【摘要】：平頂山地區(qū)分布有大量的非飽和膨脹土。非飽和膨脹土中含有大量蒙脫石、伊利石、高嶺石等親水性強的粘土礦物,因此,它對濕度的變化非常敏感。隨著平頂山地區(qū)城市建設(shè)的發(fā)展,為了最大限度地利用有限的土地資源,建筑物越大越多,基坑也越大越深,不可避免地會遇到深層膨脹土問題。目前平頂山地區(qū)膨脹土基坑常用的支護方式包括放坡、土釘墻支護、排樁支護或各種支護結(jié)構(gòu)相結(jié)合的措施。部分膨脹土深基坑由于各種原因,基坑開挖、基礎(chǔ)施工工期較長,有時甚至會遇到超過一年的情況,這就會導(dǎo)致坑壁膨脹土長期暴露。當遇到降雨、冰雪融水、地下水管泄漏等不利條件,會發(fā)生坑底長期浸水的情況。由于坑壁膨脹土的水敏性易使膨脹土吸水膨脹軟化,同時產(chǎn)生變形壓力,這種額外增加的側(cè)向壓力可能會導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)的破壞。如放坡、土釘墻支護的膨脹土基坑普遍存在局部變形過大,更嚴重的甚至會導(dǎo)致坑壁垮塌;用排樁支護的膨脹土基坑出現(xiàn)的主要問題為部分樁間護壁塌滑、嚴重的甚至會使排樁傾倒或斷裂,從而導(dǎo)致基坑垮塌。本文是以平頂山市新城區(qū)西湖明珠膨脹土深基坑為研究對象,通過現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)試驗和理論計算等多種研究方法,對深基坑坑壁非飽和膨脹土在浸水條件下的滲透特性、坑底浸水條件下側(cè)壁非飽和膨脹土體積含水率分布規(guī)律、坑底浸水條件下側(cè)壁土壓力分布規(guī)律及坑底浸水條件下的土釘支護進行研究。研究結(jié)果如下:(1)通過膨脹土水分運動的上滲試驗并結(jié)合無荷膨脹率試驗結(jié)果,由上滲7天時間內(nèi)的土體體積含水率分布規(guī)律可知,在水施加于土體表面后的極短的時間內(nèi),土體表面的體積含水率會很快地由初始值(24.75%)增大到某一接近于飽和體積含水率的的最大值(43.23%)。濕潤鋒會隨著入滲的進行而不斷前移,含水率的分布曲線也隨之會由比較陡直逐漸變?yōu)橄鄬Ρ容^平緩。(2)結(jié)合土水特征曲線,通過瞬時剖面法定量地計算初始體積含水率為24.75%,干密度為1.65 g/cm~3的膨脹土的導(dǎo)水率。得到非飽和膨脹土的導(dǎo)水率是土體含水率(或基質(zhì)勢)的函數(shù),且為指數(shù)函數(shù),它隨含水率(或基質(zhì)勢)的增加而增大。(3)根據(jù)非飽和土中水分運動(一維)線性化方程的入滲解,計算所研究基坑在坑底表面含水率已知條件下浸水60天后的坑壁含水率的分布規(guī)律,得到在坑壁水平和垂直方向上隨著入滲深度的增加,體積含水率均逐漸增大,且增加的幅度越來越小,增大的速率也越來越慢,直至與土體初始含水率相等的位置不再增大。(4)將膨脹土含水率增加時,限制其自由膨脹而產(chǎn)生的力命名為濕脹力。由濕脹力試驗結(jié)果可知在某一初始含水量及干密度條件下,膨脹土增濕后產(chǎn)生的濕脹力隨含水量的增加而增大。根據(jù)朗肯土壓力理論,計算坑底浸水60 d后,在不考慮膨脹土影響的情況下(將膨脹土視為普通粘性土),基坑側(cè)壁主動土壓力強度呈規(guī)則的三角形或梯形分布。在考慮膨脹土強度折減和濕脹力的情況下,在膨脹土層中主動土壓力強度會增大,尤其是在膨脹土含水率增加的區(qū)域,主動土壓力強度會急劇增大,且是不規(guī)則的增加。(5)通過理論計算,研究了膨脹土基坑在坑底浸水60天后,土釘支護設(shè)計時將膨脹土視作普通粘性土、僅考慮膨脹土強度的降低、同時考慮膨脹土強度降低和吸水膨脹產(chǎn)生濕脹力的作用,三種情況下的土釘支護設(shè)計參數(shù)會有明顯的不同。坑底浸水條件下,基坑土釘支護設(shè)計時,僅考慮膨脹土強度降低的土釘長度比不考慮膨脹土影響的土釘長度要長,尤其是膨脹土層中的土釘長度增加明顯,且鋼筋也要加粗。同時考慮膨脹土的強度降低和濕脹力作用時的土釘設(shè)計長度要比僅考慮強度降低情況下的土釘(濕脹力影響范圍內(nèi)的土釘)長度要長。該論文有圖27幅,表46個,參考文獻101篇。
【圖文】：

層底標高 89.67-91.16m，層厚 13.10-13.60m。⑥層（Q1l）粘土：棕紅，灰白、灰綠色，堅硬，切面光滑，無搖振及韌性高，可見灰綠色團塊，含鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑 0.5cm-3.0cm，個量約占總質(zhì)量的 40%左右，分布不均，局部膠結(jié)成塊。該層分布普 27.90-28.90m，層底標高 78.40-81.05m，層厚 9.80-11.60m。⑦層（Q1l）粘土：棕紅，灰白、灰綠色，堅硬，無搖振反應(yīng)，切面及韌性高，含鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑 0.5cm-3.0cm，個別大于 5cm，質(zhì)量 25%左右，分布不均，局部鈣質(zhì)膠結(jié)。該層分布普遍，層底埋深m，層底標高 67.70-70.55m，層厚 10.30-11.40m。⑧層（Q1l）粘土：棕紅，灰白、灰綠色，堅硬，無搖振反應(yīng)，切面及韌性高，含鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑 0.5cm-3.0cm，質(zhì)量約占總質(zhì)量的 20均，局部鈣質(zhì)膠結(jié)。該層分布普遍，在勘探深度范圍內(nèi)未揭穿，最1.10m。地層信息，可繪制出場地地層柱狀圖，結(jié)果如下圖。

圖 3-1 含水率分布曲線Figure 3-1 Water Content Distribution Curve在測定土體導(dǎo)水率的試驗過程中，，測得1t 和2t 時刻的體積含水率分布1 (t )和2 (t )，則1t ～2t 時段內(nèi)任一斷面 z 處的土體水分運動通量 q(z)由連續(xù)原理可知有qt z 對上式進行積分，積分限由0z 至 z ，則可得00( ) ( )zzdz q z q zt (3-12)上式表明在 t 時段內(nèi)，0z 和 z 之間土柱剖面水量增加的速率和0z 和 z 斷面處的水分運動通量之差是相等的。令0z =0，則上式可寫為00 0( )z zq q z dz dzt t 式中， 為 q ( z 0)的簡寫。為了便于計算，上式可進一步近似為0 2 10 01( ) ( ) ( )z zq q z t dz t dzt (3-13)式（3-13）中，在0z 0斷面處的通量0q 可通過補水量求得；右端方括號內(nèi)的值0q
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU476

【參考文獻】

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本文編號：2656147