基于固结试验的膨胀土地基变形预测方法(3)

第24卷 第21期 姚海林等. 基于固结试验的膨胀土地基变形预测方法 3913

图2 膨胀土在浸水过程中“实际”和“分析”用应力路径Fig.2 Idealized and actual laboratory stress paths for the

constant volume oedometer test

σf′=σ′0

± σ uwf (1) 式中：σf′为最后有效应力，σ′0

为初始条件下总上覆应力， σ为由于开挖或超载引起的总应力的变化，uwf为估算的最后的孔隙水压力。

2.3 建立在固结试验基础之上的膨胀土地基变形

预测

根据固结试验回弹曲线，膨胀土地基的最后孔隙比可写为

eσf′

f=eo Cslg

σ′ (2) sc

式中：eo为初始孔隙比，ef为最后孔隙比，σ′sc

为由恒体积试验中校正的膨胀压力，σf′为最后有效应力，Cs为膨胀指数。

土层的总变形为各层土变形之和，则

n

n

n

ρ=∑ z eiCszi

σf′

i=1∑zi=lg i=i=1(1+e∑o)ii=1(1+e σ′

o)i sc

(3) i

式中：ρ为总隆起变形， zi为第i层土的隆起变形，zi为第i层土的初始厚度， ei=(ef eo)i=[Cslg(σf′/σ′sc

)]i为第i层土的初始孔隙比的变化，n为土层的层数。

3 膨胀土的活动区

膨胀土问题主要是由于膨胀土上部几米土层含水量变化引起。深层膨胀土出现地质灾害十分少见。浅部膨胀土地层含水量的变化主要受气候环境条件影响，受气候环境条件影响的区域称之为季节波动区或活动区。活动区是膨胀土地区一种特有的地质现象。膨胀土风化是在一定的大气风化营力作

用下的结果。水可以加强甚至决定其他风化营力的作用。温度的变化主要对土体产生机械破坏和破碎。因此可用湿度的变化、温度的变化、以及力学参数的变化来确定膨胀土的活动区的深度。本文分别采用了膨胀土的力学参数的变化和膨胀土裂隙变化的理论解来确定膨胀土的活动区。 3.1 利用力学参数的变化确定活动区

膨胀土在周围环境作用下，土体经过多次往复循环的缩胀变形，土体原有结构发生破坏，产生裂隙，其强度必然会大大地降低，强度的降低为膨胀土的活动区的划分提供了依据。采用静力触探试验可以测试土层对探头的比贯入阻力，比贯入阻力反映土层的物理力学特性，通过比贯入阻力的大小确定不同土层的密实度和结构强度。

图3所示为广西白色—乐业公路K58+100膨胀土试验点的单桥静力触探试验Ps-H关系曲线。地表土体风化强烈，比贯入阻力最小，随着深度增加，土体风化程度减弱，比贯入阻力逐渐增大，直到一定深度处，强度显著提高，该处以上土层为活动区。由图3(a)，(b)孔静力触探曲线可明确地判断，该

比贯入阻力Ps / MPa

m / H度深

(a)

比贯入阻力Ps/kPa

m / H度深

(b)

图3 百乐路K58+100膨胀土单桥静力触探Ps-H关系曲线 Fig.3 Curves in terms of specific penetration resistance and

depth of expansive soil layer for Baile highway at chainage K58+100