1、8.5 特殊性岩土,一、土的分类二、特殊土的工程性质,土是第四纪以来地壳表层的最新沉积物，未经胶结成岩，常称为松散土。一、土的分类土的颗粒分组：铁路工程岩石分类标准,碎石类土砂类土粉土粘性土,按颗粒级配，土分为,残积土坡积土冲积土淤积土风积土崩积土等,按土的成因，土分为,特殊土是具有特殊的成分、状态、结构特征，而且具有特殊工程性质的土。,黄土膨胀土软土冻土红粘土盐渍土填土等,特殊土,二、特殊土的工程性质,（一）湿陷性土（二）红粘土（三）软土（四）混合土（五）填土（六）膨胀岩土,（一）湿陷性黄土,湿陷性土指非饱和和结构不稳定的土，在一定压力作用下受水浸湿后，其结构迅速破坏，并产生显著下沉。 黄土
2、是在干旱、半干旱气候条件下形成的第四纪的一种松散的特殊土。,296-6,黄土的分布,296-7,黄土在世界上的分布面积达1300万km2，我国的黄土面积是世界上最大的，达64万km2，比法国和瑞士的面积总和还要大。黄土最厚处约410m左右，在兰州市七里河区西津村。在我国，西北、中原、华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄河的中游陕、甘、宁、青及山西、河南一带，其厚度各不相同。陕甘地区多厚100200m，薄处仅几公分。,296-8,黄土高原的自然景象,黄土的分类按生成年代分类,296-9,296-10,黄土的特征,1. 颜色为淡黄、褐色或灰黄色；2. 粒度成分以粉土为主，约占有60%70%
3、，一般不含0.25mm的颗粒，土质均匀；3. 含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核（姜结石）；4.孔隙多且大，结构疏松；5.无层理，但有垂直节理和柱状节理。天然条件下能保持近于垂直的边坡；6.具有湿陷性。,296-12,具有()项特征的为标准黄土，只有其中部分特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土。,296-13,296-14,296-15,1.黄土的湿陷性和黄土陷穴 1)湿陷系数 判别黄土是否具有湿陷性，可根据室内无侧限压缩试验，在一定压力下测定的湿陷系数来判定。,h2保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度。,h2上述加压稳定后的
4、土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度(cm)。,h1土样的原始高度(cm)。,黄土的工程性质,2）自重湿陷系数 计算黄土的湿陷量，以判定黄土场地的类型。,h2天然湿度下，逐级加压至试样上覆土的饱和自重压力时变形稳定后 的试样高度。,h2浸水饱和条件下变形稳定后的试样高度；,h0土样的原始高度(cm)。,黄土湿陷性的判定方法,黄土的湿陷系数 ds=（h2h2）/h1 dsh 0.015， 非湿陷性黄土 0.015 dsh 湿陷性黄土,自重湿陷性黄土的判定方法,当Dzs7cm时非自重湿陷性黄土场地； 当Dzs7cm时自重湿陷性黄土场地。根据野外无载荷试坑浸水试验，得出 兰州地区黄土 明显或强烈的自
5、重湿陷性； 西安、太原黄土 绝大多数为非自重湿陷性。,黄土的湿陷起始压力,湿陷起始压力对非自重湿陷性黄土，其湿陷性需在一定的荷载压力作用下才会表现出来，这一使得黄土开始表现出湿陷性所需的压力即为黄土的湿陷起始压力。,密度越大粘粒含量越高土层的埋深越大,湿陷起始压力愈大,296-22,湿陷起始压力的确定,室内压缩试验野外载荷试验（单双线法）,现场常用野外简化方法。,湿陷性黄土地基处理的根本原则是：破坏土的大孔结构，改善土的工程性质，消除或减少地基的湿陷变形，防止水浸入建筑物地基。1、强夯法又叫动力固结法。是利用起重设备将80400 kg的重锤起吊到1040m高处，然后使重锤自由落下，对黄土地基进
6、行强力夯击，以消除其湿陷性，降低压缩变形，提高地基强度，但强夯法适用对地下水位以上饱和度Sr60%的湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的深度在312m。土的天然含水率对强夯法处理至关重要，天然含水量低于10%的土，颗粒间摩擦力大，细土颗粒很难被填充，且表层坚硬，夯击时表层土容易松动，夯击能量消耗在表层土上，深部土层不易夯实，消除湿陷性黄土的有效深度小，夯填质量达不到设计效果。,黄土的处理方法,2、换填垫层法 当软弱土地基的承载力或变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础地面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤灰）
7、或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实质要求的密度为止，这种地基处理方法称为换填垫层法，简称换填法。 换填垫层法适用于地下水位以上，对湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的湿陷性黄土层厚度在13m。,3.土桩挤密法按预定平面位置，采用沉管、冲击或爆破等方法成孔，然后在孔中填以素土（粘性土）或灰土，分层捣实，形成土桩。土桩与挤密后的桩间土组成复合地基，共同承受基础所传递的荷载。此法常用于处理湿陷性黄土地基、 杂填土地基和填土地基，处理深度一般为510米，自50年代开始，最大处理深度可达15米以上。处理后的地基承载力一般提高5100。土桩（包括灰土桩）挤密地基的桩径、桩距和孔深通过试
8、验求得。桩孔直径一般为3050厘米，桩距（桩孔的中心距离S）约为桩孔直径的23倍。自50年代开始，中国应用土桩挤密法对西北地区某些建筑物的湿陷性黄土地基进行处理，获得了良好的技术经济效果。自70年代起，这种方法已用于民用建筑物的地基处理。,4.预浸水法湿陷性黄土地基预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性，在施工前进行大面积浸水使土体预先产生自重湿陷，以消除黄土土层的自重湿陷性，它只适用于处理土层厚度大于10m，自重湿陷量计算值不大于500mm的黄土地基。预浸水法用水量大、工期长，一般应比正式工程至少提前半年到一年进行，浸水前沿场地四周修土埂或向下挖深50cm，并设置标点以观测地面及深层土的
9、湿陷变形，浸水期间要加强观测，浸水初期水位不易过高，待周围地表出现环形裂缝后再提高水位，湿陷性变形的观测应到沉陷基本稳定为止。预浸水法用水量大，对于缺水少雨、水资源贫乏地区，不易采用，当土层下部存在隔水层时，预浸时间加大，工期延长，都将是影响工程的因素。,5.硅化加固法打入带孔的金属灌注管，在一定的压力下，将硅酸钠（俗称水玻璃）溶液注入土中；或将硅酸钠及氯化钙两种溶液先后分别注入土中。前者称为单液硅化；后者称为双液硅化。 单液硅化适用于加固渗透系数为 0.12.0米/日的湿陷性黄土。 加固湿陷性黄土时，溶液由浓度为1015的硅酸钠溶液掺入2.5氯化钠组成。溶液入土后,钠离子与土中水溶性盐类中的
10、钙离子（主要为硫酸钙）产生离子交换的化学反应,在土粒间及其表面形成硅酸凝胶,可以使黄土的无侧限极限抗压强度达到0.60.8兆帕。 此法需耗用硅酸钠或氯化钙等工业原料，成本较高。其优点是能很快地抑制地基的变形，土的强度也有很大提高，对现有建筑物地基的加固特别适用。但是，对已渗有石油产品、树胶和油类及地下水pH值大于9的地基土，不宜采用硅化法加固。,6.碱液加固法碱液对土的加固作用不同于其他的化学加固方法，它不是从溶液本身析出胶凝物质，而是碱液与土发生化学反应后，使土颗粒表面活化，自行胶结，从而增强土的力学强度及其水稳定性。为了促进反应过程,可将溶液温度升高至80100C再注入土中。加固湿陷性黄土
11、地基时，一般使溶液通过灌注孔自行渗入土中。黄土中的钙、镁离子含量较高，采用单液即能获得较好的加固效果。,红粘土是指在湿热气候条件下碳酸盐系岩石经过第四系以来的红土化作用形成并覆盖于基岩上，呈棕红、褐黄等色的高塑性土。1. 红粘土的工程性质液限（wL）大于50%、孔隙比（e）大于1.0；沿埋藏深度从上到下含水量增加；土质由硬到软明显变化；表面收缩，裂隙发育天然条件含水量一般较高，结构疏松，但强度较高；收缩性。,红粘土,2. 红粘土的分类状态（含水比）结构（裂隙发育）复浸水特征地基均匀性3. 红粘土勘察要点4.红粘土的岩土工程评价,30,软土的分布,296-31,软土在我国分布很广，主要是在沿海地
12、带及平原低地、沼泽地区，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。,软土的分类,296-32,沿海沉积型内陆湖盆沉积型河滩沉积型沼泽沉积型,滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相,软土：天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的呈软塑-流塑状态的粘性土。软土是一类土的总称。,分为：软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。,特征：,颜色多为灰绿色、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时有腥臭味；颗粒成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量高达60%70%；具有典型的海绵状或蜂窝状结构，其孔隙比大，含水量高，透水性小，压缩性大，是软土强度低的重要原因；,软土的工程性质,1.软土的孔隙比和含水率 软
13、土颗粒联结弱，彼此分散，孔隙比大（一般大于1，高者可达5.8），含水量高、沉积年代久的软土，孔隙比（e）和含水量会降低。,2.软土的透水性和压缩性 透水性差，压缩性高。,3.软土的强度 不排水直接剪切试验：=25，c=10-15KPa 排水直接剪切试验：=1015，c=20KPa,4.软土的触变性 软土受到振动，颗粒联结破坏，土体强度降低，呈流动状态，称为触变，也称振动液化。 机理：吸附在土颗粒周围的水分子的定向排列被破坏，土粒悬浮在水中，呈流动状态。 当振动停止，土颗粒与水分子相互作用的定向排列恢复，土强度可慢慢恢复。 触变用灵敏度S表示：,天然结构的抗剪强度结构扰动后的抗剪强度,5.软土的
14、流变性 定义:在长期荷载作用下，变形可持续很长时间，最终引起破坏的性质。软土的长期强度只有平时强度的40%80%。,1.软土的变形破坏 原因：承载力低，地基变形大或者发生挤出。 破坏的主要形式：不均匀沉降使建筑物产生裂缝。,2.软土地基的加固措施降低含水量，加快土体固结 （1）堆载预压法 （2）砂井排水 砂井起排水通道作用，加快软土排水固结过程，使地基土强度提高。,软土的变形破坏和地基加固,（3）砂垫层 在建筑物底部铺设一层砂垫层，作用在软土顶面增加一个排水面。 在路堤填筑过程中，由于荷载逐渐增加，软土地基排水固结，渗出的水可以从砂垫层排走。 （4）生石灰桩 原理：生石灰水化过程中强烈吸水，体
15、积膨胀，产生热量，桩周围温度升高，是软土脱水、压密，强度增大。,（5）强夯法,（6）旋喷注浆法 利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴，置入土层预定深度后，用高压泥浆泵等装置，以20MPa左右的压力，把浆液从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体，使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合，经过一定时间凝固，便在土中形成一定形状的固结体，形成复合地基，提高地基土强度，加固软土地基。,（7）换填土,由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的土应定名为混合土。当碎石土中粒径小于0.075mm的细粒土质量超过总质量的25%时，应定名为粗粒混合土；当粉土或粘性土中粒径大于2mm的粗粒土质量超过总质量的25%时，应定名为细粒
16、混合土。1. 混合土的性质 颗粒分布不连续 成分粒径相差悬殊 一般来说，混合土的性质主要取决于土中粗、细颗粒含量的比例，粗粒的大小及其相互接触关系以及细粒土的状态。2. 混合土的勘察要求3. 混合土的工程评价,39,混合土,膨胀土是一种粘性土，含有较多的亲水性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化，失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显的胀缩性的土称为膨胀土。,膨胀土,膨胀土的特征,（1）颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2）粒度成分中以粘土颗粒为主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；（3）矿物成分中粘土矿物占优势，多为伊利石、蒙脱石，高岭石含量很少；（4）胀缩强烈，膨
17、胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5）各种成因的大小裂隙发育；（6）早期生成的膨胀土具有超固结性。,膨胀土的分布,膨胀土分布很广，全世界都有分布，在我国的分布也很广。,外界条件的改变土中水份的变化地基产生体积变形基础破坏，建筑物、地坪开裂,膨胀土的季节性湿度变化常引起道路隆起、路轨移动，泵站、电站地基基础破坏等。,膨胀土的成因类型及生成年代,主要为残积、坡积、洪积、湖积及混合沉积类型。生成年代：多在上新世N2更新世晚期的Q3之间。,强亲水性多裂隙性强胀缩性强度衰减性快速崩解性弱抗风化性等,膨胀土的工程性质,二、膨胀土的胀缩性指标 特殊的工程性质-胀缩性,1
18、、自由膨胀率（ ）是烘干土粒全部浸水膨胀后增加的体积（ ）与原体积（ ）之比，以百分数表示：,式中 Vw-烘干土样浸水膨胀后的体积。,Fs40%为膨胀土 公路工程、铁路工程地质勘察规范规定Fs40%、液限含水量 40%时为膨胀土。,2、 膨胀率（ ）是烘干土粒全部浸水膨胀后增加的高度（ ）与原体积（ ）之比，以百分数表示：,式中 hw-烘干土样浸水膨胀后的高度。,Csw4%为膨胀土,3、 线缩率（ ）是土样收缩后高度减小量（ ）与原高度（ ）之比，以百分数表示：,式中 -土样原高度。,esl5%为膨胀土,膨胀土的防治措施（1）防水保湿措施防治地下水下渗和土中水分蒸发，保持地基土湿度稳定，控制胀
19、缩变形。在建筑物周围设置散水坡，设水平和垂直隔水层,加强上下水管道防漏措施及热力管道隔热措施,建筑物周围合理绿化，防止植物根系吸水造成地基土不均匀沉降,选择合理的施工方法，基坑不宜暴晒和浸泡，应及时处理夯实。,（2）地基土改良措施消除或减少土的胀缩性能换土法，挖出膨胀土，换填砂、砾石等非膨胀土,压入石灰水法，石灰与水相互作用产生氢氧化钙，吸收周围水分，氢氧化钙与二氧化碳形成碳酸钙，起胶结土粒的作用。,钙离子与土粒表面的阳离子进行离子交换，使水膜变薄脱水，使土的强度和抗水性提高。（新方法，新工艺）,由于人类活动而堆填的土，统称为填土。,1、填土的分类素填土：由碎石土、砂土、粉土和粘性土等一种或几
20、种土质组成，不含杂质很少的土。杂填土：含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。冲填土：冲填土也叫吹填土，是由水力冲填泥砂形成的填土。压实填土：素填土经过分层压实（或夯实）称为压实填土。压实填土在筑路、坝堤等工程中经常涉及。,填土,填土的工程性质,1.不均匀性物质来源、组成成分的复杂和差异，分布范围和厚度变化缺乏规律性2.湿陷性填土由于堆积时未经压实，所以土埴疏松，孔隙发育，当进水后会产生附加下陷。3.自重压密性填土属欠固结土，在自身重量和大气降水下渗的作用下有自行压密的特点，压密所需的时间随填土的物质成分不同而有很大的差别。4.压缩性大、强度低填土由于密度小，孔隙度大，结构性很差，故具有高压缩性和较低的强度。,(1)填土的均匀性和密实度评价(2)填土的堆积时间与组成物质的关系(3)填土的承载力及稳定性 常用的地基处理方法有换土垫法，适用于地下水位以上，可减少和调整地基不均匀沉降；机械碾压、重锤夯实及强夯法，适用于加固浅埋的松散低塑性或无粘性填土；挤密法、灰土桩，适用于地下水位以上；砂、碎石桩适用于地下水位以上，处理深度一般可达68 m。 填土地基基坑开孔后应进行施工验槽。处理后的填土地基应进行质量检验。,填土的勘察要点及岩土工程评价,地基处理及检验,
