特殊土的工程地質(zhì)性質(zhì)-軟土

1、特殊土工程地質(zhì)特殊土工程地質(zhì) 石經(jīng)院碩士研究生課程 指導(dǎo)思想：指導(dǎo)思想： 總的說來，特殊土比較寬泛、其性質(zhì)研究方法多總的說來，特殊土比較寬泛、其性質(zhì)研究方法多 種多樣，沒有統(tǒng)一的規(guī)律。重點(diǎn)講種多樣，沒有統(tǒng)一的規(guī)律。重點(diǎn)講1、2種特殊土的種特殊土的 性質(zhì)和處理方法，不求全。性質(zhì)和處理方法，不求全。 任務(wù)：任務(wù)： 1、特殊土的基本礦物組成及其特點(diǎn)、巖土結(jié)構(gòu)特、特殊土的基本礦物組成及其特點(diǎn)、巖土結(jié)構(gòu)特 點(diǎn)點(diǎn)(深入深入) 2、特殊土的物理化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、特殊土的物理化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)(深入深入) 3、評(píng)價(jià)和處理方法、評(píng)價(jià)和處理方法 4、學(xué)習(xí)一種、學(xué)習(xí)一種處理方法，計(jì)算技能處理方法，計(jì)算技能 黏土礦

2、物：黏土礦物： 1、蒙脫石的晶體構(gòu)造，單位晶層間存在多少、蒙脫石的晶體構(gòu)造，單位晶層間存在多少 種形式的水分子，在什么條件下含有種形式的水分子，在什么條件下含有3個(gè)、個(gè)、2個(gè)個(gè) 水分子？水分子？ 2、天然土往往是、天然土往往是Ca質(zhì)蒙脫石，什么是質(zhì)蒙脫石，什么是Ca質(zhì)蒙質(zhì)蒙 脫石？脫石？ 3、伊利石與蒙脫石的結(jié)構(gòu)相似，為何有不同的、伊利石與蒙脫石的結(jié)構(gòu)相似，為何有不同的 水理性質(zhì)？水理性質(zhì)？ 4、了解：從結(jié)構(gòu)形式或水理特性分析，海綠石、了解：從結(jié)構(gòu)形式或水理特性分析，海綠石、 綠磷石可劃分為伊利石類。綠磷石可劃分為伊利石類。 5、敘述高嶺石和綠泥石的晶體構(gòu)造？、敘述高嶺石和綠泥石的晶體構(gòu)造？

3、微結(jié)構(gòu)：微結(jié)構(gòu)： 1、微結(jié)構(gòu)特征分類及其與巖土性質(zhì)的聯(lián)系？、微結(jié)構(gòu)特征分類及其與巖土性質(zhì)的聯(lián)系？ 2、定向排列結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)？、定向排列結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)？ 3、紊流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？、紊流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？ 4、粒狀堆疊結(jié)構(gòu)和粒狀架空結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？、粒狀堆疊結(jié)構(gòu)和粒狀架空結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？ 5、膠粘式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？、膠粘式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？ 特殊土的概念特殊土的概念 我國(guó)幅員廣大，地質(zhì)條件復(fù)雜，分布土類我國(guó)幅員廣大，地質(zhì)條件復(fù)雜，分布土類 繁多，工程性質(zhì)各異。繁多，工程性質(zhì)各異。 有些土類，由于有些土類，由于地理環(huán)境、氣候條件、地地理環(huán)境、氣候條件、地 質(zhì)成因、物質(zhì)成分及次生變化等原因質(zhì)成因、物質(zhì)成分及次生變化等原因而各具有而各具有 與一般土

4、類顯著不同的與一般土類顯著不同的特殊工程特殊工程性質(zhì)，當(dāng)其作性質(zhì)，當(dāng)其作 為建筑場(chǎng)地、地基及建筑環(huán)境時(shí)，如果不注意為建筑場(chǎng)地、地基及建筑環(huán)境時(shí)，如果不注意 這些特點(diǎn)，并采取相應(yīng)的治理措施，就會(huì)造成這些特點(diǎn)，并采取相應(yīng)的治理措施，就會(huì)造成 工程事故。工程事故。 特殊土的概念特殊土的概念 特殊性土特殊性土 具有一定分布區(qū)域或工程意義具有一定分布區(qū)域或工程意義 上具有特殊成分、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征的土稱上具有特殊成分、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征的土稱 黃土黃土西北、華北等干旱、半干旱氣候區(qū)西北、華北等干旱、半干旱氣候區(qū) 紅粘土紅粘土西南亞熱帶濕熱氣候區(qū)西南亞熱帶濕熱氣候區(qū) 軟土（軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土包括淤泥和淤泥

5、質(zhì)土） 凍土凍土 膨脹土膨脹土南方和中南地區(qū)南方和中南地區(qū) 鹽漬土鹽漬土 混合土混合土 填土填土 污染土污染土 根據(jù)工程特性根據(jù)工程特性 軟土軟土指在水流緩慢的環(huán)境中沉積，有微生物參與作用，指在水流緩慢的環(huán)境中沉積，有微生物參與作用， 富含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大，孔隙比、壓縮性高，承載富含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大，孔隙比、壓縮性高，承載 力低的一種力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。的粘性土。 一、軟土淤泥土一、軟土淤泥土 一、軟土淤泥土一、軟土淤泥土 分類分類 （1）按軟土的形成環(huán)境分）按軟土的形成環(huán)境分 1）沿海軟土）沿海軟土 瀉湖相沉積、溺谷相沉積、濱海相沉積、三角洲相沉積瀉湖相沉

6、積、溺谷相沉積、濱海相沉積、三角洲相沉積 2）內(nèi)陸軟土）內(nèi)陸軟土 湖相沉積、河漫灘相沉積、牛軛湖相沉積、山區(qū)谷地沉積湖相沉積、河漫灘相沉積、牛軛湖相沉積、山區(qū)谷地沉積 （2）按有機(jī)質(zhì)含量分類）按有機(jī)質(zhì)含量分類 有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量60% 泥炭泥炭 （3）按天然含水量和孔隙比分）按天然含水量和孔隙比分 淤泥淤泥 淤泥質(zhì)土淤泥質(zhì)土 5 . 1, e L 5 . 10 . 1 ,e L 軟土組成及結(jié)構(gòu)特征軟土組成及結(jié)構(gòu)特征 1）顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機(jī)質(zhì)含）顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機(jī)質(zhì)含 量高時(shí)，有腥臭味量高時(shí)，有腥臭味 2）粒度成分主要為粘粒及粉粒，粘

7、粒含量高達(dá)）粒度成分主要為粘粒及粉粒，粘粒含量高達(dá)6070 3）礦物成分，除粉粒中的石英、長(zhǎng)石、云母外，粘粒中的粘）礦物成分，除粉粒中的石英、長(zhǎng)石、云母外，粘粒中的粘 土礦物主要是土礦物主要是伊利石伊利石，高嶺石高嶺石次之。此外軟土中常有一定量次之。此外軟土中常有一定量 的有機(jī)質(zhì)，可高達(dá)的有機(jī)質(zhì)，可高達(dá)8 9 4）軟土具有典型的）軟土具有典型的海綿狀或蜂窩狀海綿狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)，是造成軟土孔隙比結(jié)構(gòu)，是造成軟土孔隙比 大、含水量高、透水性小、壓縮性大、強(qiáng)度低主要原因之一大、含水量高、透水性小、壓縮性大、強(qiáng)度低主要原因之一 5）軟土常具有層理構(gòu)造，軟土和薄層的粉砂、泥炭層等相互）軟土常具有層理構(gòu)造

8、，軟土和薄層的粉砂、泥炭層等相互 交替沉積、或呈透鏡體相間形成性質(zhì)復(fù)雜的土體。交替沉積、或呈透鏡體相間形成性質(zhì)復(fù)雜的土體。 一、軟土淤泥土一、軟土淤泥土 1、高孔隙比、高孔隙比 孔隙比常見值為孔隙比常見值為1.02.0； 2、飽水、天然含水率大于液限、飽水、天然含水率大于液限 液限一般為液限一般為4060; 飽和度一般飽和度一般90; 天然含水率多為天然含水率多為5070。 未擾動(dòng)時(shí)，處于軟塑狀態(tài)，一經(jīng)擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)破壞，處于流動(dòng)未擾動(dòng)時(shí)，處于軟塑狀態(tài)，一經(jīng)擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)破壞，處于流動(dòng) 狀態(tài)。狀態(tài)。 3、透水性極弱：一般垂直方向的滲透系數(shù)較水平方向小、透水性極弱：一般垂直方向的滲透系數(shù)較水平方向小。

9、4、高壓縮性、高壓縮性：a12一般為一般為0.71.5Mpa 1，且隨天然含水率 ，且隨天然含水率 的增大而增大。的增大而增大。 二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn)二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn) 5、抗剪強(qiáng)度很低，且與加荷速度和排水固結(jié)條件有關(guān)、抗剪強(qiáng)度很低，且與加荷速度和排水固結(jié)條件有關(guān) 不排水：三軸快剪不排水：三軸快剪,0左右；直剪，左右；直剪，25，c0.02Mpa； 在排水條件下，抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)程度提高而增大，固結(jié)在排水條件下，抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)程度提高而增大，固結(jié) 快剪的快剪的1015，c0.02Mpa。 6、較顯著的觸變性和蠕變性、較顯著的觸變性和蠕變性 二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn)二、工程地質(zhì)性質(zhì)

10、的基本特點(diǎn) 工程特性：工程特性： 263頁頁 二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn)二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn) kcmdba cMdMbMf 地基承載地基承載 力特征值力特征值 基底下基底下1倍倍 短邊寬深短邊寬深 度內(nèi)土的度內(nèi)土的 粘聚力標(biāo)粘聚力標(biāo) 準(zhǔn)值準(zhǔn)值 與與 有關(guān)有關(guān) 的承載力的承載力 系數(shù)，查系數(shù)，查 表表 k 基底基底 上土上土 的加的加 權(quán)重權(quán)重 度度 dcp 基礎(chǔ)埋深基礎(chǔ)埋深 基底以上基底以上 土的加權(quán)土的加權(quán) 平均重度平均重度 由不排水由不排水 剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) 確定的粘確定的粘 聚力聚力 dcpu14. 5 基礎(chǔ)埋深基礎(chǔ)埋深 基底以上基底以上 土的加權(quán)土的加權(quán) 平均重度平均重度 由不排

11、水由不排水 剪切試驗(yàn)剪切試驗(yàn) 確定的粘確定的粘 聚力聚力 dcpu71. 5 方形基礎(chǔ)方形基礎(chǔ) 條形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ) 得到極限荷載得到極限荷載 后后/安全系數(shù)安全系數(shù)3 111 1 0 iiii n i si s azaz E p s i n i ic Hs 1 i ii ci ii i i p pp C ee e 1 1 00 log 1 1 1 scd ssss E b p k s d d0 75. 0 1 z H vc dms 0 1 n i ai i i s t t C e H s 1 10 log 1 k h h w 0 0 21 2211 0 zz zz 承壓水層上覆土層承壓水層上覆土

12、層 厚度厚度 堆載預(yù)壓法堆載預(yù)壓法 真空預(yù)壓法真空預(yù)壓法 降水預(yù)壓法降水預(yù)壓法 電滲排水法電滲排水法 聯(lián)合加壓法聯(lián)合加壓法 b d p 2 平面布置平面布置：等邊三角形或正方形布置。有效排水直徑與間：等邊三角形或正方形布置。有效排水直徑與間 距的關(guān)系為：距的關(guān)系為： lde05. 1 lde13. 1 井徑比確定井徑比確定 井距井距：間距可按井徑比：間距可按井徑比n選用，據(jù)工程實(shí)踐，塑料排水帶選用，據(jù)工程實(shí)踐，塑料排水帶 或袋裝砂井或袋裝砂井n=1522，普通砂井，普通砂井，n=68。 w e d d n 井深井深：根據(jù)建筑物對(duì)地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期確定，：根據(jù)建筑物對(duì)地基的穩(wěn)定性、變形

13、要求和工期確定， 一般應(yīng)盡可能的深。一般應(yīng)盡可能的深。 砂料砂料：應(yīng)選中粗砂，粘粒含量不應(yīng)大于：應(yīng)選中粗砂，粘粒含量不應(yīng)大于3%。 砂井直徑砂井直徑 范圍范圍：大于或等于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。：大于或等于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。 大小大?。簩?duì)沉降有嚴(yán)格限制：對(duì)沉降有嚴(yán)格限制的建筑，的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓處理，應(yīng)采用超載預(yù)壓處理， 超載量大小根據(jù)超載量大小根據(jù)預(yù)壓時(shí)間內(nèi)預(yù)壓時(shí)間內(nèi)要求完成的變形量通過計(jì)算確要求完成的變形量通過計(jì)算確 定，并應(yīng)使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于定，并應(yīng)使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于 附加應(yīng)力。附加應(yīng)力。 加荷速率加荷速率：根據(jù)地基土的強(qiáng)

14、度來確定。：根據(jù)地基土的強(qiáng)度來確定。 預(yù)壓時(shí)間預(yù)壓時(shí)間：當(dāng)排水豎井底面以下：當(dāng)排水豎井底面以下受壓土層受壓土層經(jīng)預(yù)壓完成的變經(jīng)預(yù)壓完成的變 形和平均固結(jié)度符合設(shè)計(jì)要求時(shí)。形和平均固結(jié)度符合設(shè)計(jì)要求時(shí)。 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ79-2002，在一級(jí)或多級(jí)等速，在一級(jí)或多級(jí)等速 加載條件下，當(dāng)固結(jié)時(shí)間為加載條件下，當(dāng)固結(jié)時(shí)間為t時(shí)，時(shí)， 1 1 1 ii TTt ii n i i t eeeTT p q U 時(shí)間單位時(shí)間單位d， 第第i級(jí)荷載的加載速率；級(jí)荷載的加載速率；Ti 、Ti 1分別為第 分別為第 i級(jí)荷載加載的起始和終止時(shí)間，當(dāng)計(jì)算第級(jí)荷載加載的起始和終止時(shí)間，當(dāng)

15、計(jì)算第i級(jí)加載過程中級(jí)加載過程中 某時(shí)間的固結(jié)度時(shí)，改為某時(shí)間的固結(jié)度時(shí)，改為t； 、 為參數(shù)。為參數(shù)。 i q 條件條件 參數(shù)參數(shù) 豎向排水豎向排水 固結(jié)固結(jié) 30% 向內(nèi)徑向向內(nèi)徑向 排水固結(jié)排水固結(jié) 豎向和向內(nèi)徑向排豎向和向內(nèi)徑向排 水固結(jié)水固結(jié) （豎井穿透受壓土層）（豎井穿透受壓土層） 1 2 8 2 2 4H cv 2 8 en h dF c 22 2 8 4 en hv dF c H c 2 8 ch徑向排水固結(jié)系數(shù)，徑向排水固結(jié)系數(shù)，cv豎向排水固結(jié)系數(shù)豎向排水固結(jié)系數(shù) cm2/s；H為土為土 層豎向排水距離，雙面排水時(shí)為土層厚度的一半，單面時(shí)層豎向排水距離，雙面排水時(shí)為土層厚度

16、的一半，單面時(shí) 為土層厚度；為土層厚度； 為雙面排水土層或固結(jié)應(yīng)力均勻分布的為雙面排水土層或固結(jié)應(yīng)力均勻分布的 單面排水土層平均固結(jié)度單面排水土層平均固結(jié)度 2 2 2 2 4 13 ln 1n n n n n Fn z U z U 在瞬時(shí)加載條件下，考慮井阻和涂抹影響時(shí)，豎井地基徑在瞬時(shí)加載條件下，考慮井阻和涂抹影響時(shí)，豎井地基徑 向排水平均固結(jié)度向排水平均固結(jié)度 可按下式計(jì)算可按下式計(jì)算 t Fd c r e h eU 2 8 1 r U rsn FFFF 15 4 3 lnnnFn w h r q kL F 4 22 s k k F s h s ln1 kh為天然土層水平滲透系數(shù)，為天然

17、土層水平滲透系數(shù)，cm/s；ks為涂抹區(qū)土的水平為涂抹區(qū)土的水平 向滲透系數(shù)，可取向滲透系數(shù)，可取(1/51/3)kh，cm/s；s為涂抹區(qū)直徑與為涂抹區(qū)直徑與 豎井直徑比值，取豎井直徑比值，取23，中靈敏取低值，高取高值；，中靈敏取低值，高取高值；L為為 豎井深度，豎井深度，cm；qw為豎井縱向通水量，為單位水力梯度為豎井縱向通水量，為單位水力梯度 下單位時(shí)間的排水量，下單位時(shí)間的排水量，cm3/s。 4 2 ww w dk q 砂料滲透系數(shù)砂料滲透系數(shù) 對(duì)正常固結(jié)飽和黏性土，某一時(shí)間的抗剪強(qiáng)度，可按下式對(duì)正常固結(jié)飽和黏性土，某一時(shí)間的抗剪強(qiáng)度，可按下式 計(jì)算，計(jì)算， cutzfft Uta

18、n 0 地基土的天然抗剪強(qiáng)度地基土的天然抗剪強(qiáng)度 預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)的預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)的 豎向附加應(yīng)力豎向附加應(yīng)力 該點(diǎn)的固結(jié)該點(diǎn)的固結(jié) 度度 對(duì)正常固結(jié)或弱固結(jié)黏性土，預(yù)壓荷載下地基的最終豎向?qū)φ９探Y(jié)或弱固結(jié)黏性土，預(yù)壓荷載下地基的最終豎向 變形量變形量sf可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算： i n i i ii f h e ee s 1 0 10 1 自重應(yīng)力多對(duì)應(yīng)的孔隙比自重應(yīng)力多對(duì)應(yīng)的孔隙比 為第為第i層土層厚度層土層厚度 自重應(yīng)力與附自重應(yīng)力與附 加應(yīng)力之和所加應(yīng)力之和所 對(duì)應(yīng)的孔隙比對(duì)應(yīng)的孔隙比 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)， 1.11.4 荷載較大、荷載較大、 較軟弱時(shí)取較軟弱時(shí)取 較大值較大值 變形計(jì)算時(shí)變形計(jì)算時(shí)，受壓層的計(jì)算深度可用應(yīng)力比法確定，受壓層的計(jì)算深度可用應(yīng)力比法確定， 即取為附加應(yīng)力與土的自重應(yīng)力的比值為即取為