重塑黄土的渗透特性研究——以延安新区为例

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随着我国城镇化的快速发展,山区城市人多地少的矛盾日益突出。在我国西北地区,尤其是在支离破碎的黄土丘陵区,适合城镇发展的空间极其有限,严重制约了城镇化进程。为解决城市发展过程中土地资源的不足,延安启动“削山造地”工程来扩大城市建设面积。该类工程极大程度上改变了区域水文地质条件,包括地下水的渗透特性及地下水的补径排条件。其中,黄土的饱和渗透系数是衡量黄土体工程性质的重要参数,对工程建设后的地下水环境状态及建设场地稳定性等有重要影响。因此,工程建设前天然条件与工程建设后不同压实条件下黄土渗透系数的变化特征及变化规律是工程可靠性评价中的重要内容。  本文采用室内试验与理论分析相结合的方法,以延安新区为例,通过模拟工程后黄土在不同条件下的压实状况,对重塑黄土的饱和渗透系数及其变化规律进行系统全面的研究。通过电子扫描电镜试验对重塑黄土的微结构进行定性分析和定量分析,并用于黄土渗透性变化规律的解释。论文主要获得以下成果:  (1)依据常规土工试验所确定的黄土基本物理性质指标,以工程中所用的最优含水率为重塑黄土渗透试样的初始含水率,设计重塑黄土的干密度范围,并结合工程实际与经济效益,选取不同比例的石灰与黄土混合进行黄土特性改良。对研究区黄土进行了常水头与变水头渗透试验,得出常水头渗透试验结果更加科学可靠的结论。此外,通过设定不同水力坡度验证了达西定律可应用于本文黄土的渗透试验。  (2)对干密度及孔隙度等因素与饱和渗透系数的关系分别进行了拟合分析,发现重塑黄土的饱和渗透系数与其干密度呈负指数关系,与孔隙度呈正指数关系。另外,对比分析了原状黄土与重塑素土的渗透性,发现重塑素土的饱和渗透系数小于原状黄土的饱和渗透系数。  (3)从干密度和压实度两个方面对不同灰土比的改良黄土的渗透试验结果进行分析,发现两个角度的结果存在异同之处。相同之处:当干密度或压实度相同时,改良黄土的饱和渗透系数随灰土比的增大呈先减小后增大的趋势,且当灰土比为9%时,改良黄土的饱和渗透系数最小。不同之处:各灰土比的改良黄土的饱和渗透系数均小于同等干密度的未掺灰黄土的饱和渗透系数,但仅9%灰土比的改良黄土的饱和渗透系数小于同等压实度的未掺灰黄土的饱和渗透系数。因此,若要使用熟石灰处理低渗性的地基路基,建议采用9%灰土比,且要求压实度大于90%。  (4)通过电子扫描电镜试验,结合 IPP图像处理软件对黄土微观结构进行了定性分析与定量分析,发现大中孔隙的数量及面积比例的变化趋势与黄土的渗透试验结果一致,故大中孔隙对饱和渗透系数的影响较大。  本文的研究为黄土渗透性的进一步研究提供了大量的基础数据,为延安新区水环境变化的进一步研究奠定了基石。
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