采礦工藝中特殊性土的處理方式

主講人：韓立華中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院1第七章特殊土的工程性質(zhì)一、土的分類二、特殊土的工程性質(zhì)2土是第四紀(jì)以來地殼表層的最新沉積物，未經(jīng)膠結(jié)成巖，常稱為松散土。一、土的分類土的顆粒分組：《鐵路工程巖石分類標(biāo)準(zhǔn)》碎石類土砂類土粉土粘性土按顆粒級(jí)配，土分為3殘積土坡積土沖積土淤積土風(fēng)積土崩積土等按土的成因，土分為4

特殊土是具有特殊的成分、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特征，而且具有特殊工程性質(zhì)的土。黃土膨脹土軟土凍土紅粘土鹽漬土填土等特殊土5二、特殊土的工程性質(zhì)（一）黃土（二）膨脹土（三）軟土（四）凍土6

黃土是在干旱、半干旱氣候條件下形成的第四紀(jì)的一種松散的特殊土。（一）黃土7黃土的特征

I.

顏色為淡黃、褐色或灰黃色；

II.

粒度成分以粉土為主，約占有60%~70%，一般不含＞0.25mm的顆粒；

III.

含各種可溶鹽，富含碳酸鹽（CaCO3），可形成鈣質(zhì)結(jié)核（姜結(jié)石）；

IV.

孔隙多且大，結(jié)構(gòu)疏松；

V.

無層理，但有垂直節(jié)理和柱狀節(jié)理。天然條件下能保持近于垂直的邊坡；

VI.

具有濕陷性。8具有(Ⅰ～Ⅴ)項(xiàng)特征的為標(biāo)準(zhǔn)黃土，只有其中部分特征的黃土叫黃土狀土或黃土質(zhì)土。

具有濕陷性的黃土為濕陷性黃土。9黃土的分布黃土在世界上的分布面積達(dá)1300萬km2，我國的黃土面積是世界上最大的，達(dá)64萬km2，比法國和瑞士的面積總和還要大。黃土最厚處約410m左右，在蘭州市七里河區(qū)西津村。在我國，西北、中原、華北、華東、東北等地均有分布，但主要集中在黃河的中游——陜、甘、寧、青及山西、河南一帶，其厚度各不相同。陜甘地區(qū)多厚100～200m，薄處僅幾公分。10黃土高原的的自然景象象11黃土的分類類——按生成年代代分類下更新世Q1（午城黃土）中更新世Q2（離石黃土）上更新世Q3（馬蘭黃土）全新世世Q41老黃土新黃土新近堆積的的黃土：全新世Q4212黃土的分類類——按生成過程程分類風(fēng)積坡積殘積洪積沖積等13黃土的分類類——按塑性指數(shù)數(shù)IP分類黃土質(zhì)粘土土IP＞17黃土質(zhì)砂粘粘土7＜IP≤17黃土質(zhì)粘砂砂土1＜IP≤7黃土質(zhì)砂土土IP≤114黃土的分類類——按濕陷性分分類濕陷陷性性非濕陷陷性自重濕陷性非自重濕陷性15劃分自重濕濕陷性黃土土和非自重重濕陷性黃黃土，對(duì)工工程建設(shè)有有明顯的現(xiàn)現(xiàn)實(shí)意義。。在自重濕陷陷性黃土地地區(qū)修筑的渠道道與渠道平行的裂縫縫；管道漏水后管道斷裂；路基受水后局部嚴(yán)重坍坍塌；地基土土很大的裂縫或傾斜斜16黃土的工程程性質(zhì)黃土的粒度度成分黃土的比重重和密度黃土的含水水量黃土的透水水性黃土的壓縮縮性黃土的抗剪剪強(qiáng)度黃土的濕陷陷性17粉粒約占60~70%，其其次是砂粒粒和粘粒。。黃土的粒度成分18黃土結(jié)構(gòu)疏松，，密度較低低，一般：Gs≈2.54～～2.84；ρ≈1.5～1.8g/cm3；rd≈1.3～～1.6g/cm3，與e有關(guān)一般認(rèn)為為：rd＞1.5g/cm3時(shí)，一般為非非濕陷性性黃土黃土的比重和密度19黃土的天天然含水水量一般般為1~38.6%，，有的干干燥地區(qū)區(qū)則為1~12%。天然含水水量低的的黃土濕濕陷陷性較強(qiáng)強(qiáng)一般認(rèn)為為：天然含水水量>25%時(shí)時(shí)，無濕濕陷性。黃土的含水量20黃土的抗抗剪強(qiáng)度度中等。一般c=30～～40kPa，，j=15?～25??，我國北部部黃土的的j可達(dá)27?～～28??。黃土的透水性黃土的壓縮性黃土的抗剪強(qiáng)度黃土的透透水性比一般粘粘性土大大。黃土的壓壓縮性中等。212223天然黃土土在一定定壓力的的作用下下，受水水浸濕后后土體結(jié)結(jié)構(gòu)受到到破壞而而發(fā)生的的下沉現(xiàn)現(xiàn)象，稱稱為黃土濕陷陷。黃土的濕陷性2425黃土濕陷陷性的判判定方法法黃土的相對(duì)濕陷陷系數(shù)dsh=（h2－h(huán)2’）/h2dsh＜0.02，非濕陷性黃黃土0.02≤dsh≤0.03，輕微濕陷性黃黃土0.03＜dsh≤0.07，中等濕陷性黃黃土dsh＞0.07，強(qiáng)烈濕陷性黃黃土26自重濕陷陷性黃土土的判定定方法室內(nèi)試驗(yàn)驗(yàn)法：室內(nèi)普普通固結(jié)結(jié)儀中進(jìn)進(jìn)行?，F(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)法法：挖平底方形形坑或圓圓坑，邊長(zhǎng)或或直徑大大于等于于黃土層層的厚度度且不應(yīng)應(yīng)小于10m。深度一一般為50cm，坑底鋪厚5～10cm的砂或礫，坑內(nèi)灌水，保持水水深30cm。浸水至至黃土全全部飽和和，濕陷達(dá)到到穩(wěn)定時(shí)時(shí)為止。。其穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)為最后5天的平平均濕陷陷量小于于1mm。測(cè)出自重重濕陷量量Dzs?。27當(dāng)Dzs?≤7cm時(shí)非自重濕陷陷性黃土土場(chǎng)地；；當(dāng)Dzs?＞7cm時(shí)自自重濕陷陷性黃土土場(chǎng)地。。根據(jù)野外外無載荷荷試坑浸浸水試驗(yàn)驗(yàn)，得出出蘭州地區(qū)區(qū)黃土明顯或強(qiáng)強(qiáng)烈的自重濕陷陷性；西安、太太原黃土絕大多數(shù)數(shù)為非自重濕濕陷性。28黃土的濕濕陷起始始?jí)毫裣萜鹗际級(jí)毫Α獙?duì)非自重重濕陷性性黃土，，其濕陷陷性需在在一定的的荷載壓壓力作用用下才會(huì)會(huì)表現(xiàn)出出來，這這一使得得黃土開開始表現(xiàn)現(xiàn)出濕陷陷性所需需的壓力力即為黃黃土的濕濕陷起始始?jí)毫?。。密度越大大粘粒含量量越高土層的埋埋深越大大濕陷起始始?jí)毫τ?9濕陷起始始?jí)毫Φ牡拇_定室內(nèi)壓縮縮試驗(yàn)野外載荷荷試驗(yàn)（單雙線線法）現(xiàn)場(chǎng)常用用野外簡(jiǎn)簡(jiǎn)化方法法。30防治黃土土濕陷的的措施①采用物理理、化學(xué)學(xué)等方法法，提高黃黃土強(qiáng)度度，降低低孔隙度度，加強(qiáng)強(qiáng)其內(nèi)部部聯(lián)結(jié)；；Ⅰ強(qiáng)夯法；Ⅱ擠密法②防排水。包括排排除地表表水和地地下水。。③換填法。在濕陷陷性黃土土層不厚厚(1～～3m)，下面又是是硬土層層或基巖巖。換填填的土是是砂夾卵卵石，回回填厚度度每層15cm，填后澆水水再夯實(shí)實(shí)。④預(yù)浸水法法⑤深層浸水水法31黃土陷穴穴黃土陷穴穴的防治措施施有：①開挖回填填、夯實(shí)實(shí)、灌漿漿；②做好地表表排水工工程。防止水流流滲漏是保證建建筑物穩(wěn)穩(wěn)定的措措施之一一。天然洞穴穴人工洞穴穴這些洞穴穴使上覆覆土層陷陷落32（二）膨膨脹土膨脹土——是一種粘粘性土，，含有較較多的親親水性粘粘土礦物物，吸水水膨脹，，遇水崩崩解或軟軟化，失失水收縮縮，抗沖沖刷性能能差，這這種具有有較明顯顯的脹縮縮性的土土稱為膨脹土。33膨脹土的的特征（1）顏色有灰白、、棕、紅紅、黃、、褐、及及黑色；；（2）粒粒度成分分中以粘土顆顆粒為主主，一般在在50%以上，，最低也也要大于于30%，粉粒粒次之，，砂粒最最少；（3）礦礦物成分分中粘土礦物物占優(yōu)勢(shì)勢(shì)，多為伊伊利石、、蒙脫石石，高嶺嶺石含量量很少；；（4）脹縮強(qiáng)烈烈，膨脹時(shí)時(shí)產(chǎn)生膨膨脹壓力力，收縮縮時(shí)形成成收縮裂裂隙。長(zhǎng)長(zhǎng)期反復(fù)復(fù)脹縮使使土體強(qiáng)強(qiáng)度產(chǎn)生生衰減；；（5）各各種成因因的大小小裂隙發(fā)育育；（6）早早期生成成的膨脹脹土具有有超固結(jié)性性。34膨脹土的的分布膨脹土分分布很廣廣，全世世界都有有分布，，在我國國的分布布也很廣廣。外界條件件的改變變土中水份份的變化化地基產(chǎn)生生體積變變形基礎(chǔ)破壞壞，建筑筑物、地地坪開裂裂35膨脹土的的季節(jié)性性濕度變變化常引起道道路隆起起、路軌軌移動(dòng)，，泵站、、電站地地基基礎(chǔ)礎(chǔ)破壞等等。36膨脹土的的成因類類型及生生成年代代主要為殘積、坡積、洪積、湖積及混合沉積積類型。生成年代代：多在在上新世N2～更新世晚晚期的Q3之間。37強(qiáng)親水性性多裂隙性性強(qiáng)脹縮性性強(qiáng)度衰減減性快速崩解解性弱抗風(fēng)化化性等膨脹土的的工程性性質(zhì)38膨脹土的的工程地地質(zhì)問題題及防治治措施1、膨脹脹土地區(qū)區(qū)的路基基主要的病病害：邊坡變形形和基床變形形抗剪強(qiáng)度度的衰減減及承載力的的降低邊坡溜坍坍、滑坡坡等失穩(wěn)穩(wěn)現(xiàn)象路基長(zhǎng)期期均勻下下沉、翻翻漿冒泥泥等病害害嚴(yán)重影響響行車安安全39防治措施施：①為防止邊邊坡變形形，首先先要根據(jù)據(jù)路基工工程地質(zhì)質(zhì)條件，，合理確定定路塹邊邊坡形式式。一般情情況下，，膨脹土土邊坡要要求一坡坡到頂，，坡腳設(shè)設(shè)置側(cè)溝溝平臺(tái)；；②采取一定定的排水措施施，防止地地表水滲滲入坡體體；③支擋措措施：設(shè)抗滑滑擋墻、、抗滑樁樁、片石石垛、填填土反壓壓等；④坡面防防護(hù)措施施：常用的的有植物物防護(hù)和和骨架防防護(hù)。402、膨脹脹土地區(qū)區(qū)的地基基地基的問問題：承載力的的問題和建筑物變變形的問問題特殊性：：本身地基承載載力較低低還要考慮慮強(qiáng)度衰減減，不僅有土土的壓縮變形形還有濕脹干縮縮變形。。41防治措施施：①防水保濕濕措施建筑物周周圍的排排水條件件：加寬散水水坡；設(shè)隔水層層；加強(qiáng)防漏漏措施；；地下熱力力管道等等應(yīng)采取取隔熱層層等。含水量的的變化膨膨脹土土脹縮變變形42②建筑筑物布置置和基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)措措施選擇地形形平坦地地段，避免引引起濕度度變化；；增加基礎(chǔ)礎(chǔ)附加荷荷載克服土的的膨脹；；加大基礎(chǔ)礎(chǔ)的埋深深；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度及增設(shè)沉降降縫等。43③地基基處理措措施設(shè)置土墊墊層；采用支墩板基基礎(chǔ)或樁基等；石灰加固固法44膨脹土的的特性和建筑物物的損壞特征征找出規(guī)律性和有效的的處理措施施45（三）軟軟土軟土——在靜水或或緩慢流流水環(huán)境境中沉積積的，天天然含水水量大，，壓縮性性高，承承載力低低，抗剪剪強(qiáng)度低低的軟塑塑－流塑塑狀態(tài)的的粘性土土，如淤淤泥等。。46軟土的特特征⑴顏色多為灰綠、灰灰黑色、有油膩膩感，能能染指，，有時(shí)有有腐臭味味；⑵粒度成分分以粘粒為主，約約占60～70%，其其次為粉粉粒；⑶礦物成分分多為伊利石，高嶺石石次之，，含有機(jī)機(jī)質(zhì)，有有時(shí)可高高達(dá)8～～9%；；⑷具海綿狀結(jié)構(gòu)，孔隙比大、、含水量高、、透水性小、、壓縮性高、、強(qiáng)度很低；；⑸具層理構(gòu)造，垂直方向沉沉積有明顯的的分選性。47軟土的分布軟土在我國分分布很廣，主主要是在沿海地帶及平原低地、沼澤地區(qū)，在高原山區(qū)區(qū)的古代或內(nèi)內(nèi)湖沼澤地區(qū)區(qū)也常遇到軟軟土。48軟土的分類沿海沉積型內(nèi)陸湖盆沉積積型河灘沉積型沼澤沉積型濱海相;瀉湖相;溺谷相;三角洲相49軟土的工程性性質(zhì)1.軟土的天然含水量較較高，持水性強(qiáng)，透水性差（豎向滲透系數(shù)數(shù)小于水平向向滲透系數(shù)）；2.地基承載力很很低，抗剪強(qiáng)度也很很低，長(zhǎng)期強(qiáng)度更低低，這與排水固固結(jié)程度有密密切的關(guān)系；；3.軟土孔隙比高，一般在1.0～1.8之間，有的的可高達(dá)5.8（滇池淤淤泥）；4.壓縮性高，沉降量大；5.具有觸變性；6.流變性。50軟土的工程地地質(zhì)問題和防防治措施軟土地基的變變形破壞主要要是承載力低，地基變形大或發(fā)生擠出，造成建筑物物的破壞。且且易產(chǎn)生不均勻勻沉降。51在軟土地基設(shè)計(jì)中，經(jīng)常常采取以下措施：1.輕基淺埋；2.減小建筑物作用于于地基的壓力；3.側(cè)向約束地基土，在四四周打板樁基基礎(chǔ)；4.設(shè)置反壓護(hù)道道；5.若軟土層＜2m，可采用換土法；6.另外，還有其它的一些方法，，如：砂井、排水水砂墊層、爆爆破排淤、石石灰砂樁、柴柴排、電滲排排水等。52在軟土地區(qū)修修建鐵路，主要存在地基的沉降和地基的穩(wěn)定性性問題。53（四）凍土——溫度≤0℃，并含有冰的的土層。54季節(jié)性凍土受季節(jié)影響，，冬凍夏融，呈周期性凍凍結(jié)和融化的的土多年凍土持續(xù)三年以上上處于凍結(jié)而而不融化的土土凍土的分類55季節(jié)性凍結(jié)層層多年凍土56多年凍土57凍土的分布58季節(jié)性凍土的的主要工程地地質(zhì)問題一般來說，土中粉粒或粘粘粒含量越高高，含水量越越大，凍脹性性越強(qiáng)。凍融泥流凍結(jié)時(shí)膨脹，，融化時(shí)下沉沉。會(huì)造成土體開開裂、路面下下凹、翻漿冒冒泥等。59季節(jié)性冰丘冰丘——在地下水埋藏藏較淺時(shí)，季季節(jié)凍結(jié)區(qū)不不斷得到水的的補(bǔ)充，地面面明顯凍脹隆隆起，形成的的冰脹山丘，，稱冰丘。60在凍土較厚的的地區(qū)，修建建各類建筑物物時(shí)，采用樁樁基礎(chǔ)，打穿穿凍土基礎(chǔ)，，但要求樁自自身抗凍性能能高，故應(yīng)做做樁自身的凍融融力學(xué)試驗(yàn)。季節(jié)性凍土的的分類根據(jù)土的顆粒組成成分為：不凍脹土稍凍脹土中等凍脹土極凍脹土根據(jù)含水量的大小小分為：不凍脹土弱凍脹土凍脹土強(qiáng)凍脹土61多年凍土的工工程性質(zhì)整體結(jié)構(gòu)融陷性不大融陷很大1.多年凍凍土的特征凍土由土顆粒、冰、水和氣體四相組成。根據(jù)土中冰的分布位置置、形狀特征，凍土結(jié)構(gòu)可可分為：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)62多年凍土與其其上的季節(jié)性性凍土層間的的接觸關(guān)系稱為多年凍土的構(gòu)構(gòu)造。銜接型構(gòu)造非銜接型構(gòu)造造632.多年凍土土的工程性質(zhì)質(zhì)①物理及水理性性質(zhì)重度比重總含水量相對(duì)含冰量64其中：a.未凍結(jié)水含量量WC=K·WPb.總含水量Wn=Wb＋Wcc.相對(duì)含冰量Wi=Wb/Wn65②力學(xué)性質(zhì)一般溫度越低，含含水量越大，，強(qiáng)度越大。長(zhǎng)期荷載作用用下的凍土極限抗抗壓強(qiáng)度比瞬時(shí)荷載下的抗壓壓強(qiáng)度要小許多倍；凍土融化后后的抗壓強(qiáng)度度與抗剪強(qiáng)度度均顯著降低低。66③

凍土的變變形性質(zhì)a．凍脹性被破壞的公路路影響凍脹性的的因素溫度土的顆粒大小小