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湿陷性黄土地基不均匀沉降处理分析
作者：陈云
来源：《中国新技术新产品》2011年第02期
摘要：针对湿陷性黄土地基不均匀沉降现象，通过分析黄土的分布及形成，黄土湿陷的成因，影响黄土湿陷的因素及湿陷等级，分析湿陷性黄土地基不均匀沉降产生的原因。利用ANSYS有限元建立有限元模型，进行数值分析，并对湿陷性黄土地基不均匀沉降选择合适的处理方案。
关键词：湿陷性黄土；地基不均匀沉降；ansys；有限元处理方案 中图分类号：TU4 文献标识码：B
1 湿陷性黄土地基不均匀沉降分析
1.1黄土湿陷的成因。在干旱、雨量少的气候条件下，黄土沉积过程中水分不断蒸发，土粒间的盐类析出，胶体凝固，形成固化粘聚力，从而阻止了上面的土对下面土的压密作用而成为欠压密状态，时间久了，堆积的欠压密土层越来越厚，因而形成高孔隙比、地湿度的湿陷性黄土。一旦水浸入较深，固化粘聚力消失，就形成了湿陷。
1.2影响黄土湿陷性因素。影响黄土湿陷性的因素来自组成黄土的物质和特殊结构。在组成黄土的物质成分中，粘粒含量对黄土粘粒有一定的影响，一般粘粒含量越多湿陷性越小。另外黄土中盐类及其存在状态对湿陷性也有直接的影响。
1.3湿陷性黄土地基的湿陷等级。湿陷性黄土地基的湿陷等级，根据基底下各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小因素按表1判定。 1.4湿陷性黄土地基不均匀沉降产生的原因
(1)在通常情况下，设计时对湿陷性黄土地基的处理方案欠妥，没有按黄土规范要求，消除地基的全部或部分湿陷量，或采用桩基础时未能穿透全部湿陷性土层。上部结构单体过长，地基土压缩性差异过大，而相应部位又未设沉降缝或沉降缝设置位置不当。作用在地基上部结构荷载不均匀，屋面排水系统设计不合理，或交工前未做好屋面或建筑物四周室外地面的排水，突降暴雨来临时，雨水注入地下，造成地基产生下沉。
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(2)场地不平整或未按设计要求地面坡度施工，造成排水不畅，散水和室外地坪坡度太小而形成积水、渗水。室内外下水管道接口不严，管道断裂而造成漏水。以致造成地基发生沉降。(3)散水和地坪填土质量差，造成散水和地坪不均匀沉陷而开裂，形成地面水和雨水的下渗通道，使土湿陷，进而又促使散水和地坪进一步下沉。严重时散水往往形成倒坡，不但起不到排水作用，反而起聚水作用，致使地基不均匀沉陷。
2 应用ansys有限元分析湿陷性黄土地基不均匀沉降
对于无限大的地基上的局部区域，其沉降应与该区域的荷载成正比，而与其刚度成反比。地基局部区域沉降较大，是该处荷载较大而刚度较小所致。削减该处的荷载或增大该处的刚度就可以减少该处的沉降。笔者在充分了解ANSYS有限元程序的前提下，建立有限元模型，进行数值分析。
(1)建模。建立一个单元模型，满足计算边界位于模型范围内，划分有限单元网格。 (2)设定边界条件并进行求解。利用弹性理论将地基视为半无限各向同性弹性体，根据弹性理论可得到地基沉降计算公式。在竖向集中力F作下，半无限弹性体中点A(x，y，z)处的竖向应变ξ，表达式为：
3 湿陷性黄土地基不均匀沉降的处理方法
3.1湿陷性黄土地基处理的目的。湿陷性黄土地基处理的目的主要在于改善土的物理力学性质，消除或减少地基因偶然浸水而引起的湿陷变形，它与其它类土的地基处理有所不同。当然，湿陷性黄土地基经过处理后，它的承载力会有所提高。
3.2湿陷性黄土地基处理范围及厚度。湿陷性黄土地基处理范围及厚度应根据地基土的湿陷类型、湿陷等级和建筑类别等来选定。
(1)处理建筑物内整片的湿陷性黄土层，除可以起到很好的防水作用外，也可看成为双层地基，其应力扩散作用好，可减少湿陷变形。(2)直接处理位于在建筑物基础下的湿陷性黄土层。(3)对非自重湿陷性黄土地基，基础下地基处理厚度达到压缩层下限，或达到饱和土自重应力与附加应力之和等于或小于同一标高处土的湿陷起始压力，说明全部消除地基的湿陷性黄
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土。(4)对自重湿陷性黄土地基，由于土的湿陷变形与湿陷性黄土层的厚度、饱和土自重应力有关，而与压缩层厚度无关，所以要全部消除地基的湿陷性黄土。 3.3湿陷性黄土地基不均匀沉降处理方案选择
3.3.1土或灰土挤密桩法。土层厚度大于12m时采用挤密桩法。沉管、冲击、爆扩等方法挤土成孔，分成夯填素土或灰土成桩。对中间土挤密，孔径为40cm，桩与桩的间距为1.0-1.3m，桩深为6-10m，桩底穿过湿陷性黄土层，传力于湿陷性黄土层以下的持力层上，与地基土组成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基沉降量，部分或全部消除地基湿陷性，达到避开湿陷性黄土层的目的。
3.3.2强夯法和强夯置换法。土层厚度在3-12m时采用强夯法和强夯置换法。利用强夯击能，在地基中产生强烈的冲击能和动力，迫使土动力固结密实。强夯置换墩兼具挤密、置换和加快土层固结的作用。
3.3.3换填垫层法。土层厚度在1-3m时采用换填垫层法。以沙石、素土、灰土、矿渣等强度较高的材料，置换地基表层软弱土，提高持力层的承载力，扩散应力，减少地基的沉降量。 3.3.4单液硅化法。地基受水浸湿引起湿陷的建筑物下地基中通过压力灌注或溶液自渗方式灌入硅酸钠溶液或氢氧化钠溶液，使土颗粒之间胶结，消除湿陷性，提高地基的承载力，减少地基不均匀沉降。对湿陷性黄土地基不均匀沉降在选择处理方案时，应考虑上部结构、基础和地基的共同作用，并经过技术经济比较，选用地基处理方案或加强上部结构和处理地基相结合的方案。对其地基不均匀沉降进行处理，提高地基的承载力，对于含水量过高的湿陷性黄土，由于渗透性差，土体内排水困难，应慎用其它方法(动力固结法)处理加固。利用ANSYS有限元加以分析，建立合理的数值分析模型。全面分析地基不均匀沉降的原因，对整体承载系统进行优化。