CN113008760B - 黄土湿陷起始压力的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种黄土湿陷起始压力的计算方法，包括步骤：一、开挖探井并预设湿陷起始压力预估值；二、探井待测深度取土；三、不扰动土样的环刀取土；四、A组环刀试样中第一环刀试样的固结试验；五、B组环刀试样中第二环刀试样的自重湿陷系数测试；六、更新孔隙体积与固结压力关系曲线；七、多次循环步骤四至步骤六，直至两曲线出现交点，或者曲线中对应的连续三点出现平行趋势；八、确定黄土湿陷起始压力。本发明对两组多个环刀试样进行固结试验和自重湿陷系数测试，获取各个环刀试样的孔隙体积，更新同一坐标系下的两条孔隙体积与固结压力关系曲线，进而确定黄土湿陷起始压力，简便易行，节约时间，成本低。

Description

黄土湿陷起始压力的计算方法
技术领域
本发明属于黄土湿陷起始压力计算技术领域，具体涉及一种黄土湿陷起始压力的计算方法。
背景技术
黄土在世界范围内分布较广，在中国、俄罗斯、哈萨克斯坦、罗马尼亚等国均有分布。在我国，黄土主要分布在西北，华北等地。黄土的典型特征是其湿陷性。近年来，在黄土地区的地铁、高铁、能源及化工等建设项目较多，其湿陷性给工程建设会带来很大影响，地基处理的费用也比较高。黄土的湿陷起始压力是黄土重要的特征指标，湿陷起始压力可用于地基设计、地基处理深度的确定、湿陷敏感性的判别以及湿陷类型及湿陷性的判定，也可用于地基承载力的确定。测定方法有野外浸水载荷试验及室内试验。野外浸水载荷试验的测试结果较为可靠，但对试验环境的要求较高，试验周期长，成本高，工程中很少使用；室内试验方法是依据《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025-2018)，绘制压力——湿陷系数曲线，在曲线上取湿陷系数为0.015对应的压力作为湿陷起始压力。由于这种测试方法中存在的诸多问题，使得湿陷起始压力的测试结果可靠性不足，所以目前如果将黄土的湿陷起始压力作为一个地基设计参数使用还存在问题，湿陷起始压力还未能在工程中发挥其应有的作用，所以有必要探索新的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种黄土湿陷起始压力的计算方法，通过对两组多个环刀试样预设不同且呈线性分布的最终压力，再分别对两组多个环刀试样进行固结试验和自重湿陷系数测试，获取各个环刀试样的孔隙体积，更新同一坐标系下的两条孔隙体积与固结压力关系曲线，进而确定黄土湿陷起始压力，具备简便易行，节约时间，成本低的特点，较现场试坑浸水试验，更便于工程应用，便于推广使用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、开挖探井并预设探井待测深度的湿陷起始压力预估值：在待开挖位置开挖探井至探井待测深度，并预设探井待测深度的湿陷起始压力预估值；
步骤二、探井待测深度取土：在探井待测深度处采取多件不扰动土样，所述不扰动土样为200mm×200mm×200mm的立方体土样或直径150mm且高200mm的圆柱体土样；
步骤三、不扰动土样的环刀取土：采用底面积为50cm2且高为2cm的环刀，对多件不扰动土样分别进行环刀取样，每件不扰动土样均获得两个环刀试样，两个所述环刀试样分别为第一环刀试样和第二环刀试样；
多个第一环刀试样构成A组环刀试样，并对A组环刀试样中的每个第一环刀试样进行编号；
多个第二环刀试样构成B组环刀试样，并对B组环刀试样中的每个第二环刀试样进行编号，B组环刀试样中的每个第二环刀试样的编号与A组环刀试样中的每个第一环刀试样的编号一一对应；
设置A组环刀试样中每个第一环刀试样的最终压力，A组环刀试样中每个第一环刀试样的最终压力各不相同，且A组环刀试样中多个第一环刀试样的最终压力呈线性分布，A组环刀试样中多个第一环刀试样的最终压力中的最大值大于探井待测深度的湿陷起始压力预估值；
B组环刀试样中每个第二环刀试样的最终压力与A组环刀试样中对应编号的第一环刀试样的最终压力相等；
步骤四、A组环刀试样中第i个第一环刀试样的固结试验：将A组环刀试样中第i个第一环刀试样放进固结仪，对A组环刀试样中第i个第一环刀试样进行分级加压，分级加压至第i个第一环刀试样对应的最终压力，待第i个第一环刀试样变形稳定后，将第i个第一环刀试样从固结仪中取出，对第i个第一环刀试样进行压汞试验，测定第i个第一环刀试样的孔隙体积
Figure BDA0002955947890000031
其中，i为A组环刀试样中的第一环刀试样的编号；
步骤五、B组环刀试样中第i个第二环刀试样的自重湿陷系数测试：将B组环刀试样中第i个第二环刀试样放进固结仪，对B组环刀试样中第i个第二环刀试样进行分级加压，每次分级施加的压力与步骤四保持相同，分级加压至第i个第二环刀试样对应的最终压力，待第i个第二环刀试样变形稳定后，对第i个第二环刀试样浸水饱和，进行第i个第二环刀试样的自重湿陷系数测试，测试结束后，将第i个第二环刀试样从固结仪中取出，对第i个第二环刀试样进行压汞试验，测定第i个第二环刀试样的孔隙体积
Figure BDA0002955947890000032
步骤六、在孔隙体积与固结压力的直角坐标系上添加第i个第一环刀试样和第二环刀试样的孔隙体积和固结压力数据，更新孔隙体积与固结压力关系曲线：以固结压力为纵坐标，以孔隙体积为横坐标，在同一直角坐标系中完善两组环刀试样的孔隙体积与固结压力的关系曲线，将第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的孔隙体积和固结压力数据添加至孔隙体积与固结压力的直角坐标系上，更新孔隙体积与固结压力关系曲线；
其中，第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的固结压力为第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的最终压力；
步骤七、多次循环步骤四至步骤六，直至A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点，或者A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中连续三点和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势；
步骤八、确定黄土湿陷起始压力：当步骤七中A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点时，该交点对应的固结压力即为探井待测深度的湿陷起始压力实际值；
当步骤七中A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中连续三点和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势时，该探井待测深度土体不湿陷。
上述的黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于：步骤四中第i个第一环刀试样变形稳定的标准以及步骤五中第i个第二环刀试样变形稳定的标准为试样每小时的下沉量不大于0.01mm。
上述的黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于：所述探井待测深度的湿陷起始压力预估值根据《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025-2018)计算确定。
上述的黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于：步骤四中A组环刀试样中第i个第一环刀试样放进固结仪、以及步骤五中B组环刀试样中第i个第二环刀试样放进固结仪时，固结容器中自下而上的放置下透水石、滤纸、环刀试样、滤纸、上透透水石。
上述的黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于：步骤四中A组环刀试样中第i个第一环刀试样分级加压至第i个第一环刀试样对应的最终压力、以及步骤五中B组环刀试样中第i个第二环刀试样分级加压至第i个第二环刀试样对应的最终压力过程中，压力的每级增量在0～100kPa时，压力的每级增量取50kPa；压力的每级增量大于200kPa时，压力的每级增量取100kPa。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明根据《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025-2018)计算确定探井待测深度的湿陷起始压力预估值，为固结试验和自重湿陷系数测试的施加提供停止压力参考对象，两组环刀试样中多个环刀试样的最终压力中的最大值大于探井待测深度的湿陷起始压力预估值，在设置两组环刀试样中多个环刀试样的最终压力时，两组环刀试样中每个环刀试样的最终压力各不相同，且每组环刀试样中多个环刀试样的最终压力呈线性分布，通过固结试验或自重湿陷系数测试获取不同压力下各个环刀试样的孔隙体积，室内试验周期短，成本低，便于推广使用。
2、本发明方法步骤简单，以固结压力为纵坐标，以孔隙体积为横坐标，在同一直角坐标系中通过固结试验和自重湿陷系数测试完善两组环刀试样的孔隙体积与固结压力的关系曲线，将每次固结试验和自重湿陷系数测试获取的两组环刀试样的孔隙体积和固结压力数据添加至孔隙体积与固结压力的直角坐标系上，更新孔隙体积与固结压力关系曲线，当两个孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点时，该交点对应的固结压力即为探井待测深度的湿陷起始压力实际值；当两个孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势时，该探井待测深度土体不湿陷，具备简便易行，节约时间，成本低的特点，较现场试坑浸水试验，更便于工程应用，便于推广使用。
综上所述，本发明通过对两组多个环刀试样预设不同且呈线性分布的最终压力，再分别对两组多个环刀试样进行固结试验和自重湿陷系数测试，获取各个环刀试样的孔隙体积，更新同一坐标系下的两条孔隙体积与固结压力关系曲线，进而确定黄土湿陷起始压力，具备简便易行，节约时间，成本低的特点，较现场试坑浸水试验，更便于工程应用，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的黄土湿陷起始压力的计算方法，包括以下步骤：
步骤一、开挖探井并预设探井待测深度的湿陷起始压力预估值：在待开挖位置开挖探井至探井待测深度，并预设探井待测深度的湿陷起始压力预估值；
本实施例中，所述探井待测深度的湿陷起始压力预估值根据《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025-2018)计算确定。
需要说明的是，根据黄土的湿陷原理，随着水浸入黄土中，黄土中的可溶矿物会被溶解，粘土的胶结被破坏，颗粒间距加大，团粒被分解，细颗粒随水流失，孔隙连通性增强，孔隙体积增大。此时，如果遭受外部荷载，则其孔隙体积会相应减小，且应力越大，孔隙体积越小。当应力超过湿陷起始压力，则黄土的结构会发生破坏，产生显著的附加下沉，黄土被压密，黄土的孔隙体积会显著减小，孔隙体积小于浸水饱和(湿陷)之前(同一应力状态)；而如果黄土所受压力较小，未超过湿陷起始压力，土体只是发生一定的压缩变形(主要是弹性的)，其应力作用不致于使黄土发生湿陷，其结构未发生破坏，则黄土仍保持浸水饱和后孔隙体积明显增大的状态，即浸水后的孔隙体积大于浸水之前。因此黄土浸水、孔隙体积增大之后，在应力作用下，孔隙体积大于浸水前或小于浸水之前，是湿陷发生与否的分界点，即如果应力可导致黄土浸水后的孔隙体积小于浸水之前，则黄土发生湿陷，否则，黄土未发生湿陷，据此规律则可判定黄土的湿陷起始压力。
实际实施时，根据《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025-2018)计算确定探井待测深度的湿陷起始压力预估值，为固结试验和自重湿陷系数测试的施加提供停止压力参考对象，两组环刀试样中多个环刀试样的最终压力中的最大值大于探井待测深度的湿陷起始压力预估值，在设置两组环刀试样中多个环刀试样的最终压力时，两组环刀试样中每个环刀试样的最终压力各不相同，且每组环刀试样中多个环刀试样的最终压力呈线性分布，通过固结试验或自重湿陷系数测试获取不同压力下各个环刀试样的孔隙体积，室内试验周期短，成本低。
步骤二、探井待测深度取土：在探井待测深度处采取多件不扰动土样，所述不扰动土样为200mm×200mm×200mm的立方体土样或直径150mm且高200mm的圆柱体土样；
步骤三、不扰动土样的环刀取土：采用底面积为50cm2且高为2cm的环刀，对多件不扰动土样分别进行环刀取样，每件不扰动土样均获得两个环刀试样，两个所述环刀试样分别为第一环刀试样和第二环刀试样；
多个第一环刀试样构成A组环刀试样，并对A组环刀试样中的每个第一环刀试样进行编号；
多个第二环刀试样构成B组环刀试样，并对B组环刀试样中的每个第二环刀试样进行编号，B组环刀试样中的每个第二环刀试样的编号与A组环刀试样中的每个第一环刀试样的编号一一对应；
设置A组环刀试样中每个第一环刀试样的最终压力，A组环刀试样中每个第一环刀试样的最终压力各不相同，且A组环刀试样中多个第一环刀试样的最终压力呈线性分布，A组环刀试样中多个第一环刀试样的最终压力中的最大值大于探井待测深度的湿陷起始压力预估值；
B组环刀试样中每个第二环刀试样的最终压力与A组环刀试样中对应编号的第一环刀试样的最终压力相等；
步骤四、A组环刀试样中第i个第一环刀试样的固结试验：将A组环刀试样中第i个第一环刀试样放进固结仪，对A组环刀试样中第i个第一环刀试样进行分级加压，分级加压至第i个第一环刀试样对应的最终压力，待第i个第一环刀试样变形稳定后，将第i个第一环刀试样从固结仪中取出，对第i个第一环刀试样进行压汞试验，测定第i个第一环刀试样的孔隙体积
Figure BDA0002955947890000071
其中，i为A组环刀试样中的第一环刀试样的编号；
步骤五、B组环刀试样中第i个第二环刀试样的自重湿陷系数测试：将B组环刀试样中第i个第二环刀试样放进固结仪，对B组环刀试样中第i个第二环刀试样进行分级加压，每次分级施加的压力与步骤四保持相同，分级加压至第i个第二环刀试样对应的最终压力，待第i个第二环刀试样变形稳定后，对第i个第二环刀试样浸水饱和，进行第i个第二环刀试样的自重湿陷系数测试，测试结束后，将第i个第二环刀试样从固结仪中取出，对第i个第二环刀试样进行压汞试验，测定第i个第二环刀试样的孔隙体积
Figure BDA0002955947890000081
本实施例中，步骤四中第i个第一环刀试样变形稳定的标准以及步骤五中第i个第二环刀试样变形稳定的标准为试样每小时的下沉量不大于0.01mm。
本实施例中，步骤四中A组环刀试样中第i个第一环刀试样放进固结仪、以及步骤五中B组环刀试样中第i个第二环刀试样放进固结仪时，固结容器中自下而上的放置下透水石、滤纸、环刀试样、滤纸、上透透水石。
本实施例中，步骤四中A组环刀试样中第i个第一环刀试样分级加压至第i个第一环刀试样对应的最终压力、以及步骤五中B组环刀试样中第i个第二环刀试样分级加压至第i个第二环刀试样对应的最终压力过程中，压力的每级增量在0～100kPa时，压力的每级增量取50kPa；压力的每级增量大于200kPa时，压力的每级增量取100kPa。
步骤六、在孔隙体积与固结压力的直角坐标系上添加第i个第一环刀试样和第二环刀试样的孔隙体积和固结压力数据，更新孔隙体积与固结压力关系曲线：以固结压力为纵坐标，以孔隙体积为横坐标，在同一直角坐标系中完善两组环刀试样的孔隙体积与固结压力的关系曲线，将第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的孔隙体积和固结压力数据添加至孔隙体积与固结压力的直角坐标系上，更新孔隙体积与固结压力关系曲线；
其中，第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的固结压力为第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的最终压力；
步骤七、多次循环步骤四至步骤六，直至A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点，或者A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中连续三点和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势；
步骤八、确定黄土湿陷起始压力：当步骤七中A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点时，该交点对应的固结压力即为探井待测深度的湿陷起始压力实际值；
当步骤七中A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中连续三点和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势时，该探井待测深度土体不湿陷。
本发明使用时，方法步骤简单，以固结压力为纵坐标，以孔隙体积为横坐标，在同一直角坐标系中通过固结试验和自重湿陷系数测试完善两组环刀试样的孔隙体积与固结压力的关系曲线，将每次固结试验和自重湿陷系数测试获取的两组环刀试样的孔隙体积和固结压力数据添加至孔隙体积与固结压力的直角坐标系上，更新孔隙体积与固结压力关系曲线，当两个孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点时，该交点对应的固结压力即为探井待测深度的湿陷起始压力实际值；当两个孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势时，该探井待测深度土体不湿陷，具备简便易行，节约时间，成本低的特点，较现场试坑浸水试验，更便于工程应用。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、开挖探井并预设探井待测深度的湿陷起始压力预估值：在待开挖位置开挖探井至探井待测深度，并预设探井待测深度的湿陷起始压力预估值；
步骤二、探井待测深度取土：在探井待测深度处采取多件不扰动土样，所述不扰动土样为200mm×200mm×200mm的立方体土样或直径150mm且高200mm的圆柱体土样；
步骤三、不扰动土样的环刀取土：采用底面积为50cm2且高为2cm的环刀，对多件不扰动土样分别进行环刀取样，每件不扰动土样均获得两个环刀试样，两个所述环刀试样分别为第一环刀试样和第二环刀试样；
多个第一环刀试样构成A组环刀试样，并对A组环刀试样中的每个第一环刀试样进行编号；
多个第二环刀试样构成B组环刀试样，并对B组环刀试样中的每个第二环刀试样进行编号，B组环刀试样中的每个第二环刀试样的编号与A组环刀试样中的每个第一环刀试样的编号一一对应；
设置A组环刀试样中每个第一环刀试样的最终压力，A组环刀试样中每个第一环刀试样的最终压力各不相同，且A组环刀试样中多个第一环刀试样的最终压力呈线性分布，A组环刀试样中多个第一环刀试样的最终压力中的最大值大于探井待测深度的湿陷起始压力预估值；
B组环刀试样中每个第二环刀试样的最终压力与A组环刀试样中对应编号的第一环刀试样的最终压力相等；
步骤四、A组环刀试样中第i个第一环刀试样的固结试验：将A组环刀试样中第i个第一环刀试样放进固结仪，对A组环刀试样中第i个第一环刀试样进行分级加压，分级加压至第i个第一环刀试样对应的最终压力，待第i个第一环刀试样变形稳定后，将第i个第一环刀试样从固结仪中取出，对第i个第一环刀试样进行压汞试验，测定第i个第一环刀试样的孔隙体积
Figure FDA0003640094210000021
其中，i为A组环刀试样中的第一环刀试样的编号；
步骤五、B组环刀试样中第i个第二环刀试样的自重湿陷系数测试：将B组环刀试样中第i个第二环刀试样放进固结仪，对B组环刀试样中第i个第二环刀试样进行分级加压，每次分级施加的压力与步骤四保持相同，分级加压至第i个第二环刀试样对应的最终压力，待第i个第二环刀试样变形稳定后，对第i个第二环刀试样浸水饱和，进行第i个第二环刀试样的自重湿陷系数测试，测试结束后，将第i个第二环刀试样从固结仪中取出，对第i个第二环刀试样进行压汞试验，测定第i个第二环刀试样的孔隙体积
Figure FDA0003640094210000022
步骤六、在孔隙体积与固结压力的直角坐标系上添加第i个第一环刀试样和第二环刀试样的孔隙体积和固结压力数据，更新孔隙体积与固结压力关系曲线：以固结压力为纵坐标，以孔隙体积为横坐标，在同一直角坐标系中完善两组环刀试样的孔隙体积与固结压力的关系曲线，将第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的孔隙体积和固结压力数据添加至孔隙体积与固结压力的直角坐标系上，更新孔隙体积与固结压力关系曲线；
其中，第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的固结压力为第i个第一环刀试样和第i个第二环刀试样的最终压力；
步骤七、多次循环步骤四至步骤六，直至A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点，或者A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中连续三点和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势；
步骤八、确定黄土湿陷起始压力：当步骤七中A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线出现交点时，该交点对应的固结压力即为探井待测深度的湿陷起始压力实际值；
当步骤七中A组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中连续三点和B组环刀试样形成的孔隙体积与固结压力关系曲线中对应的连续三点出现平行趋势时，该探井待测深度土体不湿陷；
步骤四中A组环刀试样中第i个第一环刀试样分级加压至第i个第一环刀试样对应的最终压力、以及步骤五中B组环刀试样中第i个第二环刀试样分级加压至第i个第二环刀试样对应的最终压力过程中，压力的每级增量在0～100kPa时，压力的每级增量取50kPa；压力的每级增量大于200kPa时，压力的每级增量取100kPa。
2.按照权利要求1所述的黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于：步骤四中第i个第一环刀试样变形稳定的标准以及步骤五中第i个第二环刀试样变形稳定的标准为试样每小时的下沉量不大于0.01mm。
3.按照权利要求1所述的黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于：所述探井待测深度的湿陷起始压力预估值根据《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB50025-2018)计算确定。
4.按照权利要求1所述的黄土湿陷起始压力的计算方法，其特征在于：步骤四中A组环刀试样中第i个第一环刀试样放进固结仪、以及步骤五中B组环刀试样中第i个第二环刀试样放进固结仪时，固结容器中自下而上的放置下透水石、滤纸、环刀试样、滤纸、上透透水石。
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