1 绪论
1.1 选题背景与研究意义
工程地质问题是指已有的工程地质条件在工程建筑和运行期间会产生一些新的变化和发展，构成威胁影响工程建筑安全的地质问题称为工程地质问题。工程地质条件根据现场环境会有较大差异，因此各地区的工程对地质条件的要求是不同的，也就使工程问题具有多样性。
伴随着国民经济建设不断的高速发展，西宁市基础性建设项目不断开展，现代化工程建筑不断兴起，基础和基坑开挖范围越来越大、深度越来越深。查明工程区工程地质条件作为工程建设的一项基础性工作，是工程设计、施工的重要依据。西宁市区作为人口聚集的地区，因黄土湿陷性而发生的地质灾害必然会给人造成巨大损失。因此，依托实体工程全面分析实体工程所在区域的工程地质环境特性，预测其可能的变化趋势和可能导致的地质灾害，对以上潜在工程地质问题提出相应的防治方案和措施，这样有利于减少或消除地质灾害带来的经济损失和影响，从而达到减灾、防灾的目的。
本论文以西宁市青藏高原科技馆的项目为依托，通过现场试验、室内测试等方法，分析了西宁市青藏高原科技馆的工程地质条件，并对场地工程地质问题进行了评价。认为研究区主要工程地质问题是场地内广泛分布的湿陷性黄土。依照湿陷等级区域的划分依据，对该场地湿陷性黄土进行了湿陷等级分区，并利用多尺度微观结构研究技术，从孔隙、矿物组分方面分析该场地黄土状土的多尺度微观结构，探索了黄土状土多尺度微观结构与其主要工程地质问题的关系。研究结果不仅对研究区工程项目具有指导意义，而且对西宁地区的湿陷性黄土地基处理工程具有参考意义。
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1.2 国内外研究现状
对于西宁地区普遍存在的工程地质问题及其相应的处理方法，国内外已开展过大量研究。
V. A. Mezherovskii[1]为获取天然湿陷性黄土地层上的建筑物地基产生的力和位移，为 建筑-湿陷性黄土地基 系统提出了新的计算方法。
曾永年等[2]对西宁盆地中湟水流域的黄土沉积以及湟水阶地的形成和发育做出了研究。主要研究了西宁盆地中的黄水流域上风成黄土沉积形成的独特的黄土-古土壤阶地系列，以及西宁段湟水六级阶地的形成与青藏高原间歇性抬升的关系。
李珍等[3]通过古地磁、磁化率、粒度和重矿物分析及扫描电镜等手段，研究了西宁地区黄土连续的黄土-古土壤序列、物质组成、物质来源与古气候记录。
何剑[4]按照工程现场试桩的抗压静载等试验的试验成果，研究了泥岩地基的相关机理，分析了两类灌注桩的承载特性和其荷载是如何传递的，阐明了承载特性的影响因素，进而对其他相似地区泥岩地基中灌注桩的设计具有指导意义。 何剑等[5]通过对西宁地区某工程钻孔灌注桩的单桩动载试验和竖向抗压静载的试验结果对比分析，比较了两种试验的测试原理与分析方法，得出两种试验的检测结果基本相符，但各自有不同的特点。证明了同一工程中的静载和动载试验的检测结果能够相互印证和补充。
Xiao-juan Gao[6]等将浸水处理后的湿陷性黄土中的三根挤扩支盘桩进行了试验研究。该研究成果可供类似工程参考，还为工程实践中挤扩支盘桩的设计提供了理论参考。
Shengjun Shao[7]等通过对非饱和原状黄土的三轴剪切试验，揭示了土壤结构性能在三轴应力条件下的变化规律，而且建立了相应的数学结构参数的表达式。试验结果表明，黄土的剪胀效应是剪切收缩和剪切扩张的共同作用，固结围压越大，固结围压与剪切收缩和膨胀临界点的应力成正比；而随着含水率的增大，其与剪胀临界点的应变比成反比。最后，建立了反映黄土结构变化，应力-应变的软化和硬化，剪切收缩和剪切膨胀特点的本构模型。通过对比分析，发现本构关系所描述的应力-应变曲线与试验结果吻合良好，从而检验了该模型的合理性。
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2 西宁青藏高原科技馆场地工程地质条件
2.1 自然地理
2.1.1 自然地理位置
西宁市位于青海省东北部，处于三条支流和湟水的交汇区域。呈东西向条带状，地势西南高、东北低。四周山水环绕，南部有高耸的祁连山支脉拉鸡山，北部有低缓的湟水河谷地。西宁市中心城区建成区面积是 150 平方公里。（图 2.1）
图 2.1 西宁市自然地理位置图 2.1.2 气象
西宁市属于青藏高原东部地区，以半干旱高原大陆性气候为主，干燥多风。一年四季气候变化特点分明，辐射较强并且昼夜温差大。根据多年青海气象的观测资料表明，当地平均气温 5.7℃/a；1 月份最冷，月平均气温-7.9℃；7 月份最热，月平均气温 17.2℃，历年极端最低气温-26.6℃，极端最高气温 38.7℃，近些年来气温有所上升。
西宁地区年平均降水量 371.0 mm，降水分配不均匀，一般多集中在 6~9 月，占全年总降水量的 73%，并且具有 7~9 月降水集中、暴雨多的特点，多年平均雷暴日数 29.2天，年最大蒸发量 2095.8 mm，最小蒸发量 1454.3 mm，平均蒸发量 1676.8 mm。
拟建工程区全年主导风向及冬季盛行风向均为东南风，年平均风速 2.0m/s，最大瞬时风速 15.8m/s，30 年一遇最大风速 18.0m/s，基本风压 0.35 kN/m2，历年最大积雪度 0.2m，基本雪压 0.3kN/m2。平均日照时数 2748 小时，日照百分率 62.8%，平均相对湿度 55.0%，最小相对湿度 0%，最大绝对湿度 20.0 %，最小绝对湿度 0.2%，平均绝对湿度 6.0%。
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2.2 工程概况
本工程为新建工程，位于海湖新区内，规划文苑路东侧，规划文景街南侧，规划科普路西侧，在建五四西路（海湖新区段）北侧，交通便利，汽车可直达。工程具体交通位置如图 2.3。拟建工程占地面积约 16250m2，总建筑面积约 35000m2。建筑平面尺寸约为 140×144m，地面以上最大高度 33m。主体包括弧形展示厅和椭球形中心展示区两部分，两者通过展廊连接，弧形展示厅设一层地下室，地下室高约 6m。中心展示厅主体为椭球形单层建筑，高约 33m；椭球长短轴分别为 80m 及 50m。该椭球形屋盖采用单层钢网壳结构，网壳支撑于下部椭圆形钢骨混凝土环梁上。拟建物抗震设防类别为重点设防[21]，地基基础设计等级为乙级[22]。拟建工程属乙类[23],其基坑工程安全等级为二级[24],基坑支护结构的安全等级为二级[25],基坑侧壁安全等级为二级[26]。
本工程弧形展示厅主体部分采用钢筋混凝土框架结构体系，顶部采用钢框架结构，局部夹层及楼电梯间的顶层也采用钢结构。除局部夹层外，主体钢结构柱均下插约一层长度，该段柱采用钢骨混凝土柱，以保证结构受力及连接构造的可靠性。为满足受力及建筑造型需要，顶部钢框架外侧柱均采用高度变化的箱形截面，与箱形梁之间采用圆弧过渡。每榀钢框架外侧均外包装饰钢结构。装饰钢结构由角钢和薄钢板组成。椭球形中心展示厅屋盖采用单层钢网壳结构体系，网壳杆件采用方钢管，节点采用直接相贯节点。单层网壳支撑在钢骨混凝土环梁上。屋面钢梁与弧形展厅的钢柱（钢骨柱）采用刚性连接，另一侧采用混凝土柱，其上设钢骨与屋面钢梁刚性连接，以满足整体受力及构造要求。所有屋面均为轻钢屋面。
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3 西宁青藏高原科技馆场地岩土工程测试 .............................. 15
3.1 场地钻孔布置与取样 .................................... 15
3.2 场地的工程性质 .................................................. 15
3.3 地基土测试与分析.................................. 19
4 西宁青藏高原科技馆场地湿陷等级分区 .................................... 27
4.1 场地湿陷性计算与等级分区 ............................... 27
4.2 地基基础形式建议.............................................. 34
4.3 本章小结 ............................................ 34
5 西宁青藏高原科技馆黄土状土微观机理分析 .................................... 36
5.1 样品制备与电镜扫描 ................................... 36
5.1.1 样品制备 ...................................... 36
5.1.2 电镜扫描 .................................... 37
5 西宁青藏高原科技馆黄土状土微观机理的分析
5.1 样品制备与电镜扫描
5.1.1 样品制备
第一步，取样。取此次勘察区的原状土样，保证取样过程无扰动和无破坏；
第二步，配置环氧树脂溶液。将环氧树脂：丙酮：乙二胺：邻苯二甲酸二丁酯。以100：300：6：2 的比例进行配置；
第三步，滴溶液及烘干。将环氧树脂滴入原状土样中，当环氧树脂全部浸湿土样时，将其放在自然状况下，风干 12h。为了加快固化时间，将其放在 40 摄氏度烘箱中 72h；
第四步，磨片。将烘干好的土样先放在磨片机上磨近似水平，然后添加一定粒径的金刚粉，在磨片机磨数小时，直至土样达到要求；
第五步，抛光。将磨平的土样洗干净，放于抛光机上，并在抛的过程中，添加一定配比的抛光粉，直至土样表面呈现扫描电镜可观测的平整度和光滑度；
第六步，喷金。为了能使土体在扫描电镜下看到图像，在其表面喷金，并通过导电带将土样表面的微观图像呈现出来。整个过程如图 5.1 所示。
图 5.1 制样操作流程图 ..........................
6 结论与展望
6.1 结论
（1）该研究区主要工程地质问题为湿陷性黄土，由Ⅱ级（中等）自重-Ⅲ级(严重)自重湿陷性黄土组成，且地基属均匀性地基。基坑工程安全等级属二级，安全重要性系数为 1.0，成孔方式采用机械成孔灌注桩或人工挖孔桩；
（2）通过室内试验确定了地基土的主要物理力学指标、天然地基承载力特征值和模量值、地基土的抗剪强度等参数，为地基处理等工作提供依据；
（3）西宁原状黄土的微观结构孔隙中，大孔隙占了总孔隙的 70%左右，这也是间接证明湿陷性的发生与大孔隙的存在有着较大的联系；并且西宁原状黄土的矿物组分分布均匀，存在大量的硅酸盐薄膜包裹碳酸盐的现象，说明该场地黄土状土大孔隙的形成与物理风化关系密切。进一步为湿陷性黄土形成在过程中的大孔隙的形成提供了基础和证据。
参考文献（略）
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