特殊土的工程地質(zhì)特征概要課件

1、第四章 特殊土的工程地質(zhì)特征第一節(jié) 概述一、特殊土的概念 我國(guó)幅員廣大，地質(zhì)條件復(fù)雜，分布土類繁多，工程性質(zhì)各異。 有些土類，由于地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因、物質(zhì)成分及次生變化等原因而各具有與一般土類顯著不同的特殊工程性質(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。 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)特征的土稱特殊性土. 黃土 紅粘土 軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土） 凍土 膨脹土 鹽漬土 混合土 填土 污染土根據(jù)工程特性二、特殊土的分布 在我國(guó)，特殊土都有一定分布區(qū)域：沿海及內(nèi)陸地區(qū)各種成因的軟土：主要分布于西北、華北等干旱

2、、半干旱氣候區(qū)的黃土；西南亞熱帶濕熱氣候區(qū)的紅粘土；主要分布于南方和中南地區(qū)的膨脹土；高緯度、高海拔地區(qū)的多年凍土一、淤泥類土(軟土)（一）形成條件和成分結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 淤泥類土是指在水流緩慢、不通暢、缺氧和飽水的環(huán)境中沉積，有微生物參與作用的條件下，含較多的有機(jī)質(zhì)，疏松軟弱的土。 第二節(jié) 特殊土的工程地質(zhì)特性 天然孔隙比大于1,含水量大于液限.其中： 孔隙比大于1.5的稱為淤泥. 孔隙比大于1而小于1.5的稱為淤泥質(zhì)土.當(dāng)土中有機(jī)質(zhì)含量5%，10%，稱有機(jī)質(zhì)土；當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量（10%，60%時(shí)稱泥炭質(zhì)土；當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量（60%，）時(shí)，稱泥炭。 泥炭是未充分分解的植物遺體堆積而成的一種高有機(jī)土，呈深褐-

3、黑色。其含水量極高，壓縮性很大且不均勻，往往以?shī)A層或透鏡體構(gòu)造存在于一般粘性土或淤泥質(zhì)土層中，對(duì)工程極為不利。軟土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1粒度上主要是粘粒和部分粉粒。2含大量粘土礦物和部分石英、長(zhǎng)石、云母；有機(jī)質(zhì)含量較多（515）。3呈灰、灰綠和灰黑等暗淡的顏色，污染手指并有臭味。4結(jié)構(gòu)常為蜂窩狀、疏松多孔，定向排列明顯、層理較發(fā)育，常具薄層狀構(gòu)造。 我國(guó)淤泥類土基本上可以分為兩大類：一類是沿海沉積淤泥類土；一類是內(nèi)陸和山區(qū)湖盆地及山前谷地沉積的淤泥類土。 沿海沉積的淤泥類土，分布較穩(wěn)定，厚度較大，土質(zhì)較疏松軟弱；大致可分為四個(gè)類型：1瀉湖相沉積2溺湖相沉積3濱海相沉積4三角洲相沉積分布在內(nèi)陸

4、平原區(qū)地淤泥類土主要有：（1）湖泊（2）河漫灘（3）牛軛湖 河漫灘相沉積物： 一般為粘性土，有時(shí)有粉土和粉、細(xì)砂夾層，土層厚度較大，分布也較穩(wěn)定。 牛軛湖相 是由含有大量有機(jī)質(zhì)的粘性土和粉、細(xì)砂組成的，并常有泥炭層分布，土層的工程性質(zhì)較差，也較復(fù)雜。（二）工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn)1、高孔隙比、飽水、天然含水率大于液限 孔隙比常見值為1.02.0； 液限一般為4060; 飽和度一般90; 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)狀態(tài)。2、透水性極弱：一般垂直方向的滲透系數(shù)較水平方向小。3、高壓縮性：a12一般為0.71.5Mpa1，且隨天然含水率的增大而增大。4

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)不排水：三軸快剪,0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)快剪的1015，c0.02Mpa。5、較顯著的觸變性和蠕變性二、黃土 黃土在一定壓力作用下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉，具有這種特性的黃土，稱濕陷性黃土。1、分布與特征 作為濕陷性土的典型代表黃土，在全世界的分布比較廣泛的，據(jù)某些學(xué)者估計(jì)，黃土的覆蓋面積在整個(gè)歐洲約占10，亞洲約占30； 我國(guó)黃土分布面積達(dá)60萬(wàn)平方公里，其中有濕陷性的約為43萬(wàn)平方公里。 主要分布在黃河中游的甘肅、陜西、晉、寧、河南、青海等省區(qū)。地理位置屬于干旱與

6、半干旱氣候地帶。其物質(zhì)主要來源于沙漠與戈壁。我國(guó)濕陷性黃土的固有特征有：1）黃色、褐黃色、灰黃色；2）粒度成分以粉土顆粒（0.050.005mm）為主，約占60；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有較多的可溶性鹽類：重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物；5）具垂直節(jié)理；6）一般具肉眼可見的大孔。黃土結(jié)構(gòu)示意圖濕陷黃土的工程特征：1）塑性較弱；2）含水較少；3）壓實(shí)程度很差，孔隙較大；4）抗水性弱，遇水強(qiáng)烈崩解，膨脹量較小，但失水收縮量較明顯；5）透水性較強(qiáng)；6）壓縮中等，抗剪強(qiáng)度較高。2、成因 我國(guó)黃土的粒度成分具有自西北向東南逐漸變細(xì)的規(guī)律，并可大致分三個(gè)弧形帶。 從物質(zhì)的主導(dǎo)來源而言，應(yīng)認(rèn)為

7、絕大部分黃土是風(fēng)成的。3、地質(zhì)年代 黃土在整個(gè)第四紀(jì)的各個(gè)世中均有堆積，而各世中黃土由于堆積年代長(zhǎng)短不一，上覆土層厚度不一，其工程性質(zhì)不一。 一般黃土（全新世早期晚更新期）與新近堆積黃土（全新世近期）具有濕陷性。而比上兩者堆積時(shí)代更老的黃土，通常不具濕陷性。 4、濕陷性評(píng)價(jià) 在黃土地區(qū)勘察中，濕陷性評(píng)價(jià)正確與否直接影響設(shè)計(jì)措施的采取。 黃土的濕陷性計(jì)算與評(píng)價(jià)，按一般的工作次序，其內(nèi)容主要有：（1）判別濕陷性與非濕陷性黃土；（2）判別自重與非自重濕陷性黃土；（3）判別濕陷性黃土場(chǎng)地的濕陷類型；（4）判別濕陷等級(jí)；（5）確定濕陷起始?jí)毫Φ?。?）濕陷性與非濕陷性黃土的判別 黃土的濕陷性試驗(yàn)是在室內(nèi)

8、的固結(jié)儀內(nèi)進(jìn)行的，其方法是：分級(jí)加荷至規(guī)定壓力，當(dāng)下沉穩(wěn)定后，使土樣浸水直至濕陷穩(wěn)定為止，其濕陷系數(shù)的計(jì)算式是：式中： h0 ：原狀土樣的原始高度，cm hp ：原狀土樣在規(guī)定壓力下，下沉穩(wěn)定后的高度，cm hp, ：上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉 穩(wěn)定后的高度，cm利用濕陷系數(shù)的值，可判定黃土是否有濕陷性:當(dāng)s0.07時(shí)，濕陷性強(qiáng)烈。（2）自重與非自重濕陷性黃土的判別自重濕陷性：當(dāng)某一深度處的黃土層被水浸濕后，僅在其上覆土層的飽和自重壓力下產(chǎn)生濕陷變形的，稱自重濕陷性。非自重濕陷性黃土：當(dāng)某一深度處的黃土層浸水后，除上覆土的飽和自重外，尚需要一定的附加荷載（壓力）才發(fā)生濕陷的，稱非

9、自重濕陷性。測(cè)定方法：也是在室內(nèi)固結(jié)儀上進(jìn)行，即分級(jí)加荷至上覆土層的飽和自重壓力，當(dāng)下沉穩(wěn)定后，使土樣浸水濕陷達(dá)穩(wěn)定為止。自重濕陷系數(shù)的計(jì)算公式：式中：h0：土樣的原始高度，cmhz：原始土樣加壓至上覆土的飽和自重壓力時(shí)，下沉穩(wěn)定后的高度，cm；hz,：上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度，cm當(dāng)0.015時(shí)，定為非自重濕陷性黃土。 0.015時(shí)，為自重濕陷性黃土。 黃土的濕陷性一般是自地表以下逐漸減弱，埋深七、八米以上的黃土濕陷性較強(qiáng)。 不同地區(qū)，不同時(shí)代的黃土是不同的，這與土的成因，固結(jié)作用、所處的環(huán)境等條件有關(guān)。三、膨脹土 在工程建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)遇到一種具有特殊變形性質(zhì)的粘

10、性土，它的體積隨含水量的增加而膨脹，隨含水量減少而收縮，并且這種作用循環(huán)可逆，具有這種膨脹和收縮性的土，即稱為膨脹土。（一）分布和成因 膨脹土一般分布在盆地內(nèi)崗，山前丘陵地帶和二、三級(jí)階地上。 大多數(shù)是上更新世及以前的殘坡積、沖積、洪積物，也有晚第三紀(jì)至第四紀(jì)的湖泊沉積及其風(fēng)化層。（二）成分和結(jié)構(gòu)特征（1）從巖性上看，以粘土為主，具有黃、紅、灰、白等色，土中含有較多的粘土，粘土占總數(shù)的98%，粘土礦物多為蒙脫石、伊利石和高嶺石。蒙脫石含量越多，膨脹性越強(qiáng)烈。（2）結(jié)構(gòu)致密，呈堅(jiān)硬硬塑狀態(tài)，強(qiáng)度較高，內(nèi)聚力較大。（3）裂隙發(fā)育，豎向、斜交和水平三種均有，可見光滑鏡面和擦痕。（4）富含鐵、錳結(jié)核和

11、鈣質(zhì)結(jié)核。（5）化學(xué)成分為SiO2(45%66%)、Al2O3(13%31%)、Fe2O3(315%)、硅鋁率K35。 （三）一般工程地質(zhì)特征 膨脹土的液限、塑限和塑性指數(shù)都較大：液限為4068，塑限為17%35，塑性指數(shù)為1833。 膨脹土的飽和度一般較大，常在80以上，天然含水率較小，1730。 膨脹土的脹縮性常為該類地基的工程地質(zhì)問題.（四）膨脹土的判別 凡是具有前面所述的特征，且自由膨脹率Fs大于40者，應(yīng)判定為膨脹土。“自由膨脹率Fs”：系指人工制備的烘干土，在水中增加的體積與原體積的比，以百分率表示。四、紅粘土 紅粘土是指碳酸鹽類巖石（石灰?guī)r，白云巖，泥質(zhì)灰?guī)r等），在亞熱帶溫濕氣候

12、條件下，經(jīng)風(fēng)化而成的殘積、坡積或殘坡積的褐紅色、棕紅色或黃褐色的高塑性粘土。（一）成因和分布成因類型：殘積、坡積、和殘坡積。上部為坡積，下部為殘積的情況居多。主要分布：云南、貴州、廣西、安徽、四川東部等。（二）成分和結(jié)構(gòu)特征 紅粘土的粘粒組分（粒徑85，密實(shí)度低，大孔隙明顯，孔隙比1.0；液性指數(shù)一般都小于0.4；堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)。3、強(qiáng)度較高，壓縮性較低 固結(jié)快剪:值818，c值可達(dá)0.040.09MPa，多屬中壓縮性土或低壓縮性土，壓縮模量515MPa。 4、不具濕陷性，但收縮性明顯，失水后強(qiáng)烈收縮，原狀土體縮率可達(dá)25。 紅粘土具有這些特殊性質(zhì)，是與其生成環(huán)境及其相應(yīng)的組成物質(zhì)有關(guān)。（1）

13、沿深度上，隨著深度的加大，紅粘土的天然含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)都有較大的增高，狀態(tài)由堅(jiān)硬、硬塑可變?yōu)榭伤?、軟塑，而?qiáng)度則大幅度降低。（2）在水平方向上，由于地形地貌和下伏基巖起伏變化，性質(zhì)變化也很大，地勢(shì)較高的，由于排水條件好，天然含水率和壓縮性較低，強(qiáng)度較高，而地勢(shì)較低的則相反。 五、人工填土 人工填土是一種特殊性土。它是由于人類活動(dòng)任意堆填而成的土。 在我國(guó)大多數(shù)古老城市的地表面，普遍覆蓋一層人工雜填土堆積層。這種填土無(wú)論其物質(zhì)組成，分布特征和工程性質(zhì)均相當(dāng)復(fù)雜，且具有地區(qū)性特點(diǎn)。人工填土的工程性質(zhì)與天然沉積土比較起來有很大不同：1性質(zhì)很不均勻，分布和厚度變化上缺乏規(guī)律性；2物質(zhì)成分異常復(fù)雜。有天然土顆粒，有磚瓦碎片和石塊，以及人類活動(dòng)和生產(chǎn)所拋棄的各種垃圾；3是一種欠壓密土，一般具有較高的壓縮性，孔隙比很大。4往往具有浸水濕陷性。 根據(jù)其成分和成因，將人工填土分為三類：1、素填土：由碎石、砂土、粘性土等組成的填土。根據(jù)孔隙比指標(biāo)判定其類型。1）粘性老素填土：堆積年限在10年以上，或孔隙比1.10；2）非