CN111680887A - 一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、确定场地的水文地质条件、气象条件、地层岩性、湿陷性地层的位置和深度以及土体的原始物理力学参数；步骤2、对场地土的工程湿陷水敏度进行初判；步骤3、若场地土是对水敏感的土体，进一步对具有湿陷性的场地土进行工程湿陷水敏度评价；步骤4、依据场地各地层的水敏度判断整体场地的水敏度；步骤5、根据步骤4得到的场地土的工程湿陷水敏度将场地土进行分类，并对中等敏感及以上的场地土进行相应程度的工程处理及采取相应工程措施。通过本发明的方法可以评价黄土工程湿陷水敏度，进而判断湿陷危害大小，为后续湿陷地层的地基处理提供理论依据。

Description

一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法。

背景技术

黄土是具有水敏性的特殊土，黄土的水敏性是土体遇水后产生物理结构、化学成分及力学性质改变的特征。黄土的工程水敏性是指黄土浸水后产生湿陷的难易程度，是评价黄土湿陷危害大小的重要因素。黄土场地的工程水敏性是由多方面因素决定的，既与渗透强弱、应力大小及初始湿度有关，也与场地不同性质土的组合有关，并且与浸水范围及浸湿程度有关。

现行规范关于黄土湿陷性的评价，主要是依据湿陷系数和湿陷量来判定，即从黄土湿陷程度大小方面对黄土地基的湿陷性做出评价，但现有的评价方法有诸多不足。首先，这些评价指标均为土体在饱和状态下的参数，而场地土体通常处于非饱和状态；其次，现有的评价指标未考虑到水的渗流路径、赋存条件，也未涉及土体的力学指标，无法准确的评价黄土的工程水敏性；最后，由于影响因素多，在实际工程中，不同经验工程师往往评价结果可能差异很大，进而导致工程经济成本的浪费或造成工程安全可靠度的降低。因此，本发明提出一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法具有十分重要的工程意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，解决了现有技术中存在的由于黄土工程湿陷水敏度影响因素多，实际工程中依靠经验工程师评价产生的结果差异较大，导致工程成本浪费或者工程安全可靠度低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、勘察资料确定场地的水文地质条件、气象条件、地层岩性、湿陷性地层的位置和深度以及土体的原始物理力学参数；

步骤2、根据各层土体的物理力学参数，同时考虑上部结构物特征及场地周边环境条件，对场地土的工程湿陷水敏度进行初判。

步骤3、根据步骤2的初判结果，若场地土是对水敏感的土体，则结合工程重要等级、场地的特征、场地的环境条件、土层所处的深度及浸水机率、土体的储水率进一步对具有湿陷性的场地土进行工程湿陷水敏度评价；

步骤4、依据场地各地层的水敏度判断整体场地的水敏度，若判断某层土体的工程湿陷水敏度为极强敏感，则将场地土定为极强敏感；若无极强敏感土层，根据各土层厚度及其工程湿陷水敏度进行加权平均得到场地土的工程湿陷水敏度；

步骤5、根据步骤4得到的场地土的工程湿陷水敏度将场地土进行分类，并对中等敏感及以上的场地进行相应程度的工程处理及采取相应工程措施。

本发明的特点还在于：

步骤1中土体的原始物理力学参数包括各土层的重度、孔隙比、初始及饱和含水量、饱和度、湿陷起始压力。

步骤2中当符合下列条件之一时，可初步判断为场地土对水不敏感：

1)拟建场地的地层年代为第四纪下更新世及其以前时，可判定其水敏性为不敏感；

2)拟建场地的土体物理参数符合下列条件之一时，根据统计，符合该条件的土体不具备湿陷性，故其水敏性为不敏感：

①液限W_L＞32％；

②饱和度S_r＞75％；

③含水率w＞27％；

④孔隙比e＜0.7。

3)工程建设完成后，湿陷性地层无涉水工程问题或经工程措施周密防水、排水，湿陷性地层无浸水可能性，则可判定其水敏性为不敏感。

步骤3中工程湿陷水敏度指标评价按下式计算：

其中：n为工程湿陷水敏度，α为工程重要性系数，β₁为赋存环境综合系数，β₂为地层浸水机率系数，e为孔隙比，w_sat为饱和含水量，w₀为初始含水量，P_z为所评判地层的上覆有效自重压力，P_cr为所评判地层的附加压力；P_sh为所评判地层的湿陷起始压力。

步骤4中根据各土层厚度及其工程湿陷水敏度进行加权平均计算场地土的工程湿陷水敏度具体为：

其中：n_i对应于第i层土的工程湿陷水敏度，d_i对应于第i层土的厚度。

步骤5具体为：

若工程湿陷水敏度

则该场地工程湿陷水敏度低，无需进行湿陷性处理；

若

时，则该场地工程湿陷水敏度较敏感，需结合工程实际进行选择性处理；

若

时，则该场地工程湿陷水敏度敏感度强，需进行全面的处理，场地处理后还需加强监测、注重防水措施，必要的情况下需进行地基处理，或加强结构构造措施。

本发明的有益效果是：

(1)本发明综合考虑了影响黄土湿陷的多种因素，优化了传统仅依据湿陷系数和湿陷量的单一评价方式，确保了整个场地湿陷性土的工程湿陷水敏度评价效果和处理后质量评价；

(2)复判公式所需的参数均为工程勘察报告所提供的已知量，各指标物理力学概念清晰，无需进行额外的工程试验或特种试验，计算方便、快捷，便于评价；

(3)本发明对场地的工程湿陷水敏度进行分级评价、分级处理，实现了不同工程湿陷水敏度等级下的处理措施分级，使工程场地的湿陷性评价及处理达到安全经济使用的标准；

(4)本发明通过初判、复判确定场地土工程湿陷水敏度，实现了工程湿陷水敏度的量化分析评价，方法更为精确，可为场地土湿陷性评价提供可靠依据；

(5)对于湿陷性黄土的工程湿陷水敏度指标评价方法可以推广应用于其他具有湿陷性的土体，为建筑及结构设计人员和岩土工程师提供有益参考，推广应用性强。

附图说明

图1是本发明一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1、勘察资料确定场地的水文地质条件、气象条件、地层岩性、湿陷性地层的位置和深度以及土体的原始物理力学参数，土体的原始物理力学参数包括各土层的重度、孔隙比、初始及饱和含水量、饱和度、湿陷起始压力；

步骤2、根据各层土体的物理力学参数，同时考虑上部结构物特征及场地周边环境条件，对场地土的工程湿陷水敏度进行初判，判断对水不敏感的场地土，当符合下列条件之一时，可初步判断为场地土对水不敏感：

1)拟建场地的地层年代为第四纪下更新世(Q₁)及其以前时，可判定其水敏性为不敏感；

2)拟建场地的土体物理参数符合下列条件之一时，根据统计，符合该条件的土体不具备湿陷性，故其水敏性为不敏感：

①液限W_L＞32％；

②饱和度S_r＞75％；

③含水率w＞27％；

④孔隙比e＜0.7。

3)工程建设完成后，湿陷性地层无涉水工程问题或经工程措施周密防水、排水，湿陷性地层无浸水可能性，则可判定其水敏性为不敏感；

步骤3、根据步骤2的初判结果，若场地土不满足上述其中任一条件，则结合工程重要等级、场地的特征、场地的环境条件、土层所处的深度及浸水机率、土体的储水率进一步对具有湿陷性的场地土进行工程湿陷水敏度评价，工程湿陷水敏度指标评价按下式计算：

其中：n为工程湿陷水敏度，根据表1进行等级评价，α为工程重要性系数，按表2取值，β₁为赋存环境综合系数，按表3取值，β₂为地层浸水机率系数，按表4取值，e为孔隙比，w_sat为饱和含水量，w₀为初始含水量，P_z为所评判地层的上覆有效自重压力，P_cr为所评判地层的附加压力；P_sh为所评判地层的湿陷起始压力，

代表天然状态下土体的储水含水量比；

代表起始湿陷应力比，当土体的压力(自重及附加压力之和)小于湿陷起始压力P_sh时，说明该土体湿陷敏感度弱；

步骤4、依据步骤3确定场地各地层土的水敏度判断整体场地的水敏度，若判断某层土体的工程湿陷水敏度为极强敏感，则将场地土定为极强敏感；若无极强敏感土层，根据各土层厚度及其工程湿陷水敏度进行加权平均得到场地土的工程湿陷水敏度

为：

其中：n_i对应于第i层土的工程湿陷水敏度，d_i对应于第i层土的厚度；

步骤5、根据步骤4得到的场地土的工程湿陷水敏度将场地土进行分类，并对中等敏感及以上的场地土进行相应程度的工程处理及采取相应工程措施，具体如表5。

对工程湿陷水敏度场地土采取工程措施处理后，场地土的各种物理力学参数的改变，需要重新评估处理后土体的工程湿陷水敏度，并评价处理效果，若不满足要求则进一步进行工程处理直至满足工程湿陷水敏度

表1 工程湿陷水敏度的划分等级

工程湿陷水敏度n	工程湿陷水敏度等级
		≤0	不敏感
0＜n≤0.25	较不敏感
		0.25＜n≤0.5	中等敏感
0.5＜n≤0.75	较强敏感
		0.75＜n≤1	强敏感
＞1	极强敏感

表2 工程重要性系数α

表3 赋存环境综合系数β₁

工程场地特性	β<sub>1</sub>
		临水且渗透性强(K≥10<sup>-4</sup>cm/s)	1.0
临水且具中等渗透性(10<sup>-4</sup>＞K≥10<sup>-5</sup>)	0.75
		临水且具弱渗透性(10<sup>-5</sup>＞K≥10<sup>-6</sup>)	0.5
临水且具微渗透性(10<sup>-6</sup>＞K≥10<sup>-7</sup>)	0.25
		无浸水可能性且不透水(K＜10<sup>-7</sup>)	0

表4 地层浸水机率系数β₂

基础底面或场内地坪以下深度z	β<sub>2</sub>
		0≤z≤10	1.0
10＜z≤20	0.9
		20＜z≤25	0.6
Z＞25	0.5

对地下水有可能上升至湿陷性土层内，或侧向浸水不可避免的区段，取1.0。

表5 工程湿陷水敏度的划分等级及工程处理措施

实施例1

某典型湿陷性黄土地区数据中心建设工程，场地土体自上而下分别为黄土状粉质粘土及黄土，根据岩土工程勘察报告，各层地基土常规物理力学性质参数如表6所示，本工程场地临水且具中等渗透性，工程等级为一般工程。

表6 各层地基土常规物理力学性质参数表

对于各层地基土根据工程湿陷水敏度指标得到其工程湿陷水敏度值，再根据工程湿陷水敏度划分等级判断其敏感性级别，代入公式(1)，计算结果如表7所示。

表7 各层地基土工程湿陷水敏度

根据表1中的工程湿陷水敏度的划分等级，以及考虑第二层土属于极强敏感，因此判断此场地土整体为极强敏感地基土，必须进行全面的、严格的湿陷性处理。

实施例2

某软弱地基条件下的风机基础建设工程，场地土体自上而下分别为黄土、古土壤、黄土，根据岩土工程勘察报告，各层地基土常规物理力学性质参数如表8所示，本工程场地临水且具弱渗透性，工程等级为重要工程。

表8 各层地基土常规物理力学性质参数表

对于各层地基土根据工程湿陷水敏度指标得到其工程湿陷水敏度，再根据工程湿陷水敏度划分等级判断其敏感性级别，代入公式(1)，计算结果如表9所示。

表9 各层地基土工程湿陷水敏度

根据表1中的工程湿陷水敏度划分等级，以及考虑各层土工程湿陷水敏度差异较小，对各层土的工程湿陷水敏度进行加权平均，代入公式(2)，得到场地土的工程湿陷水敏度为：

因此判断此场地土整体为中等敏感地基土，宜结合工程实际选择性进行湿陷性处理。

Claims (6)

1.一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、勘察资料确定场地的水文地质条件、气象条件、地层岩性、湿陷性地层的位置和深度以及土体的原始物理力学参数；

步骤2、根据各层土体的物理力学参数，同时考虑上部结构物特征及场地周边环境条件，对场地土的工程湿陷水敏度进行初判；

步骤3、根据步骤2的初判结果，若场地土是对水敏感的土体，则结合工程重要等级、场地的特征、场地的环境条件、土层所处的深度及浸水机率、土体的储水率进一步对具有湿陷性的场地土进行工程湿陷水敏度评价；

步骤4、依据场地各地层的水敏度判断整体场地的水敏度，若判断某层土体的工程湿陷水敏度为极强敏感，则将场地土定为极强敏感；若无极强敏感土层，根据各土层厚度及其工程湿陷水敏度进行加权平均得到场地土的工程湿陷水敏度；

步骤5、根据步骤4得到的场地土的工程湿陷水敏度将场地土进行分类，并对中等敏感及以上的场地进行相应程度的工程处理及采取相应工程措施。

2.根据权利要求1所述的一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，其特征在于，所述步骤1中土体的原始物理力学参数包括各土层的重度、孔隙比、初始及饱和含水量、饱和度、湿陷起始压力。

3.根据权利要求1所述的一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，其特征在于，所述步骤2中当符合下列条件之一时，可初步判断为场地土对水不敏感：

1)拟建场地的地层年代为第四纪下更新世及其以前时，可判定其水敏性为不敏感；

2)拟建场地的土体物理参数符合下列条件之一时，根据统计，符合该条件的土体不具备湿陷性，故其水敏性为不敏感：

①液限W_L＞32％；

②饱和度S_r＞75％；

③含水率w＞27％；

④孔隙比e＜0.7。

3)工程建设完成后，湿陷性地层无涉水工程问题或经工程措施周密防水、排水，湿陷性地层无浸水可能性，则可判定其水敏性为不敏感。

4.根据权利要求1所述的一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，其特征在于，所述步骤3中工程湿陷水敏度指标评价按下式计算：

其中：n为工程湿陷水敏度，α为工程重要性系数，β₁为赋存环境综合系数，β₂为地层浸水机率系数，e为孔隙比，w_sat为饱和含水量，w₀为初始含水量，P_z为所评判地层的上覆有效自重压力，P_cr为所评判地层的附加压力；P_sh为所评判地层的湿陷起始压力。

5.根据权利要求1所述的一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，其特征在于，所述步骤4中根据各土层厚度及其工程湿陷水敏度进行加权平均计算场地土的工程湿陷水敏度具体为：

其中：n_i对应于第i层土的工程湿陷水敏度，d_i对应于第i层土的厚度。

6.根据权利要求1所述的一种黄土工程湿陷水敏度指标评价方法，其特征在于，所述步骤5具体为：

若工程湿陷水敏度

则该场地工程湿陷水敏度低，无需进行湿陷性处理；

若

时，则该场地工程湿陷水敏度较敏感，需结合工程实际进行选择性处理；

若

时，则该场地工程湿陷水敏度感度强，需进行全面的处理，场地处理后还需加强监测、注重防水措施，必要的情况下需进行地基处理，或加强结构构造措施。

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