黄土状粉质壤土工程性质试验研究

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1、黄土状粉质壤土工程性质试验研究第一章绪论1.1引言黄土状粉质壤土是第四系上更新统冲积层(alQ3)的一种岩性土，其地层特征为灰黄色，以粉粒为主，粘粒含量较低，地下水位以上呈可塑状，地下水位以下呈软可塑状。含零星韩质结核，粒径1-4cm。本文土样于中国水电第十一工程局有限公司的南水北调中线穿黄工程I标退水洞。穿黄工程目标退水洞全长790m，自2.007年6月底开始从出口方向掘进，至2007年11月15日进尺96.84m,平均月只有进尺21m，造成工期严重滞后。退水洞进口侧段(360m)險洞围土为alQ3黄土状粉质壤土，險洞衬砌后断

2、面为带仰拱的城门洞型，断面尺寸4.20X5.80m(宽X高)，标准洞身，该段沿线地下水位140~132m，高出險洞底板29.5m左右，土体渗透系数1.0Xl(r5~1.0Xl(r6(cm/s),土体自然状态下呈可塑?软塑状，强度低。开挖后由于应力状态的改变，产生卸载变形，主要表现为两侧边墙土体泥化，侧压力增大，边墙支护结构收敛变形严重，进而引起顶拱支护结构下沉。并因饱和土体强度低，險洞出现渗水，溜坊，呈流塑状态，破坏持续时间较短⑴。为减少隧洞围土的变形、提高强度，首先需采用降水措施，然而开挖前及开挖过程中采取真空深井降水、超前水

3、平排水等措施，排水效果均不佳，土体具有很强的持水性。但在开挖險洞后，却不断的有水从下部渗出，致使坑底土体变成流塑状态，上部土体失去支撑而将場。导致稳定性本身就很差的围土，迅速发生破坏，自稳时间很短。所有上述现象，均是由于饱和粉质壤土的特性所决定的。针对黄土状粉质壤土围土变形大，强度低，降水难等工程难题，对该种围土进行系统的研究是非常有必要的。黄土状粉质壤土工程性质研究不仅可以有效指导现场施工，加快工期进度；而且可以为设计提供参考资料。.1.2国内外研究现状无论是在人才培养中，还是在土力学理论研究，试验及测试是不可缺少的训练环节。

4、试验和观测是认识和揭示土的力学规律与机理的基本途径，是检验和验证模型和计算结果的唯一标准，是数值计算和理论模型中参数确定的重要手段，也是岩土工程进行反分析和信息化设计施工的基础。土工试验的重要性源于土体本身的复杂性。由于土力学性质的复杂性，土层分布的随机性，土工问题中条件的多变性，使得土力学成为一门充满了感性的学科。解决土工问题的基本手段就是试验、测试和经验的积累，是基本理论概念与工程实践的结合。目前关于粉土的固结系数随固结应力水平的研究分析不多，主要集中在软粘土的研究。林鹏[3]等对沉积游泥土进行试验研究发现当固结压力大于前期

5、固结压力时，固结系数随固结压力增大而增大，反之，随着固结压力增大而减小；马驯[4]等进行吹填游泥土试验，得到正常固结土，固结系数随固结应力先增大后减小；对超固结土，固结系数随固结应力的增大而增大；王宏光[5]等对游泥质粉质粘土试验研究得到随着固结压力的增大，固结系数逐渐增大，当固结压力大于200kPa时，固结系数随固结压力增大逐渐减小，固结系数在固结压力超过400kPa时趋于稳定。.第二章黄土状粉质壤土物理、力学性质试验研究2.1黄土状粉质壌土的物理性质研究通过现场调查和走访，根据现场实际情况和饱和粉质壤土易产生扰动破坏的特点，

6、在施工掌子面处釆取原状土进行含水量及密度试验，并取扰动样300kg在室内进行试验研究，现场取样发现局部存在中粗砂尖灭层。密度、土粒比重和含水率是土的三项基本物理性质指标。按照规范要求，分别对原状土样进行密度试验、土的性质主要取决于土粒和水相互作用的状态，土体的含水量的不同，可使土处于坚硬、可塑、或流动状态。为了进一步对黄土状粉质壤土进行分类，需要对围土的软硬程度进行测试，因此分别采用锥式仪法和搓条法测得该土的液限和塑限。采用6组平行试验方法，试验结果如表2-3所示。.2.2黄土状粉质壤土的力学性质试验研究由黄土状粉质壤土的物理试

7、验可知，其具有含水量高，颗粒级配不良，并处于流塑状态的特性；而现场工程实践中该围土存在排水难、强度低和稳定性差等难题，论文准备从如下几个方面进行研究：(1)进行饱和粉质壤土的压缩、固结试验和渗透试验，压缩过程中空隙体积是不断变化的，又进行了不同孔隙比的渗透试验，不同固结压力下的固结试验，从而了解黄土状粉质壤土的渗透性和固结特性。(2)原状含水率下进行直剪试验和三轴剪切试验，对比两种试验方法得到抗剪强度指标的异同。(3)进行不同含水率下的直剪试验和不固结不排水三轴试验，得到粉质壤土的力学参数，分析含水率对抗剪强度指标的影响。(4)

8、通过对饱和粉质壤土的固结不排水试验(固结快剪)，希望了解饱和粉质壤土在固结后的抗剪强度值和含水量变化情况。..第三章穿黄隧道围土模型试验研究..........383.1模型试验模型比的计算.........383.2模型试验.........383.2.1模型