1、第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.1教学提示：关于膨胀土地基，虽然已有了较完整的规范，但对膨胀土灾害教学提示：关于膨胀土地基，虽然已有了较完整的规范，但对膨胀土灾害的认识深度还很不够。本章从规范到实践，从理论到实际对膨胀土地基进的认识深度还很不够。本章从规范到实践，从理论到实际对膨胀土地基进行了较全面地论述。行了较全面地论述。教学要求：建议引导学生用批判的精神来阅读这一章。重点要引导学生寻教学要求：建议引导学生用批判的精神来阅读这一章。重点要引导学生寻求可靠性高、经济代价低的关于防治农村低标准建筑膨胀土灾害的技术手求可靠性高、经济代价低的关
2、于防治农村低标准建筑膨胀土灾害的技术手段。段。 如果对膨胀土的特性缺乏充分了解，在设计和施工过程中没有采取必要的如果对膨胀土的特性缺乏充分了解，在设计和施工过程中没有采取必要的措施，就利用膨胀土作为建筑物地基，则会给建筑物的结构稳定性与安全措施，就利用膨胀土作为建筑物地基，则会给建筑物的结构稳定性与安全造成危害，尤其对三至四层以下的低层轻型建筑，膨胀土地基可能给建筑造成危害，尤其对三至四层以下的低层轻型建筑，膨胀土地基可能给建筑带来摧毁性的大灾难！带来摧毁性的大灾难！我国自从我国自从20世纪世纪60年代开始对膨胀土地基进行了比较系统的研究，在膨胀年代开始对膨胀土地基进行了比较系统的研究，在膨胀
3、土灾害防治方面，取得了不少成果。其特点是各有关部门针对本部门建筑土灾害防治方面，取得了不少成果。其特点是各有关部门针对本部门建筑物的需要，各自进行了防治方法的专门研究，创造了不少防治办法。随着物的需要，各自进行了防治方法的专门研究，创造了不少防治办法。随着对膨胀土胀缩灾害防治方法研究的进一步深入，一次性投入进行预防的成对膨胀土胀缩灾害防治方法研究的进一步深入，一次性投入进行预防的成功率愈来愈高。应该指出的是，对于膨胀土地基灾害防治来说，其主要防功率愈来愈高。应该指出的是，对于膨胀土地基灾害防治来说，其主要防治对象是量大面广、而建造标准却偏低的农村建筑。因此，简化防治措施、治对象是量大面广、而建
4、造标准却偏低的农村建筑。因此，简化防治措施、降低防治成本才是课题研究的重点。降低防治成本才是课题研究的重点。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.2膨胀土对建筑物的危害膨胀土对建筑物的危害 膨胀土的特征膨胀土的特征 膨胀土的工程特性指标膨胀土的工程特性指标 膨胀土场地与地基评价膨胀土场地与地基评价 膨胀土地基计算膨胀土地基计算 本章内容本章内容思考题与习题思考题与习题工工 程程 实实 例例 膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 膨胀土地基的工程处理措施膨胀土地基的工程处理措施 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第
5、十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.3膨胀土对建筑物的危害膨胀土对建筑物的危害 由于膨胀土通常强度较高、压缩性低，易被误认为是良好的地基。实际由于膨胀土通常强度较高、压缩性低，易被误认为是良好的地基。实际上膨胀土同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。膨胀土地上膨胀土同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。膨胀土地基的胀缩作用能造成基础位移，建筑物和地坪开裂、变形而破坏。例如基的胀缩作用能造成基础位移，建筑物和地坪开裂、变形而破坏。例如某地建造某地建造96幢建筑物，其中幢建筑物，其中82幢因膨胀土的胀缩作用而变形，事故发生幢因膨胀土的胀缩作用而变形，事故发生率占率占85.
6、4%；另一地区；另一地区200多幢建筑物，几乎都发生了开裂事故，其中损多幢建筑物，几乎都发生了开裂事故，其中损坏严重无法使用的有坏严重无法使用的有40多幢，被迫拆除的多幢，被迫拆除的10多幢。调查表明，膨胀土地多幢。调查表明，膨胀土地基上建筑物的开裂，通常具有地区性成群出现的特点，其中以低层砖木基上建筑物的开裂，通常具有地区性成群出现的特点，其中以低层砖木结构的民用房屋最为严重。结构的民用房屋最为严重。膨胀土地基对建筑的巨大危害，决不仅仅是我国独有的现象。值得注意膨胀土地基对建筑的巨大危害，决不仅仅是我国独有的现象。值得注意的是，美国在上世纪的是，美国在上世纪40年代，曾经用于处理膨胀土对建筑
7、物危害的费用年代，曾经用于处理膨胀土对建筑物危害的费用超过了当时处理地震灾害费用若干倍。由此可见，膨胀土对建筑物的危超过了当时处理地震灾害费用若干倍。由此可见，膨胀土对建筑物的危害性应给予足够的重视。根据害性应给予足够的重视。根据“负负得正负负得正”的减灾经济效益计算方法，的减灾经济效益计算方法，对膨胀土地基进行综合治理，可以使膨胀土地区兴建的房屋、公路、桥对膨胀土地基进行综合治理，可以使膨胀土地区兴建的房屋、公路、桥梁等建筑物的结构安全性有极大的提高，建筑物的服役寿命得到延长，梁等建筑物的结构安全性有极大的提高，建筑物的服役寿命得到延长，建筑物的维护费用降低，从而产生积极的经济效益和社会效益
8、。因此，建筑物的维护费用降低，从而产生积极的经济效益和社会效益。因此，加强对膨胀土地基危害性及其防治措施的研究是十分必要的。加强对膨胀土地基危害性及其防治措施的研究是十分必要的。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.4膨胀土的特征膨胀土的特征 一一. 野外特征野外特征膨胀土一般分布在膨胀土一般分布在级以上的河谷阶地、陡坎台地、丘陵地区及山前缓级以上的河谷阶地、陡坎台地、丘陵地区及山前缓坡地带，旱季时地表常出现裂缝，雨季时裂缝闭合。我国膨胀土生成的坡地带，旱季时地表常出现裂缝，雨季时裂缝闭合。我国膨胀土生成的地质年代，大多数为第四纪晚更新世地质
9、年代，大多数为第四纪晚更新世(Q3)及其以前，少量为全新世及其以前，少量为全新世(Q4)。膨胀土的颜色呈黄色、黄褐色、红褐色、灰白色或花斑色等。膨胀土结膨胀土的颜色呈黄色、黄褐色、红褐色、灰白色或花斑色等。膨胀土结构致密，呈坚硬或硬塑状态，一般液性指数，塑性指数。这种土距地表构致密，呈坚硬或硬塑状态，一般液性指数，塑性指数。这种土距地表1m2m内常见竖向张开裂隙，向下逐渐尖灭，并有倾斜和水平方向裂内常见竖向张开裂隙，向下逐渐尖灭，并有倾斜和水平方向裂缝。膨胀土地区的地下水多为上层滞水，随季节变化，水位变化也大，缝。膨胀土地区的地下水多为上层滞水，随季节变化，水位变化也大，从而引起地基不均匀胀缩
10、变形。从而引起地基不均匀胀缩变形。二二. 矿物成分矿物成分膨胀土的矿物成分主要是次生黏土矿物蒙特土和伊利土。蒙特土矿物晶膨胀土的矿物成分主要是次生黏土矿物蒙特土和伊利土。蒙特土矿物晶格极不稳定，亲水性强，浸湿时发生强烈膨胀。伊利土的亲水性仅次于格极不稳定，亲水性强，浸湿时发生强烈膨胀。伊利土的亲水性仅次于蒙特土。当地基土中含较多的蒙特土和伊利土时，遇水膨胀隆起，会产蒙特土。当地基土中含较多的蒙特土和伊利土时，遇水膨胀隆起，会产生强大的膨胀压力，对建筑物的危害很大。生强大的膨胀压力，对建筑物的危害很大。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.5膨
11、胀土的特征膨胀土的特征 三三. 物理力学特性物理力学特性根据一些地区膨胀土的试验资料整理结果如下。根据一些地区膨胀土的试验资料整理结果如下。(1) 天然含水量接近塑限，一般饱和度。天然含水量接近塑限，一般饱和度。(2) 天然孔隙比中等偏小。天然孔隙比中等偏小。(3) 液限液限wL=3055%，塑限，塑限wp=2035%，塑性指数，塑性指数Ip=1835，多数多数Ip=2235之间。之间。(4) 黏粒和胶体含量高粒径黏粒和胶体含量高粒径d0.005mm的颗粒占的颗粒占2440。(5) 液性指数小，液性指数小，IL=0.140.00，呈坚硬或硬塑状态。，呈坚硬或硬塑状态。(6) 自由体积膨胀率自由
12、体积膨胀率eI=40%58%，最高，最高70，相对线性膨胀率，相对线性膨胀率ep=1%4%，一般膨胀压力，一般膨胀压力pe=10kPa110kPa，最高达，最高达500kPa以以上。上。(7) 缩限缩限ws=11%18%，红黏土类型的膨胀土，红黏土类型的膨胀土ws偏大。偏大。(8) 抗剪强度指标抗剪强度指标c、值浸水前后相差大，尤其值浸水前后相差大，尤其c值可差值可差2倍倍3倍以上。倍以上。(9) 压缩性小，多属于低压缩性土。压缩性小，多属于低压缩性土。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.6膨胀土的特征膨胀土的特征 四四.胀缩变形的因素胀缩
13、变形的因素1. 主要内因主要内因1) 矿物及化学成分矿物及化学成分膨胀土含大量蒙特土和伊利土，亲水性强，胀缩变形大，化学成分以膨胀土含大量蒙特土和伊利土，亲水性强，胀缩变形大，化学成分以氧化硅、氧化铝和氧化铁为主。如氧化硅含量越大，则胀缩量越大。氧化硅、氧化铝和氧化铁为主。如氧化硅含量越大，则胀缩量越大。2) 黏粒和胶体粒径，比表面积大，电分子吸引力大。因此黏粒和胶体黏粒和胶体粒径，比表面积大，电分子吸引力大。因此黏粒和胶体含量高时，胀缩变形大。含量高时，胀缩变形大。3) 土的密度土的密度如土的密度大、孔隙比小则浸水膨胀强烈，失水收缩小。反之，如土如土的密度大、孔隙比小则浸水膨胀强烈，失水收缩
14、小。反之，如土的密度小、孔隙比大，则浸水膨胀小，失水收缩大。的密度小、孔隙比大，则浸水膨胀小，失水收缩大。4) 含水量含水量当初始含水量与胀后含水量愈接近，则土的膨胀就愈小，收缩就愈大。当初始含水量与胀后含水量愈接近，则土的膨胀就愈小，收缩就愈大。反之，膨胀大，收缩小。反之，膨胀大，收缩小。5) 土的结构土的结构土的结构强度愈大，则限制胀缩变形的作用也愈大，当土的结构受到土的结构强度愈大，则限制胀缩变形的作用也愈大，当土的结构受到破坏后，膨胀性增大。破坏后，膨胀性增大。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.7膨胀土的特征膨胀土的特征 2. 主
15、要外因1) 气候环境气候环境包括降雨量、蒸发量、气温、相对湿度和地温等，雨季土中水分增加，土体发包括降雨量、蒸发量、气温、相对湿度和地温等，雨季土中水分增加，土体发生膨胀；旱季水分减少，土体收缩。生膨胀；旱季水分减少，土体收缩。2) 地形地貌地形地貌同类膨胀土地基，地势低处土层含水量比较稳定，胀缩变形比地势高处小。例同类膨胀土地基，地势低处土层含水量比较稳定，胀缩变形比地势高处小。例如：云南地区某小学有三排教室，上部结构和地基土性质相同，分别建在三个如：云南地区某小学有三排教室，上部结构和地基土性质相同，分别建在三个台阶形地段的膨胀土上，结果地势高的教室严重破坏，地势低的教室完好无损。台阶形地
16、段的膨胀土上，结果地势高的教室严重破坏，地势低的教室完好无损。 3) 植被条件植被条件建筑物周围如有灌木、花草等良好植被时，建筑物周围如有灌木、花草等良好植被时，表层土体内含水量稳定，不易引发膨胀土表层土体内含水量稳定，不易引发膨胀土胀缩灾害，但扎根较深的阔叶乔木对稳定胀缩灾害，但扎根较深的阔叶乔木对稳定土中含水量不利，反而容易导致灾害。土中含水量不利，反而容易导致灾害。4) 朝向坡向朝向坡向调查资料表明，膨胀土地区建筑，房屋向调查资料表明，膨胀土地区建筑，房屋向阳且逆坡面开裂较多。背阴且顺坡面开裂阳且逆坡面开裂较多。背阴且顺坡面开裂较少。如图较少。如图13.1所示。所示。 向阳逆坡面 背阴顺
17、坡面 地面裂缝浸水线 图图13.1 朝向与坡向朝向与坡向第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.8膨胀土的特征膨胀土的特征 五五. 工程地质分类工程地质分类我国膨胀土的工程地质分类，按地貌、地层、岩性与矿物成分等分为三我国膨胀土的工程地质分类，按地貌、地层、岩性与矿物成分等分为三类，详见表类，详见表13-1。表13-1 膨胀土工程地质分类类别地貌地层岩性矿物成分物理性指标分布的典型地区w (%)ewL(%)lp一类分布在盆地的边缘与丘陵地晚第三纪至第四纪湖相沉积及第四纪风化层以灰白、灰绿的杂色黏土为主(包括半成岩的岩石)，裂隙特别发育，常有光滑面
18、或擦痕以蒙脱石为主20370.61.145902148云南蒙自、鸡街，广西宁明，河北邯郸，河南平顶山，湖北襄樊二类分布在河流的阶地第四纪冲积、洪积坡洪积层(包括少量冰川沉积)以灰褐、褐黄、红黄色黏土为主，裂隙很发育，有光滑面与擦痕以伊利石为主18230.50.836541830安徽合肥，四川成都，湖北拔江，郧县，山东临沂三类分布在岩溶地区平原谷地碳酸盐类岩石的残积、坡积及其冲积层以红棕、棕黄色高塑性黏土为主，裂隙发育，有光滑面和擦痕27380.91.4501102045广西贵县、来宾、武宣第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.9膨胀土的工程特性
19、指标膨胀土的工程特性指标 一一.自由体积膨胀率自由体积膨胀率自由膨胀率自由膨胀率 为人工制备的烘干土，在水中增加的体积与原体积的为人工制备的烘干土，在水中增加的体积与原体积的比，按下式计算比，按下式计算 (13-1)式中：式中： 自由膨胀率，自由膨胀率，%； 土样在水中膨胀稳定后的体积，土样在水中膨胀稳定后的体积，mL； 土样原有体积，土样原有体积，mL。二. 相对线性膨胀率膨胀率为试样在一定压力下浸水膨胀稳定后试样增加的高度与原高膨胀率为试样在一定压力下浸水膨胀稳定后试样增加的高度与原高度之比，按下式度之比，按下式 计算：计算： (13-2)式中：式中： 膨胀率；膨胀率； 土样浸水膨胀稳定后
20、的高度，土样浸水膨胀稳定后的高度，mm； 土样的原始高度，土样的原始高度，mm。 efef00WefVVVefWV0VepW00ephhhepWh0h第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.10膨胀土的工程特性指标膨胀土的工程特性指标 三. 收缩系数收缩系数为原状土样在直线收缩阶段，含水量减少1%时的竖向线缩率，按下式计算 (13-3)式中： 收缩系数； 收缩过程中与两点含水量之差对应的竖向线缩率之差，%； 收缩过程中直线变化阶段两点含水量之差，%。四. 膨胀力膨胀力为原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力，由试验测定。SSSwSSw
21、eP第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.11膨胀土场地与地基评价膨胀土场地与地基评价 一. 膨胀土判别膨胀土中的黏粒和胶体成分主要由强亲水性矿物组成。具有下列工程地质特征的场 地、且自由膨胀率 的土，应判定为膨胀土。(1) 裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色黏土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态。(2) 多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形坡降较大或濒临陡坡的台地。(3) 常见于浅层塑性滑坡、地裂、新开挖坑(槽)壁等易发生坍塌处。(4) 建筑物裂缝随气候变化而张开或闭合。 40%ef第十三章膨胀土地基上的
22、建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.12膨胀土场地与地基评价膨胀土场地与地基评价 二二. 膨胀土的膨胀潜势膨胀土的膨胀潜势根据自由膨胀率的大小，膨胀土的膨胀潜势可分为弱、中、根据自由膨胀率的大小，膨胀土的膨胀潜势可分为弱、中、强三类，见表强三类，见表13-2。表表13-2 膨胀土的膨胀潜势分类膨胀土的膨胀潜势分类 ()膨胀潜势40ef65弱65ef 90中ef90强第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.13膨胀土场地与地基评价膨胀土场地与地基评价 三三. 膨胀土的建筑场地膨胀土的建筑场地根据地形地貌条件，膨胀土的建
23、筑场地可分为下列两类。根据地形地貌条件，膨胀土的建筑场地可分为下列两类。1. 平坦场地平坦场地平坦场地为地形坡度小于平坦场地为地形坡度小于5，或地形坡度大于，或地形坡度大于5小于小于14，距坡肩水平距离大于，距坡肩水平距离大于10m的坡顶地带。的坡顶地带。2. 复杂台地复杂台地场地为地形坡度大于或等于场地为地形坡度大于或等于5，或地形坡度虽然小于，或地形坡度虽然小于5，各建筑物之间存在高差或同一座建筑物范围内局部地形高各建筑物之间存在高差或同一座建筑物范围内局部地形高差大于差大于1m。这类场地对建筑物更为不利。这类场地对建筑物更为不利。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地
24、基上的建筑物裂缝分析实例 13.14膨胀土场地与地基评价膨胀土场地与地基评价 四四. 膨胀土地基的胀缩等级膨胀土地基的胀缩等级根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混结构房屋的影响程度，膨胀根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混结构房屋的影响程度，膨胀土地基的胀缩等级按表土地基的胀缩等级按表13-3分为分为I、II、III级，等级越高其胀缩性越级，等级越高其胀缩性越大，以此作为膨胀土地基的评价。大，以此作为膨胀土地基的评价。表表13-3 膨胀土地基的胀缩等级膨胀土地基的胀缩等级 地基分级变形量sc(mm)胀缩等级15sc35I35sc70IIsc70III注：地基分级变形注：地基分级变形sc按公式按公式
25、(13-9)计算，式中膨胀率采用的压力应计算，式中膨胀率采用的压力应力为力为50kPa。第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.15膨胀土地基计算膨胀土地基计算 一一. 地基土的膨胀变形量地基土的膨胀变形量地基土的膨胀变形量地基土的膨胀变形量 应按下式计算应按下式计算 (13.4)式中：式中： 地基土的膨胀变形量，地基土的膨胀变形量，mm； 计算膨胀变形量的经验系数，宜根据当地经验确计算膨胀变形量的经验系数，宜根据当地经验确定，若无可依据经验时，三层及三层以下建筑物，可采用定，若无可依据经验时，三层及三层以下建筑物，可采用0.6； 基础底面下第基
26、础底面下第i层土在该层土的平均自重压力与平层土在该层土的平均自重压力与平均附加压力之和作用下的膨胀率，由室内试验确定；均附加压力之和作用下的膨胀率，由室内试验确定； 第第i层土的计算厚度，层土的计算厚度，mm； n自基础底面至计算深度内所划分的土层数，计算深自基础底面至计算深度内所划分的土层数，计算深度应根据大气影响深度确定；有浸水可能时，可按浸水影度应根据大气影响深度确定；有浸水可能时，可按浸水影响深度确定。响深度确定。 eses1neeepiiisheseepiih第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.16膨胀土地基计算膨胀土地基计算 二.
27、地基土的收缩变形量地基土的收缩变形量 应按下式计算 (13-5)式中： 地基土的收缩变形量，mm； 计算收缩变形量的经验系数，宜根据当地经验确定，若无可依据经验时，三层及三层以下建筑物，可采用0.8； 地基土收缩过程中，第i层土可能发生的含水量变化的平均值，以小数表示，按公式(13-6)计算。 n自基础底面至计算深度内所划分的土层数。计算深度可取大气影响深度，应由各气候区土的深层变形观测或含水量观测及地温观测资料确定；无此资料时，可按表13-4采用。 ssss1nsssiiiiswhsssiw第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.17膨胀土地基
28、计算膨胀土地基计算 在计算深度内，各土层的含水量变化值 应按下式计算 (13-6)式中： 第i层土的深度，mm； 计算深度，可取大气影响深度，m； 按下式计算 (13-7)式中： 、 地表下1.0m处土的天然含水量和塑限含水量，以小数表示； 土的湿度系数，应根据当地10年以上的含水量变化及有关气象资料统计求出。无此资料时，可按下式计算 iw111(0.01)1iinzwwwz iznz1w11wpwww1wpww1.1520.7260.00107wc第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.18膨胀土地基计算膨胀土地基计算 (13-8)式中： 膨胀
29、土湿度系数，在自然气候影响下，地表下1m处土层的含水量可能达到的最小值与其塑限值之比； 当地9月至次年2月的蒸发力之和与全年蒸发力之比值； c全年中干燥度大于1.00的月份的蒸发力与降水量之总和，mm；干燥度为蒸发力与降水量之比值。表13-4 大气影响深度(m) 1.1520.7260.00107wcw土的湿度系数 大气影响深度ds大气影响急剧层深度0.65.02.250.74.01.800.83.51.880.93.01.35w注：大气影响深度是自然气候作用下，由降水、蒸发、地温等因素引起土的升降变形的有效深度。大气影响急剧层深度是指大气影响特别显著的深度，采用0.45ds。 第十三章膨胀土
30、地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.19膨胀土地基计算膨胀土地基计算 三三. 地基土的胀缩变形量地基土的胀缩变形量sc地基土的胀缩变形量地基土的胀缩变形量sc，应按下式计算，应按下式计算 (13-9)式中：式中： sc地基土的胀缩变形量，地基土的胀缩变形量，mm； 计算胀缩变形量的经验系数，可取计算胀缩变形量的经验系数，可取0.7。四四. 膨胀土地基承载力膨胀土地基承载力1. 现场浸水载荷试验方法确定现场浸水载荷试验方法确定对荷载较大的建筑物，用现场浸水载荷试验方法确定地基承载力，对荷载较大的建筑物，用现场浸水载荷试验方法确定地基承载力，载荷试验方法要求方
31、形承压板宽度载荷试验方法要求方形承压板宽度b不小于不小于0.707m，在离压板中心，在离压板中心2b距离的两侧应钻孔各一排或挖砂沟，充填中、粗砂，深度不小于距离的两侧应钻孔各一排或挖砂沟，充填中、粗砂，深度不小于当地大气影响深度。载荷试验分级加荷至设计荷载后由钻孔或砂沟当地大气影响深度。载荷试验分级加荷至设计荷载后由钻孔或砂沟两面浸水，使土体膨胀稳定后，再分级加载荷至破坏荷载。取破坏两面浸水，使土体膨胀稳定后，再分级加载荷至破坏荷载。取破坏荷载的一半为地基承载力基本值荷载的一半为地基承载力基本值f0。 1()ncepisiiiisw h第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基
32、上的建筑物裂缝分析实例 13.20膨胀土地基计算膨胀土地基计算 2. 根据土的抗剪强度指标计算根据土的抗剪强度指标计算按公式计算地基承载力设计值按公式计算地基承载力设计值f，应采用饱和土三轴不固结不排水试，应采用饱和土三轴不固结不排水试验，确定抗剪强度指标验，确定抗剪强度指标 、 值。值。3. 经验法经验法当地已有大量试验资料的地区，可制订承载力表，供一般工程采用。当地已有大量试验资料的地区，可制订承载力表，供一般工程采用。无资料地区，可按表无资料地区，可按表13-5数据采用。数据采用。表表13-5 膨胀土地基承载力基本值膨胀土地基承载力基本值f0(kPa) ucu 孔隙比 ew =w/wL0
33、.60.91.1备注w 0.5350280200此表适用于基坑开挖时土的含水量等于或小于勘察取土试验时土的天然含水量。0.5w0.63002201700.6w0.7250200150第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.21膨胀土地基计算膨胀土地基计算 五五.胀土地基变形量胀土地基变形量(1) 膨胀土地基计算变形量，应符合下式要求膨胀土地基计算变形量，应符合下式要求 (13-10)式中：为天然地基或人工地基及采用其他处理措施后的地基变形式中：为天然地基或人工地基及采用其他处理措施后的地基变形量计算值，量计算值，mm；为建筑物的地基容许变形值，为
34、建筑物的地基容许变形值，mm；可按表；可按表13-6采用。采用。(2) 膨胀土地基变形量取值，应符合下列规定。膨胀土地基变形量取值，应符合下列规定。 膨胀变形量，应取基础某点的最大膨胀上升量。膨胀变形量，应取基础某点的最大膨胀上升量。 收缩变形量，应取基础某点的最大收缩下沉量。收缩变形量，应取基础某点的最大收缩下沉量。 胀缩变形量，应取基础某点的最大膨胀上升量与最大收缩下沉量之胀缩变形量，应取基础某点的最大膨胀上升量与最大收缩下沉量之和。和。 变形差应取相邻两基础的变形量之差。变形差应取相邻两基础的变形量之差。 jjssjsjs第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑
35、物裂缝分析实例 13.22膨胀土地基计算膨胀土地基计算 表13-6 建筑物的膨胀土地基容许变形值 结构类型地基相对变形地基变形量(mm)种类数值砖混结构局部倾斜0.00115房屋长度三到四开间及四角有构造中配筋砖混承重结构局部倾斜0.001530工业与民用建筑相邻柱基框架结构无填充墙时框架结构有填充墙时当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构变形差变形差变形差0.001l0.0005l0.003l302040注：l为相邻柱基的中心距离，m。第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.23膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 从理
36、论上说，只要严格遵循技术标准和规范提供的各种计算方法，进从理论上说，只要严格遵循技术标准和规范提供的各种计算方法，进行理论计算，或通过一定的室内测试手段进行验证，就可以完全掌握行理论计算，或通过一定的室内测试手段进行验证，就可以完全掌握膨胀土地基的各项特性指标，包括自由体积膨胀率膨胀土地基的各项特性指标，包括自由体积膨胀率Sef，相对线性膨，相对线性膨胀率胀率Sep，膨胀压力，膨胀压力Pe，对其胀缩变形量进行准确计算，就可以对膨，对其胀缩变形量进行准确计算，就可以对膨胀土地基上的建筑结构设计与施工完全驾驭了，但实际上并非如此简胀土地基上的建筑结构设计与施工完全驾驭了，但实际上并非如此简单，难度
37、还很大。这一点，可以从膨胀土地基极为复杂的胀缩破坏机单，难度还很大。这一点，可以从膨胀土地基极为复杂的胀缩破坏机理和对上部结构极为严重的裂损机理的分析中得到验证。理和对上部结构极为严重的裂损机理的分析中得到验证。一一. 地基膨胀破坏机理的复杂性地基膨胀破坏机理的复杂性1. 破坏力的多向性破坏力的多向性由于膨胀土的膨胀是体积膨胀，膨胀压力指向四面八方，就像气体爆由于膨胀土的膨胀是体积膨胀，膨胀压力指向四面八方，就像气体爆炸压力一样，其破坏作用是惊人的。炸压力一样，其破坏作用是惊人的。2. 破坏力的各向异性破坏力的各向异性在膨胀土体周围的约束压力大于其膨胀压力的条件下，膨胀压力将被在膨胀土体周围的
38、约束压力大于其膨胀压力的条件下，膨胀压力将被约束压力制服，破坏现象就不会形成。对于直接受到上部荷载和基础约束压力制服，破坏现象就不会形成。对于直接受到上部荷载和基础自重制约的膨胀土地基来说，由于不能有效地向上产生膨胀，引起顶自重制约的膨胀土地基来说，由于不能有效地向上产生膨胀，引起顶升破坏，因而膨胀压力集中向抵抗力弱的侧向突破，地基土将向侧面升破坏，因而膨胀压力集中向抵抗力弱的侧向突破，地基土将向侧面挤出，引起基础沉降与位移。挤出，引起基础沉降与位移。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.24膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结
39、构裂损机理 3. 破坏力的时间性破坏力的时间性由于膨胀土的颗粒细、密度高、吸水速度慢，水分在土由于膨胀土的颗粒细、密度高、吸水速度慢，水分在土体中转移需要一个较长的时间过程。各点的含水量及其体中转移需要一个较长的时间过程。各点的含水量及其膨胀压力的发展也随时间在变化，因此其破坏作用有很膨胀压力的发展也随时间在变化，因此其破坏作用有很强的时强的时 间性。间性。4. 破坏力的空间性破坏力的空间性膨胀土破坏作用的导火线是外来水体的偶然侵入，例如膨胀土破坏作用的导火线是外来水体的偶然侵入，例如室外地表水渗入地基，室内地面水渗入地基，上下水管室外地表水渗入地基，室内地面水渗入地基，上下水管道渗漏水体渗入
40、地基，区域性地下水位变化逼近地基，道渗漏水体渗入地基，区域性地下水位变化逼近地基，都是最直接的引发膨胀土地基破坏作用的导火线。随导都是最直接的引发膨胀土地基破坏作用的导火线。随导火线火线(水源点水源点)所在空间坐标位置的不同，基础离水源点所在空间坐标位置的不同，基础离水源点距离的不同，其所承受的破坏力也就截然不同。距离的不同，其所承受的破坏力也就截然不同。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.25膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 二二. 结构裂损机理的复杂性结构裂损机理的复杂性随着建筑物基础受到地基膨胀压力着力点的
41、不同，作用方向的不一，随着建筑物基础受到地基膨胀压力着力点的不同，作用方向的不一，作用强度的变化和作用时间的差异，基础产生的位移量、变形量与作用强度的变化和作用时间的差异，基础产生的位移量、变形量与损坏情况也就千差万别。导致上部结构的裂损机理极为复杂。损坏情况也就千差万别。导致上部结构的裂损机理极为复杂。1. 外墙带型基础的破坏和上部墙面的裂损外墙带型基础的破坏和上部墙面的裂损(1) 水平裂缝形成机理。如图水平裂缝形成机理。如图13.2所示。所示。当侵入的水源来自室外散水坡裂缝且浸水深度较浅时，可能导致散当侵入的水源来自室外散水坡裂缝且浸水深度较浅时，可能导致散水坡下方的膨胀土膨胀，在外墙基础
42、的侧面上产生向内推挤的膨胀水坡下方的膨胀土膨胀，在外墙基础的侧面上产生向内推挤的膨胀压力，引起墙基内移或内倾，在勒脚以上出现水平裂缝。压力，引起墙基内移或内倾，在勒脚以上出现水平裂缝。 1 12 2 3 4 4 图13.2 外墙勒脚水平裂缝注：1. 散水坡裂缝渗水通道；2. 水平膨胀挤推压力；3. 外墙勒脚水平裂缝；4. 向上顶升膨胀压力。第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.26膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 (2) 八字型倾斜裂缝形成机理。如图13.3所示。当外墙带型基础从散水坡裂隙中下渗的水量较大，渗入深度深
43、及基底面以下时，对于低层轻型建筑来说，基底面受到的附加压力有限，膨胀土吸水膨胀后产生向上顶升的压力将使带型基础产生上凸变形曲线，勒脚及底层墙面上除了出现水平裂缝以外，还将产生倒八字型倾斜裂缝。 3 1 1 2 图13.3 外墙面上的水平裂缝和倒八字型裂缝注：1. 水平裂缝；2. 向上顶升膨胀力；3. 倒八字型裂缝。第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.27膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 (3) 交叉倾斜裂缝形成机理。如图交叉倾斜裂缝形成机理。如图13.4所示。所示。在久旱不雨的情况下，散水坡及外墙基础底板下的土体失
44、水干缩，在久旱不雨的情况下，散水坡及外墙基础底板下的土体失水干缩，膨胀压力消失，基础底板下落恢复水平位置，甚至产生下凹变形，膨胀压力消失，基础底板下落恢复水平位置，甚至产生下凹变形，使勒脚以及外墙面上出现正八字型裂缝。正、倒八字型裂缝交叉出使勒脚以及外墙面上出现正八字型裂缝。正、倒八字型裂缝交叉出现形成相对倾斜，十字交叉的复合型裂缝。现形成相对倾斜，十字交叉的复合型裂缝。 图13.4 外墙面上的相对倾斜交叉裂缝第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例 13.28膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 (4) 墙面之字型或树枝型裂缝形
45、成机理墙面之字型或树枝型裂缝形成机理填充墙面上的之字形或树枝型裂缝的形成是与填充墙边界上的受力条填充墙面上的之字形或树枝型裂缝的形成是与填充墙边界上的受力条件，也就是上下框架梁和左右框架柱的变形趋势密切相关的。如上所件，也就是上下框架梁和左右框架柱的变形趋势密切相关的。如上所述，在膨胀土压力作用下，框架柱发生向一侧倾斜，下部地基梁发生述，在膨胀土压力作用下，框架柱发生向一侧倾斜，下部地基梁发生上凸形变形。上部框架梁则在荷载条件下发生正常的跨中部下凹而支上凸形变形。上部框架梁则在荷载条件下发生正常的跨中部下凹而支座附上凸的变形曲线。这些变形特征正是使墙面形成之字型裂缝和树座附上凸的变形曲线。这些
46、变形特征正是使墙面形成之字型裂缝和树枝型裂缝的必要条件。如图枝型裂缝的必要条件。如图13.5所示。所示。 4 5 2 5 8 7 4 5 2 9 5 6 5 3 2 1 图13.5 墙面之字形裂缝与树枝状裂缝合成图 注：1. 地基梁变形曲线；2. 框架柱变形曲线与墙侧压力分布线；3. 上框架梁变形曲线；4. 墙底部边沿随基础梁变形引起的裂缝；5. 墙顶随框架梁变形引起的内力；6. 墙顶角处力2与力5合成的主应力；7. 墙中部力2与力5合成的主拉应力；8. 墙顶角主拉应力6引起的裂缝；9.墙中部主拉应力7引起的裂缝。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实
47、例 13.29膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 2. 内墙带型基础的破坏和上部墙面的裂损内墙带型基础的破坏和上部墙面的裂损室内地面水渗漏或室内上下水管道渗漏引起的室内地基土膨胀导致的内室内地面水渗漏或室内上下水管道渗漏引起的室内地基土膨胀导致的内墙带型基础破坏和上部墙体裂损的机理与外墙裂损机理相似。所不同的墙带型基础破坏和上部墙体裂损的机理与外墙裂损机理相似。所不同的是上下水管道变形裂损渗漏与地基浸水膨胀现象两者是互为因果、恶性是上下水管道变形裂损渗漏与地基浸水膨胀现象两者是互为因果、恶性循环的一对矛盾，如果不采取措施，恶性将永无终止的一天。由于存在循环的一对矛盾，
48、如果不采取措施，恶性将永无终止的一天。由于存在以上两个现象也就不可能有地基土失水干缩的机会，不会出现墙面相对以上两个现象也就不可能有地基土失水干缩的机会，不会出现墙面相对倾斜的交叉裂缝。但是随着时间的推进，浸水膨胀的范围会日渐扩大，倾斜的交叉裂缝。但是随着时间的推进，浸水膨胀的范围会日渐扩大，浸水软化的深度会日渐扩大，有可能导致较大范围的整体沉降破坏现象。浸水软化的深度会日渐扩大，有可能导致较大范围的整体沉降破坏现象。3. 墩式基础的破坏和上部结构的裂损墩式基础的破坏和上部结构的裂损墩式基础的埋置深度一般较带型基础大，其基底面承受的压力强度也比墩式基础的埋置深度一般较带型基础大，其基底面承受的
49、压力强度也比带型基础大。因此基底面以下膨胀土地基因浸水膨胀引起墩基向上顶升带型基础大。因此基底面以下膨胀土地基因浸水膨胀引起墩基向上顶升破坏的可能性较小。但墩基侧面和承墙地基梁底面与侧面承受挤胀压力破坏的可能性较小。但墩基侧面和承墙地基梁底面与侧面承受挤胀压力的机会则较多，容易引起墙面出现水平裂缝和倾斜裂缝。最危险的是当的机会则较多，容易引起墙面出现水平裂缝和倾斜裂缝。最危险的是当墩身侧面受到强大水平挤胀压力时，将导致墩身倾斜，严重时，可能引墩身侧面受到强大水平挤胀压力时，将导致墩身倾斜，严重时，可能引起建筑物坍塌。起建筑物坍塌。 第十三章膨胀土地基上的建筑物裂缝分析实例第十三章膨胀土地基上的
50、建筑物裂缝分析实例 13.30膨胀土地基上的建筑结构裂损机理膨胀土地基上的建筑结构裂损机理 4. 桩基础的破坏和上部结构的裂损桩基础的破坏和上部结构的裂损桩基础在膨胀压力的作用下其破坏机理与墩基础相似，但其形势却要严桩基础在膨胀压力的作用下其破坏机理与墩基础相似，但其形势却要严峻得多。因为桩基础要求桩身穿透膨胀土地层进入非膨胀性的持力层，峻得多。因为桩基础要求桩身穿透膨胀土地层进入非膨胀性的持力层，埋置深度大，也必然穿透以膨胀土为隔水层的上下两个含水层，给两个埋置深度大，也必然穿透以膨胀土为隔水层的上下两个含水层，给两个含水层的水体打开一条上下贯通的通道。客观上起了引含水层的水体打开一条上下贯
