《土力學與地基基礎(chǔ)》-第十一章-特殊土地基課件

第十一章特殊土地基第十一章特殊土地基2

區(qū)域性地基

特殊土地基、山區(qū)地基以及地震區(qū)地基等。特殊土

由于生成時不同的地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因以及次生變化等原因，使一些土類具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)。包括：軟土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土等。通常把這些具有特殊工程性質(zhì)的土類稱為特殊土。特殊土種類很多，大部分都具有地區(qū)特點，故又有區(qū)域性特殊土之稱。2區(qū)域性地基特殊土概述1、定義：特殊土是指具有某些特殊成分、結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)性質(zhì)的土的總稱。

2、類型：由于成土環(huán)境的不同，會造成具有不同特性的土，常見的特殊土種類有：黃土、紅粘土、膨脹土、軟土、鹽漬土、凍土和填土等。特殊土概述1、定義：特殊土是指具有某些特殊成分、結(jié)構(gòu)及工程地我國常見特殊土的種類、分布、成土環(huán)境及工程地質(zhì)特性

種類

分布

成土環(huán)境

工程特性

黃土

西北內(nèi)陸地區(qū)，青海、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南等干旱，半干旱氣候環(huán)境，降雨量少，蒸發(fā)量大，年降雨量小于500mm。風積濕陷性

紅粘土

華南地區(qū)，云南、四川、貴州、廣西、鄂西、湘西等

碳酸鹽巖系北緯33°以南，溫暖濕潤氣候，以殘坡積為主裂隙發(fā)育，不均勻性

軟土

東南沿海，天津、上海、寧波、福州等，此外內(nèi)陸湖泊地區(qū)也有局部分布

濱海、三角洲沉積；湖泊沉積，地下水水位高，由水流搬運沉積而成強度低，壓縮性高，滲透性小

膨脹土

云南、貴州、廣西、四川、安徽、河南等溫暖濕潤，雨量充沛，年降雨量700～1700mm，具有良好化學風化條件遇水膨脹，失水收縮

鹽漬土

新疆、青海、西藏、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等內(nèi)陸地區(qū)，此外尚有濱海部分地區(qū)荒漠半荒漠地區(qū)，年降雨量小于100mm，蒸發(fā)量高達3000mm以上的地區(qū)，沿海受海水浸漬或海退的影響鹽脹性、溶陷性和腐蝕性

凍土

青藏高原和大小興安嶺，東西部一些高山頂部高緯度寒冷地區(qū)凍脹性、融陷性我國常見特殊土的種類、分布、成土環(huán)境及工程地質(zhì)特性種類分3、學習本課程的重要性：特殊土在我國分布很廣，比如黃土主要分布在我國的西北部，紅粘土主要分布在南方，凍土主要分布在北方等，有很多建筑物修建在特殊土地基上。由于特殊土具有特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，因此常給建筑物的安全和正常使用造成嚴重威脅。研究特殊土的形成條件、分布特征和工程地質(zhì)特性具有十分重要的意義。3、學習本課程的重要性：特殊土在我國分布很廣，比如黃土主要分11.1膨脹土地基11.2紅黏土地基11.3濕陷性黃土地基11.4山區(qū)地基本章目錄11.1膨脹土地基本章目錄11.1膨脹土地基膨脹土是土中粘粒成分主要由親水礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹軟化和失水收縮開裂兩種變形特性的粘性土。強度較高，壓縮性中等偏低。當含水量增加和結(jié)構(gòu)擾動后，力學性質(zhì)減弱明顯。浸濕且結(jié)構(gòu)破壞的重塑土，強度降低1/3~2/3，壓縮性增大。1.膨脹土的一般特征11.1膨脹土地基膨脹土是土中粘粒成分主要由親水礦物組成8

11.1.1膨脹土的特性

定義：膨脹土是土中粘粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土。特征：裂隙發(fā)育。11.1膨脹土地基811.1.1膨脹土的特性定義：11.1膨脹土地9

7.特殊土地基分布97.特殊土地基分布10

11.1.2影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在機制礦物成分。膨脹土含大量的蒙脫石、伊利石等親水性粘土礦物，它們比表面積大，有強烈的活動性，既易吸水又易失水。微觀結(jié)構(gòu)。礦物成分在空間的聯(lián)結(jié)狀態(tài)也影響膨脹土的脹縮性質(zhì)。掃描電鏡分析表明，面-面連接的分散結(jié)構(gòu)是膨脹土的一種普遍的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)比團粒結(jié)構(gòu)具有更大的吸水膨脹和失水吸縮的能力。外部因素水的作用。水分的遷移是控制土脹、縮特性的關(guān)鍵外在因素。因為只有土中存在著可能產(chǎn)生水分遷移的梯度和進行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。1011.1.2影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在機制外11

11.1.3膨脹土地基勘察和評價膨脹土的工程特性指標：

自由膨脹率將人工制備的磨細烘干土樣，經(jīng)無頸漏斗注入量杯，量其體積，然后倒入盛水的量筒中，經(jīng)充分吸水膨脹穩(wěn)定后，再測其體積。增加的體積與原體積的比值ef稱為自由膨脹率。1111.1.3膨脹土地基勘察和評價膨脹土的工程特性指標12

膨脹率表示原狀土在側(cè)限壓縮儀中，在一定壓力下，浸水膨脹穩(wěn)定后，土樣增加的高度與原高度之比。線縮率指土的豎向收縮變形與原狀土樣高度之比，表示為11.1.3膨脹土地基勘察和評價12膨脹率線縮率11.1.3膨脹土地基勘察和評價13

收縮系數(shù)利用收縮曲線直線收縮段可求得收縮系數(shù)s，其定義為：原狀土樣在直線收縮階段內(nèi)，含水量每減少1%時所對應(yīng)的線縮率的改變值。

膨脹力原狀土樣在體積不變時，由于浸水膨脹產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力，稱為膨脹力pe。11.1.3膨脹土地基勘察和評價13收縮系數(shù)膨脹力11.1.3膨脹土地基勘察和評價14

膨脹土地基的評價膨脹土的判別《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，凡具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且自由膨脹率ef≥40%的土應(yīng)判定為膨脹土。裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土。在自然條件下呈堅硬或硬塑狀態(tài)；多出露于二級或二級以上階地、山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎；常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等；建筑物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。11.1.3膨脹土地基勘察和評價14膨脹土地基的評價11.1.3膨脹土地基勘察和評價15

膨脹土的膨脹潛勢膨脹率ef/（％）膨脹潛勢

破壞程度

40≤ef

＜65弱

輕

微

65≤ef

＜90中

中

等

ef

≥90強

嚴

重

膨脹土地基的脹縮等級地基分級變形量se/mm

級

別

破壞程度

15≤se＜35

Ⅰ

輕

微

35≤se＜70

Ⅱ

中

等

se≥70

Ⅲ

嚴

重

11.1.3膨脹土地基勘察和評價15膨脹土的膨脹潛勢膨脹率ef/（％）膨脹潛勢破壞程16

11.1.4膨脹土地基計算和工程措施地基變形量計算脹縮變形量膨脹土地基的脹縮變形量可按下式計算。1611.1.4膨脹土地基計算和工程措施地基變形量計算17

設(shè)計措施選擇場地時應(yīng)避開地質(zhì)條件不良地段建筑上力求體型簡單結(jié)構(gòu)上應(yīng)加強建筑物的整體剛度加大基礎(chǔ)埋深施工措施在施工中應(yīng)盡量減少地基中含水量的變化首先應(yīng)采取排水措施，整治環(huán)境11.1.4膨脹土地基計算和工程措施17設(shè)計措施11.1.4膨脹土地基計算和工程措施1、紅粘土的定義、形成條件及分布規(guī)律

（1）定義：碳酸鹽巖系出露區(qū)的巖石，經(jīng)紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土稱為紅粘土。其液限一般大于50％，上硬下軟，具有明顯的收縮性，并裂隙發(fā)育。

次生紅粘土：原生紅粘土經(jīng)搬運、沉積后仍保留其基本特征，且其液限大于45％的粘土。11.2紅黏土地基1、紅粘土的定義、形成條件及分布規(guī)律11.2紅黏土地基19

19《土力學與地基基礎(chǔ)》-第十一章-特殊土地基課件（2）紅粘土的形成條件：氣候和巖性

①氣候條件：氣候變化大，年降水量大于蒸發(fā)量。因而氣候潮濕，有利于巖石的機械風化和化學風化。

②巖性條件：主要是碳酸鹽類巖石，石灰?guī)r、白云巖等，當巖層褶皺發(fā)育，巖石破碎，易于風化時，更易形成紅粘土。（3）紅粘土的分布規(guī)律紅粘土主要為殘積、坡積類型，因而其分布多在山區(qū)或丘陵地帶，并且受氣候影響，主要發(fā)育南方潮濕的熱帶和亞熱帶地區(qū)的一種區(qū)域性特殊土。以貴州、云南、廣西最為普遍，其次江西、川東和兩湖兩廣的部分地區(qū)也有分布。（2）紅粘土的形成條件：氣候和巖性2、紅粘土的工程地質(zhì)特征（1）紅粘土的土層特征①、由硬變軟的現(xiàn)象：紅粘土從地表向下由硬變軟，隨深度的增加，紅粘土的天然含水量、孔隙比有較大的增加，土的狀態(tài)由堅硬、硬塑狀態(tài)變?yōu)榭伤堋④浰軤顟B(tài)，相應(yīng)地，土的強度也逐漸降低，壓縮性也逐漸增大。2、紅粘土的工程地質(zhì)特征

②、厚度變化大：紅粘土在垂直方向分布變化很大，這與所處的地貌、基巖的巖性與巖溶的發(fā)育程度有關(guān)，分布在盆地或洼地中的紅粘土，其厚度大體是邊緣薄，中間厚；下覆基巖有溶溝、溶槽、石芽發(fā)育時，其上覆的紅粘土的厚度變化極大。在其它因素相近的條件下，碳酸鹽類巖體的巖性決定著巖溶發(fā)展程度的差異，石灰?guī)r、白云巖易于溶化，巖體表面起伏劇烈，導(dǎo)致其上覆的紅粘土厚度變化很大，泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r的巖溶化較弱，巖體表面較平整，上覆紅粘土層的厚度變化較小。②、厚度變化大：紅粘土在垂直方向分布變化很大，這與所

③紅粘土的裂隙性：在堅硬和硬塑狀態(tài)下的紅粘土層由于脹縮作用形成了大量裂隙。裂隙發(fā)育深度一般為3～4m，裂隙面光滑，裂隙的發(fā)生和發(fā)展速度極快，在干旱氣候條件下，新挖坡面數(shù)日內(nèi)便可被收縮裂隙切割得支離破碎，使土層的結(jié)構(gòu)破壞，透水性增大，土層強度降低，對淺埋基礎(chǔ)或邊坡的穩(wěn)定性都有較大的影響。③紅粘土的裂隙性：在堅硬和硬塑狀態(tài)下的紅粘土層由于脹（2）紅粘土的成分和結(jié)構(gòu)特征紅粘土的礦物成分，主要為高嶺石、伊利石和綠泥石等粘土礦物，碎屑礦物較少，主要為石英，由于長期淋濾的結(jié)果，水溶鹽、有機質(zhì)含量較低。粘土礦物具有穩(wěn)定的結(jié)晶格架、細粒組結(jié)成穩(wěn)固的團粒結(jié)構(gòu)，土體近于兩項體，且土中水又多為結(jié)合水，這三者是構(gòu)成紅粘土具有良好力學性能的基本因素。紅粘土層中也常有結(jié)核和土洞的存在，對地基產(chǎn)生不利的影響。（2）紅粘土的成分和結(jié)構(gòu)特征（3）紅粘土的物理力學性質(zhì)①、高塑性和分散性。顆粒細而均勻，粘粒含量很高，一般在50～70％之間，所以，塑限、液限和塑性指數(shù)都很大，液限一般為50～80％，塑限一般為30～60％，塑性指數(shù)20～50％。②、高含水率，低密度。天然含水量一般為30～60％；飽和度在85％以上；密實度低，大孔隙明顯，孔隙比很大，一般都超過1.0，但液性指數(shù)都一般小于0.4，多數(shù)處于堅硬或硬塑狀態(tài)。（3）紅粘土的物理力學性質(zhì)③強度較高，壓縮性較低。固結(jié)快剪φ值為8°～18°，c值可達0.04～0.09MPa；多屬于中壓縮性土或低壓縮性土，壓縮模量E為5～15MPa。④不具濕陷性，但有明顯的收縮性。紅粘土浸水后，多數(shù)有輕微膨脹性，膨脹率小于2％，但失水收縮很強烈，原狀土體收縮率可達25％，擾動土可達40～50％。③強度較高，壓縮性較低。固結(jié)快剪φ值為8°～18°，c值可達3、紅粘土地基評價（1）地基的不均勻及其處理①、紅粘土地基不均勻主要表現(xiàn)在以下兩方面：

a、母巖巖性和成土特性決定了紅粘土厚度不大。尤其在高原山區(qū)，分布零星，由于石灰?guī)r和白云巖巖溶化強烈，巖面起伏大，形成許多石筍石芽，導(dǎo)致紅粘土厚度水平方向上變化大。常見水平相距1m，土層厚度可相差5m或更多。

b、下伏碳酸鹽巖系地層中的巖溶發(fā)育，在地表水和地下巖溶水的單獨或聯(lián)合作用下，由于水的沖蝕、吸蝕等作用，在紅粘土地層中可形成洞穴，稱為土洞。只要沖蝕、吸蝕作用不停止，土洞可迅速發(fā)展擴大。由于這些洞體埋藏淺，在自重或外荷作用下，可演變?yōu)榈乇硭荨?、紅粘土地基評價（1）地基的不均勻及其處理②、不均勻地基處理a、當下臥巖層單向傾斜較大時，可調(diào)整基礎(chǔ)的深度、寬度或采用樁基等進行處理，也可將基礎(chǔ)沿基巖的傾斜方向分段做成階梯形，從而使地基變形趨于一致。

b、對于大塊孤石石芽、石筍或局部巖層出露等情況，宜在基礎(chǔ)與巖石接觸的部位，將巖石露頭削低，做厚度不小于50cm的墊層，然后再根據(jù)土質(zhì)情況，結(jié)合結(jié)構(gòu)措施進行綜合處理。②、不均勻地基處理（2）土中裂縫的問題①、土中裂縫的特征：自然狀態(tài)下的紅粘土呈致密狀態(tài)，無層理，表面受大氣影響呈堅硬或硬塑狀態(tài)。當失水后土體發(fā)生收縮，土體中出現(xiàn)裂縫，接近地表的裂縫呈豎向開口狀，往深處逐漸減弱，呈網(wǎng)狀微裂隙且閉合。土中裂隙發(fā)育深度一般為2～4m，有些可達7～8m。由于裂隙的存在，土體整體性遭到破壞，總體強度大為減弱，此外，裂隙又促使深部失水，有些裂隙發(fā)展成為地裂。在這類地層內(nèi)開挖，開挖面暴露后受氣候的影響，裂隙的發(fā)生和發(fā)展迅速，可將開挖面切割得支離破碎，從而影響到邊坡的穩(wěn)定性。（2）土中裂縫的問題②、土中裂縫的處理：

a、土中出現(xiàn)的細微網(wǎng)狀裂縫可使拉剪強度降低

50％以上，主要影響土體的穩(wěn)定性，所以，當土體承受較大水平荷載或外側(cè)地面傾斜、有臨空面等情況時，應(yīng)驗算其穩(wěn)定性，對于僅受豎向荷載時，應(yīng)適當折減地基承載力。

b、土中深長的地裂縫對工程危害極大，地裂縫可長達數(shù)公里，深可達8～9m，在其上的建筑物無一不損壞，這不是一般工程措施可治理的，所以原則上應(yīng)避免地裂縫地區(qū)。

②、土中裂縫的處理：

（3）土的脹縮性問題紅粘土的收縮性能引起建筑物的損壞，特別是對一些低層建筑物影響較大，所以應(yīng)采取有效的防水措施。（3）土的脹縮性問題黃土(leoss)：第四紀以來在干旱、半干旱氣候條件下形成的松散堆積物。呈黃色或褐黃色，顆粒組成以粉粒為主，同時含砂粒和粘粒，含可溶鹽，CaCO3、大孔隙。

11.3濕陷性黃土地基黃土(leoss)：第四紀以來在干旱、半干旱氣候條件下形成的《土力學與地基基礎(chǔ)》-第十一章-特殊土地基課件黃土的濕陷變形：是指黃土受水濕陷后所引起的一種急劇、大量的附加變形。黃土地基變形，一般包括兩部分：壓縮變形：是指地基處于天然含水量時，由建筑物荷載所引起的變形。濕陷變形：是指當壓縮變形尚未穩(wěn)定或穩(wěn)定以后，建筑物荷載不變，而地基由于受水浸濕所引起的附加變形。1、黃土濕陷變形特性黃土的濕陷變形：是指黃土受水濕陷后所引起的一種急劇、大量的測定濕陷系數(shù)的壓力p取值：200KPa，10m以上300KPa，10m以下2、黃土地基的濕陷性評價濕陷起始壓力Psh：黃土發(fā)生濕陷的最小壓力，現(xiàn)場、室內(nèi)測試確定。測定濕陷系數(shù)的壓力p取值：200KPa，10m以上2、黃土地《土力學與地基基礎(chǔ)》-第十一章-特殊土地基課件非自重濕陷性黃土自重濕陷性黃土3、建筑場地濕陷類型的劃分非自重濕陷性黃土3、建筑場地濕陷類型的劃分在濕陷性黃土地區(qū)進行建設(shè)，地基應(yīng)滿足承載力、濕陷變形、壓縮變形和穩(wěn)定性的要求。1.地基處理措施常用的方法：墊層法、夯實法、擠密法、樁基礎(chǔ)、預(yù)浸水法、單液硅化或堿液加固法。4、濕陷性黃土地基的工程措施在濕陷性黃土地區(qū)進行建設(shè)，地基應(yīng)滿足承載力、基本防水措施：要求在建筑布置、場地排水、地面排水、散水等方面，防止雨水或生產(chǎn)生活用水滲入浸濕地基。嚴格防水措施：要求對重要建筑場地和高級別濕陷地基，在檢漏防水措施基礎(chǔ)上，對防水地面、排水溝、檢漏管溝和井等設(shè)施提高設(shè)計標準。2.防水措施基本防水措施：要求在建筑布置、場地排水、地面排水、散水等方面結(jié)構(gòu)措施是前兩項措施的補充手段，它包括建筑平面布置力求簡單，加強建筑上部結(jié)構(gòu)整體剛度，預(yù)留沉降凈空等來減小建筑物不均勻沉降或使結(jié)構(gòu)物能適應(yīng)地基的濕陷變形。3.結(jié)構(gòu)措施結(jié)構(gòu)措施是前兩項措施的補充手段，它包括建筑平面布置力11.4山區(qū)地基1、土巖組合地基11.4山區(qū)地基1、土巖組合地基石芽密布并有出露的地基；大塊孤石地基石芽密布并有出露的地基；大塊孤石地基土巖組合地基的處理結(jié)構(gòu)措施對建造在其上的長度較大或造型復(fù)雜的建筑物，宜用沉降縫將建筑物分開。縫寬30~50mm，必要時應(yīng)加強上部結(jié)構(gòu)的剛度，如加密隔墻，增設(shè)圈梁。地理處理處理壓縮性較高部分的地基，使之適應(yīng)較低的地基（樁基礎(chǔ)、局部深挖、換填或用梁、板、拱跨越等）；處理壓縮性較低部分的地基，使之適應(yīng)壓縮性較高的地基。（褥墊法）土巖組合地基的處理2、巖溶巖溶是指可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖石膏、巖鹽等受水的長期溶蝕作用，在巖層中形成的溝槽、裂隙、石芽、石林和空洞，以及由于空洞頂板塌落使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等現(xiàn)象和作用的總稱。2、巖溶清爆換填：即清除覆土，爆開頂板，挖去松軟填充物，層回填上粗下細碎石濾水層，然后建造基礎(chǔ)。處理頂板不穩(wěn)定的潛埋溶洞地基梁、板跨越：對于洞壁完整、強度較高的而頂板破碎的巖溶地基，宜采用鋼筋混凝土梁、板跨越，但支承點必須落在較完整的巖面上。處理措施清爆換填：即清除覆土，爆開頂板，挖去松軟填充物，層回填上粗下洞底支撐：處理跨度較大，頂板完整，但厚度較薄的溶洞地基。采用石砌柱或鋼筋混凝土柱支撐洞頂。水流排導(dǎo)：采用排水隧洞、排水管道等進行疏導(dǎo)，以防止水流通道堵塞，造成動水壓力對基坑底板、地坪及道路等的不良影響。洞底支撐：處理跨度較大，頂板完整，但厚度較薄的溶洞地基。采用48

3土洞地基定義

土洞是巖溶地區(qū)可溶性巖層的上覆土層在地下水沖蝕或地下水潛蝕作用下形成的洞穴。多位于粘性土層中。凡顆粒細、粘結(jié)大、膠結(jié)好、水理性穩(wěn)定的土層，不易形成土洞；反之，則易形成。483土洞地基定義49

49土洞土洞土洞土52

處理措施

樁基或沉井處理地表水和地下水挖填夯實灌填處理梁板跨越深基礎(chǔ)52處理措施對土洞常用的處理措施由地表水形成的土洞或塌陷地段，當土洞或陷坑較淺時，可進行挖填處理，邊坡應(yīng)挖成臺階形，逐層填土夯實；當洞穴較深時，可采用水沖砂、礫石或灌注C15細石混凝土，灌注時，需在洞頂上設(shè)置排氣孔。另外，應(yīng)認真做好地表水截流、防滲、堵漏工作。由地下水形成的塌陷及淺埋土洞，先應(yīng)清除底部軟土部分，再拋填塊石作反慮層，面層可用粘性土夯填；深埋土洞可采用灌填法或采用樁、沉井基礎(chǔ)。采用灌填法時，尚應(yīng)結(jié)合梁、板或拱跨越辦法處理的土洞。對土洞常用的處理措施由地表水形成的土洞或塌陷地段，當土洞或陷第十一章特殊土地基第十一章特殊土地基55

區(qū)域性地基

特殊土地基、山區(qū)地基以及地震區(qū)地基等。特殊土

由于生成時不同的地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因以及次生變化等原因，使一些土類具有特殊的成分、結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)。包括：軟土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土等。通常把這些具有特殊工程性質(zhì)的土類稱為特殊土。特殊土種類很多，大部分都具有地區(qū)特點，故又有區(qū)域性特殊土之稱。2區(qū)域性地基特殊土概述1、定義：特殊土是指具有某些特殊成分、結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)性質(zhì)的土的總稱。

2、類型：由于成土環(huán)境的不同，會造成具有不同特性的土，常見的特殊土種類有：黃土、紅粘土、膨脹土、軟土、鹽漬土、凍土和填土等。特殊土概述1、定義：特殊土是指具有某些特殊成分、結(jié)構(gòu)及工程地我國常見特殊土的種類、分布、成土環(huán)境及工程地質(zhì)特性

種類

分布

成土環(huán)境

工程特性

黃土

西北內(nèi)陸地區(qū)，青海、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南等干旱，半干旱氣候環(huán)境，降雨量少，蒸發(fā)量大，年降雨量小于500mm。風積濕陷性

紅粘土

華南地區(qū)，云南、四川、貴州、廣西、鄂西、湘西等

碳酸鹽巖系北緯33°以南，溫暖濕潤氣候，以殘坡積為主裂隙發(fā)育，不均勻性

軟土

東南沿海，天津、上海、寧波、福州等，此外內(nèi)陸湖泊地區(qū)也有局部分布

濱海、三角洲沉積；湖泊沉積，地下水水位高，由水流搬運沉積而成強度低，壓縮性高，滲透性小

膨脹土

云南、貴州、廣西、四川、安徽、河南等溫暖濕潤，雨量充沛，年降雨量700～1700mm，具有良好化學風化條件遇水膨脹，失水收縮

鹽漬土

新疆、青海、西藏、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等內(nèi)陸地區(qū)，此外尚有濱海部分地區(qū)荒漠半荒漠地區(qū)，年降雨量小于100mm，蒸發(fā)量高達3000mm以上的地區(qū)，沿海受海水浸漬或海退的影響鹽脹性、溶陷性和腐蝕性

凍土

青藏高原和大小興安嶺，東西部一些高山頂部高緯度寒冷地區(qū)凍脹性、融陷性我國常見特殊土的種類、分布、成土環(huán)境及工程地質(zhì)特性種類分3、學習本課程的重要性：特殊土在我國分布很廣，比如黃土主要分布在我國的西北部，紅粘土主要分布在南方，凍土主要分布在北方等，有很多建筑物修建在特殊土地基上。由于特殊土具有特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，因此常給建筑物的安全和正常使用造成嚴重威脅。研究特殊土的形成條件、分布特征和工程地質(zhì)特性具有十分重要的意義。3、學習本課程的重要性：特殊土在我國分布很廣，比如黃土主要分11.1膨脹土地基11.2紅黏土地基11.3濕陷性黃土地基11.4山區(qū)地基本章目錄11.1膨脹土地基本章目錄11.1膨脹土地基膨脹土是土中粘粒成分主要由親水礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹軟化和失水收縮開裂兩種變形特性的粘性土。強度較高，壓縮性中等偏低。當含水量增加和結(jié)構(gòu)擾動后，力學性質(zhì)減弱明顯。浸濕且結(jié)構(gòu)破壞的重塑土，強度降低1/3~2/3，壓縮性增大。1.膨脹土的一般特征11.1膨脹土地基膨脹土是土中粘粒成分主要由親水礦物組成61

11.1.1膨脹土的特性

定義：膨脹土是土中粘粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土。特征：裂隙發(fā)育。11.1膨脹土地基811.1.1膨脹土的特性定義：11.1膨脹土地62

7.特殊土地基分布97.特殊土地基分布63

11.1.2影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在機制礦物成分。膨脹土含大量的蒙脫石、伊利石等親水性粘土礦物，它們比表面積大，有強烈的活動性，既易吸水又易失水。微觀結(jié)構(gòu)。礦物成分在空間的聯(lián)結(jié)狀態(tài)也影響膨脹土的脹縮性質(zhì)。掃描電鏡分析表明，面-面連接的分散結(jié)構(gòu)是膨脹土的一種普遍的結(jié)構(gòu)形式，這種結(jié)構(gòu)比團粒結(jié)構(gòu)具有更大的吸水膨脹和失水吸縮的能力。外部因素水的作用。水分的遷移是控制土脹、縮特性的關(guān)鍵外在因素。因為只有土中存在著可能產(chǎn)生水分遷移的梯度和進行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。1011.1.2影響膨脹土脹縮變形的主要因素內(nèi)在機制外64

11.1.3膨脹土地基勘察和評價膨脹土的工程特性指標：

自由膨脹率將人工制備的磨細烘干土樣，經(jīng)無頸漏斗注入量杯，量其體積，然后倒入盛水的量筒中，經(jīng)充分吸水膨脹穩(wěn)定后，再測其體積。增加的體積與原體積的比值ef稱為自由膨脹率。1111.1.3膨脹土地基勘察和評價膨脹土的工程特性指標65

膨脹率表示原狀土在側(cè)限壓縮儀中，在一定壓力下，浸水膨脹穩(wěn)定后，土樣增加的高度與原高度之比。線縮率指土的豎向收縮變形與原狀土樣高度之比，表示為11.1.3膨脹土地基勘察和評價12膨脹率線縮率11.1.3膨脹土地基勘察和評價66

收縮系數(shù)利用收縮曲線直線收縮段可求得收縮系數(shù)s，其定義為：原狀土樣在直線收縮階段內(nèi)，含水量每減少1%時所對應(yīng)的線縮率的改變值。

膨脹力原狀土樣在體積不變時，由于浸水膨脹產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力，稱為膨脹力pe。11.1.3膨脹土地基勘察和評價13收縮系數(shù)膨脹力11.1.3膨脹土地基勘察和評價67

膨脹土地基的評價膨脹土的判別《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，凡具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且自由膨脹率ef≥40%的土應(yīng)判定為膨脹土。裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填著灰白、灰綠色粘土。在自然條件下呈堅硬或硬塑狀態(tài)；多出露于二級或二級以上階地、山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎；常見淺層塑性滑坡、地裂，新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等；建筑物裂縫隨氣候變化而張開和閉合。11.1.3膨脹土地基勘察和評價14膨脹土地基的評價11.1.3膨脹土地基勘察和評價68

膨脹土的膨脹潛勢膨脹率ef/（％）膨脹潛勢

破壞程度

40≤ef

＜65弱

輕

微

65≤ef

＜90中

中

等

ef

≥90強

嚴

重

膨脹土地基的脹縮等級地基分級變形量se/mm

級

別

破壞程度

15≤se＜35

Ⅰ

輕

微

35≤se＜70

Ⅱ

中

等

se≥70

Ⅲ

嚴

重

11.1.3膨脹土地基勘察和評價15膨脹土的膨脹潛勢膨脹率ef/（％）膨脹潛勢破壞程69

11.1.4膨脹土地基計算和工程措施地基變形量計算脹縮變形量膨脹土地基的脹縮變形量可按下式計算。1611.1.4膨脹土地基計算和工程措施地基變形量計算70

設(shè)計措施選擇場地時應(yīng)避開地質(zhì)條件不良地段建筑上力求體型簡單結(jié)構(gòu)上應(yīng)加強建筑物的整體剛度加大基礎(chǔ)埋深施工措施在施工中應(yīng)盡量減少地基中含水量的變化首先應(yīng)采取排水措施，整治環(huán)境11.1.4膨脹土地基計算和工程措施17設(shè)計措施11.1.4膨脹土地基計算和工程措施1、紅粘土的定義、形成條件及分布規(guī)律

（1）定義：碳酸鹽巖系出露區(qū)的巖石，經(jīng)紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土稱為紅粘土。其液限一般大于50％，上硬下軟，具有明顯的收縮性，并裂隙發(fā)育。

次生紅粘土：原生紅粘土經(jīng)搬運、沉積后仍保留其基本特征，且其液限大于45％的粘土。11.2紅黏土地基1、紅粘土的定義、形成條件及分布規(guī)律11.2紅黏土地基72

19《土力學與地基基礎(chǔ)》-第十一章-特殊土地基課件（2）紅粘土的形成條件：氣候和巖性

①氣候條件：氣候變化大，年降水量大于蒸發(fā)量。因而氣候潮濕，有利于巖石的機械風化和化學風化。

②巖性條件：主要是碳酸鹽類巖石，石灰?guī)r、白云巖等，當巖層褶皺發(fā)育，巖石破碎，易于風化時，更易形成紅粘土。（3）紅粘土的分布規(guī)律紅粘土主要為殘積、坡積類型，因而其分布多在山區(qū)或丘陵地帶，并且受氣候影響，主要發(fā)育南方潮濕的熱帶和亞熱帶地區(qū)的一種區(qū)域性特殊土。以貴州、云南、廣西最為普遍，其次江西、川東和兩湖兩廣的部分地區(qū)也有分布。（2）紅粘土的形成條件：氣候和巖性2、紅粘土的工程地質(zhì)特征（1）紅粘土的土層特征①、由硬變軟的現(xiàn)象：紅粘土從地表向下由硬變軟，隨深度的增加，紅粘土的天然含水量、孔隙比有較大的增加，土的狀態(tài)由堅硬、硬塑狀態(tài)變?yōu)榭伤?、軟塑狀態(tài)，相應(yīng)地，土的強度也逐漸降低，壓縮性也逐漸增大。2、紅粘土的工程地質(zhì)特征

②、厚度變化大：紅粘土在垂直方向分布變化很大，這與所處的地貌、基巖的巖性與巖溶的發(fā)育程度有關(guān)，分布在盆地或洼地中的紅粘土，其厚度大體是邊緣薄，中間厚；下覆基巖有溶溝、溶槽、石芽發(fā)育時，其上覆的紅粘土的厚度變化極大。在其它因素相近的條件下，碳酸鹽類巖體的巖性決定著巖溶發(fā)展程度的差異，石灰?guī)r、白云巖易于溶化，巖體表面起伏劇烈，導(dǎo)致其上覆的紅粘土厚度變化很大，泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r的巖溶化較弱，巖體表面較平整，上覆紅粘土層的厚度變化較小。②、厚度變化大：紅粘土在垂直方向分布變化很大，這與所

③紅粘土的裂隙性：在堅硬和硬塑狀態(tài)下的紅粘土層由于脹縮作用形成了大量裂隙。裂隙發(fā)育深度一般為3～4m，裂隙面光滑，裂隙的發(fā)生和發(fā)展速度極快，在干旱氣候條件下，新挖坡面數(shù)日內(nèi)便可被收縮裂隙切割得支離破碎，使土層的結(jié)構(gòu)破壞，透水性增大，土層強度降低，對淺埋基礎(chǔ)或邊坡的穩(wěn)定性都有較大的影響。③紅粘土的裂隙性：在堅硬和硬塑狀態(tài)下的紅粘土層由于脹（2）紅粘土的成分和結(jié)構(gòu)特征紅粘土的礦物成分，主要為高嶺石、伊利石和綠泥石等粘土礦物，碎屑礦物較少，主要為石英，由于長期淋濾的結(jié)果，水溶鹽、有機質(zhì)含量較低。粘土礦物具有穩(wěn)定的結(jié)晶格架、細粒組結(jié)成穩(wěn)固的團粒結(jié)構(gòu)，土體近于兩項體，且土中水又多為結(jié)合水，這三者是構(gòu)成紅粘土具有良好力學性能的基本因素。紅粘土層中也常有結(jié)核和土洞的存在，對地基產(chǎn)生不利的影響。（2）紅粘土的成分和結(jié)構(gòu)特征（3）紅粘土的物理力學性質(zhì)①、高塑性和分散性。顆粒細而均勻，粘粒含量很高，一般在50～70％之間，所以，塑限、液限和塑性指數(shù)都很大，液限一般為50～80％，塑限一般為30～60％，塑性指數(shù)20～50％。②、高含水率，低密度。天然含水量一般為30～60％；飽和度在85％以上；密實度低，大孔隙明顯，孔隙比很大，一般都超過1.0，但液性指數(shù)都一般小于0.4，多數(shù)處于堅硬或硬塑狀態(tài)。（3）紅粘土的物理力學性質(zhì)③強度較高，壓縮性較低。固結(jié)快剪φ值為8°～18°，c值可達0.04～0.09MPa；多屬于中壓縮性土或低壓縮性土，壓縮模量E為5～15MPa。④不具濕陷性，但有明顯的收縮性。紅粘土浸水后，多數(shù)有輕微膨脹性，膨脹率小于2％，但失水收縮很強烈，原狀土體收縮率可達25％，擾動土可達40～50％。③強度較高，壓縮性較低。固結(jié)快剪φ值為8°～18°，c值可達3、紅粘土地基評價（1）地基的不均勻及其處理①、紅粘土地基不均勻主要表現(xiàn)在以下兩方面：

a、母巖巖性和成土特性決定了紅粘土厚度不大。尤其在高原山區(qū)，分布零星，由于石灰?guī)r和白云巖巖溶化強烈，巖面起伏大，形成許多石筍石芽，導(dǎo)致紅粘土厚度水平方向上變化大。常見水平相距1m，土層厚度可相差5m或更多。

b、下伏碳酸鹽巖系地層中的巖溶發(fā)育，在地表水和地下巖溶水的單獨或聯(lián)合作用下，由于水的沖蝕、吸蝕等作用，在紅粘土地層中可形成洞穴，稱為土洞。只要沖蝕、吸蝕作用不停止，土洞可迅速發(fā)展擴大。由于這些洞體埋藏淺，在自重或外荷作用下，可演變?yōu)榈乇硭荨?、紅粘土地基評價（1）地基的不均勻及其處理②、不均勻地基處理a、當下臥巖層單向傾斜較大時，可調(diào)整基礎(chǔ)的深度、寬度或采用樁基等進行處理，也可將基礎(chǔ)沿基巖的傾斜方向分段做成階梯形，從而使地基變形趨于一致。

b、對于大塊孤石石芽、石筍或局部巖層出露等情況，宜在基礎(chǔ)與巖石接觸的部位，將巖石露頭削低，做厚度不小于50cm的墊層，然后再根據(jù)土質(zhì)情況，結(jié)合結(jié)構(gòu)措施進行綜合處理。②、不均勻地基處理（2）土中裂縫的問題①、土中裂縫的特征：自然狀態(tài)下的紅粘土呈致密狀態(tài)，無層理，表面受大氣影響呈堅硬或硬塑狀態(tài)。當失水后土體發(fā)生收縮，土體中出現(xiàn)裂縫，接近地表的裂縫呈豎向開口狀，往深處逐漸減弱，呈網(wǎng)狀微裂隙且閉合。土中裂隙發(fā)育深度一般為2～4m，有些可達7～8m。由于裂隙的存在，土體整體性遭到破壞，總體強度大為減弱，此外，裂隙又促使深部失水，有些裂隙發(fā)展成為地裂。在這類地層內(nèi)開挖，開挖面暴露后受氣候的影響，裂隙的發(fā)生和發(fā)展迅速，可將開挖面切割得支離破碎，從而影響到邊坡的穩(wěn)定性。（2）土中裂縫的問題②、土中裂縫的處理：

a、土中出現(xiàn)的細微網(wǎng)狀裂縫可使拉剪強度降低

50％以上，主要影響土體的穩(wěn)定性，所以，當土體承受較大水平荷載或外側(cè)地面傾斜、有臨空面等情況時，應(yīng)驗算其穩(wěn)定性，對于僅受豎向荷載時，應(yīng)適當折減地基承載力。

b、土中深長的地裂縫對工程危害極大，地裂縫可長達數(shù)公里，深可達8～9m，在其上的建筑物無一不損壞，這不是一般工程措施可治理的，所以原則上應(yīng)避免地裂縫地區(qū)。

②、土中裂縫的處理：

（3）土的脹縮性問題紅粘土的收縮性能引起建筑物的損壞，特別是對一些低層建筑物影響較大，所以應(yīng)采取有效的防水措施。（3）土的脹縮性問題黃土(leoss)：第四紀以來在干旱、半干旱氣候條件下形成的松散堆積物。呈黃色或褐黃色，顆粒組成以粉粒為主，同時含砂粒和粘粒，含可溶鹽，CaCO3、大孔隙。

11.3濕陷性黃土地基黃土(leoss)：第四紀以來在干旱、半干旱氣候條件下形成的《土力學與地基基礎(chǔ)》-第十一章-特殊土地基課件黃土的濕陷變形：是指黃土受水濕陷后所引起的一種急劇、大量的附加變形。黃土地基變形，一般包括兩部分：壓縮變形：是指地基處于天然含水量時，由建筑物荷載所引起的變形。濕陷變形：是指當壓縮變形尚未穩(wěn)定或穩(wěn)定以后，建筑物荷載不變，而地基由于受水浸濕所引起的附加變形。1、黃土濕陷變形特性黃土的濕陷變形：是指黃土受水濕陷后所引起的一種急劇、大量的測定濕陷系數(shù)的壓力p取值：200KPa，10m以上300KPa，10m以下2、黃土地基的濕陷性評價濕陷起始壓力Psh：黃土發(fā)生濕陷的最小壓力，現(xiàn)場、室內(nèi)測試確定。測定濕陷系數(shù)的壓力p取值：200KPa，10m以上2、黃土地《土力學與地基基礎(chǔ)》-第十一章-特殊土地基課件非自重濕陷性黃土自重濕陷性黃