【摘 要】 通过对地基土强夯前后的微观结构进行研究,从微结构角度解释了强夯时地基土的变形破坏机理。世纪花园高饱和度地基土由于存在粘粒及集聚体,强夯后使土的渗透性变差,超孔隙压力难以快速消散,致使土发生变形破坏。
【关键词】 微观结构;矿物碎屑;集聚体;直接接触;间接接触;过渡型接触
微观结构是影响地基土工程特性的重要因素之一。在评价土体的工程性质时,必须重视土体微结构的研究。土粒的大小、形状、联结及其相互排列和孔隙的大小、形状等都是土体强度和变形的决定性因素。土的相对体积质量、液限、塑限等指标取决于其成分,而土的孔隙比、重度、压缩性及强度等指标则主要受土的结构所控制。 天然工程土的微结构特征最初由Terzaghi (1925)和Casagrande(1932)研究。
上世纪60年代末,扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜 (TEM)的发展为微结构特征的研究提供了强有力的工具。Collins和McGown(1983)通过对土结构的系统研究,提出了土体结构的分类(见表1)。后来Collins(1985)进一步发展了该分类(见图 1)。采用电镜技术,基于先前的微结构概念,这种分类方案已被广泛地应用到各种工程土的研究中。
强夯前后地基土的微结构特征研究主要通过颗分试验和扫描电子显微镜观测实现。试验场地为石家庄市世纪花园二期工程,该工程拟建18栋住宅¥,其中1#~5#、9#~10#住宅¥为6层,地下为1 层,设计采用条形基础,地基承载力要求fk=200 kPa;6#~8#和11#~18#¥为地上9至12层的高层建筑,地下为1层,设计采用十字交叉梁条形基础,地基承载力要求fk=270 kPa;基础埋深均为自地表以下2·0 m。依据场地工程勘察报告,场地②、 ③、④层地基土具Ⅰ级非自重湿陷性,承载力fk= 130~150 kPa,采用强夯处理地基,处理深度为 6·0 m,强夯单击夯击能采用1 000 kN·m,点夯击数 8~10击。 目前,国内外电镜样品的干燥方法有:风干法、烘干法、置换法、临界点干燥法、冷冻真空升华法。
由于风干法简单实用,方便经济,因而本次仍采用风干法干燥土样。对粉土来说,此法对土样的原有结构影响不大。但对粘性土,由于风干时土体发生收缩开裂,土颗粒重新排列,孔隙形态大小发生变化,因此,风干法对其原有微结构有一定的影响。从土样筒中取样时应尽可能小心,以避免对土样的扰动,为获得最好的代表性,ÿ个土样一般取 3~4个小样,大致代表土样的竖直面和水平面的特征。
采取小样的方法是先掰开土样,用小刀在断面上切割出一块相对平整(其面积不大于1 cm2)的土块,然后将小样基底切平,小心粘帖到电镜的铝制托盘上,恒温下(20℃)静置3~4周,风干样品。待样品风干后,在真空状态下给样品的表面镀上一层厚 200~300°A(1°A=0·1 nm)的金膜,以利于电子束的传导,制备好的样品放入盛有干燥剂的密封容器中, 防止灰尘污染,以备试验。总共分析了世纪花园地基土强夯前后的代表性样品12个,其中夯前样品为 10个,夯后样品为2个。试验是在中国地质大学扫描电镜室完成的。
