9 工程岩土学岩土工程地质性质人工改良的基本原理.ppt

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1、第第9章章 岩土工程地质性质的岩土工程地质性质的人工改良的基本原理人工改良的基本原理 教师：韩文喜教师：韩文喜Email：Tel: 13880536952工工 程程 岩岩 土土 学学1 1 第第9章章 岩土工程地质性质的岩土工程地质性质的 人工改良的基本原理人工改良的基本原理 1. 1. 1. 1. 概述概述概述概述 2. 2. 2. 2. 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理 3. 3. 3. 3. 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理 工工 程程 岩岩 土土 学学2 2V

2、ibroflotationFrom Das, 1998Vibroflotation is a technique for in situ densification of thick layers of loose granular soil deposits. It was developed in Germany in the 1930s.3 3振冲碎石桩Stage1: The jet at the bottom of the Vibroflot is turned on and lowered into the groundStage2: The water jet creates a

3、quick condition in the soil. It allows the vibrating unit to sink into the groundStage 3: Granular material is poured from the top of the hole. The water from the lower jet is transferred to he jet at the top of the vibrating unit. This water carries the granular material down the holeStage 4: The v

4、ibrating unit is gradually raised in about 0.3-m lifts and held vibrating for about 30 seconds at each lift. This process compacts the soil to the desired unit weight.From Das, 19984 45 56 6振动压缩振动压缩7 7 六、射水成孔袋装碎石桩六、射水成孔袋装碎石桩六、射水成孔袋装碎石桩六、射水成孔袋装碎石桩 射水成孔袋装碎石柱是指采用高压射水成孔，然后向孔中置入袋装碎石而射水成孔袋装碎石柱是指采用高压射水成孔，然

5、后向孔中置入袋装碎石而成的桩。该法避免了碎石桩在软土中由于侧向约束小，而在垂直荷载作用下变成的桩。该法避免了碎石桩在软土中由于侧向约束小，而在垂直荷载作用下变形大的特点，因此，袋装碎石柱复合地基比一般碎石桩复合地基承载力高。形大的特点，因此，袋装碎石柱复合地基比一般碎石桩复合地基承载力高。CFG桩 五、水泥粉煤灰碎石桩五、水泥粉煤灰碎石桩五、水泥粉煤灰碎石桩五、水泥粉煤灰碎石桩(CFG)(CFG)(CFG)(CFG) 这种工艺是通过在碎石桩体中添加以水泥为主的胶结材料这种工艺是通过在碎石桩体中添加以水泥为主的胶结材料( (添加粉煤灰是添加粉煤灰是为了增加混合料的和易性并有低标号水泥的作用同时还

6、添加适量的石膏以改为了增加混合料的和易性并有低标号水泥的作用同时还添加适量的石膏以改善级配善级配) )，使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转换为柔性桩。，使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转换为柔性桩。 机具和施工工艺与振挤碎石桩大体相同，但也可采用锤击碎石桩的机具和机具和施工工艺与振挤碎石桩大体相同，但也可采用锤击碎石桩的机具和工艺制桩，近年来还有用长螺旋成桩机具和工艺的工程实例。工艺制桩，近年来还有用长螺旋成桩机具和工艺的工程实例。 桩体的配合料可根据地层的工程地质情况和加固要求通过试验确定桩体的配合料可根据地层的工程地质情况和加固要求通过试验确定成桩。详细内容见成桩。详细内容见CFGCFG转

7、有关内容。转有关内容。8 81 1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理 随着工程建设的发展，由于经济、国防方面的需要，随着工程建设的发展，由于经济、国防方面的需要，有些建筑物不得不有些建筑物不得不在不良的地质条件下进行修建；或者建筑物场地虽无特殊不利的地质情况，在不良的地质条件下进行修建；或者建筑物场地虽无特殊不利的地质情况，但因建筑物规模巨大，场地地质条件不能满足建筑物要求但因建筑物规模巨大，场地地质条件不能满足建筑物要求。这时，除在工程这时，除在工程设计方面采取措施，如调整上部结构以适应不利地质条件外，还需要采取工设计方面采取措施，如调整上部结构以适应不利地质条件外，还需要采取工

8、程地质措施以改变不良的地质条件。这些措施主要是改变土体的不良性质，程地质措施以改变不良的地质条件。这些措施主要是改变土体的不良性质，一股称为土体人工改良或简称土质改良。一股称为土体人工改良或简称土质改良。土体性质不符合建筑物要求，可能土体性质不符合建筑物要求，可能是土体物质、土体结构或地质环境的某些缺陷不能保证建筑物地基、边坡或是土体物质、土体结构或地质环境的某些缺陷不能保证建筑物地基、边坡或地下工程的稳定性。人工改良必须针对有关改造的对象对症下药。土体人工地下工程的稳定性。人工改良必须针对有关改造的对象对症下药。土体人工改良的任务和目的，主要是提高土体的力学强度，减少其变形量，提高抗水改良的

9、任务和目的，主要是提高土体的力学强度，减少其变形量，提高抗水稳定性，降低透水性；或增强土体结构的完整性，增强其联结强度，减弱渗稳定性，降低透水性；或增强土体结构的完整性，增强其联结强度，减弱渗透途径及渗透量；或改善地质环境，主要是改变土中的应力状态和地下水存透途径及渗透量；或改善地质环境，主要是改变土中的应力状态和地下水存在条件，以增强土体的力学强度，提高建筑物地基、边被或围岩的稳定性在条件，以增强土体的力学强度，提高建筑物地基、边被或围岩的稳定性以保证建筑物的安全稳定和正常使用。以保证建筑物的安全稳定和正常使用。91 1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理 当土体性质不良，不能满足

10、建筑物的要求时，需要人工改良的具体情况当土体性质不良，不能满足建筑物的要求时，需要人工改良的具体情况主要有：主要有： (1)修筑道路、飞机场、运动场等，把表层土作为建筑材料铺路面或作为地基修筑道路、飞机场、运动场等，把表层土作为建筑材料铺路面或作为地基时，需要人工改变土的密实度、透水性或抗水性，以增强土的强度和稳定性；时，需要人工改变土的密实度、透水性或抗水性，以增强土的强度和稳定性； (2)修筑工业与民用建筑、桥梁、水工建筑，将土体作为地基时，由于土体承修筑工业与民用建筑、桥梁、水工建筑，将土体作为地基时，由于土体承载能力不够或地下水渗漏过甚而影响施工或土体不稳定，需要加固地基或设置载能力不

11、够或地下水渗漏过甚而影响施工或土体不稳定，需要加固地基或设置防渗帐幕，提高土体强度和降低其透水性；防渗帐幕，提高土体强度和降低其透水性； (3)水工、道路等建筑物的边坡不稳定时，需要加固土坡，可采用消除水的危水工、道路等建筑物的边坡不稳定时，需要加固土坡，可采用消除水的危害，改变边坡力学平衡条件，增强结构面强度等措施；害，改变边坡力学平衡条件，增强结构面强度等措施； (4)地下建筑或开挖地下建筑或开挖(隧道、矿井、坑道等隧道、矿井、坑道等)，需要提高土体强度，降低进水性，需要提高土体强度，降低进水性，须采用喷浆护面或设置阻水帐幕。为了防止涌水或坍塌，保证正常工作，锚筋须采用喷浆护面或设置阻水帐

12、幕。为了防止涌水或坍塌，保证正常工作，锚筋加固，灌浆胶结等措施加固围岩加固，灌浆胶结等措施加固围岩10 目的土质改良的方法，大致可以归纳为四类：目的土质改良的方法，大致可以归纳为四类： 第一类第一类第一类第一类是加进某种材料是加进某种材料以改变土的成分，使土体连结能力加强，充填孔以改变土的成分，使土体连结能力加强，充填孔隙、裂隙，以提高上体强度，降低土体适水性隙、裂隙，以提高上体强度，降低土体适水性。根据加进材料的方式。又可。根据加进材料的方式。又可分三大类：拌和法、换分三大类：拌和法、换( (填填) )垫层法、化学加固法。垫层法、化学加固法。 拌和法拌和法是将某些材料拌混于土中，并加以压实，

13、使土胶结，提高土的强是将某些材料拌混于土中，并加以压实，使土胶结，提高土的强度或抗水稳定性；根据使用的材料不同，有最优土法、胶结材料胶结法和吸度或抗水稳定性；根据使用的材料不同，有最优土法、胶结材料胶结法和吸温盐法等。温盐法等。 换换( (填填) )垫层法垫层法是将基底下一定深度的软弱土层挖除，然后回填较好的土、是将基底下一定深度的软弱土层挖除，然后回填较好的土、砂、碎石料，或在天然地层上铺设土、砂、碎石料，作为人工填筑的持力层，砂、碎石料，或在天然地层上铺设土、砂、碎石料，作为人工填筑的持力层，提高地基承载力，减少地基沉降量。提高地基承载力，减少地基沉降量。 化学加固法化学加固法是通过注入水

14、泥或化学浆液等材料，胶结土粒，填塞孔隙、是通过注入水泥或化学浆液等材料，胶结土粒，填塞孔隙、裂隙，从而提高土体强度，降低土体透水性，提高地基、边坡或地下洞室围裂隙，从而提高土体强度，降低土体透水性，提高地基、边坡或地下洞室围岩的稳定性。根据施工方法不同，有灌浆法、高压喷射注浆法、探层搅拌法岩的稳定性。根据施工方法不同，有灌浆法、高压喷射注浆法、探层搅拌法等。等。11 第二类第二类是通过某种技术方法是通过某种技术方法，改变土体的松散状态，使土体孔隙或裂隙改变土体的松散状态，使土体孔隙或裂隙减少，密实度增大，强度提高，透水性降低，抗水稳定性增强改善土体抗减少，密实度增大，强度提高，透水性降低，抗水

15、稳定性增强改善土体抗振动能力振动能力。根据处理土体部位和采用手段不同，可分为。根据处理土体部位和采用手段不同，可分为表层压实法和探层挤表层压实法和探层挤密法。密法。 表层压实法表层压实法有机械碾压法、振动压实法和重锤夯实法之分；有机械碾压法、振动压实法和重锤夯实法之分； 深层挤密法深层挤密法有强夯法、爆破挤密法、振冲法、挤密法等方法。有强夯法、爆破挤密法、振冲法、挤密法等方法。 第三类第三类是改变地下水条件，降低土体水分是改变地下水条件，降低土体水分。通过布置排水并、排水沟和。通过布置排水并、排水沟和排水垫层，改善土体排水条件，并采取加压、抽水、电渗等措施，以加速土排水垫层，改善土体排水条件，

16、并采取加压、抽水、电渗等措施，以加速土体的固结，提高土体强度，增强土体稳定性。此法一般称体的固结，提高土体强度，增强土体稳定性。此法一般称排水固结法或预压排水固结法或预压法法，包括砂井堆载预压法、真空预压法、抽降水法、电渗法等。，包括砂井堆载预压法、真空预压法、抽降水法、电渗法等。 第四类第四类是改善土体结构完整性的加筋法是改善土体结构完整性的加筋法，增强土体结构的完整，除采用，增强土体结构的完整，除采用化学加固法以增强联结外，还可以在土体中埋设强度较大的土工聚合物、拉化学加固法以增强联结外，还可以在土体中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件及各种不同材料的校体，以提高建筑物地基、边按或地

17、下围岩筋、受力杆件及各种不同材料的校体，以提高建筑物地基、边按或地下围岩的稳定性，提高承载力，减少变形量。这类方法可统称加筋法，包括多种方的稳定性，提高承载力，减少变形量。这类方法可统称加筋法，包括多种方法。法。12 1 1 1 1拌和法拌和法拌和法拌和法 将某些材料拌入土中，加固地表将某些材料拌入土中，加固地表l l一一2m2m厚的土层厚的土层 (1)(1)最优土法最优土法：根据各种粒组在土中所起的不同作用，可按一定比例将不同：根据各种粒组在土中所起的不同作用，可按一定比例将不同粒组加以人工配合，使这种土在不同含水情况具有一定的强度，这种土就称为粒组加以人工配合，使这种土在不同含水情况具有一

18、定的强度，这种土就称为最优土最优土( (或称最佳级配土或称最佳级配土) )。最优土中各粒组含量的多少，取决于当地的情况、。最优土中各粒组含量的多少，取决于当地的情况、气候条件和建筑物的要求。在气候条件和建筑物的要求。在般最优土小，将大量粗粒组般最优土小，将大量粗粒组(0.25(0.255mm)5mm)作为基作为基本骨架本骨架( (占占2525一一5050) )。加适量的粘粒起胶结作用。加适量的粘粒起胶结作用( (占占6 6一一1212) )。在过湿地区，。在过湿地区，粘粒废少些，粗粒应多些。此法就地取材，技术简单，费用很低，适用于各种粘粒废少些，粗粒应多些。此法就地取材，技术简单，费用很低，适

19、用于各种土类，修筑一般公路，广泛应用。土类，修筑一般公路，广泛应用。 (2)(2)胶结材料胶结法胶结材料胶结法：胶结材料很多，主要有沥青、柏油、水泥和石灰等。：胶结材料很多，主要有沥青、柏油、水泥和石灰等。经过胶结材料处理后，土的强度增大，抗水性提高。经过胶结材料处理后，土的强度增大，抗水性提高。 此外，还可以此外，还可以6n6n入炉碴、碎砖、石粉、煤碴等工业废料，以减少粘性土的入炉碴、碎砖、石粉、煤碴等工业废料，以减少粘性土的粘性；加入少量的泥炭，以增加砂土的连结力。将这些掺台掷与最优土相互配粘性；加入少量的泥炭，以增加砂土的连结力。将这些掺台掷与最优土相互配合，效果更好。合，效果更好。1

20、土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理13 (3) (3)吸湿盐法：吸湿盐法：要使土路面保持良好的状况，应保持一定的水量。掺入少要使土路面保持良好的状况，应保持一定的水量。掺入少量吸湿盐类量吸湿盐类(CaCl(CaCl2 2，NaClNaCl) )可使土保持一定水分，使土粒有较好的连结，干燥可使土保持一定水分，使土粒有较好的连结，干燥时无尘，潮湿时稳定。此法主要适用于粉质细粒土路面。用食盐时无尘，潮湿时稳定。此法主要适用于粉质细粒土路面。用食盐1 1一一3%3%的氯的氯针渍土，掺入土中，也能达到一定的效果。在海滨，常用海水或卤水洒路面，针渍土，掺入土中，也能达到一定的效果。在海滨，常用海

21、水或卤水洒路面，也能起到很好的作用。也能起到很好的作用。 也有用食盐撤于水渠边坡，使也有用食盐撤于水渠边坡，使Na4Na4代替黄土中的代替黄土中的Ca2Ca2，NaNa在土粒表面在土粒表面形成很厚的扩散水膜，因此土膨胀而减低透水性。形成很厚的扩散水膜，因此土膨胀而减低透水性。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理14 2 2 2 2换换换换( ( ( (填填填填) ) ) )垫层法垫层法垫层法垫层法 此法实质是设置垫层方法，有两种情况：此法实质是设置垫层方法，有两种情况： 一种是一种是在天然地层上铺设垫层，作为人工填筑的待力层在天然地层上铺设垫层，作为人工填筑的待力层； 一种是一种是

22、将表层一定深度的软弱层挖除，然后置换回填较好的垫层将表层一定深度的软弱层挖除，然后置换回填较好的垫层。 按填的材料命名垫层，如砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二按填的材料命名垫层，如砂垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层等。垫层可提高持力层的承载力，减少地基沉降量，部分消除土的湿灰垫层等。垫层可提高持力层的承载力，减少地基沉降量，部分消除土的湿陷性和胀缩性，防止土的冻胀，改善土的动力特性。此法适用于各类软弱十陷性和胀缩性，防止土的冻胀，改善土的动力特性。此法适用于各类软弱十( (如淤泥类土、饱和软弱粘性土、松砂、京填土、杂填上如淤泥类土、饱和软弱粘性土、松砂、京填土、杂填上) )

23、和持殊性土和持殊性土( (如湿陷如湿陷性土、胀缩性土、季节冻土等性土、胀缩性土、季节冻土等) )。处理深度控制在。处理深度控制在3m3m以内，一般为以内，一般为l l一一2m2m，常，常用于轻型建筑和表层工程用于轻型建筑和表层工程( (堆料场、地坪、道路堆料场、地坪、道路) )。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理15 3化学加固法化学加固法 此法通过压力、高压喷射或深层搅拌等措施，将水泥、石灰或化学浆液此法通过压力、高压喷射或深层搅拌等措施，将水泥、石灰或化学浆液注入土体中，使浆液与土粒胶结起来，形成坚硬的桩体，以改善十体的工程注入土体中，使浆液与土粒胶结起来，形成坚硬的桩体，以

24、改善十体的工程性质，提高承载力，增加稳定件减少沉降，防止渗漏加固深度一般可达性质，提高承载力，增加稳定件减少沉降，防止渗漏加固深度一般可达20m左右。施工方法可有下列三种。左右。施工方法可有下列三种。 (1)灌浆法：灌浆法：通过钻孔或打入花管通过钻孔或打入花管(端部带有孔眼的注浆管端部带有孔眼的注浆管)，用，用压力把胶压力把胶结材料浆液压进土中在土个凝固，填充孔隙、裂隙，把土粒胶结起来，从结材料浆液压进土中在土个凝固，填充孔隙、裂隙，把土粒胶结起来，从而增强土体强度或降低透水性。此法最常用于各类建筑韧的地基、边坡或地而增强土体强度或降低透水性。此法最常用于各类建筑韧的地基、边坡或地下开挖工程。

25、下开挖工程。 灌浆材料包括较粗的悬浊液，如各种水泥、粘土浆、沥青，以及各种化灌浆材料包括较粗的悬浊液，如各种水泥、粘土浆、沥青，以及各种化学溶液，如水玻璃、纸浆废液学溶液，如水玻璃、纸浆废液(络木素、木铵等络木素、木铵等)、丙稀酞胺、尿醛树脂等。根、丙稀酞胺、尿醛树脂等。根据浆液的不同，灌浆法可分为水泥理浆法、粘土灌浆法、沥青灌浆法和化学据浆液的不同，灌浆法可分为水泥理浆法、粘土灌浆法、沥青灌浆法和化学灌浆法等灌浆法等。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理16 水泥灌浆法水泥灌浆法是将水泥灌入土的孔隙中，水泥中的成分发生水化作用，形是将水泥灌入土的孔隙中，水泥中的成分发生水化作用，

26、形成新的化合韧，演塞孔隙，胶结土粒，以减低土的透水性，提高强度。最常成新的化合韧，演塞孔隙，胶结土粒，以减低土的透水性，提高强度。最常用于渗透系数为用于渗透系数为1010一一80m80md d的粗砂、砾石层，以防止地下水的大量渗漏。一的粗砂、砾石层，以防止地下水的大量渗漏。一般用硅酸盐水泥或矿碴水泥；为加速水泥凝结，使浆液较稀，可掺少量速凝般用硅酸盐水泥或矿碴水泥；为加速水泥凝结，使浆液较稀，可掺少量速凝剂，如氯化钙、水玻璃等，这样对剂，如氯化钙、水玻璃等，这样对1 1：个砂也可以加固。在吸浆量特大地区，：个砂也可以加固。在吸浆量特大地区，为节约水泥，有时可加适量细砂、石粉、粉煤灰、细矿碴或粘

27、土。为节约水泥，有时可加适量细砂、石粉、粉煤灰、细矿碴或粘土。 粘土灌浆法是惜压力将粘土浆灌入土的孔隙中，使土粒留在扎隙中，充粘土灌浆法是惜压力将粘土浆灌入土的孔隙中，使土粒留在扎隙中，充填孔隙，大大降低透水性，但强度增加很小。故只用于临时性或次要防渗工填孔隙，大大降低透水性，但强度增加很小。故只用于临时性或次要防渗工程，降低渗透系数小于程，降低渗透系数小于80m80md d砂砾石层的透水性。粘土料易找，较便宜，臣砂砾石层的透水性。粘土料易找，较便宜，臣能抵抗水的侵蚀性，但效果较差，有时需反能抵抗水的侵蚀性，但效果较差，有时需反复处理。为提高处理效果，增加土的强度，复处理。为提高处理效果，增加

28、土的强度，可以加一些水泥、石灰或水玻璃。可以加一些水泥、石灰或水玻璃。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理17 沥青灌浆法沥青灌浆法是通过钻孔把沥青溶液压入土中，使它填塞是通过钻孔把沥青溶液压入土中，使它填塞7L7L隙，大大降隙，大大降低土的透水性，提高抗水性，但强度增加不大。沥青浆有热、冷两种。热沥低土的透水性，提高抗水性，但强度增加不大。沥青浆有热、冷两种。热沥青法将熔化青法将熔化(200(200一一220)220)的沥青灌入孔隙中沥青冷却硬化后将孔隙堵塞。的沥青灌入孔隙中沥青冷却硬化后将孔隙堵塞。但热沥青稠度浓，需用较大的压力，只适用孔隙较大的砾石层但热沥青稠度浓，需用较大的

29、压力，只适用孔隙较大的砾石层( (渗透系数为渗透系数为8080一一100m100md)d)，地下水流速很大也能处理，同时，沥青能抵抗水的侵蚀。但要，地下水流速很大也能处理，同时，沥青能抵抗水的侵蚀。但要保持沥青要有高温度，设备复杂，成本较高，孔隙较小的砂土不适用。保持沥青要有高温度，设备复杂，成本较高，孔隙较小的砂土不适用。冷沥青法是用专门的沥青乳浊液压进孔隙中。沥青乳浊液是由水冷沥青法是用专门的沥青乳浊液压进孔隙中。沥青乳浊液是由水t40t40一一5050) )、沥青、沥青(45(45一一6060) )和少量乳化剂和少量乳化剂(1(1一一5 5) )组成。乳化剂是极化性较强的组成。乳化剂是极

30、化性较强的物质，如肥皂、松香、胶、淀粉等。沥青颗粒在乳化剂包围下与水形成分散物质，如肥皂、松香、胶、淀粉等。沥青颗粒在乳化剂包围下与水形成分散系压入孔隙后，沥青粒为土所吸附而沉淀凝结。冷沥青法适用于孔隙较小系压入孔隙后，沥青粒为土所吸附而沉淀凝结。冷沥青法适用于孔隙较小的砂砾的砂砾( (渗透系数为渗透系数为1010一一100m100md)d)，不用加热，但对孔隙大、地下水流速快的，不用加热，但对孔隙大、地下水流速快的砂砾石不适用。砂砾石不适用。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理18 化学灌浆法化学灌浆法是将某些溶液压入士的孔隙中，这些溶液发生化学反应，是将某些溶液压入士的孔隙中，

31、这些溶液发生化学反应，迅速分泌出凝胶或结晶，使土胶结成整块，具有较高的强度和抗水性，透水迅速分泌出凝胶或结晶，使土胶结成整块，具有较高的强度和抗水性，透水性大大降低。目前，最常用的材料为水玻璃，此法称为硅化法。硅化法多用性大大降低。目前，最常用的材料为水玻璃，此法称为硅化法。硅化法多用于孔隙较小的土，如砂土、一般纫粒土、黄上类土等，可用于施于孔隙较小的土，如砂土、一般纫粒土、黄上类土等，可用于施1 1：前加固处：前加固处理，也可用于已有建筑物的加固，处理效果快，只用很短时间溶液就凝固起理，也可用于已有建筑物的加固，处理效果快，只用很短时间溶液就凝固起作用且强度随时间而增高。加固后的土强度很大，

32、透水性大大降低，在水作用且强度随时间而增高。加固后的土强度很大，透水性大大降低，在水中很稳定，但费用较高，技术复杂。除用水玻璃加固土的硅化法外可采用中很稳定，但费用较高，技术复杂。除用水玻璃加固土的硅化法外可采用很多其他化学溶液加固土，统称化学灌浆法。例如，可用亚硫酸盐纸浆废液很多其他化学溶液加固土，统称化学灌浆法。例如，可用亚硫酸盐纸浆废液( (络木素，木铵等络木素，木铵等) )、尿醛树脂、环氧树脂、丙稀酰胺等溶液加固各种砂土和、尿醛树脂、环氧树脂、丙稀酰胺等溶液加固各种砂土和砂性较大的粘性土、黄土类土砂性较大的粘性土、黄土类土( (环氧树脂对粘性土和黄土不适用环氧树脂对粘性土和黄土不适用)

33、 )。由于溶液。由于溶液渗透能力强，凝固迅速，效果良好，但成本较高。渗透能力强，凝固迅速，效果良好，但成本较高。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理19 3化学加固法化学加固法 (2)高压喷射注浆法：高压喷射注浆法： 将带有特殊喷嘴的注浆管，以高压喷射流直接冲击破坏土体，使射入的将带有特殊喷嘴的注浆管，以高压喷射流直接冲击破坏土体，使射入的浆液浆液(一般是水泥浆一般是水泥浆)和土拌和，经过凝结硬化，形成圆柱状高强度校体群、复和土拌和，经过凝结硬化，形成圆柱状高强度校体群、复合地基或挡土和挡水的结构物，可提高地基承载力，改变水流方向。增强边合地基或挡土和挡水的结构物，可提高地基承载力

34、，改变水流方向。增强边坡稳定性。此法适用于较松软的各类一般土和人工垣土、淤泥类土。坡稳定性。此法适用于较松软的各类一般土和人工垣土、淤泥类土。 (3)深层搅拌法：深层搅拌法： 利用水泥或石灰作为固化剂的主剂，通过持制的深层搅拌机械，在土体利用水泥或石灰作为固化剂的主剂，通过持制的深层搅拌机械，在土体深处就地将软弱土和浆状或粉状的固化剂进行强制搅拌，经拌和后的混合物深处就地将软弱土和浆状或粉状的固化剂进行强制搅拌，经拌和后的混合物发生一系列物理化学反应，使软弱土体硬结成具有整体性、水稳定和一定强发生一系列物理化学反应，使软弱土体硬结成具有整体性、水稳定和一定强度的加固柱体，其加固效果与高压喷射注

35、浆法类似。此法适用于强度较低、度的加固柱体，其加固效果与高压喷射注浆法类似。此法适用于强度较低、含水较多的粉砂细土和纫粒土，以及淤泥类土、冲填土等含水较多的粉砂细土和纫粒土，以及淤泥类土、冲填土等。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理20 4 4表层压实法表层压实法 利用机械力量来压实表层疏松多孔的土体，使其透水性和压缩性减弱，利用机械力量来压实表层疏松多孔的土体，使其透水性和压缩性减弱，强度提高。由于其冲击力量不够，一般只能加固压实强度提高。由于其冲击力量不够，一般只能加固压实I53om厚的土层。厚的土层。由于压实方法不同，一般有下列三种方法：由于压实方法不同，一般有下列三种方法

36、： (1)机械辗压法：机械辗压法：利用压路机、羊足辗等压实机械来压实松散的土，常用利用压路机、羊足辗等压实机械来压实松散的土，常用于处理含水较少的各种土，适用于基础密集、开挖土方绝大的地基。用压路于处理含水较少的各种土，适用于基础密集、开挖土方绝大的地基。用压路机辗压几遍后，表层土密实，从而减少了地基的沉降，提高了填土的承载力。机辗压几遍后，表层土密实，从而减少了地基的沉降，提高了填土的承载力。 (2)振动压实法：振动压实法：适用于处理含粘粒较少的建筑垃圾、工业废料及炉灰等适用于处理含粘粒较少的建筑垃圾、工业废料及炉灰等杂填土、松散砂土。通过大能量的振动压密机械，改变土自然组合结构，形杂填土、

37、松散砂土。通过大能量的振动压密机械，改变土自然组合结构，形成较密实的土体。成较密实的土体。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理21 4 4表层压实法表层压实法 利用机械力量来压实表层疏松多孔的土体，使其透水性和压缩性减弱，利用机械力量来压实表层疏松多孔的土体，使其透水性和压缩性减弱，强度提高。由于其冲击力量不够，一般只能加固压实强度提高。由于其冲击力量不够，一般只能加固压实I53om厚的土层。厚的土层。由于压实方法不同，一般有下列三种方法：由于压实方法不同，一般有下列三种方法： (3)重锤夯实法：重锤夯实法：用起重机械将重锤提高到一定高度后，自由落下冲击土用起重机械将重锤提高到一定

38、高度后，自由落下冲击土层，使表层层，使表层土受到压密，以降低土的压缩性和透水性，提高地基承载力。此土受到压密，以降低土的压缩性和透水性，提高地基承载力。此法最适用于稍湿的各种土类，亦可以消除黄土的部分湿陷性，但不适用于饱法最适用于稍湿的各种土类，亦可以消除黄土的部分湿陷性，但不适用于饱水土。水土。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理22 5深层挤密法深层挤密法 通过某些措施，如冲击、振动、夯填等方法，使深部土体挤密，提高强通过某些措施，如冲击、振动、夯填等方法，使深部土体挤密，提高强度；若再回填某些强度较好的填料，则其效果更佳，一般加固深度达度；若再回填某些强度较好的填料，则其效果

39、更佳，一般加固深度达20m。 (1)强夯法：强夯法：采用采用80一一400kN的重锤，从很高处的重锤，从很高处(820m)自由落下，对土自由落下，对土体进行强力夯实的方法。这是在重锤夯实法的基础上发展起来的一项技术。体进行强力夯实的方法。这是在重锤夯实法的基础上发展起来的一项技术。强夯法是用很大的冲击能，使土体中出现冲击波和很大的应力，致使孔隙被强夯法是用很大的冲击能，使土体中出现冲击波和很大的应力，致使孔隙被压缩，土体局部液化，夯实点周围产生裂隙，形成良好排水通道，土体迅速压缩，土体局部液化，夯实点周围产生裂隙，形成良好排水通道，土体迅速固结。最大加固深度可达固结。最大加固深度可达1112m

40、或更大。此法不仅能加固陆上土层，也能加或更大。此法不仅能加固陆上土层，也能加固水中土层；适用于多种土类：粗粒土、低饱和度的细粒土、杂填土、素填固水中土层；适用于多种土类：粗粒土、低饱和度的细粒土、杂填土、素填土、湿陷性黄土；不仅能提高地基承载力，也可防止地基液化。对于饱和细土、湿陷性黄土；不仅能提高地基承载力，也可防止地基液化。对于饱和细粒土，要慎用。粒土，要慎用。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理23 5深层挤密法深层挤密法 通过某些措施，如冲击、振动、夯填等方法，使深部土体挤密，提高强度；若再回填某些强度较好的填料，则其效果更佳，一般加固深度达20m。 (2)爆炸振密法：爆炸

41、振密法：钻孔，埋置多个小炸药包，利用爆炸使松土或饱水松砂钻孔，埋置多个小炸药包，利用爆炸使松土或饱水松砂结构破坏，土重新沉积而获得较密实的结构。对于处理易液化的饱水松砂或结构破坏，土重新沉积而获得较密实的结构。对于处理易液化的饱水松砂或湿陷黄土地基这是有效和经济的方法。湿陷黄土地基这是有效和经济的方法。 (3)振冲法：振冲法：振冲法是将类似于混凝土振捣棒的振冲法是将类似于混凝土振捣棒的“振冲器振冲器”插入上午，插入上午，一方面利用振冲器内旋转的偏心块对周围土体施加水平振动力；一方面利用一方面利用振冲器内旋转的偏心块对周围土体施加水平振动力；一方面利用振冲器的上下喷口喷水振冲器的上下喷口喷水(或

42、喷气或喷气)协助成孔并护壁，孔内填以碎石。在砂土中产协助成孔并护壁，孔内填以碎石。在砂土中产生振动液化，振密砂土，称振冲挤密法。在饱水软土中，振动力不能使软土生振动液化，振密砂土，称振冲挤密法。在饱水软土中，振动力不能使软土内的孔隙水排出挤密，面是将填料碎石振密，且挤入周围的软土中，形成粗内的孔隙水排出挤密，面是将填料碎石振密，且挤入周围的软土中，形成粗大密实的桩体，称碎石校，此法又称振冲置换法。大密实的桩体，称碎石校，此法又称振冲置换法。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理24 5深层挤密法深层挤密法 通过某些措施，如冲击、振动、夯填等方法，使深部土体挤密，提高强度；若再回填某些

43、强度较好的填料，则其效果更佳，一般加固深度达20m。 (4)(4)挤密挤密桩桩法：法：是在土中打入沉管以挤密土体，通过振动或锤夯回填某些是在土中打入沉管以挤密土体，通过振动或锤夯回填某些材料。此法主要适用于挤密砂性较大的软土、杂填土和松散的砂土，以防止材料。此法主要适用于挤密砂性较大的软土、杂填土和松散的砂土，以防止振动液化，提高强度，减少地基沉降量。振动液化，提高强度，减少地基沉降量。 施工所用的主要工具是一般的打桩设备和空心钢管施工所用的主要工具是一般的打桩设备和空心钢管( (直径一般为直径一般为3030一一40cm)40cm)，用振动法或锤击法沉入土中，使管周围的土受到挤密。达到设计标高

44、后，用振动法或锤击法沉入土中，使管周围的土受到挤密。达到设计标高后，在钢管内淄入填料，将钢管向上拔起，并用振动器将其振密。这样，在土体在钢管内淄入填料，将钢管向上拔起，并用振动器将其振密。这样，在土体中埋设下由某些材料回填的校。一般填入砂石料者，称砂桩。若为加固地下中埋设下由某些材料回填的校。一般填入砂石料者，称砂桩。若为加固地下水位以上的湿陷性黄土和人工填土，则可回填素土、灰土、二灰等，分别称水位以上的湿陷性黄土和人工填土，则可回填素土、灰土、二灰等，分别称土桩、灰土桩或二灰桩。土桩、灰土桩或二灰桩。1 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理251 土体人工改良的基本原理土体人工改良的

45、基本原理 6 6排水固结法排水固结法 通过布置垂直排水井，改善土体的排水条件，并采用加压、抽气、抽水或通过布置垂直排水井，改善土体的排水条件，并采用加压、抽气、抽水或电渗等措施，以加速土体的固结和强度增长，提高土体的稳定性。此法适用于电渗等措施，以加速土体的固结和强度增长，提高土体的稳定性。此法适用于处理厚度较大的淤泥类土、冲填土、饱和软粘性上等。处理厚度较大的淤泥类土、冲填土、饱和软粘性上等。 实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同完成的。徘水系实际上，排水固结法是由排水系统和加压系统两部分共同完成的。徘水系统包括水平诽水砂垫和竖向诽水砂并统包括水平诽水砂垫和竖向诽水砂并( (或

46、砂袋、塑料排水带或砂袋、塑料排水带) )，主要在于改变土，主要在于改变土体排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。加压系统是起固结体排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离。加压系统是起固结作用的荷载，使土中压力增大而产生因结。可用多种方法加荷载，如堆放砂石作用的荷载，使土中压力增大而产生因结。可用多种方法加荷载，如堆放砂石等重物的堆载，用真空泵抽气造成的压力，抽水降低地下水位以增加土中的有等重物的堆载，用真空泵抽气造成的压力，抽水降低地下水位以增加土中的有效应力，以及借助电渗作用排除土中水的办法等。这些都起到预先加压的作用，效应力，以及借助电渗作用排除土中水的办法等。这些都

47、起到预先加压的作用，故又称之为预压法。由于排水和加压系统的不同组合，可形成多种诽水固结方故又称之为预压法。由于排水和加压系统的不同组合，可形成多种诽水固结方法，此法有效处理深度一般为法，此法有效处理深度一般为1010一一20m20m。261 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理 7冷热处理法冷热处理法 利用加热方法使土中水分消失，部分矿物熔融重新粘结，冻结方法，使饱利用加热方法使土中水分消失，部分矿物熔融重新粘结，冻结方法，使饱水土体中水冻结成冰，形成暂时注结的冻土水土体中水冻结成冰，形成暂时注结的冻土： 状态改良土质的方法。但其技术状态改良土质的方法。但其技术复杂，成本较高，一般少用

48、使土体强度大大增强。利用这些都是改变土中地下复杂，成本较高，一般少用使土体强度大大增强。利用这些都是改变土中地下水的水的 (1)热处理法热处理法：将亲水的粘性土、黄土、盐渍土、含有机物较多的土用高温处：将亲水的粘性土、黄土、盐渍土、含有机物较多的土用高温处理，使其结合水消失，有机物烧尽，碳酸盐分离，部分矿物可能熔融重新粘结。理，使其结合水消失，有机物烧尽，碳酸盐分离，部分矿物可能熔融重新粘结。这种变化是不可逆的，它可使土的连结增强，亲水性大大降低，土体强度和抗这种变化是不可逆的，它可使土的连结增强，亲水性大大降低，土体强度和抗水性也就大大提高；但使孔隙增多，透水性增强。水性也就大大提高；但使孔

49、隙增多，透水性增强。 (2)冻结法：冻结法：通过钻孔向饱水土中压入循环的冷却溶液通过钻孔向饱水土中压入循环的冷却溶液(通常用氯化钙溶液，温通常用氯化钙溶液，温度为一度为一20至一至一40)使钻孔附近的饱水土逐渐冻结变成冻土柱；冻土柱相连成使钻孔附近的饱水土逐渐冻结变成冻土柱；冻土柱相连成墙，就能阻止水流涌入基坑或坑道、隧洞。所有饱水上都能用冻结法，但用以墙，就能阻止水流涌入基坑或坑道、隧洞。所有饱水上都能用冻结法，但用以加固流砂效果最好，冻结结果使土体具有暂时的较高强度和不透水性。但其设加固流砂效果最好，冻结结果使土体具有暂时的较高强度和不透水性。但其设备复杂，耗时较多，冷却液停止循环后冻土融

50、化，故只用于临时工程。备复杂，耗时较多，冷却液停止循环后冻土融化，故只用于临时工程。271 土体人工改良的基本原理土体人工改良的基本原理 8加筋法加筋法 在软弱土体或结构面较发育的土体中建造各种桩体在软弱土体或结构面较发育的土体中建造各种桩体(粗细不同，材料各异粗细不同，材料各异)，或在土体中埋设土工聚合物，或在土体中埋设土工聚合物(钢带、钢条、尼龙绳等钢带、钢条、尼龙绳等)，或者利用锚因技术或，或者利用锚因技术或土钉、树根桩作为加筋，使这种人工复合的土体可以承受抗拉、抗压、抗剪或土钉、树根桩作为加筋，使这种人工复合的土体可以承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用，以提高土体承载力，增加上体的稳定性。

51、这种加筋作用的入工材料抗弯作用，以提高土体承载力，增加上体的稳定性。这种加筋作用的入工材料称筋体，由土和筋体所组成的复合土体称加筋土体，在工程实践中广泛用于地称筋体，由土和筋体所组成的复合土体称加筋土体，在工程实践中广泛用于地基、边坡和地下工程，种类繁多，可参阅有关文献。基、边坡和地下工程，种类繁多，可参阅有关文献。 以卜简述了主要的土体人工改良方法的基本情况。随着科学技术的发展，以卜简述了主要的土体人工改良方法的基本情况。随着科学技术的发展，改良方法也会愈多而更加完善。主要土体人工改良方法的应用范围，如表改良方法也会愈多而更加完善。主要土体人工改良方法的应用范围，如表7l所示。所示。2829

52、30 不同建筑物对土质改良的要求不一样，土体种类繁多，性质各异，地质条不同建筑物对土质改良的要求不一样，土体种类繁多，性质各异，地质条件不件不同，同，选择土质改良方法时，必须考虑下列三个因素：选择土质改良方法时，必须考虑下列三个因素： (1) (1)工程建筑的要求；工程建筑的要求； (2) (2)技术可能性相经济的合理性；技术可能性相经济的合理性； (3) (3)土体类型和水文地质条件。土体类型和水文地质条件。 各类建筑物对土体有不同的要求：各类建筑物对土体有不同的要求：道路、机场、运动场等表层建筑道路、机场、运动场等表层建筑，一般，一般将土作为建筑材料，主要是提高土的强度，增强其抗水稳定性，

53、常采用各种拌和将土作为建筑材料，主要是提高土的强度，增强其抗水稳定性，常采用各种拌和法、表层压实法；法、表层压实法；水工或工业与民用建筑水工或工业与民用建筑将土体作为地基或开挖工程，主要是将土体作为地基或开挖工程，主要是加固和防渗，常采用各种化学加固法、排水因结法和各种探层挤密法。其中，水加固和防渗，常采用各种化学加固法、排水因结法和各种探层挤密法。其中，水泥灌浆法、化学灌浆法既能提高土的强度，父能降低远水性，而粘土灌浆法和沥泥灌浆法、化学灌浆法既能提高土的强度，父能降低远水性，而粘土灌浆法和沥青灌浆法主要用于降低透水性；青灌浆法主要用于降低透水性；临时性的加固和防渗临时性的加固和防渗可用冻结

54、法；电化学法相可用冻结法；电化学法相热处理法能提高粘性土和某些特殊土的抗水稳定性和强度；而深层挤密法主要是热处理法能提高粘性土和某些特殊土的抗水稳定性和强度；而深层挤密法主要是增加土体密实度，提高强度，减少压缩量增加土体密实度，提高强度，减少压缩量。 有些土质改良方法的效果很好，但要求较高技术、复杂的设备和较多的费有些土质改良方法的效果很好，但要求较高技术、复杂的设备和较多的费用，如化学灌浆法、沥青灌浆法、热处理法、冻结法。有些方法效果可能要差些，用，如化学灌浆法、沥青灌浆法、热处理法、冻结法。有些方法效果可能要差些，但操作容易，设备简单，费用低廉，如最优土法、吸湿盐法、夯实法、换但操作容易，

55、设备简单，费用低廉，如最优土法、吸湿盐法、夯实法、换( (填填) )垫垫层法。层法。31 不同土的特点各异，要求不同的土质改良方法：不同土的特点各异，要求不同的土质改良方法： 粗粒土粗粒土没有连结，孔隙很大，透水强，故当作为表层建筑的建筑材料时，没有连结，孔隙很大，透水强，故当作为表层建筑的建筑材料时，要求胶结，可掺细颗粒土、沥青、水泥等以增强连结。当作为水工建筑地基时，要求胶结，可掺细颗粒土、沥青、水泥等以增强连结。当作为水工建筑地基时，因透水强烈而需防止渗漏，可用各种灌浆法填充孔隙，胶结土粒，降低土体透因透水强烈而需防止渗漏，可用各种灌浆法填充孔隙，胶结土粒，降低土体透水性，有时亦能提高强

56、度。水性，有时亦能提高强度。 疏松砂土疏松砂土，可用振动法振密。此外，流砂可用硅化法加固，用冻结法暂，可用振动法振密。此外，流砂可用硅化法加固，用冻结法暂时固定。时固定。 细粒上细粒上的性质与结合水膜有关，当作为建筑地基或建筑环境时，可用电的性质与结合水膜有关，当作为建筑地基或建筑环境时，可用电渗法和热处理法提高抗水稳定性；用表层夯实法、砂桩法、据冲法或预压加固渗法和热处理法提高抗水稳定性；用表层夯实法、砂桩法、据冲法或预压加固法减少压缩变形量。当作为表层建筑的建筑材料时，可用各种拌和法增强土的法减少压缩变形量。当作为表层建筑的建筑材料时，可用各种拌和法增强土的连结。连结。 淤泥类土淤泥类土的

57、稠度很大可用电渗法提高抗水性，用砂桩或石灰桩加速排的稠度很大可用电渗法提高抗水性，用砂桩或石灰桩加速排水，用排水加固法压实。水，用排水加固法压实。 黄土类土黄土类土改良的目的是防止湿陷减少孔隙，可用硅化法等化学灌浆法，改良的目的是防止湿陷减少孔隙，可用硅化法等化学灌浆法，或热处理法提高抗水性，用灰土校法和强夯法挤密和夯实，用拌和法改善土料或热处理法提高抗水性，用灰土校法和强夯法挤密和夯实，用拌和法改善土料的性质。的性质。 杂填土杂填土一般较疏松，可用压实法压实，用强夯法夯实。一般较疏松，可用压实法压实，用强夯法夯实。322 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理 岩体性质的人工改

58、良岩体性质的人工改良是指当工程岩体的性质，包括变形和强度不能满足工是指当工程岩体的性质，包括变形和强度不能满足工程的需要时，必须用人工方法加以处理，以增强其强度与变形性能，保证工程岩程的需要时，必须用人工方法加以处理，以增强其强度与变形性能，保证工程岩体和建筑物安全稳定而采用的人工处理措施体和建筑物安全稳定而采用的人工处理措施。由于岩体中有各种成因的结构面切。由于岩体中有各种成因的结构面切割，破坏了它的完整性，造成岩体件质的非均一性和非连续性，给工程建筑带来割，破坏了它的完整性，造成岩体件质的非均一性和非连续性，给工程建筑带来不良影响，甚至造成建筑物破坏。对此不良影响，甚至造成建筑物破坏。对此

59、，方面通过改变建筑物结构加以改善和方面通过改变建筑物结构加以改善和解决，另一解决，另一方面用人工方法改善岩体性质，增强岩体强度方面用人工方法改善岩体性质，增强岩体强度。 岩体性质的人工改良是岩土工程的一个重要内容，它以工程地质和岩体力学岩体性质的人工改良是岩土工程的一个重要内容，它以工程地质和岩体力学为基础。岩体作为建筑工程的一部分为基础。岩体作为建筑工程的一部分(即以岩体作为建筑材料和工程结构，以地即以岩体作为建筑材料和工程结构，以地质外境为建筑环境质外境为建筑环境)，只有一定的自稳能力。这类工程产生破坏和失稳的主要原，只有一定的自稳能力。这类工程产生破坏和失稳的主要原因是岩体材料、岩体结构

60、或岩体地质环境条件不足以维持工程稳定性的需要而造因是岩体材料、岩体结构或岩体地质环境条件不足以维持工程稳定性的需要而造成的。因此，为了防止防治工程破坏只需要对岩体性质进行适当的改良，即可成的。因此，为了防止防治工程破坏只需要对岩体性质进行适当的改良，即可满足要求。在这一基本观点的指导下，岩体性质的人工改良必须根据岩体本身的满足要求。在这一基本观点的指导下，岩体性质的人工改良必须根据岩体本身的性质，即针对岩体材料、结构或其赋存的环境条件的不足有性质，即针对岩体材料、结构或其赋存的环境条件的不足有目的地进行。因此，目的地进行。因此，在进行岩体性质人工改良前，必须充分认识和掌握岩体的工程地质特征。在

61、进行岩体性质人工改良前，必须充分认识和掌握岩体的工程地质特征。33 岩体是由岩块和结构面组成的，具有一定的岩石成分和结构，并赋存于一岩体是由岩块和结构面组成的，具有一定的岩石成分和结构，并赋存于一定的天然应力和地下水等地质环境中的地质体。定的天然应力和地下水等地质环境中的地质体。物质组成、结构和环境因素是物质组成、结构和环境因素是组成岩体的三个不可缺少的要素。组成岩体的三个不可缺少的要素。因此，岩体性质的人工改良，必须针对这三因此，岩体性质的人工改良，必须针对这三个要素进行，个要素进行，主要内容包括：主要内容包括：岩休材料改良；岩休材料改良；岩体结构改良；岩体结构改良；环境条件环境条件改良三方

62、面。改良三方面。表表12121515结出了岩体改良的原理和技术方法，供实践工作中参考。结出了岩体改良的原理和技术方法，供实践工作中参考。 一、岩体材料改良一、岩体材料改良 岩体材料岩体材料是由岩石和裂隙、孔隙组成的。岩石组成成分又分为矿物颗粒和是由岩石和裂隙、孔隙组成的。岩石组成成分又分为矿物颗粒和胶结物两部分。一般来说，岩石矿物是很难被改造的。因此，岩体材料改良主胶结物两部分。一般来说，岩石矿物是很难被改造的。因此，岩体材料改良主要是改变岩石的胶结物和岩体内裂隙、孔隙的充填物成分或胶结特征，以提高要是改变岩石的胶结物和岩体内裂隙、孔隙的充填物成分或胶结特征，以提高岩体强度和变形性能。改良的主

63、要手段是灌浆。岩体强度和变形性能。改良的主要手段是灌浆。 2 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理34 岩体灌浆岩体灌浆岩体灌浆岩体灌浆是将具有流动性和胶凝性的浆液或化学溶液，按一定的浓度，通是将具有流动性和胶凝性的浆液或化学溶液，按一定的浓度，通过专门钻孔及空压系统灌入到岩体的裂隙、孔隙中；待浆液凝固硬化后，起到过专门钻孔及空压系统灌入到岩体的裂隙、孔隙中；待浆液凝固硬化后，起到固结岩体或防渗的作用。固结岩体或防渗的作用。 岩体灌浆，按其作用分为岩体灌浆，按其作用分为固结灌浆固结灌浆和和防渗灌浆防渗灌浆。 固结灌浆固结灌浆的主要目的是改善岩体的力学性能，如通过提高岩体的完整性

64、或的主要目的是改善岩体的力学性能，如通过提高岩体的完整性或强化软弱带，以增强岩体的均匀程度，减少岩体差异性位移；放过提高岩体的强化软弱带，以增强岩体的均匀程度，减少岩体差异性位移；放过提高岩体的变形模员相强度，以增强片体的抗变形能力初承载能力等变形模员相强度，以增强片体的抗变形能力初承载能力等 防渗灌浆防渗灌浆是将浆液灌入岩体裂隙中，形成是将浆液灌入岩体裂隙中，形成道防海带，褐；为防渗帐幕；道防海带，褐；为防渗帐幕；其它要作用是防止水渗漏，进免发生冲剧相管涌，确保建筑物的渗透稳定性，其它要作用是防止水渗漏，进免发生冲剧相管涌，确保建筑物的渗透稳定性，用于灌浆的材料很多，通常有水泥、水玻璃、环氧

65、树脂及枯土等。具体浆液的用于灌浆的材料很多，通常有水泥、水玻璃、环氧树脂及枯土等。具体浆液的配比及其灌浆工艺可参考有关规程相专著。配比及其灌浆工艺可参考有关规程相专著。2 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理352 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理36 二、岩体结构改良二、岩体结构改良 岩体中，由于种钟结构面的切割破坏它的完整性。因此，岩体结构改良的主要目的岩体中，由于种钟结构面的切割破坏它的完整性。因此，岩体结构改良的主要目的是增强岩体的完整性。岩体结构改良可分为表面结构改良和岩体内部结构改良两种。是增强岩体的完整性。岩体结构改良可分为表面结构改良和岩体内

66、部结构改良两种。 岩体表面结构改良主要是通过喷射以凝上的办法来实现。喷射混凝上处理岩体表岩体表面结构改良主要是通过喷射以凝上的办法来实现。喷射混凝上处理岩体表层增加工程岩体的稳定性是一种户分有效的力法，有时为了增强喷目的强度，在喷层层增加工程岩体的稳定性是一种户分有效的力法，有时为了增强喷目的强度，在喷层内部还加扶钢筋网，即所谓挂闷喷射混凝土的办法。借此来提高表层岩体结构的完整性内部还加扶钢筋网，即所谓挂闷喷射混凝土的办法。借此来提高表层岩体结构的完整性和强度，维护工程岩体的稳定性。喷射混凝土加固岩体的机理可用下式说明：和强度，维护工程岩体的稳定性。喷射混凝土加固岩体的机理可用下式说明： 式中

67、，式中，R R1 1 硐室松动圈半径，硐室松动圈半径，R R0 0坝室半径；坝室半径；0 0岩体中的天然应力；岩体中的天然应力；C Cm m、m m 分别为岩体的内聚力和内摩擦角。分别为岩体的内聚力和内摩擦角。 从上式可以看出，硐室的松动圈半径从上式可以看出，硐室的松动圈半径R R1 1 随岩体内聚力随岩体内聚力C Cm m降低而增大、一旦降低而增大、一旦C Cm m值接近于值接近于0 0，则硐室岩体将无休止地破坏。，则硐室岩体将无休止地破坏。2 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理37 一般来说，只要垌壁岩体表层有足够的强度，其内部是不会产生破坏的。一般来说，只要垌壁岩体表层

68、有足够的强度，其内部是不会产生破坏的。研究还表明，喷层还必须有一定的厚度因为环向应力的衰减还是有一定的区研究还表明，喷层还必须有一定的厚度因为环向应力的衰减还是有一定的区间的，一般喷层厚度不宜于小于间的，一般喷层厚度不宜于小于2020一一30cm30cm。 岩体内部结构改良，常采用灌浆和锚固的方法，以增强岩体的整体性和强岩体内部结构改良，常采用灌浆和锚固的方法，以增强岩体的整体性和强度。灌浆主要是起胶结结沟面，以增强其粘聚力的作用。锚固则是通过锚杆或度。灌浆主要是起胶结结沟面，以增强其粘聚力的作用。锚固则是通过锚杆或锚索将不同岩层组合起来形成整体，以增强其结构完整性，进而提高岩体的强锚索将不同

69、岩层组合起来形成整体，以增强其结构完整性，进而提高岩体的强度和稳定件。锚固方法对层状结构、碎裂结构和炔状结构岩休及局部楔形体破度和稳定件。锚固方法对层状结构、碎裂结构和炔状结构岩休及局部楔形体破坏失稳的加固十分有效。锚杆的种类很多，分类方法也不尽坏失稳的加固十分有效。锚杆的种类很多，分类方法也不尽致。致。 按锚固作用机理划分：按锚固作用机理划分： 有有粘结式锚杆粘结式锚杆、磨擦式锚杆磨擦式锚杆、端头固式锚杆端头固式锚杆和和混合式锚杆混合式锚杆。 按材料划分按材料划分，有，有螺纹钢筋锚杆螺纹钢筋锚杆、楔缝式砂浆锚杆楔缝式砂浆锚杆、树脂锚杆树脂锚杆及及预应力锚索预应力锚索 有时为了提高作用于结构面

70、上的法向应力，增加其摩擦阻力阻止岩块间有时为了提高作用于结构面上的法向应力，增加其摩擦阻力阻止岩块间的相对滑动，还采用预应力锚固等方法。在工程实践中，应针对岩体的结构特的相对滑动，还采用预应力锚固等方法。在工程实践中，应针对岩体的结构特征和地质特征进行设计。具体锚固技术及其施工工艺可参考有关规程和文献。征和地质特征进行设计。具体锚固技术及其施工工艺可参考有关规程和文献。38 三、地质环境条件改良三、地质环境条件改良 一般来说，岩体的地质环境条件主要是指天然应力和地下水条件。其中，一般来说，岩体的地质环境条件主要是指天然应力和地下水条件。其中，地下水是多方面影响工积岩体稳定性的重要因素。地下水条

71、件改良的目的是降地下水是多方面影响工积岩体稳定性的重要因素。地下水条件改良的目的是降低岩体中的含水量和水压力，提高岩体强度和稳定性。其改良方法主要有地表低岩体中的含水量和水压力，提高岩体强度和稳定性。其改良方法主要有地表水防渗和地下水疏干等方法。这方曲的技术比较成熟，经验也比较多，故不样水防渗和地下水疏干等方法。这方曲的技术比较成熟，经验也比较多，故不样述，这里仅就天然应力改良进行简要讨论。述，这里仅就天然应力改良进行简要讨论。 天然应力改良的基本原理，可用图天然应力改良的基本原理，可用图12121 1所尔的莫尔应力圆理论加以解释。所尔的莫尔应力圆理论加以解释。从图可知，当应力圆从图可知，当应

72、力圆( (园园3)3)超出岩体强度超出岩体强度曲线时岩休就处于不稳定状态；当增曲线时岩休就处于不稳定状态；当增加加3 3 或减小或减小1 1 。使应。使应力例缩小力例缩小(园园1和和圆圆2)，并位于岩体强度曲线下方时，岩体，并位于岩体强度曲线下方时，岩体就处于稳定状态。就处于稳定状态。2 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理39 三、地质环境条件改良三、地质环境条件改良 为了保持工程岩体的稳定性只要减小岩体中的主应力差为了保持工程岩体的稳定性只要减小岩体中的主应力差( (即应力园直径即应力园直径) )、使应力圆位于岩体强度曲线下方即可。、使应力圆位于岩体强度曲线下方即可。 为广

73、改善岩体中的应力状态，通常可通过提高侧压为广改善岩体中的应力状态，通常可通过提高侧压3 3 和应力转移等途径实和应力转移等途径实现。现。 提高侧压提高侧压3 3 常用的方法有支护和锚固常用的方法有支护和锚固。 支护支护是增加岩体侧压力的常规方法，但是，由于施工工艺等方面的原因、是增加岩体侧压力的常规方法，但是，由于施工工艺等方面的原因、支护结构一般很难做到与岩体紧密接触，因而往往难以充分发挥其提高支护结构一般很难做到与岩体紧密接触，因而往往难以充分发挥其提高3 3 的作的作用。为了克服这一缺陷，常在岩体与支护结构间进行灌浆处理。用。为了克服这一缺陷，常在岩体与支护结构间进行灌浆处理。 锚固锚固

74、方法是提高岩体侧压方法是提高岩体侧压3 3 最有效的方法。常采用单纯锚杆、喷锚支护或最有效的方法。常采用单纯锚杆、喷锚支护或锚杆结合使用其它支挡的方法等。锚杆结合使用其它支挡的方法等。 2 岩体性质人工改良的基本原理岩体性质人工改良的基本原理40 应力转移应力转移是采用人为方法将岩体临空面过高的应力向岩体内转移，以改善是采用人为方法将岩体临空面过高的应力向岩体内转移，以改善其应力状态的方法。这一方法定地下硐室中可以发挥很大的作用。在高天然应其应力状态的方法。这一方法定地下硐室中可以发挥很大的作用。在高天然应力地区，地下硐室围岩的破坏主要是硐壁围岩内环向应力过高引起的硐壁破坏。力地区，地下硐室围

75、岩的破坏主要是硐壁围岩内环向应力过高引起的硐壁破坏。这时，可以来用减弱铜壁围岩刚度的办法使硐壁处环向应力向围岩内部转移这时，可以来用减弱铜壁围岩刚度的办法使硐壁处环向应力向围岩内部转移以减小硐壁上的环向应力，也就是减小硐壁处的应力差，提高硐壁围岩的稳定以减小硐壁上的环向应力，也就是减小硐壁处的应力差，提高硐壁围岩的稳定性。性。 应力转移常采用的方法应力转移常采用的方法有有切缝切缝和和钻孔钻孔。通过切缝或钻孔，可以便领壁处的。通过切缝或钻孔，可以便领壁处的环向应力大大降低，并使其应力向围岩内部转移，大大提高了围岩内部的应力。环向应力大大降低，并使其应力向围岩内部转移，大大提高了围岩内部的应力。研

76、究表明，如硐室原型硐壁环向应力集个系数为研究表明，如硐室原型硐壁环向应力集个系数为2.362.362.52.5，则切缝后应力集，则切缝后应力集中系数可降低为中系数可降低为0.250.25一一0.350.35，效果十分明显。另外，切缝技术仅适应用于整体，效果十分明显。另外，切缝技术仅适应用于整体状结构岩体，对碎裂纳沟岩体来说，可能会引起硐壁岩体连锁破坏，而钻孔技状结构岩体，对碎裂纳沟岩体来说，可能会引起硐壁岩体连锁破坏，而钻孔技术则对整体状结构和碎裂结构岩体都适用。术则对整体状结构和碎裂结构岩体都适用。 以上简要介绍了岩体性质人工改良的基本原理与技术方法。在具体工程实以上简要介绍了岩体性质人工改良的基本原理与技术方法。在具体工程实践中，采用何种技术与方法应根据岩体的具体条件而定。有时采用岩体材料、践中，采用何种技术与方法应根据岩体的具体条件而定。有时采用岩体材料、岩体结构改良为宜有时采用环境应力条件改良为宜。究竟采用哪一种方法，岩体结构改良为宜有时采用环境应力条件改良为宜。究竟采用哪一种方法，还将取决于其技术可能性和经济合理性。还将取决于其技术可能性和经济合理性。41