【大學課件】土的工程分類和特殊土的工程地質特征

土的工程分類和特殊土的工程地質特征本課程將深入探討土壤工程分類及特殊土壤的工程地質特征。我們將了解不同類型土壤的性質、分類方法和工程應用。引言土壤工程的重要性土壤工程是建筑和基礎設施項目的關鍵。了解土壤特性對確保結構安全至關重要。課程目標掌握土壤分類方法，理解特殊土壤的工程地質特征，為實際工程應用打下基礎。學習內容概覽包括土壤分類、各類土壤特性、特殊土壤處理方法及相關試驗技術。土的工程分類1顆粒土礫石、砂等2粘性土黏土、粉土等3有機質土泥炭、淤泥等4特殊土膨脹土、凍土等顆粒土的種類礫石粒徑大于2mm的土顆粒，多為圓形或棱角狀。砂粒徑在0.075-2mm之間，質地較粗。粉土粒徑在0.005-0.075mm之間，質地細膩。顆粒土的工程地質特征高滲透性顆粒間孔隙大，水分易于流通。這使得顆粒土排水性能良好。低壓縮性顆粒間接觸緊密，受壓時變形小。適合承載重型結構。摩擦力主導顆粒間主要依靠摩擦力維持穩(wěn)定?？辜魪姸扰c顆粒大小、形狀密切相關。粘性土的種類黏土含有大量粘土礦物，粒徑小于0.005mm，具有較強的黏性和可塑性。粉質黏土介于黏土和粉土之間，具有一定的黏性和可塑性。淤泥水下沉積的細粒土，含有機質，具有高含水量和高壓縮性。粘性土的工程地質特征低滲透性粘土顆粒間孔隙小，水分難以通過。高壓縮性含水量變化會導致顯著體積變化。黏聚力主導顆粒間主要依靠黏聚力維持穩(wěn)定。強度與含水量關系密切含水量增加會降低土體強度。有機質土的種類有機質土的工程地質特征1高含水量有機質土能吸收大量水分，含水量可達數百percent。2高壓縮性受壓時易發(fā)生大變形，不適合直接作為建筑基礎。3低承載力由于含水量高、壓縮性大，承載能力較低。4高有機質含量有機質含量高，可能導致土體性質隨時間變化。膨脹土的種類蒙脫石類膨脹性最強，主要由蒙脫石礦物組成。伊利石類膨脹性中等，含有伊利石礦物。高嶺石類膨脹性較弱，主要由高嶺石礦物組成。膨脹土的工程地質特征1強烈的吸水膨脹性遇水后體積顯著增大，可能導致地面隆起。2干縮裂隙發(fā)育失水后體積收縮，形成裂隙，影響土體整體性。3強度隨含水量變化含水量增加時，強度顯著降低。4高粘性和可塑性具有較高的液限和塑限，工程性質復雜。凍土的種類永久凍土長期處于凍結狀態(tài)的土體，主要分布在高緯度地區(qū)。季節(jié)性凍土冬季凍結、夏季解凍的土體，廣泛分布于寒冷地區(qū)。人工凍土通過人為措施使土體凍結形成的凍土，用于特殊工程。凍土的工程地質特征高強度凍結狀態(tài)下，土體強度顯著增加，承載力提高。熱敏感性溫度變化會導致凍土性質發(fā)生顯著變化。凍脹和融沉凍結時體積膨脹，融化時發(fā)生沉降，影響地面穩(wěn)定性。低滲透性凍結狀態(tài)下，土體滲透性顯著降低。膨脹土和凍土的工程應用1地基處理采用換土、化學改良等方法減少膨脹性。2基礎設計考慮膨脹力和凍脹力，采用深基礎或樁基礎。3排水系統(tǒng)設計合理的排水系統(tǒng)，控制土體含水量變化。4保溫措施在凍土地區(qū)采用保溫措施，防止永久凍土融化。特殊土的勘察特點鉆探取樣采用特殊鉆探技術，保持土樣原狀。地球物理勘探利用電、磁等方法探測土體分布。原位測試進行現場壓力、滲透等試驗，獲取真實數據。試驗室測試野外勘察地質調查觀察地形地貌，收集區(qū)域地質資料。鉆探取樣進行鉆孔取樣，獲取土層分布情況。原位測試開展標準貫入、靜力觸探等現場試驗。水文觀測調查地下水位、流向等水文地質條件。滲透性測試室內滲透試驗利用滲透儀測定土樣的滲透系數。適用于各類土壤，可控制試驗條件?，F場滲水試驗在野外進行注水或抽水試驗，測定原狀土的滲透性。更接近實際情況。壓力滲透試驗對高壓條件下土體的滲透性進行測定。適用于深層土或特殊工程。強度特性測試三軸壓縮試驗測定土體的內聚力和內摩擦角。直接剪切試驗快速獲得土體的抗剪強度參數。無側限抗壓試驗測定黏性土的抗壓強度。壓縮性測試1準備階段制備標準尺寸的土樣，裝入壓縮儀。2加載過程逐級增加荷載，記錄土樣的壓縮變形。3卸載觀察逐級卸載，觀察土樣的回彈特性。4數據分析繪制壓縮曲線，計算壓縮系數和模量。膨脹性測試1自由膨脹率試驗測定土樣在水中自由膨脹的體積增加百分比。2膨脹力試驗測定限制土樣膨脹時產生的最大壓力。3收縮限度試驗確定土樣開始產生裂縫時的含水量。4膨脹-收縮循環(huán)試驗模擬土體在吸水膨脹和干縮過程中的變化。凍融性測試凍脹試驗測定土樣在凍結過程中的體積膨脹量。融沉試驗觀察土樣在融化過程中的沉降特性。凍融循環(huán)試驗模擬土體在多次凍融過程中的性質變化。熱物理性質測試測定凍土的熱傳導系數和比熱容。土的工程分類依據1顆粒組成粒徑分布2物理性質密度、孔隙比3力學性質強度、壓縮性4特殊性質膨脹性、凍融性土的分類標準統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)(USCS)基于粒徑和塑性指數，廣泛應用于工程實踐。美國公路局分類法(AASHTO)主要用于公路工程，考慮土的粒徑和塑性。中國工程地質分類標準結合中國地質特點，綜合考慮土的物理力學性質。顆粒土的分類礫石粒徑大于2mm，分為粗礫石、中礫石和細礫石。砂粒徑0.075-2mm，分為粗砂、中砂和細砂。粉土粒徑0.005-0.075mm，質地介于砂和黏土之間。粘性土的分類液限土壤從塑性狀態(tài)轉變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)的含水量。塑限土壤從半固態(tài)轉變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的含水量。塑性指數液限與塑限之差，反映土的可塑性。活性塑性指數與粘土含量的比值，反映粘土礦物的活性。有機質土的分類有機質含量根據有機質含量分為低有機質土、中有機質土和高有機質土。分解程度根據植物纖維分解程度分為纖維狀、半纖維狀和無定形。灰分含量反映無機物含量，影響土體的工程性質。膨脹土的分類1弱膨脹土自由膨脹率小于40%2中等膨脹土自由膨脹率40%-60%3強膨脹土自由膨脹率60%-90%4特強膨脹土自由膨脹率大于90%凍土的分類永久凍土長期處于凍結狀態(tài)，主要分布在高緯度和高海拔地區(qū)。季節(jié)性凍土冬季凍結、夏季解凍，廣泛分布于寒冷地區(qū)。短期凍土凍結時間短于一個