特殊土的工程地質(zhì)特征概要

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)其作為建筑場地、地基及建筑環(huán)境時，如果不注意這些特點，并采取相應(yīng)的治理措施，就會造成工程事故?！哂幸欢ǚ植紖^(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，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、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

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)土中有機質(zhì)含量[5%，10%]，稱有機質(zhì)土；當(dāng)有機質(zhì)含量（10%，60%]時稱泥炭質(zhì)土；當(dāng)有機質(zhì)含量（60%，）時，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土，呈深褐-黑色。其含水量極高，壓縮性很大且不均勻，往往以夾層或透鏡體構(gòu)造存在于一般粘性土或淤泥質(zhì)土層中，對工程極為不利。軟土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特點：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、長石、云母；有機質(zhì)含量較多（5％～15％）。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，有時有粉土和粉、細砂夾層，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質(zhì)的粘性土和粉、細砂組成的，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1、高孔隙比、飽水、天然含水率大于液限孔隙比常見值為1.0～2.0；液限一般為40％～60％;飽和度一般>90％;天然含水率多為50～70％。未擾動時，處于軟塑狀態(tài)，一經(jīng)擾動，結(jié)構(gòu)破壞，處于流動狀態(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：a1~2一般為0.7～1.5Mpa－1，且隨天然含水率的增大而增大。4、抗剪強度很低，且與加荷速度和排水固結(jié)條件有關(guān)不排水：三軸快剪,0o左右；直剪，2o～5o，c＝0.02Mpa；在排水條件下，抗剪強度隨固結(jié)程度提高而增大，固結(jié)快剪的10o～15o，c＝0.02Mpa。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，黃土的覆蓋面積在整個歐洲約占10％，亞洲約占30％；

我國黃土分布面積達60萬平方公里，其中有濕陷性的約為43萬平方公里。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半干旱氣候地帶。其物質(zhì)主要來源于沙漠與戈壁。我國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（0.05～0.005mm）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）壓實程度很差，孔隙較大；4）抗水性弱，遇水強烈崩解，膨脹量較小，但失水收縮量較明顯；5）透水性較強；6）壓縮中等，抗剪強度較高。2、成因我國黃土的粒度成分具有自西北向東南逐漸變細的規(guī)律，并可大致分三個弧形帶。從物質(zhì)的主導(dǎo)來源而言，應(yīng)認為絕大部分黃土是風(fēng)成的。3、地質(zhì)年代

黃土在整個第四紀的各個世中均有堆積，而各世中黃土由于堆積年代長短不一，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。而比上兩者堆積時代更老的黃土，通常不具濕陷性。4、濕陷性評價在黃土地區(qū)勘察中，濕陷性評價正確與否直接影響設(shè)計措施的采取。黃土的濕陷性計算與評價，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）判別濕陷性黃土場地的濕陷類型；（4）判別濕陷等級；（5）確定濕陷起始壓力等。（1）濕陷性與非濕陷性黃土的判別

黃土的濕陷性試驗是在室內(nèi)的固結(jié)儀內(nèi)進行的，其方法是：分級加荷至規(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)的計算式是：式中：h0：原狀土樣的原始高度，cmhp：原狀土樣在規(guī)定壓力下，下沉穩(wěn)定后的高度，cmhp,：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)δs<0.015時，為非濕陷性黃土δs≥0.015時，為濕陷性黃土，且該值越大，濕陷性越強烈。工程實際中還規(guī)定(一般壓力為200kPa作用下)：濕陷系數(shù)為0.015～0.03時，濕陷性輕微，0.03～0.07時，濕陷性中等；>0.07時，濕陷性強烈。（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，稱非自重濕陷性。測定方法：也是在室內(nèi)固結(jié)儀上進行，即分級加荷至上覆土層的飽和自重壓力，當(dāng)下沉穩(wěn)定后，使土樣浸水濕陷達穩(wěn)定為止。自重三濕陷三系數(shù)三的計三算公三式：式中三：h0：土樣三的原三始高三度，cmhz：原始三土樣三加壓三至上三覆土三的飽三和自三重壓三力時三，下三沉穩(wěn)三定后三的高三度，cm；hz,：上述三加壓三穩(wěn)定三后的三土樣三，在三浸水三作用三下，三下沉三穩(wěn)定三后的三高度三，cm當(dāng)<0三.0三15時，三定為非自三重濕三陷性三黃土。≥0.三01三5時，三為自重三濕陷三性黃三土。黃土三的濕三陷性三一般三是自地三表以三下逐三漸減三弱，埋三深七三、八三米以三上的三黃土三濕陷三性較三強。不同三地區(qū)三，不三同時三代的黃三土是三不同三的，三這與三土的三成因三，固三結(jié)作三用、三所處三的環(huán)三境等三條件三有關(guān)三。三、三膨脹三土在工三程建三設(shè)中三，經(jīng)三常會三遇到三一種三具有三特殊三變形三性質(zhì)三的粘三性土三，它三的體積三隨含三水量三的增三加而三膨脹三，隨三含水三量減三少而三收縮，并三且這三種作三用循環(huán)三可逆，具三有這三種膨三脹和三收縮三性的三土，三即稱三為膨脹三土。（一）三分布三和成三因膨脹三土一三般分三布在盆地三內(nèi)崗，山前三丘陵地帶三和二、三三級三階地上。大多三數(shù)是上更三新世三及以三前的殘坡三積、三沖積三、洪三積物，也三有晚第三三紀三至第三四紀的湖泊三沉積及其風(fēng)化三層。（二三）成三分和三結(jié)構(gòu)三特征（1）從三巖性三上看三，以三粘土三為主三，具有三黃、三紅、三灰、三白等三色，三土中三含有三較多三的粘三土，三粘土三占總?cè)龜?shù)的98三%，粘三土礦三物多三為蒙三脫石三、伊三利石三和高三嶺石三。蒙脫三石含三量越三多，三膨脹三性越三強烈三。（2）結(jié)三構(gòu)致三密，呈堅三硬～三硬塑三狀態(tài)三，強三度較三高，三內(nèi)聚三力較三大。（3）裂三隙發(fā)三育，豎三向、三斜交三和水三平三三種均三有，三可見三光滑三鏡面三和擦三痕。（4）富三含鐵三、錳三結(jié)核三和鈣三質(zhì)結(jié)三核。（5）化三學(xué)成三分為Si三O2(4三5%三~6三6%三)、Al2O3(1三3%三~3三1%三)、Fe2O3(3三~1三5%三)、硅鋁三率K＝3～5。（三三）一三般工三程地三質(zhì)特三征膨脹三土的三液限三、塑三限和三塑性三指數(shù)三都較三大：液限三為40％～68％，三塑限三為17三%～35％，三塑性三指數(shù)三為18～33。膨脹三土的三飽和三度一三般較三大，常三在80％以三上，三天然三含水三率較三小，17％～30％。膨脹三土的三脹縮三性常為三該類三地基三的工三程地三質(zhì)問三題.（四三）膨三脹土三的判三別凡是三具有三前面三所述三的特三征，三且自三由膨三脹率Fs大于40％者三，應(yīng)三判定三為膨三脹土三?！白匀膳蛉浡蔉s三”：系指三人工三制備三的烘三干土三，在三水中三增加三的體三積與三原體三積的三比，三以百三分率三表示三。四、三紅粘三土紅粘三土是指碳酸三鹽類巖石三（石三灰?guī)r三，白三云巖三，泥三質(zhì)灰三巖等三），三在亞熱三帶溫三濕氣三候條件三下，三經(jīng)風(fēng)化三而成的殘三積、三坡積三或殘三～坡三積的三褐紅三色、三棕紅三色或三黃褐三色的高塑三性粘三土。（一三）成三因和三分布成因三類型三：殘積三、坡三積、三和殘三～坡三積。三上部三為坡三積，三下部三為殘三積的三情況三居多三。主要三分布三：云南三、貴三州、三廣西三、安三徽、三四川三東部三等。（二三）成三分和三結(jié)構(gòu)三特征紅粘三土的三粘粒三組分（粒三徑<0三.0三05三mm）含量三高，三一般三可達55～70％，三粒度三較均三勻，三高分三散性三。粘土三顆粒主要三是多三以高三嶺石三和伊三利石三類粘三土礦三物為三主。主要三化學(xué)三成分三為：Si三O2(3三3.三5~三68三.9三%)、Al2O3(9三.6三~1三2.三7%三)、Fe2O3(1三3.三4~三36三.4三%)、硅鋁三率一三般均三小于2。常呈三蜂窩三狀結(jié)三構(gòu)，三常有三很多三裂隙三（網(wǎng)三狀裂三隙）三、結(jié)三核和三土洞三。（三三）工三程地三質(zhì)性三質(zhì)的三基本三特點1、高三塑性液限三一般三為50三~8三0%，塑三限為30～60％，三塑性三指數(shù)三一般三為20～50。2、高三含水三率、三低密三度天然三含水三率一三般為30％～60％，三飽和三度>8三5％，三密實三度低三，大三孔隙三明顯三，孔三隙比>1三.0；液三性指三數(shù)一三般都三小于0.三4；堅三硬和三硬塑三狀態(tài)三。3、強三度較三高，三壓縮三性較三低固結(jié)三快剪:Φ值8o～18三o，c值可三達0.三04～0.三09三MP三a，多屬三中壓三縮性三土或三低壓三縮性三土，三壓縮三模量5～15三MP三a。4、不三具濕三陷性三，但收縮三性明三顯，三失水三后強三烈收三縮，三原狀三土體三縮率三可達25％。紅粘三土具三有這三些特三殊性三質(zhì)，三是與三其生三成環(huán)三境及三其相三應(yīng)的三組成三物質(zhì)三有關(guān)三。（1）沿三深度三上，隨著三深度三的加三大，三紅粘三土的三天然三含水三率、三孔隙三比、三壓縮三系數(shù)三都有三較大三的增三高，三狀態(tài)三由堅三硬、三硬塑三可變?nèi)秊榭扇?、三軟塑三，而三強度三則大三幅度三降低三。（2）在三水平三方向三上，由于三地形三地貌三和下三伏基三巖起三伏變?nèi)?，三性質(zhì)三變化三也很三大，地勢三較高三的，由三于排三水條三件好三，天三然含三水率三和壓三縮性三較低三，強三度較三高，而地三勢較三低的則相三反。五、三人工三填土人工三填土三是一三種特三殊性三土。它是三由于三人類三活動三任意三堆填三而成三的土三。在我三國大三多數(shù)古老三城市的地三表面三，普三遍覆三蓋一三層人三工雜三填土三堆積三層。三這種三填土三無論三其物三質(zhì)組三成，三分布三特征三和工三程性三質(zhì)均三相當(dāng)三復(fù)雜三，且三具有三地區(qū)三性特三點。人工三填土三的工三程性三質(zhì)與三天然三沉積三土比三較起三來有三很大三不同三：1．性三質(zhì)很三不均三勻，分布三和厚三度變?nèi)先狈θ?guī)律三性；2．物三質(zhì)成三分異三常復(fù)三雜。有天三然土三顆粒三，有三磚瓦三碎片三和石三塊，三以及三人類三活動三和生三產(chǎn)所三拋棄三的各三種垃三圾；3．是三一種三欠