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1、-.z.浅谈对黄土的理解 1.湿陷性土的概念：湿陷性土是指那些非饱和的构造不稳定的土，在一定压力下受水浸湿时，其构造迅速破坏，并发生显著的下沉。在划分指标上规定，在 200kPa 压力下，浸水载荷试验的湿陷量与承压板宽度之比大于0.023 的土应判别为湿陷性土，包括湿陷性黄土、砂土和碎石土、湿陷性填土、冲填土、由花岗岩和其他酸性岩浆岩风化而成的残积土等，此外，还有来源于火山灰沉积物、石膏质土、由可溶盐土胶结的松散砂、分散性粘土，钠蒙脱石粘土以及*些盐渍土等。其中又以湿陷性黄土为主，工程上判别湿陷性黄土的标准常用湿陷系数S0.015，这与前述 0.023 标准其实是一致的。湿陷性土按其岩性、产状
2、、分布特征及研究程度可分为两类：湿陷性黄土和其它湿陷性土。湿陷性黄土在我国研究已有 30 多年的历史，由于其分布区内，国家建立工程及农田、交通、水利工程较多，所以对它的研究程度较深，目前我国对湿陷性黄土的研究属世界领先水平，已有成熟的评价原则及方法，建筑经历丰富，处理对策成熟。而对其他湿陷性土的研究工作尚不多，在工程评价及对策上借用湿陷性黄土的处理原则。2.黄土的成因 黄土的成因是一个热烈争论，尚未解决的问题。一般认为，黄土是在一定的自然条件下，由不同的物质来源，受不同的地质作用，分布在不同的地貌单元上的多种成因的堆积物。我国黄土主要是风积成-.z.因类型，也有冲积、洪积、坡积、冰水沉积等成因
3、类型。3.黄土按成因分类:黄土是一种产生于第四纪地质历史时期干旱条件下的沉积物，它的内部物质成分和外部形态特征都不同于同时期的其他沉积物。分为原生黄土和次生黄土。原生黄土:凡以风力搬运沉积又没有经过次生扰动的、无层理的黄色粉质、含碳酸盐类并具有肉眼可见的、大孔的土状沉积物称为黄土也称为原生黄土。次生黄土：原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的、黄色的、又常具有层理和夹有砂、砾石层的土状沉积物称为黄土状土也称为次生黄土。4.黄土按遇水后的工程性质分类:黄土按遇水后的工程性质表现，则可分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土两类。非湿陷性黄土地基的设计和施工与一般粘性土地基无甚差异，而湿陷性黄土地基的设
4、计和施工却与一般粘性土地基有着本质的区别。后面讨论的均指与工程建立关系密切的湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性和非自重湿陷性黄土两种。5.黄土按形成时代早晚分类:黄土按形成时代早晚分为老黄土与新黄土两种。我国黄土的形成时期很长，贯穿了整个第四纪地质时期。老黄土是指早更新世形成的黄土简称 Q1黄土或午城黄土和中更新世形成的黄土简称 Q2黄土或*黄土；新黄土是指晚更新世形成的黄土简称 Q3黄土或午城-.z.黄土和全新世形成的黄土简称 Q4黄土。在 Q4黄土中大约在 500年内形成的黄土称为新近堆积黄土。黄土形成的年代愈久，土愈均匀致密，压缩性低而强度高，且湿陷性减小直至无湿陷性。黄土按时代早晚
5、进展的地层分类详见表 1 表 1 黄土按时代进展的地层划分 时 代 地层的划分 说 明 全新世(Q4)黄土 新黄土 次生黄土 黄土状土 一般具湿陷性,有大孔、虫孔,有时有人类活动遗物,节理不发育或无节理 晚更新世(Q3)黄土 原生黄土 马兰黄土 一般具湿陷性,大孔发育,易产生天然桥及陷穴,具垂直节理 中更新世(Q2)黄土 老黄土*黄土 上部局部土层具湿陷性,有少量大孔,具柱状节理,抗侵蚀能力强 早更新世(Q1)黄土 午城黄土 不具湿陷性,无大孔,柱状节理发育,土质严密至坚硬 注：全新世(Q4)黄土包括湿陷性(Q41)黄土和新近堆积(Q42)黄土 6.湿陷性黄土对建筑物产生的危害 湿陷性是黄土地
6、基特有的工程地质特性，在工程建立中，如果我们对黄土湿陷性认识缺乏，未能采取很好的防水措施、地基处理措施和构造措施，或缺乏正确、可靠的评价，致使地基一但浸水，会使*些工程工程出现事故，如：1.建筑物产生不均匀沉降，使建筑物产生大量裂缝，影响建筑物的正常使用。2.使建筑物沉降过大，或产生倾斜过大，影响了建筑物的外观及正常使用。3.使地下管道破裂，地面下陷，产生地裂缝。4.因浸水使黄土产生湿陷、造成黄土的强度降低，产生建筑基-.z.坑的失稳，影响基坑周边建筑物和地下管道的平安。5.因浸水使黄土产生附加湿陷，对桩根底产生负的摩擦阻力，使桩的承载力不能满足要求而产生工程事故。6.因地下水位上升使黄土产生
7、湿陷、造成黄土的强度降低，引起黄土本身或它与下伏地层接触面上的滑坡，也能使原已稳定的边坡会重新产生滑坡，使边坡上的建筑物受到破坏，人员生命受到威胁。由此可见，因黄土湿陷会产生很严重的工程事故，影响很坏，会给国家和人民的生命财产带来无法挽回的损失。7.黄土和黄土状土以下统称为黄土的分布范围 从湿陷性黄土的分布特征来看，它主要受地理位置和气候条件制约，一般均属于干旱及半干旱气候类型，降雨量少，蒸发量大，年降雨量一般小于 500。在年降雨量大于 750 的地区，一般不存在湿陷性土。目前黄土在全世界分布面积达 1300 万 km2,约占陆地总面积的9.3%。我国黄土面积约 64 万 km2，占我国陆地
8、总面积的 6.58%，地理位置约在北纬 3048之间，而以 3445之间最为发育，其中黄土状土面积约 20 万 km2，黄土面积约 44 万 km2。黄土中湿陷性黄土约38 万 km2，约占我国黄土总面积的 60%左右。主发分布于黄河中游，即*西部、*南部，*和*的大局部，其次是*、*、*的局部地区，此外，*维吾尔自治区、*、*等省也有局局部布。我国的国家标准湿陷性黄土地区建筑标准GB 50025-2004(以下简称黄土标准),给出-.z.了我国湿陷性黄土工程地质分区略图,把黄土按工程地质特性分为七个大区根本上是按湿陷性强弱程度排列的，并给出每个区的湿陷性黄土的地貌概况、黄土层厚度、地下水埋深
9、、各项物理力学性质指标，及特征简述。我国各地黄土的厚度不一，一般来说，高原上的厚度要比河谷地区的为大，如陕甘黄土高原上的黄土厚达 100200m，而河谷地区I、II 级阶地上一般只有几米或十几米。黄土高原以老黄土为主体，而覆盖在它上面的湿陷性新黄土一般只占问厚度的 1/101/3。河谷地区的黄土层常缺失老黄土，主要由新黄土组成。掌握我国湿陷性黄土工程地质分区略图的意义：我国湿陷性黄土工程地质分区略图是说明湿陷性黄土在我国分布的宏观概况，通过工程实践证明它根本上反映了我国湿陷性黄土在各地区的特征，方向是正确的。它使人们对全国范围内的湿陷性黄土和分布有一个概括的认识和了解，对我们日常的勘察、设计、
10、施工具有非常重要的指导意义。例如：当我们承受一个新的勘察设计任务时，根据场区的地理位置和湿陷性黄土工程地质分区略图，我们可以知道该场区是否在湿陷性黄土分布范围内，从而决定我们的勘察设计工作是按照黄土地区原则还是按照一般粘性土的设计原则来做，从而使我们的工作可以提前做到有的放矢，实事求是，否则就会偏离实际，酿成事故。我国湿陷性黄土工程地质分区略图中所标明的湿陷性黄土层厚度和上下阶地的湿陷系数平均值，大多数资料的收集和整理源于建筑-.z.物集中的城镇区，而对于该区台塬、大的冲积扇、河漫滩等地貌单元的资料或湿陷性黄土层厚度与湿陷系数值，则应查阅当地的工程地质资料或分区详图。8.湿陷性黄土的特性 湿陷
11、性黄土具有与一般粘性土和粉土不同的特性，主要如下：1.一般在自然界用肉眼即可见土中有大孔隙。2.在一定压力作用下受水浸湿后，土的构造迅速被破坏并发生显著附加下沉的现象。3.天然孔隙比 e 较大，大多数一般在 1.01.1 之间，随深度而减小。孔隙比是影响黄土湿陷性的主要指标之一，在其它条件一样时，土的孔隙比越大，湿陷性越强。4.颗粒组成以粉粒为主，常在 60%以上。当粘土粒的含量增多时，特别是当粒径小于 0.001 的土粒含量大于 20%时并均匀分布在骨架颗粒之间又具有较大的胶结作用时，则土的湿陷性愈弱。5.含有大量的可溶盐，如碳酸钙、石膏、氯化物、硫酸盐和重碳酸盐等。可溶盐的含量与土的 PH
12、 值有关，一般来说，黄土中碳酸钙的含量愈大并以薄膜分布与粘土颗粒混在一起而具有胶结作用时，石膏及可溶盐含量愈大时，PH 值愈大时，则黄土的湿陷性愈强。6.颜色通常为黄色或褐黄色，只有老黄土略带有红色。7.天然剖面一般多形成垂直节理，多形成陡壁。8.天然含水量低，一般 w 为 10%20%，含水量低时，湿陷性强烈，但土的承载力很高，随含水量的增加，湿陷性逐渐减弱当含水-.z.量23%时，土已不具有湿陷性或湿陷性轻微，但土的承载力却大幅度降低。当含水量一样时，黄土的湿陷变形量将随浸湿程度的增加而增大。9.塑性指数中偏低，Ip一般为 713，多属粉土或粉质粘土。压缩系数为 0.20.6，属中、高压缩
13、性土。天然重度小，多为 14.016.5KN/m3，10.饱和度低，且随着饱和度的增大，湿陷性逐渐减小，*地区当饱和度 Sr75%时,土已不具湿陷性。11.液限值,液限指标是决定黄土性质的另一个重要指标，当液限在 30%以上时，黄土的湿陷性较弱，且多为非自重湿陷性黄土。当液限小于 30%时，则湿陷性一般较强烈。液限越高，黄土的承载力也越高。12.抗剪强度受水的影响因素大，其值变化范围较大。当黄土的含水量低于塑限时，水分变化对强度的影响最大，随含水量的增加，土的强度降低较多，但当含水量大于塑限时，含水量对抗剪强度的影响减小，而超过饱和含水量时，抗剪强度的变化就不大。当黄土的含水量一样时，则土的干
14、重度越大，其抗剪强度也越高。浸水湿陷性过程中土的抗剪强度降低最多，当湿陷完毕后，此时土的含水量虽然很高，但抗剪强度却高于湿陷过程。因此在地下水位变动带时，其抗剪强度最低，而地下水位以下的黄土其抗剪强度反而高些。9.黄土的湿陷原因 黄土的湿陷现象是一个复杂的地质、物理、化学过程，对其湿陷-.z.的原因和机理，半个世纪来一直是国内外岩土工程工作者所探求的重要课题，虽然已提出了多种不同的理论和假说，如毛细管假说、溶盐假说、胶体缺乏假说、水膜楔入假说、欠压密理论和构造学说。但至今尚未得到一种大家公认的理论能够充分地解释所有的湿陷现象和本质。下面简单介绍一下被公认为能比较合理解释湿陷现象的欠压密理论、溶
15、盐假说和构造学说。1.黄土的欠压密理论：黄土的欠压密理论认为，在干旱、少雨的气候条件下，黄土沉积过程中水分不断蒸发，土粒间的盐类析出，胶体凝固，形成固化粘聚力，从而阻止了上面的土对下面的土的压密作用而成为欠压密状态，时间长了，堆积的欠压密土层越来越厚，因而形成了这种高孔隙比、低湿度的湿陷黄土。一旦水浸入较深，固化粘聚力消失，就产生了湿陷。2.溶盐假说：溶盐假说认为，黄土湿陷性原因是由于黄土中存在大量的易溶盐。当黄土中含水量较低时，易溶盐溶解，胶结作用丧失，产生湿陷。但溶盐假说并不能解释所有的湿陷现象，例如我国湿陷性黄土中易溶盐含量就较少。3.构造学说：构造学说认为，黄土湿陷的根本原因是由于湿陷
16、性黄土所具有的特殊构造体系所造成的。这种构造体系是由集粒和碎屑组成的骨架颗粒相互连接形成的一种粒状架空构造体系，颗粒间的连接强度是在干-.z.旱、半干旱条件下形成的，来源于上覆土重的压密，少量的水在粒间接触处形成的毛管压力，粒间电分子力，粒间摩擦力及少量胶结物质的固化粘聚等。该构造体系在水各外荷载共同作用下，必然导致连接强度降低、连接点破坏，使整个构造体系失去稳定。尽管解释黄土湿陷原因的观点各异，但从上面归纳起来可以分为外因和内因两方面。黄土受水浸湿和荷载作用是湿陷发生的外因，黄土的构造特征及物质成分是产生湿陷性的内在原因。10.影响黄土的湿陷性的因素 影响黄土湿陷性的因素来自组成黄土的物质成
17、分和其特殊构造。在组成黄土的物质成分中，粘粒含量对湿陷性有一定影响，一般粘粒含量越多湿陷性越小，我国黄土湿陷性存在着由西北向东南递减的趋势，这与自西北向东南方向砂粒含量减少而粘粒含量增多情况是一致的。另外黄土中盐类及其存在状态对湿陷性有直接影响，如以较难溶解的碳酸钙含量为主，则湿陷性减弱，而以其他碳酸盐、硫酸盐和氯化物等易溶盐含量越多，则湿陷性越强。黄土的湿陷性与孔隙比和含水量大小有关。天然孔隙比越大，或天然含水量越小则湿陷性越强。黄土的湿陷性还与外加压力有关，外加压力大湿陷量也显著增加，但当压力超过*一数值时，再增加压力，湿陷量反而减少。11.湿陷性黄土地区勘察时的布孔原则与一般粘性土的区别
18、 湿陷性黄土地区勘察时勘探点间距应按国家标准岩土工程勘察标准(GB50021-2001)的规定取小值。主要思路是由于在有湿陷性黄-.z.土这种特殊土分布的勘察场地，其地形地貌、地质条件比较特殊，土层产状多较复杂，所以勘探点间距不宜过大，因此取国家标准岩土工程勘察标准(GB50021-2001)中的小值，对湿陷性土分布不均匀的场地还应再加密勘探点。12.湿陷性黄土地区勘察时原状样的采取 黄土标准中规定采取不扰动土样，必须保持其天然湿度、密度和构造，并应符合 I 级土样质量的要求，取土勘探点中应有足够数量的探井，其数量应取土勘探点总数的 1/31/2，并不宜少于 3 个，探井的深度宜穿透湿陷性黄土
19、层。因为只有 I 级土样才可用于进展湿陷性黄土的定名、含水量，密度、压缩性、湿陷系数等，因此黄土试样的质量等级必须是 I 级。在湿陷性黄土地区进展工程地质勘探，如何保证原状土的取样质量，是一个非常突出的问题，因为土样的质量直接关系着湿陷性评价的正确性。过去，在黄土地区钻孔中采取直径为 100 的原状土样，实践发现，一般均有较大程度的扰动，室内试验确定的湿陷等级偏小。正反两方面的经历一再证明，探井是保证取得 I 级湿陷性黄土土样质量的主要手段，国内、国外都是如此。因此，基于在探井取样能比较好的保证土样质量这一认识，黄土标准加强了对采取土试样的要求，要求布置一定数量的探井。但在黄土地区进展探井取样
20、时也有一些缺点，如较费时费力，特别是在松散的湿陷性土层中挖探井时，有一定的危险性，易造成缺氧窒息、塌孔埋人事故，因此在勘察时应采用钻探取样与探井取样相配-.z.合，或以一定数量的探井取样作为比照。黄土标准允许在“有足够数量的探井的前提下，用钻孔采取土试样。但宜使用带内衬的黄土薄壁取土器内径为 120 ，采用合理的钻井工艺，保证拟取的土试样不受钻进影响，严格按照黄土标准附录 D 中“钻孔内采取不扰动土样的操作要点的规定执行，这样能做到钻孔中的土样与探井中的土样的试验结果很接近。湿陷性黄土中钻进时要求“一米三钻的操作要点是指：取样间隔为 1m 时，第一钻进尺为 0.50.6m，第二钻进尺为 0.2
21、0.3m，第三钻取土样。当取样间距大于 1m 时，其下部 1m 深度范围内仍按上述方法操作。13.新近堆积(Q42)黄土 在Q4黄土中大约在500年内形成的黄土称为新近堆积(Q42)黄土。其成因主要为坡积、重力堆积和洪积。土层厚度从 1.2m 到 10m 左右，多处于地表，受自然条件影响较大，它的堆积年代很短，成岩作用差，土质疏松，构造强度很低，所以虽然也和马兰黄土同样被看作为新黄土，但它们在力学性质上的差异远较它们在外貌和物理性质上的差异为大。与一般湿陷性黄土相比，新近堆积(Q42)黄土的主要特点是(1)具有略高于 Q3黄土的含水量多在 20%左右，含粘土粒较多;(2)土的固结成岩作用差,大
22、都具有高压缩性,且压缩系数的峰值多在小压力下 0100kPa 或 50150kPa 出现,在 0200kPa 压力下的压缩曲线为前陡后缓,与 Q3黄土的前缓后陡有明显区别，Q3黄土是在 100200kPa 压-.z.力段压缩性的变化增大，在小压力下变形不大；(3)液限多在 30%以下；(4)由于其成因特征和受地形条件的限制，在同一场地、同一地貌单元新近堆积黄土的土性很不均匀，沿平面或深度变化范围较大，湿陷性很不一致，有的还具有自重湿陷性，承载力很低，相当于比例界限的强度往往只有 75kPa 左右或更小。新近堆积黄土的鉴别方法，可分为现场鉴别和按室内试验的指标鉴别。现场鉴别是根据场地所处地貌部位
23、、土的外观特征进展定性鉴别；按室内试验的指标鉴别是定量判别。新近堆积黄土一定要细心观察，根据现场鉴别和按室内试验的指标鉴别的规定进展准确判定，否则如果将其按一般湿陷性黄土对待，就会对地基土做出错误的评价，酿成工程事故。14.饱和黄土 饱和黄土在工程地质手册 第三版 的定义为：饱和度大于 80%和湿陷性已经退化了的黄土。饱和黄土根据其浸湿后所承受的历史应力作用情况分为两类：一类饱和黄土是早期受水浸湿或湿陷过的黄土，经受了长期较大上覆土自重应力或外来附加应力的充分压密作用，土的孔隙比已明显降低，湿陷性黄土的大孔隙构造已被改变到接近一般粘性土。高压固结试验结果说明，这类土已成为超压密状态，土的压缩性
24、已大大降低，密度明显增大，承载力提高。不但目前土不具湿陷性，即使将来再度湿水，其湿陷性也不会恢复。认为可以按一般粘性土地基对待，但这类饱和黄土的孔隙比也会很大，其承载力特征值也不会很高。-.z.另一类饱和黄土是指原具有较高湿陷性的新黄土由于近期内浸水饱和如由于地下水位上升后，未经过较长时间大的上覆压力的压密作用，土的湿陷性虽以退化，但湿陷性黄土的大孔隙仍根本保存完整，土的构造也未因浸水而彻底破坏，在今后新增加的荷载作用下，会产生较大的压缩变形。高压固结试验结果说明，这种土往往属于欠压密状态，其固结比一般小于 1 或在 1 左右。土的工程性质很差，含水量很高，经常处于软塑至流塑状态，承载力很低，
25、地基压缩变形大。此类土多位于湿陷性土层的地下水位变化带和毛细带范围内，或局部受水浸湿过的地段。土的一个明显特点是，当其含水量再度降低到饱和度小于 70%时，由于其大孔隙构造仍保存完整，土的湿陷性还会有所恢复。这类饱和黄土与一般饱和粘性土或淤泥质土又有区别，如一般饱和粘性土或淤泥质土的含水量一般为 36%75%，而饱和黄土的最高含水量却只有极少数到达 36%，差异很大。因此这类黄土的承载力特征值不能按一般粘性土来套用。此外，总体上说，饱和黄土地基上建筑物的设计和施工，在原则上，可按一般软土地基对待。由于其湿陷性已消失，并常转化为高压缩性，应考虑压缩变形的计算。在工程勘察中一定要搞清楚饱和黄土的类
26、型，给出正确的评价。黄土标准中在计算湿陷性黄土的饱和密度时，饱和度一般取为85%，我个人认为：因为在现场实际情况并不是饱和度到达 100%时才发生湿陷现象，在饱和度为 85%时的湿陷程度与饱和度为 100%时的湿陷程度已相差不大，因此用饱和度为 85%时的密度作为饱和黄土的饱-.z.和密度。15.测定湿陷系数s的试验压力 黄土标准规定测定湿陷系数s的试验压力，应自根底底面如基底标高不确定时，应自地面下 1.5m算起：1).基底下 10m 以内的土层应用 200kPa，10m 以下至非湿陷性黄土层顶面，应用其上覆土的饱和自重压力当大于 300 kPa 压力时，仍用 300kPa；2).当基底压力
27、大于 300kPa 时，宜用实际压力；3).对压缩性较高的新近堆积黄土，基底下 5m 以内的土层宜用100150kPa，510m 和 10m 以下至非湿陷性黄土层顶面，应分别用 200kPa 和上覆土的饱和自重压力。根据多年的实践证明，一般建筑基底下 10m 内的附加压力与土的自重压力之和接近 200kPa，10m 以下附加压力很小，忽略不计，主要是上覆土的自重压力。如果地下深部的土层也按其上覆土的饱和自重压力测定自重湿陷系数，自重湿陷性黄土层的厚度必然会很大，而自上向下浸水的可能性和危害性如何都是值得进一步研究的问题，考虑上述情况，在测定自重湿陷系数时，当上覆土的饱和自重压力大于 300kP
28、a 时，仍用 300kPa 压力测定自重湿陷系数，因此当以湿陷性系数s判定黄土湿陷性时，应用黄土标准中的试验压力，可以使湿陷性黄土层深度的下限不致随土自重压力增加而增大，且勘察试验工作量也有所减少。基底下 10m 以下至非湿陷性黄土层顶面，用其上覆土的饱和自-.z.重压力测定的自重湿陷系数值，既可用于自重湿陷量的计算，也可取代湿陷系数s用于湿陷量的计算，从而解决了基底下 10m 以下，用300kPa 测定湿陷系数与用上覆土的饱和自重压力测定湿陷系数两种测试结果互不一致的矛盾。对于新近堆积黄土由于其与一般湿陷性黄土工程特性明显不同，堆积时间短，固结程度差，具有高压缩性，湿陷峰值一般出现在200k
29、Pa 以前，如果按 200kPa 压力求出的湿陷系数值往往不能正确反映新近堆积黄土的湿陷性质，而采用 200kPa 压力前的s最大值，试验工作量太大。考虑到这种土层的厚度较薄，故黄土标准中规定基底下 5m 以内的土层宜用 100150kPa，510m 和 10m 以下至非湿陷性黄土层顶面，应分别用 200kPa 和上覆土的饱和自重压力。16.计算自重湿陷量zs的值时应注意的事项 黄土标准中规定自重湿陷量zs的计算值，应自天然地面当挖、填方的厚度较大时，应自设计地面算起，至其以下非湿陷性黄土层顶面止。自重湿陷量的计算值与起算地面有关。起算地面标高不同，场地湿陷类型往往不一致，以往在建立中整平场地
30、，由于挖、填方的厚度和面积较大，致使场地湿陷类型发生变化。例如*矿生活区，在勘察期间判定为非自重湿陷性黄土场地，后来整平场地，局部地段填方厚度达 34m，下部土层的压力增大至 5080kPa，超过了该场地的湿陷起始压力值而成为自重湿陷性黄土场地。建筑物在使用期间，管道漏水浸湿地基引起湿陷事故，室外地面亦出现裂缝，后经补充勘察-.z.查明，上述事故是由于专场整平，填方厚度过大产生自重湿陷所致。由此可见，当场地的挖方和填方的厚度和面积较大时，测定自重湿陷系数的试验压力和自重湿陷量的计算值，均应自整平后的或设计地面算起，否则，计算和判定结果不符合现场实际情况。当自重湿陷量的实测值和计算值出现矛盾时，
31、应按自重湿陷量的实测值进展判定。17.湿陷性黄土的地基计算 计算黄土地基的湿陷变形，主要目的在于：1).根据自重湿陷量的计算值判定建筑场地的湿陷类型；2).根据基底下各土层累计的湿陷量和自重湿陷量的计算值等因素，判定湿陷性黄土地基的湿陷等级。3).对于湿陷性黄土地基上的乙、丙类建筑，根据地基处理后的剩余湿陷量并结合其他因素，确定设计措施的采取。17.1 黄土地基的变形计算 黄土地基存在两种不同性质的变形，即压缩变形和湿陷变形。对于湿陷性黄土主要计算地基受水浸湿后的湿陷变形；对于新近堆积黄土地基则要同时考虑湿陷变形和压缩变形；对于饱和黄土地基，由于其湿陷性已消失并转化为高压缩性土主要考虑地基的压
32、缩变形；对于其它非湿陷性黄土地基则主要考虑地基的压缩变形。17.2 黄土地基的承载力 黄土标准中规定对于甲、乙类建筑，可根据载荷试验或其它原位测试，理论公式计算并结合工程实践经历等方法综合确定；对丙、丁-.z.类建筑可根据当地经历确定。黄土标准中规定当根底宽度 b3.0m 或根底埋深 d1.5m 时，地基承载力特征值应进展修正，而建筑地基根底设计标准GB50007-2002 规定当根底宽度 b3.0m 或根底埋深d0.5m 时，地基承载力特征值应进展修正，应注意这两个标准在这方面的差异,这可能是 d=1.5m 范围内的湿陷性黄土易受水浸湿,强度易受扰动而降低,侧限作用不明显,同时也考虑了湿陷性
33、黄土地基的承载力要有一定的平安储藏而使设计保守些。17.3 湿陷性黄土地基的稳定性计算 湿陷性黄土地基的稳定性计算，除应符合现行国家标准建筑地基根底设计标准GB50007-2002的有关规定外，针对黄土地区的特点，还增加了两条要求。一条是在确定滑动面或破裂面时，应考虑黄土地基中可能存在的竖向节理和裂隙，这是因为在实际工程中，黄土地基包括斜坡的滑动面或破裂面与饱和软粘土和一般粘性土是不一样的。另一条是在可能被水浸湿地黄土地基，强度指标应根据饱和状态的试验结果求得，这是因为对于湿陷性地基来说，含水量增加会使强度显著降低。18.饱和黄土的液化与震陷 目前关于饱和黄土的液化与震陷方面的资料比较少。饱和
34、黄土多为粉土，因此也应进展液化判别。但目前国标建筑抗震设计标准GB 50011-2001 中的液化判别方法不适宜于饱和黄土。根据科研成果，湿度大的黄土在地震作用下，也会发生液化和震-.z.陷，已在室内动力试验和古地震的调查中得到证实。鉴于迄今为止尚无公认的预测判别方法，故本标准未予列入。关于黄土的液化可能性及其危害在我国的历史地震中虽不乏报导，但缺乏较详细的评价资料，在我国建国以后的屡次地震中，黄土液化现象很少见到，对黄土的液化判别尚缺乏经历，但值得重视，只是研究资料还不够充分，暂不列入标准，有待进一步研究。液化的危害主要来自震陷，特别是不均匀震陷。震陷量主要决定于土层的液化程度和上部构造的荷
35、载。对液化震陷量的研究，是依据实测震陷、振动台试验以及有限元法对一系列典型液化地基计算得出的震陷变化规律，发现震陷量取决于液化土的密度或承载力、基底压力、基底宽度、液化层底面和顶面的位置和地震和地震震级等因素。对自重湿陷性黄土和黄土状土，研究说明具有震陷性。假设孔隙比大于 0.8，当含水量在缩限指固体与半固体的界限与 25%之间时，应该根据需要评估其震陷量。对含水量在 25%以上的黄土或黄土状土的震陷量可按一般软土评估。关于软土和黄土的可能震陷目前已有了一些研究成果可以参考。例如，当建筑根底底面以下非软土层厚度符合表 2 中的要求时，可不采取消除软土地基的震陷影响措施。表 2 根底底面以下非软
36、土层厚度 烈 度 根底底面以下非软土层厚度m 7 0.5b 且3 8 b 且5 9 1.5b 且8-.z.黄土地基遭受地震作用的震陷量可按下式计算 详见工程地质手册第三版：d=ni 1dihi 式中 di第 i 层土的震陷系数%；hi第 i 层土的厚度cm。19.湿陷性黄土地基的评价 黄土地基的湿陷性评价包括三个方面的内容：1).判定黄土是湿陷性的还是非湿陷性的；2).如果湿陷性的，还要进一步判定湿陷黄土场地的湿陷性类型，是自重湿陷性的还是非自重湿陷性的；3).判定湿陷性黄土地基的湿陷性等级。黄土地基的湿陷性评价的根本方法与评价液化等级的根本方法相类似，即：逐点判别按照每个土样试验点判别有无湿
37、陷可能性，按孔计算如果湿陷性的，按每个孔计算自重湿陷量和总湿陷量，综合评价按每个孔的计算结果综合场地的地质地貌条件，缩合确定湿陷性黄土地基的湿陷等级，进展湿陷性等级分区。在每个孔计算自重湿陷量和总湿陷量时，每个土样试验点所代表的土层厚度的计算方法，与液化指数计算中每个标准贯入点所代表的土层厚度的计算方法一样，就是可采用与该土样试验点相邻的上、下两土样试验点深度差的一半。20.湿陷性黄土地基设计措施的选择 在湿陷黄土地区进展建筑物设计时，应根据建筑类型、场地湿陷-.z.类型、地基湿陷等级、地基处理后的剩余湿陷量，并结合当地建筑经历和施工条件等因素来采取认为措施，以保证建筑物的平安可靠和正常使用。
38、设计措施分为地基处理措施、防水措施和构造措施。地基处理在于消除地基的全部湿陷量，或采用桩根底穿透全部湿陷性黄土层，或将根底设置在非湿陷性黄土层上。防水措施是包括总平面、建筑、给排水、供热与通风等各方面防止地基浸水的重要措施，分为根本防水措施、检漏防水措施、严格防水措施，不使水浸入地基，当然可以防止湿陷。构造措施是减少或调整建筑物不均匀沉降或使其适应地基变形的措施，以补充地基处理和防水措施的缺乏。地基处理措施、防水措施和构造措施是相互影响、相辅相成的。大量建筑实践说明：未处理或未经彻底消除湿陷性的黄土地基，如所采取的防水措施一旦失效，则地基就有可能受水浸湿而发生湿陷。为此，为了扭转这种情况，强调
39、了应根据湿陷性黄土的特点和工程要求，因地制宜，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑物产生危害，保证建筑物的平安和正常使用。21.湿陷起始压力 湿陷起始压力是对非自重湿陷黄土而言的，对于自重湿陷黄土，不需要确定其湿陷起始压力值。湿陷起始压力是指湿陷性黄土在*一压力作用下浸水后开场出现湿陷时的压力，如果作用在湿陷性黄土地基上的压力小于这个湿陷起始压力，地基即使浸水，也不会发生湿陷。严格地说，它是湿陷系数-.z.接近于零时的压力，实用上，则常取相应于在判定黄土湿陷时湿陷系数的界限值如 0.015时的压力。实质上，它又相应于黄土受水浸湿后的剩余构造强度。根据一些研究成果认为：湿陷性黄土浸水
40、后，其内聚力较其浸水前损失很大而摩擦角则相对减小较少，但当剩余的内聚力与摩擦力在一起，尚能抵抗一定的外力而不破坏其构造，此时土体只发生压缩变形；一旦外部压力增大到*一界限，足以抑制其内部剩余的内聚力与摩擦力时，则发生构造破坏，即发生湿陷，这种现象一般发生的较快而强烈，表现为迅速发生大量变形，因此黄土湿陷起始压力实质上是黄土浸水后的剩余构造强度或称浸水构造强度。当*一地区湿陷性黄土，其湿陷起始压力愈小则湿陷性表现的愈强烈；反之，如湿陷起始压力愈大则反映湿陷性较弱，所以湿陷起始压力本身即能反映湿陷强烈程度。湿陷起始压力常通过室内浸水压缩试验和现场浸水载荷试验确定。不管室内或现场试验，都有单线法和双
41、线法。当按现场静载荷试验结果确定湿陷起始压力 psh时,应在 p-ss压力与浸水下沉量 曲线上，取其转折点所对应的压力作为起始压力值。当曲线上的转折点不明显时，可取浸水下沉量 ss 与承压板直径 d或宽度b之比值等于 0.017，所对应的压力作为湿陷起始压力值。比值 0.017 的来历：假定现场静载荷试验时主要受压层的深度范围 z 等于承压板底面以下 1.1 倍的承压板宽度；-.z.浸水后产生的附加湿陷量Fs与深度 z 之比Fs/z，即相当于土的单位厚度产生的附加湿陷量；与室内浸水压缩试验相类比，把单位厚度的附加湿陷量在室内浸水压缩试验即为湿陷系数s作为判定湿陷性土的定量界限指标，并将其值规定
42、为 0.015，即 Fs/z=s=0.015 Z=1.1b Fs/b=1.10.015=0.01650.017 0.023大致相当于主要受压层的深度范围z等于承压板宽度的1.5倍 以上这种判定湿陷性的方法当然是很粗略的，从理论是说现场载荷试验与室内压缩试验的应力状态和变形机制是不一样的，但是目前还没有其他更好的方法。当按室内压缩试验结果确定时，在 p-s曲线上宜取s=0.015 所对应的压力作为湿陷起始压力值。湿陷性黄土的湿陷起始压力与黄土的成因、堆积年代、地理位置、地貌特征和气候条件等有关，因此，各地区黄土的湿陷起始压力值也不一样。同一地区，它一般随天然含水量、粘粒含量和埋藏深度的增加而增大
43、，随孔隙比的减小而增大，随湿陷系数的增加而减小。湿陷起始压力不仅是反映黄土湿陷性的一个重要特征指标，而且在黄土地基设计中具有重要的实际意义：1对于荷载较小的工业与民用建筑物，设计时如使基底压力-.z.小于土的湿陷起始压力，就可以铲除湿陷的发生，并按一般粘性土地基来考虑，即使地基以后长期浸水，也不会发生湿陷事故；2用来确定地基处理如土垫层的厚度，就是把地基处理深度底面标高处土的自重应力与附加应力之和控制在该处土的湿陷起始压力以内；3用来判定湿陷性黄土场地的湿陷类型，当根底底面下各土层的湿陷起始压力值都大于其上部土的饱和自重应力时，即为非自重湿陷性黄土场地；否则，为自重湿陷性黄土场地。22.湿陷性
44、地区的地下水上升问题 1955 年以来，*关中地区、*水库附近和*些地区，由于降雨量较大、城市大量污水渗入地下、灌溉和污水渠道以及蓄水库的不渗漏等原因，地下水位普遍上升，这些地区的*些建筑物，由于事前没有考虑到地下水上升对湿陷性黄土地基的影响及采取相应的措施，因此地下水上升后，地基不同程度地发生了湿陷，引起建筑物的变形甚至破坏。所以，怎样使这些地下水上升地区现有建筑物能够继续平安使用，新建的能够免于受害，显然是一个亟须解决的问题。经过近三四十年来对地下水上升地区特别是*地区建筑物的大量调查研究，已初步摸清一些关于非自重湿陷性黄土地区因地下水上升而引起湿陷和变形的规律，并总结了这方面的建筑经历。
45、因此，在这些地区进展建筑设计时，应考虑以下问题：1查清当地地下水的上升情况和原因；2中选择建筑场地时，尽可能防止在地下水位剧烈上升地区-.z.进展建筑。否则，应采取措施以制止地下水的上升；3如把地基各土层的自重应力与附加应力之和都控制在各土层的湿陷起始压力以内，可不考虑地下水上升的影响；4尽可能采用能适应差异沉降的构造形式；5多层砌体房屋应有较大的刚度。当不处理地基时，三层或三层以上房屋单元长高比不宜大于 3.0。沉降缝处基底的单位面积压力应适当减小；6在一个单体建筑范围内，地下水位的上升一般是比较均匀的，因此，应使同一单元内各根底的荷载、型式、尺寸、埋置深度等尽量接近，使湿陷比较均匀；7在建
46、筑物的一个单元内不宜设置局部地下室；8对地下室和地下管沟，应根据可能上升的最高水位采取防水措施。这种情况，勘察设计人员一定要引起重视，因为它牵扯到地基承载力如何提供，压缩性指标如何采用，根底形式如何选用，一但选用错误，就会产生严重的后果。地下水位上升地区黄土的承载力和压缩性指标应按地下水位上升后的情况考虑采用；在自重湿陷性黄土地区，主要还是采取措施以防止地下水位上升。对有可能上升的 III、IV 级湿陷性黄土地基上的建筑，应消除地基的全部湿陷性或采取深根底或桩根底直接支承在坚实的非湿陷性土层或岩层上。-.z.23.地基处理常用方法及应注意的问题 湿陷黄土地基处理的目的，主要是在于改善土的物理力
47、学性质，消除或减少地基因偶然浸水而引起的湿陷变形，它与其他类土的地基处理的目的是有所不同的。当然，湿陷性黄土地基经过处理后，它的压缩性也往往有所减小，承载力也有所提高。选择地基处理方法，应根据建筑物的类别和湿陷性黄土的特性，并考虑、施工进度、材料来源和当地环境等因素，经技术经济综合分析比较后确定。湿陷性地基常用的处理方法，可按表 2 选择其中一种或多种相结合的最正确处理方法。表 2 湿陷黄土地基常用的处理方法 名称 适用范围 一般可处理(可空透)基底下的湿陷性土层厚度(m)垫层法 地下水位以上，局部或整片处理 13 夯实法 强夯 sr60%的湿陷性黄土，局部或整片处理 36 重夯 12 挤密法
48、 地下水位以上，局部或整片处理 515 桩根底 根底荷载大，有可靠的持力层 30 预浸水法 III、IV 级自重湿陷性黄土场地，6m 以上尚应采用垫层等方法处理 可消除地面下 6m 以下全部土层的湿陷性 单液硅化或碱液加固法 一般用于加固地下水位以上的已有建筑物地基 10，单液硅化法加固的最大深度可达 20 应注意的问题 1预浸水法适用于处理厚度大于 10m 而自重湿陷量zs50的自重湿陷性黄土场地，浸水坑的边长不小于湿陷性黄土层的厚度，坑内水位不应小于 30，浸水时间以湿陷变形稳定为准。一般可消除地面下 6m 以下土层的全部湿陷性，地面 6m 以上土层的湿陷性也可大幅减少。此法曾在*地区应用
49、，效果良好。但预浸水后，地-.z.面下 6m 以上的土层还不能消除因外荷所引起的湿陷变形，还需按非自重湿陷性黄土地基配合采用土垫层、重夯或强夯法等措施进展处理。同时，它耗水量大，处理时间长约 36 月，所以，目前在推广上还受限制。此外，还应注意到浸水对附近建筑物一般要求其间距离不宜小于 50m和场地边坡稳定性的影响。在前苏联，很重视预浸水结合水下爆破来处理，认为它比单独采用预浸水法能得到较快而又经济的效果。2地基处理后的承载力特征值应在现场采用载荷试验或当地经历确定。3如有软弱下卧层，应验算其强度是否满足。4在确定根底底面积时，其承载力特征值应进展修正。其宽度和埋深修正系数分别取为 0 和 1。5土或灰土，消石灰与土的体积配合比一般为 2：8 或 3：7垫层分层夯实或碾压是应用最广的处理方法，适用于消除地下水位以上 13m 厚黄土层的湿陷性，可局部或整片处理。它简单易行，效果显著。6应当注意各种地基处理方法其承载力特征值确实定方法及应处理的范围。