特殊土的工程地質(zhì)性質(zhì)-軟土

1、特殊土工程地質(zhì),石經(jīng)院碩士研究生課程,指導(dǎo)思想： 總的說(shuō)來(lái)，特殊土比較寬泛、其性質(zhì)研究方法多種多樣，沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)律。重點(diǎn)講1、2種特殊土的性質(zhì)和處理方法，不求全。 任務(wù)： 1、特殊土的基本礦物組成及其特點(diǎn)、巖土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(深入) 2、特殊土的物理化學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)(深入) 3、評(píng)價(jià)和處理方法 4、學(xué)習(xí)一種處理方法，計(jì)算技能,概 述,黏土礦物： 1、蒙脫石的晶體構(gòu)造，單位晶層間存在多少種形式的水分子，在什么條件下含有3個(gè)、2個(gè)水分子？ 2、天然土往往是Ca質(zhì)蒙脫石，什么是Ca質(zhì)蒙脫石？ 3、伊利石與蒙脫石的結(jié)構(gòu)相似，為何有不同的水理性質(zhì)？ 4、了解：從結(jié)構(gòu)形式或水理特性分析，海綠石、綠磷石可劃分為

2、伊利石類(lèi)。 5、敘述高嶺石和綠泥石的晶體構(gòu)造？,概 述,微結(jié)構(gòu)： 1、微結(jié)構(gòu)特征分類(lèi)及其與巖土性質(zhì)的聯(lián)系？ 2、定向排列結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)？ 3、紊流結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？ 4、粒狀堆疊結(jié)構(gòu)和粒狀架空結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？ 5、膠粘式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？,概 述,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(lèi)繁多，工程性質(zhì)各異。 有些土類(lèi)，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(lèi)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。,概 述,特殊土的概念 特殊性土 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(chēng),概

3、 述,黃土西北、華北等干旱、半干旱氣候區(qū) 紅粘土西南亞熱帶濕熱氣候區(qū) 軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土） 凍土 膨脹土南方和中南地區(qū) 鹽漬土 混合土 填土 污染土,根據(jù)工程特性,軟土指在水流緩慢的環(huán)境中沉積，有微生物參與作用，富含有機(jī)質(zhì)，天然含水量大，孔隙比、壓縮性高，承載力低的一種軟塑到流塑狀態(tài)的粘性土。,一、軟土淤泥土,一、軟土淤泥土,分類(lèi) （1）按軟土的形成環(huán)境分 1）沿海軟土 瀉湖相沉積、溺谷相沉積、濱海相沉積、三角洲相沉積 2）內(nèi)陸軟土 湖相沉積、河漫灘相沉積、牛軛湖相沉積、山區(qū)谷地沉積 （2）按有機(jī)質(zhì)含量分類(lèi) 有機(jī)質(zhì)含量60% 泥炭 （3）按天然含水量和孔隙比分 淤泥 淤泥質(zhì)土,軟土組成及

4、結(jié)構(gòu)特征 1）顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)，有腥臭味 2）粒度成分主要為粘粒及粉粒，粘粒含量高達(dá)6070 3）礦物成分，除粉粒中的石英、長(zhǎng)石、云母外，粘粒中的粘土礦物主要是伊利石，高嶺石次之。此外軟土中常有一定量的有機(jī)質(zhì)，可高達(dá)8 9 4）軟土具有典型的海綿狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)，是造成軟土孔隙比大、含水量高、透水性小、壓縮性大、強(qiáng)度低主要原因之一 5）軟土常具有層理構(gòu)造，軟土和薄層的粉砂、泥炭層等相互交替沉積、或呈透鏡體相間形成性質(zhì)復(fù)雜的土體。,一、軟土淤泥土,1、高孔隙比 孔隙比常見(jiàn)值為1.02.0； 2、飽水、天然含水率大于液限 液限一般為4060; 飽和度一般90

5、; 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)。 3、透水性極弱：一般垂直方向的滲透系數(shù)較水平方向小。 4、高壓縮性：a12一般為0.71.5Mpa1，且隨天然含水率 的增大而增大。,二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn),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。 6、較顯著的觸變性和蠕變性,二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn),工程特性： 263頁(yè),二、工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn),三、軟土地基,指壓縮層主要由淤泥及淤泥質(zhì)土、吹填

6、土、雜填土或其他高壓縮性土組成的地基。 軟土地基引發(fā)諸多問(wèn)題 =路堤的失穩(wěn)、橋頭跳車(chē)等 在軟土地基上修筑路堤，特別是橋頭引道，如不采取有效的加固措施，就會(huì)產(chǎn)生不同程度的坍滑或沉陷，導(dǎo)致公路破壞或不能正常使用即所說(shuō)的橋頭跳車(chē)。,軟土地基引發(fā)諸多問(wèn)題,一般地，除要確保新填筑路基的密實(shí)度以減少沉降外，包括原地面的地基總沉降必須達(dá)到基本穩(wěn)定，沉降量大致達(dá)到總沉降量的80%以上時(shí)，才容許鋪路面。 軟土地基沉降嚴(yán)重時(shí)，不僅增加填方數(shù)量，而且沉降或水平位移對(duì)臨近填土的橋臺(tái)、擋土墻、涵洞，甚至對(duì)四周的住宅、農(nóng)田以及路線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。,軟土路基,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),1、軟土地基承載力的評(píng)價(jià)

7、用原位測(cè)試方法來(lái)確定地基承載力靜載荷試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)和扁鏟側(cè)漲試驗(yàn) 優(yōu)點(diǎn)：減少土的結(jié)構(gòu)擾動(dòng)、保持原始應(yīng)力狀態(tài),1、軟土地基承載力的評(píng)價(jià) 用理論公式來(lái)確定地基承載力 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：由土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定,地基承載力特征值,基底下1倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值,與 有關(guān)的承載力系數(shù)，查表,基底上土的加權(quán)重度,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),1、軟土地基承載力的評(píng)價(jià) 用理論公式來(lái)確定地基承載力 按臨塑荷載的理論公式確定,基礎(chǔ)埋深,基底以上土的加權(quán)平均重度,由不排水剪切試驗(yàn)確定的粘聚力,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),1、軟土地基承載力的評(píng)價(jià) 用理論公式來(lái)確定地基承載力 按極限荷

8、載的理論公式確定,基礎(chǔ)埋深,基底以上土的加權(quán)平均重度,由不排水剪切試驗(yàn)確定的粘聚力,方形基礎(chǔ),條形基礎(chǔ),得到極限荷載后/安全系數(shù)3,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),1、軟土地基承載力的評(píng)價(jià) 用工程地質(zhì)類(lèi)比法來(lái)確定地基承載力當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗(yàn),2、軟土地基變形的評(píng)價(jià) 用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007-2002來(lái)確定地變形,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),2、軟土地基變形的評(píng)價(jià) 用Skempton-Bjerrum來(lái)確定地基沉降，對(duì)于正常固結(jié)土,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),2、軟土地基變形的評(píng)價(jià) 用考慮應(yīng)力歷史的地基沉降計(jì)算方法來(lái)確定地變形，對(duì)于正常固結(jié)土,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),3、軟土地基穩(wěn)定性的評(píng)價(jià) 當(dāng)建筑物建

9、在池塘、河岸等邊坡較近時(shí)，應(yīng)評(píng)價(jià)地基穩(wěn)定性，可用條分法進(jìn)行評(píng)價(jià)。 當(dāng)?shù)鼗南屡P層為基巖或硬土層且表面傾斜時(shí)，應(yīng)分析地基的穩(wěn)定性。 當(dāng)軟弱土層之下分布承壓水時(shí)，應(yīng)分析承壓水頭對(duì)軟土地基穩(wěn)定性影響,四、軟土地基的工程評(píng)價(jià),承壓水層上覆土層厚度,1、排水固結(jié)法 概念：建筑物建造前，利用地基排水固結(jié)的特性，對(duì)建筑物地基進(jìn)行加荷預(yù)壓，使土體提前完成固結(jié)沉降，增加地基強(qiáng)度的一種軟土處理措施。 適用：處理淤泥質(zhì)土、淤泥和沖填土，方法包括：,五、軟土地基的處理技術(shù),堆載預(yù)壓法 真空預(yù)壓法 降水預(yù)壓法 電滲排水法 聯(lián)合加壓法,堆載預(yù)壓法 原理：ep 曲線，f P曲線 過(guò)程： 先在地基中設(shè)置砂井、塑料排水帶等豎向

10、排水體，然后利用建筑物本身質(zhì)量分級(jí)逐漸加載，或在建造前，在場(chǎng)地加載預(yù)壓，使土體中的孔隙水排出，土層逐漸固結(jié)。 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(1) 排水豎井，井徑,五、軟土地基的處理技術(shù),堆載預(yù)壓法 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(1) 排水豎井 井徑 普通300500mm，袋樁砂井70120mm，塑料排水袋，可按下式計(jì)算：,五、軟土地基的處理技術(shù),平面布置：等邊三角形或正方形布置。有效排水直徑與間距的關(guān)系為：,井徑比確定,堆載預(yù)壓法 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(1) 排水豎井,五、軟土地基的處理技術(shù),井距：間距可按井徑比n選用，據(jù)工程實(shí)踐，塑料排水帶或袋裝砂井n=1522，普通砂井，n=68。,井深：根據(jù)建筑物對(duì)地基的穩(wěn)定性、變形要求和工期確定，

11、一般應(yīng)盡可能的深。 砂料：應(yīng)選中粗砂，粘粒含量不應(yīng)大于3%。,砂井直徑,堆載預(yù)壓法 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(2) 預(yù)壓荷載,五、軟土地基的處理技術(shù),范圍：大于或等于建筑物基礎(chǔ)外緣所包圍的范圍。 大?。簩?duì)沉降有嚴(yán)格限制的建筑，應(yīng)采用超載預(yù)壓處理，超載量大小根據(jù)預(yù)壓時(shí)間內(nèi)要求完成的變形量通過(guò)計(jì)算確定，并應(yīng)使預(yù)壓荷載下受壓土層各點(diǎn)的有效豎向應(yīng)力大于附加應(yīng)力。 加荷速率：根據(jù)地基土的強(qiáng)度來(lái)確定。 預(yù)壓時(shí)間：當(dāng)排水豎井底面以下受壓土層經(jīng)預(yù)壓完成的變形和平均固結(jié)度符合設(shè)計(jì)要求時(shí)。,堆載預(yù)壓法 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(3) 地基固結(jié)度,五、軟土地基的處理技術(shù),建筑地基處理技術(shù)規(guī)范JGJ79-2002，在一級(jí)或多級(jí)等速加載條件下，當(dāng)

12、固結(jié)時(shí)間為t時(shí)，,時(shí)間單位d， 第i級(jí)荷載的加載速率；Ti 、Ti1分別為第i級(jí)荷載加載的起始和終止時(shí)間，當(dāng)計(jì)算第i級(jí)加載過(guò)程中某時(shí)間的固結(jié)度時(shí)，改為t； 、 為參數(shù)。,五、軟土地基的處理技術(shù),ch徑向排水固結(jié)系數(shù)，cv豎向排水固結(jié)系數(shù) cm2/s；H為土層豎向排水距離，雙面排水時(shí)為土層厚度的一半，單面時(shí)為土層厚度； 為雙面排水土層或固結(jié)應(yīng)力均勻分布的單面排水土層平均固結(jié)度,五、軟土地基的處理技術(shù),在瞬時(shí)加載條件下，考慮井阻和涂抹影響時(shí)，豎井地基徑向排水平均固結(jié)度 可按下式計(jì)算,kh為天然土層水平滲透系數(shù)，cm/s；ks為涂抹區(qū)土的水平向滲透系數(shù)，可取(1/51/3)kh，cm/s；s為涂抹區(qū)

13、直徑與豎井直徑比值，取23，中靈敏取低值，高取高值；L為豎井深度，cm；qw為豎井縱向通水量，為單位水力梯度下單位時(shí)間的排水量，cm3/s。,砂料滲透系數(shù),堆載預(yù)壓法 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(4) 地基土抗剪強(qiáng)度,五、軟土地基的處理技術(shù),對(duì)正常固結(jié)飽和黏性土，某一時(shí)間的抗剪強(qiáng)度，可按下式計(jì)算，,地基土的天然抗剪強(qiáng)度,預(yù)壓荷載引起的該點(diǎn)的豎向附加應(yīng)力,該點(diǎn)的固結(jié)度,堆載預(yù)壓法 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(5) 地基的豎向變形量,五、軟土地基的處理技術(shù),對(duì)正常固結(jié)或弱固結(jié)黏性土，預(yù)壓荷載下地基的最終豎向變形量sf可按下式計(jì)算：,自重應(yīng)力多對(duì)應(yīng)的孔隙比,為第i層土層厚度,自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和所對(duì)應(yīng)的孔隙比,經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，1.11

14、.4 荷載較大、較軟弱時(shí)取較大值,變形計(jì)算時(shí)，受壓層的計(jì)算深度可用應(yīng)力比法確定，即取為附加應(yīng)力與土的自重應(yīng)力的比值為0.1的深度,堆載預(yù)壓法 設(shè)計(jì)要點(diǎn)：(6) 砂墊層、排水溝、排水盲溝。,五、軟土地基的處理技術(shù),砂墊層的厚度不應(yīng)小于500mm，砂墊層的干密度應(yīng)大于1.5g/cm3，其滲透系數(shù)宜大于0.01cm/s。 南方某些軟土的工程力學(xué)特性及分類(lèi)263頁(yè) 特殊巖土工程土質(zhì)學(xué)，看明白,工程實(shí)例：堆載預(yù)壓法 某建筑地基的地層為淤泥質(zhì)粘土，固結(jié)系數(shù)為Ch=Cv=1.810-3cm2/s，粘聚力c=18kPa，內(nèi)摩擦角=5，受壓土層厚20m，袋裝砂井直徑dw=700mm，袋裝砂井按等邊三角形布置，間距l(xiāng)1.4m，深度H=20m