特殊土的种类及其工程性质.ppt

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1、三、特殊土的工程性质,（一）软土（二）黄土（三）红粘土（四）膨胀土,（一）软土,软土在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑流塑状态的粘性土，如淤泥等。,淤泥质土,软土的特征,颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有腐臭味；粒度成分以粘粒为主，约占6070%，其次为粉粒；,矿物成分多为伊利石，高岭石次之，含有机质，有时可高达89%；具海绵状结构，孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性高、强度很低；具层理构造，垂直方向沉积有明显的分选性。,软土的分布,软土在我国分布很广，主要是在沿海地带及平原低地、沼泽地区，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。

2、,软土的分类,沿海沉积型内陆湖盆沉积型河滩沉积型沼泽沉积型,滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相,软土的工程性质,1.高含水量和高孔隙性，天然含水量一般在50-70；天然孔隙比在12之间，有的可高达5.8（滇池）；2.透水性低(渗透系数一般在i10-4i10-8cms)；3.压缩性高:变形大而不均匀；变形稳定历时长4.抗剪强度低，这与排水固结程度有密切的关系；5.具有明显的触变性和流变性。,软土的工程地质问题和防治措施,软土地基的变形破坏主要是承载力低，地基变形大或发生挤出，造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。,淤泥土中桩基破坏,淤泥土中建筑物不均匀沉降,在软土地基设计中，经常采取以下措施：1.

3、轻基浅埋；2.减小建筑物作用于地基的压力；3.侧向约束地基土，在四周打板桩基础；4.设置反压护道；5.若软土层2m，可采用换土法；6.另外，还有其它的一些方法，如：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。,在软土地区修建铁路，主要存在地基的沉降和地基的稳定性问题。,黄土是在干旱、半干旱气候条件下形成的第四纪的一种松散的特殊土。,（二）黄土,黄土地,1.黄土的特征,I.颜色为淡黄、褐色或灰黄色；II.粒度成分以粉土为主，约占有60%70%，一般不含0.25mm的颗粒；III.含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核（姜结石）；IV.孔隙多且大，结构疏松；V.无层理，

4、但有垂直节理和柱状节理。天然条件下能保持近于垂直的边坡；VI.具有湿陷性。,具有()项特征的为标准黄土，只有其中部分特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土。,2.黄土的分布,黄土在世界上的分布面积达1300万km2，我国的黄土面积是世界上最大的，达64万km2，比法国和瑞士的面积总和还要大。黄土最厚处约410m左右，在兰州市七里河区西津村。在我国，西北、中原、华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄河的中游陕、甘、宁、青及山西、河南一带，其厚度各不相同。陕甘地区多厚100200m，薄处仅几公分。,黄土高原的自然景象,黄土的分类按生成年代分类,下更新世 Q1（午城黄土）

5、中更新世 Q2（离石黄土）上更新世 Q3（马兰黄土）全 新 世 Q41,老黄土新黄土新近堆积的黄土：全新世 Q42,黄土的分类按生成过程分类,风积坡积残积洪积冲积等,黄土的分类按塑性指数IP分类,黄土质粘土 IP17黄土质砂粘土 7IP17黄土质粘砂土 1IP7黄土质砂土 IP1,黄土的分类按湿陷性分类,湿 陷 性非 湿 陷 性,自重湿陷性非自重湿陷性,划分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，对工程建设有明显的现实意义。在自重湿陷性黄土地区修筑的渠道与渠道平行的裂缝；管道漏水后管道断裂；路基受水后局部严重坍塌；地基土很大的裂缝或倾斜,3.黄土的工程性质,颗粒以粉土粒为主，粘粒较少含碳酸盐、硫酸盐

6、及少量易溶盐含水量小，孔隙比大，具肉眼可见的大孔隙；具垂直节理有较高的强度或中偏低的压缩性常具有湿陷性,粉粒约占6070%，其次是砂粒和粘粒。,黄土的天然含水量一般为138.6%，有的干燥地区则为112%。,天然含水量低的黄土 湿陷性较强,一般认为：天然含水量25%时，无湿陷性。,黄土的抗剪强度中等。一般c=3040kPa，j=1525，我国北部黄土的j可达 2728。,黄土的透水性比一般粘性土大。,黄土的压缩性中等。,天然黄土在一定压力的作用下，受水浸湿后土体结构受到破坏而发生的下沉现象，称为黄土湿陷。,影响黄土湿陷性的因素,1.黄土中骨架颗粒的越大越多、胶结物含量较少，粒间连结脆弱，湿陷性

7、越强；2.粘土粒的含量越多，土的湿陷性越弱；3.易溶盐成分多湿陷性强；4.天然孔隙比越大，天然含水量越小，则湿陷性越强；,影响黄土湿陷性的因素,5.浸湿程度和压力越大而增大，压力达到一定值后，湿陷量减少；6.从根本上与堆积年代和成因有关。,黄土湿陷性的判定方法,黄土的相对湿陷系数 dsh=（h2h2）/h2 dsh 0.015，非湿陷性黄土0.015 dsh 0.03，轻微湿陷性黄土0.03 dsh 0.07，中等湿陷性黄土 dsh 0.07，强烈湿陷性黄土,自重湿陷性黄土的判定方法,室内试验法：室内普通固结仪中进行。现 场 法：挖平底方形坑或圆坑，边长或直径大于等于黄土层的厚度且不应小于10

8、m。深度一般为50cm，坑底铺厚510cm的砂或砾，坑内灌水，保持水深30cm。浸水至黄土全部饱和，湿陷达到稳定时为止。其稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于1mm。测出自重湿陷量Dzs。,当Dzs7cm时非自重湿陷性黄土场地；当Dzs7cm时自重湿陷性黄土场地。根据野外无载荷试坑浸水试验，得出 兰州地区黄土 明显或强烈的自重湿陷性；西安、太原黄土 绝大多数为非自重湿陷性。,黄土的湿陷起始压力,湿陷起始压力对非自重湿陷性黄土，其湿陷性需在一定的荷载压力作用下才会表现出来，这一使得黄土开始表现出湿陷性所需的压力即为黄土的湿陷起始压力。,密度越大粘粒含量越高土层的埋深越大,湿陷起始压力愈大,湿陷起始

9、压力的确定,室内压缩试验野外载荷试验（单双线法）,现场常用野外简化方法。,防治黄土湿陷的措施,采用物理、化学等方法，提高黄土强度，降低孔隙度，加强其内部联结；强夯法；挤密法防排水。包括排除地表水和地下水。换填法。在湿陷性黄土层不厚(13m)，下面又是硬土层或基岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层15cm，填后浇水再夯实。预浸水法深层浸水法,黄土陷穴,黄土陷穴的防治措施有：开挖回填、夯实、灌浆；做好地表排水工程。防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。,天然洞穴人工洞穴,这些洞穴使上覆土层陷落,（三）红粘土,1.概念：红粘土:亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石及其间夹的其他岩石，经红土化作用形成

10、的高塑性粘土。次生红粘土:经流水搬运后仍保留其基本特征,液限大于 45的坡积、洪积粘土。其力学性质低于红粘土,红粘土的分布,分布广泛：中国南方地区较多:主要分布在云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区，位置一般在低山丘陵顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚处。,云南东川的红粘土景观,红粘土地貌,云南东川的红粘土景观,红粘土地貌,灰岩基岩,红粘土,红粘土地貌,云南元谋的红粘土土林,红粘土地貌土林,2.红粘土的成分,红粘土是碳酸盐类岩石及其间夹的其他岩石风化后期的产物，多为Al2O3和Fe2O3矿物成分为石英、多水高岭石、水云母、胶体二氧化硅及赤铁矿、三水铝土矿，无或极少有机质。以上矿物特征

11、：多水高岭石与水结合很弱，石英、胶体二氧化硅及赤铁矿、三水铝土矿都不溶于水。性质稳定。,红粘土物理力学特征,1 天然含水量很高，4060%；2 密度小，天然孔隙比很大 1.41.7；3 高塑性，塑性指数为2050；4 一般处于坚硬或硬可塑状态；5 强度高，压缩性低；6 不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很小，但失水后收缩剧烈。,红粘土天然含水量高孔隙比却具有较高的强度和较低的压缩性,.红粘土粘粒含量特别多，在地表高温条件下很快失水而相互凝聚胶结，较好地保存了絮状结构；.呈现高分散性，表面能很大，吸附的大量水分子，主要是强结合水，虽然很多，却只接近于塑限，土体仍处于坚硬或硬可塑状态；,.红粘土的F

12、e、Al、Si氧化物性质稳定、互相胶结，特别在风化后期，有些变成结晶的物质，它们是抗水的、不可逆的，粒间连接强度更大，而颗粒周围吸附Fe3+、Al3+，结合水膜很薄，加强了粒间连接强度。.分布地区地表温度高，又处于地壳上升阶段，水的排泄条件好，所含水量也只接近于塑限，土体呈坚硬或硬可塑状态。,红粘土的物理力学性质变化规律,1.随深度的加大，天然含水量、孔隙比和压缩性都有较大的增高，强度大幅度降低；2.水平方向上，地势较高的部位，排水条件好，天然含水量、孔隙比和压缩性均较低，强度较高；3.平面分布上，次生坡积红粘土经过搬运，结构松散，强度比原生残积红粘土差。4.红粘土近地表往往裂隙发育，破坏了土

13、体的整体性和连续性，土体强度显著降低。,确定红粘土地基承载力的原则问题,1 按地区的不同，随埋深变化的湿度和上部结构情况，分别确定。2 为了有效利用红粘土作为天然地基，针对其强度具有随深度递减的特征。一般情况下，基础宜尽量浅埋。,确定红粘土地基承载力的原则问题,3 红粘土强度高，压缩性低。对于一般建筑物，地基承载力往往由地基强度控制，而不考虑地基变形。4 计算红粘土地基承载力，必须考虑垂直向变化，按多层地基处理。,（四）膨胀土,膨胀土是一种粘性土，含有较多的亲水性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化，失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显的胀缩性的土称为膨胀土。,2）膨胀土的工程地质特性 1）低

14、含水量，呈坚硬硬塑状态；2）孔隙比小，密度大；3）高塑性，含黏粒及粉粒为主；4）具膨胀力,自由膨胀量40%；5）天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然降低。3）影响胀缩变形的主要因素,膨胀土的特征,（1）颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2）粒度成分中以粘土颗粒为主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；（3）矿物成分中粘土矿物占优势，多为伊利石、蒙脱石，高岭石含量很少；（4）胀缩强烈，膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5）各种成因的大小裂隙发育；（6）早期生成的膨胀土具有超固结性。

15、,膨胀土的分布,膨胀土分布很广，全世界都有分布，在我国的分布也很广。,外界条件的改变土中水份的变化地基产生体积变形基础破坏，建筑物、地坪开裂,膨胀土的季节性湿度变化常引起道路隆起、路轨移动，泵站、电站地基基础破坏等。,膨胀土的成因类型及生成年代,主要为残积、坡积、洪积、湖积及混合沉积类型。生成年代：多在上新世N2更新世晚期的Q3之间。,膨胀土的物理力学特性,1 粘粒含量多 3585%；2 天然含水量接近或略小于塑限，一般处于坚硬或硬可塑状态；3 天然孔隙比小，但孔隙比随土体增湿膨胀而变大；4 自由膨胀量一般超过40%；5 强度较高，压缩性较低，但含水量剧烈增大时，土体强度骤然降低，压缩性增高。

16、,膨胀土的工程地质问题及防治措施,1、膨胀土地区的路基主要的病害：边坡变形和基床变形,抗剪强度的衰减及承载力的降低,边坡溜坍、滑坡等失稳现象,路基长期均匀下沉、翻浆冒泥等病害,严重影响行车安全,防治措施：为防止边坡变形，首先要根据路基工程地质条件，合理确定路堑边坡形式。一般情况下，膨胀土边坡要求一坡到顶，坡脚设置侧沟平台；采取一定的排水措施，防止地表水渗入坡体；支挡措施：设抗滑挡墙、抗滑桩、片石垛、填土反压等；坡面防护措施：常用的有植物防护和骨架防护。,2、膨胀土地区的地基地基的问题：承载力的问题和建筑物变形的问题特殊性：本身地基承载力较低还要考虑强度衰减，不仅有土的压缩变形还有湿胀干缩变形。

17、,防治措施：防水保湿措施,建筑物周围的排水条件：加宽散水坡；设隔水层；加强防漏措施；地下热力管道等应采取隔热层等。,含水量的变化膨胀土胀缩变形,建筑物布置和基础设计措施选择地形平坦地段，避免引起湿度变化；增加基础附加荷载克服土的膨胀；加大基础的埋深；加强结构刚度及增设沉降缝等。,地基处理措施,设置土垫层；采用支墩板基础或桩基等；石灰加固法,膨胀土的特性和建筑物的损坏特征,找出规律性和有效的处理措施,（五）冻土,温度0，并含有冰的土层。,季节性冻土受季节影响，冬冻夏融，呈周期性冻结和融化的土多年冻土持续三年以上处于冻结而不融化的土,冻土的分类,季节性冻结层,多年冻土,多年冻土,冻土的分布,季节性

18、冻土的主要工程地质问题,一般来说，土中粉粒或粘粒含量越高，含水量越大，冻胀性越强。,冻融泥流,冻结时膨胀，融化时下沉。会造成土体开裂、路面下凹、翻浆冒泥等。,季节性冰丘,冰丘在地下水埋藏较浅时，季节冻结区不断得到水的补充，地面明显冻胀隆起，形成的冰胀山丘，称冰丘。,在冻土较厚的地区，修建各类建筑物时，采用桩基础，打穿冻土基础，但要求桩自身抗冻性能高，故应做桩自身的冻融力学试验。,季节性冻土的分类,根据土的颗粒组成分为：,不冻胀土稍冻胀土中等冻胀土极冻胀土,根据含水量的大小分为：,不冻胀土弱冻胀土冻胀土强冻胀土,多年冻土的工程性质,整体结构,融陷性不大融陷很大,1.多年冻土的特征冻土由土颗粒、冰

19、、水和气体四相组成。根据土中冰的分布位置、形状特征，冻土结构可分为：,网状结构层状结构,多年冻土与其上的季节性冻土层间的接触关系称为多年冻土的构造。,衔接型构造非衔接型构造,2.多年冻土的工程性质物理及水理性质,重度比重总含水量相对含冰量,其中：a.未冻结水含量 WC=KWPb.总含水量 Wn=WbWcc.相对含冰量 Wi=Wb/Wn,力学性质一般温度越低，含水量越大，强度越大。长期荷载作用下的冻土极限抗压强度比瞬时荷载下的抗压强度要小许多倍；冻土融化后的抗压强度与抗剪强度均显著降低。,冻土的变形性质,a冻胀性,被破坏的公路,影响冻胀性的因素,温度土的颗粒大小含水量等,一般来讲，土颗粒越粗，含

20、水量越小，冻胀性就越小；反之越大。,土的冻胀性的大小用冻胀率n来表示，即：按n值的大小，我们可将冻土分为四类：强冻胀土 n6%冻胀土 6%n3.5%弱冻胀土 3.5%n2%不冻胀土 n2%,b融沉性冻土在融化后强度大为降低，压缩性急剧增大，使地基产生融化沉陷的现象简称融沉或融陷。,级：不融沉；级：弱融沉；级：融沉；级：强融沉；级：融陷。,多年冻土按融沉情况分为：,3.多年冻土的工程地质问题 道路边坡及基底稳定问题,热融滑塌,开挖路堑，会使上限下降，若土为融沉性的，可使基底下沉，边坡滑塌；修筑路堤，会使上限上升，路堤内形成冻土结核，发生冻胀，融化后路堤外部沿上限局部滑塌。,桥梁、房屋等建筑物地基

21、问题,地基评价的根据,年平均地温的稳定性冻土三大组成特征冻土的冻胀性和融沉性冻土区不良地质现象等,必须确定其流变特征以及冻土的热融下沉,冻土有瞬时高强度和低变形,冰丘和冰锥,冰丘,冰丘遗迹,融化中的冰锥,冰锥,4冻土病害的防治措施,排水。拦截和排除地表或地下水；降低地下水位，防止地下水向地基土中聚集。保温，使多年冻土上界保持相对稳定。改善土的性质。粗颗粒土置换地基中的细颗粒冻胀土。物理化学方法,填土,填土：由于人类活动而堆填的土分为三种素填土：由碎石土、砂土、粉土和粘性土等一种或几种材料组成的填土。杂填土：含有大量杂物的填土。包括：建筑垃圾土、工业垃圾土、生活垃圾土冲填土：由水力冲填泥砂形成的沉积土。即疏浚河道堆积于两岸的土。,思考题：1.软土、黄土、红粘土和膨胀土的概念2.各种特殊土的工程特性3.为什么在特殊土的治理中排水的问题至关重要。,