N6 C10 B8 B9 C11 B10 M' C12 N B11 C13 B12 B13 C14 TJ-2 B14 C15 22.2 C 深层标点测线 N70E
[3] [3]
ZD1 A
4
JS1 图例： 深标点（L2—编号，数字为深度，单位为 m） 浅标点（A1—编号） 渗水孔 TJ-1 探井编号 18.5 开挖深度/ m JS1 基准点（JS1—编号） ZD1 固定观测点（ZD1—编号）
A14 A13
0
5
10 m
2×3 1×5
A12 A11 A1பைடு நூலகம் A9 A8 A7 A6 N'
Abstract: This paper makes a study of the collapsible characteristics under overburden pressure of the Western Henan loess along Zhengzhou-Xi'an high-speed railway by field experiment. The developing process in the depth of loess collapsibility under overburden pressure and the collapsible horizontal distance have also been analyzed. The results show that: the influence of soaking boundary on collapse is very clear; but collapsible rate shows a slow-fast-slow-until-stable tendency, with 60% of the total settlement immersed for 10 days and 90% for 30 days. The 0 of the site is 1.30, greater than the recommended 0.9 by the code. The results show that the extent of collapsibility of this region is more intense than that of general knowledge. In the site, loess collapse under overburden pressure maximum depth laboratory test value is 19 m; and field test value is 16 m, the former is 1.2 times the latter. The collapsible horizontal distance out of the test pit is 20 m, similar with the diameter of the test pit. Therefore, no water should be kept within 20 m from the embankment toe. The research results have been applied to the Zhengzhou-Xi'an high-speed railway construction, and can be taken as reference for similar projects in this region. Key words: Zhengzhou-Xi'an high-speed railway; loess collapsibility under overburden pressure; field immersion test; collapsible characteristics
的关系。从图 4 可知，在浸水 10 d 时完成总沉降量 的约 60%， 浸水 32 d 时完成总沉降量的约 90%， 停 水后的附加湿陷量很小，占总沉降量的 1%。 试坑浸水试验总体情况见表 2。
3.1 地表沉降特征分析 沉降曲线，其中 Z0 位于试坑中心，C6 位于试坑外 距试坑边缘 0.5 m 处；图 3 是地表累计沉降量随时 间变化曲线，表 2 列出了试坑浸水试验的总体情 况。 由图 2、3 和表 2 可知： （1）浸水期间标点沉降可分为以下几个阶段： 初期平缓段，沉降速度（单位时间沉降）较小，累 计沉降曲线较平缓， 这个过程大约历时 1 d； 陡降段， 从浸水第 2 d 开始，沉降速率逐渐加剧，累计沉降 曲线斜率较大，到第 5 d 每天沉降量达到最大值 6.92 cm；过渡段，沉降速率减缓，单位时间沉降曲 线上出现拐点，累计沉降曲线曲率变大，这个过程 持续大约 20 d； 中期平缓段， 沉降速度小且较稳定， 累计沉降曲线较平缓，这个过程持续时间最长，约 占整个浸水时间的 2/3。总而言之，黄土场地湿陷
Study of immersion collapsible characteristics under overburden pressure of Western Henan loess along Zhengzhou-Xi'an high-speed railway
WU Xiao-peng1, 2，XIONG Zhi-wen2，WANG Xiao-jun3，QU Yao-hui2
2
试验工程简介
根据《湿陷性黄土地区建筑规范》 （ GB50025
2.1 试验场地的岩土工程条件 －2004） ，该试验场地位于中国湿陷性黄土工程 地质分区中的Ⅲ区，即“关中地区” ，在缺乏实测资 料时 0 （因地区土质而异）取 0.90 。场地高程为 361 m，地势平坦，地形开阔，地貌单元为渭河Ⅱ 级阶地，地下水位埋深大于 22 m。根据探井资料， 该试验场地 22 m 深度范围内，地层主要为 Q3 砂质 黄土，14 m 以下夹有薄层粉砂和中粗砂，22 m 深 度范围内由上往下地层情况见表 1。
2 1.5×4
M M4 M10 M13 M 16 M 19 L'8L'2 L'18L' 12 15L'
浸水坑直径为 20 m
2
ZD2
JS3
图 1 试坑平面图 Fig.1 Plan of test pit
第6期
武小鹏等：郑西高速铁路豫西段黄土现场浸水自重湿陷特征研究
1771
3
试验结果及分析
图 2 是试坑内外典型标点地表单位时间（d）
第 33 卷第 6 期 2012 年 6 月
文章编号： 1000－7598－(2012) 06－1769－05
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.33 No.6 Jun. 2012
郑西高速铁路豫西段黄土现场浸水 自重湿陷特征研究
武小鹏 1, 2，熊治文 2，王小军 3，屈耀辉 2
黏质黄土 0.6～1.2 砂质黄土 11.0～13.0 粉砂 砂质黄土 0.4～0.6 >6.7
2.2 试验设计 依据探井试验资料，该试验场地自重湿陷性黄 土下限深度为 19 m，因此，试坑设计为直径 20 m 的圆形。 共布设测点 78 个， 其中试坑内地表设浅标 点 16 个，试坑外地表设浅标点 30 个；试坑内设深 标点 32 个，最深的深标点设至 22 m。在试坑内均 匀布设 4 个渗水孔，深度为 20 m。测点及渗水孔的 平面布置详见图 1。 试验从开始浸水至停止共持续观测 81 d，其中 浸水 71 d，停水后观测 10 d。试验过程中每天均对 深、浅标点采用 DL-111C 型电子水准仪进行观测， 观测精度达到 0.1 mm。试验停止浸水条件和沉降 稳定标准根据《湿陷性黄土地区建筑规范》 （GB50025－2004）[3] 的有关规定进行。
1
引
言
要求，如何针对湿陷性黄土的特殊工程性质采取可 靠的工程措施，以确保基础工程的安全稳定，是湿 陷性黄土地区客运专线建设必须解决的技术难题[2]。 我国以往对黄土的研究重点多集中在关中以西，如 陇西黄土等性质典型的地域。对郑西高速铁路沿
新建郑西高速铁路全长484.518 km，沿线湿陷 性黄土分布广泛，约占全线总长的65% [1]。客运专 线建设对湿陷性黄土区铁路工程技术提出了更高的