第三章 特殊土课件.ppt

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1、土质学与土力学 第一节软土第一节软土 第二节黄土第二节黄土 第三节红黏土第三节红黏土 第四节膨胀土第四节膨胀土 第五节其他特殊土第五节其他特殊土 一、软土的物理力学性质 二、软土的工程处理措施 软土软土在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑流塑状态的粘性土，如淤泥等。流塑状态的粘性土，如淤泥等。 颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有腐臭味； 粒度成分以粘粒为主，约占6070%，其次为粉粒； 矿物成分多为伊利石，高岭石次之，含有机质，有时可高达89%； 具海绵状结构

2、，孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性高、强度很低； 具层理构造，垂直方向沉积有明显的分选性。软土的特征软土的特征软土的分布软土的分布软土在我国分布很广，主要是在软土在我国分布很广，主要是在沿海地带沿海地带及及平原低地平原低地、沼泽地区沼泽地区，在高原山区的古代或内湖，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。沼泽地区也常遇到软土。软土的分类软土的分类沿海沉积型沿海沉积型内陆湖盆沉积型内陆湖盆沉积型河滩沉积型河滩沉积型沼泽沉积型沼泽沉积型滨海相滨海相; ;泻湖相泻湖相; ;溺谷相溺谷相; ;三角洲相三角洲相软土的物理力学性质软土的物理力学性质1.高含水量高含水量和和高孔隙性高孔隙性，天然含水

3、量一般在，天然含水量一般在50-70；天然；天然孔隙比在孔隙比在12之间，有的可高达之间，有的可高达5.8（滇池）；（滇池）；2.透水性低透水性低(渗透系数一般在渗透系数一般在i10-4i10-8cms)；3.压缩性高压缩性高:变形大而不均匀变形大而不均匀；变形稳定历时长变形稳定历时长4.抗剪强度低抗剪强度低，这与排水固结程度有密切的关系；，这与排水固结程度有密切的关系；5.具有明显的触变性和流变性具有明显的触变性和流变性。软土的工程处理措施软土的工程处理措施软土地基的变形破坏主要是承载力低，地基变形大或发生挤出，造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。淤泥土中桩基破坏淤泥土中桩基破坏淤泥土中建

4、筑物不均匀沉降淤泥土中建筑物不均匀沉降在软土在软土地基地基设计中，经常采取以下设计中，经常采取以下措施措施： 1.1. 轻基浅埋轻基浅埋； 2.2. 减小减小建筑物作用于地基的建筑物作用于地基的压力压力； 3.3. 侧向约束侧向约束地基土，在四周打板桩基础；地基土，在四周打板桩基础； 4.4. 设置反压护道设置反压护道； 5.5. 若软土层若软土层2m2m，可采用，可采用换土法换土法； 6.6. 另外，还有另外，还有其它其它的一些方法，的一些方法，如如：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。桩、柴排、电渗排水等。在软土地区修建铁路，主要存在

5、地基的沉降和地基的稳定性问题。 一、湿陷性黄土的物理性质 二、湿陷性黄土的力学性质 三、湿陷性黄土的工程处理措施黄土在世界上的分布面积达黄土在世界上的分布面积达13001300万万kmkm2 2，我国，我国的黄土面积是世界上最大的，达的黄土面积是世界上最大的，达6464万万kmkm2 2，比法国，比法国和瑞士的面积总和还要大。黄土和瑞士的面积总和还要大。黄土最厚最厚处约处约410m410m左右，左右，在在兰州市七里河区西津村兰州市七里河区西津村。在我国，西北、中原、。在我国，西北、中原、华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄河的中游河的中游陕、

6、甘、宁、青及山西、河南一带，陕、甘、宁、青及山西、河南一带，其厚度各不相同。陕甘地区多厚其厚度各不相同。陕甘地区多厚100100200m200m，薄处，薄处仅几公分。仅几公分。湿陷性黄土的物理性质湿陷性黄土的物理性质I.黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下，形成的一种呈黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下，形成的一种呈淡黄、淡黄、褐色或灰黄色褐色或灰黄色的特殊土的特殊土；II. 粒度成分以粉土为主粒度成分以粉土为主，约占有，约占有60%70%，一般不含，一般不含0.25mm的颗粒；的颗粒；III. 含各种可溶盐含各种可溶盐，富含碳酸盐（，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核），可形成钙质结核（

7、姜结石）；（姜结石）；IV. 孔隙多且大，结构疏松孔隙多且大，结构疏松；V. 无层理，但有垂直节理和柱状节理无层理，但有垂直节理和柱状节理。天然条件下能保持近。天然条件下能保持近于垂直的边坡；于垂直的边坡；VI. 具有湿陷性具有湿陷性。具有具有( () )项特征的为项特征的为标准黄土标准黄土，只有其中，只有其中部分特征的黄土叫部分特征的黄土叫黄土状土黄土状土或或黄土质土。黄土质土。具有湿陷性的黄土为具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土湿陷性黄土。黄土在天然含水量时，呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强黄土在天然含水量时，呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性。但遇水浸湿后，有的即使度和低的

8、或中等偏低的压缩性。但遇水浸湿后，有的即使在自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷（称为湿陷性），在自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷（称为湿陷性），强度也随之迅速降低。而有些地区的黄土却并不发生湿陷强度也随之迅速降低。而有些地区的黄土却并不发生湿陷 湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两种种 湿陷性黄土的力学性质湿陷性黄土的力学性质1.黄土的透水性黄土的透水性比一般粘性土大比一般粘性土大。2.黄土的压缩性黄土的压缩性中等中等。3.黄土的抗剪强度黄土的抗剪强度中等中等。一般一般c=3040kPa， j j =1525。黄土湿陷性判定黄土

9、湿陷性判定 当 0.015时 ， 为非湿陷性黄土 当 0.015时 ， 为湿陷性黄土 ss自重湿陷系数按下式计算：自重湿陷系数按下式计算： 0hhhzzzs湿陷系数是指天然土样单位厚度的湿陷量，计算公式如下：湿陷系数是指天然土样单位厚度的湿陷量，计算公式如下：0hhhpps三、湿陷性黄土的工程处理措施三、湿陷性黄土的工程处理措施 湿陷性黄土地区的桥涵应根据湿陷性黄土的等级、结构物分湿陷性黄土地区的桥涵应根据湿陷性黄土的等级、结构物分类和水流特征，采取相应的设计措施和处理方案以满足沉降类和水流特征，采取相应的设计措施和处理方案以满足沉降控制的要求控制的要求 黄土的湿陷类型判定黄土的湿陷类型判定0

10、.015时 ， 定为非自重湿陷性黄土0.015时 ， 定为自重湿陷性黄土zszs防治黄土湿陷的措施防治黄土湿陷的措施采用物理、化学等方法采用物理、化学等方法，提高黄土强度，降低孔隙度，加强，提高黄土强度，降低孔隙度，加强其内部联结；其内部联结； 强夯法强夯法； 挤密法挤密法防排水防排水。包括排除地表水和地下水。包括排除地表水和地下水。换填法换填法。在湿陷性黄土层不厚。在湿陷性黄土层不厚(1(13m)3m)，下面又是硬土层或，下面又是硬土层或基岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层基岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层15cm15cm，填后浇水再夯实。，填后浇水再夯实。预浸水法预浸水法深层浸水法深

11、层浸水法黄土陷穴黄土陷穴这些洞穴使上覆土层陷落这些洞穴使上覆土层陷落天然洞穴天然洞穴人工洞穴人工洞穴黄土陷穴的黄土陷穴的防治措施防治措施有：有： 开挖回填、夯实、灌浆开挖回填、夯实、灌浆； 做好地表排水工程做好地表排水工程。防止水流渗漏防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。是保证建筑物稳定的措施之一。 一、红黏土的一般物理力学特征 二、红黏土的物理力学性质变化范围及其规律性 三、裂隙对红黏土强度和稳定性的影响 红粘土红粘土: : 亚热带湿热气候条件下，亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石碳酸盐类岩石及其及其间夹的其他岩石，经间夹的其他岩石，经红土化作用红土化作用形成的高塑形成的高塑性性粘土粘土

12、。 次生红粘土次生红粘土: : 经流水搬运经流水搬运后仍保留其基本特征后仍保留其基本特征, ,液限大于液限大于 4545的坡积、洪积粘土。的坡积、洪积粘土。 其力学性质低于红粘土其力学性质低于红粘土红黏土分布广泛：红黏土分布广泛： 中国南方地区较多中国南方地区较多:主要分布在主要分布在云贵高云贵高原、原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区，位置一般在等地区，位置一般在低山丘陵顶部和山间低山丘陵顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚处盆地、洼地、缓坡及坡脚处。云南东川的红粘土景观云南东川的红粘土景观云南东川的红粘土景观云南东川的红粘土景观灰岩基岩红粘土云南元谋的红粘

13、土土林云南元谋的红粘土土林1 1 天然含水量很高，天然含水量很高，404060%60%；2 2 密度小，天然孔隙比很大密度小，天然孔隙比很大 1.41.41.71.7；3 3 高塑性，塑性指数为高塑性，塑性指数为20205050；4 4 一般处于坚硬或硬可塑状态；一般处于坚硬或硬可塑状态；5 5 强度高，压缩性低；强度高，压缩性低；6 6 不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很小，但失水后收缩剧烈。小，但失水后收缩剧烈。 红黏土的一般物理力学特征红黏土的一般物理力学特征红黏土的物理力学性质变化范围及其规律性红黏土的物理力学性质变化范围及其规律性 1. 随深度的加大

14、，天然含水量、孔隙比和压缩性都随深度的加大，天然含水量、孔隙比和压缩性都有较大的增高，强度大幅度降低；有较大的增高，强度大幅度降低；2. 水平方向上，地势较高的部位，排水条件好，天水平方向上，地势较高的部位，排水条件好，天然含水量、孔隙比和压缩性均较低，强度较高；然含水量、孔隙比和压缩性均较低，强度较高；3. 平面分布上，次生坡积红粘土经过搬运，结构松平面分布上，次生坡积红粘土经过搬运，结构松散，强度比原生残积红粘土差。散，强度比原生残积红粘土差。4. 红粘土近地表往往裂隙发育，破坏了土体的整体红粘土近地表往往裂隙发育，破坏了土体的整体性和连续性，土体强度显著降低。性和连续性，土体强度显著降低

15、。 裂隙对红黏土强度和稳定性的影响裂隙对红黏土强度和稳定性的影响 呈坚硬、硬塑状态的红黏土由于强烈收缩作呈坚硬、硬塑状态的红黏土由于强烈收缩作用用形成了大量裂隙，并且裂隙的发育和发展速度极形成了大量裂隙，并且裂隙的发育和发展速度极快。故裂隙发育也是红黏土的一大特征。快。故裂隙发育也是红黏土的一大特征。 在干旱气候条件下，新挖坡面几日内便会被裂在干旱气候条件下，新挖坡面几日内便会被裂隙切割得支离破碎，容易使地面水侵入，导致土隙切割得支离破碎，容易使地面水侵入，导致土的抗剪强度降低，常常造成边坡变形和失稳的抗剪强度降低，常常造成边坡变形和失稳 一、土体的现场工程地质特征 二、膨胀土的物理、力学指标

16、 三、膨胀土的判别膨胀土膨胀土是一种粘性土，含有较多的亲水是一种粘性土，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收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显的胀缩性的土称为的土称为膨胀土膨胀土。膨胀土的现场工程地质特征膨胀土的现场工程地质特征 （1 1）颜色颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2 2）粒度成分中）粒度成分中以粘土颗粒为主以粘土颗粒为主，一般在，一般在50%50%以上，最低也以上，最低也要大于要大于30%30%，粉粒次之，砂粒最少；，粉粒次之，砂粒最少；（3

17、 3）矿物成分中）矿物成分中粘土矿物占优势粘土矿物占优势，多为伊利石、蒙脱石，高，多为伊利石、蒙脱石，高岭石含量很少；岭石含量很少；（4 4）胀缩强烈胀缩强烈，膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。，膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。长期反复胀缩使土体强度产生衰减；长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5 5）各种成因的大小）各种成因的大小裂隙发育裂隙发育；（6 6）早期生成的膨胀土具有）早期生成的膨胀土具有超固结性超固结性。膨胀土的物理、力学指标膨胀土的物理、力学指标 1 1 粘粒含量多粘粒含量多 353585%85%；2 2 天然含水量接近或略小于塑限，一般处于坚天然含水量接近或略小于

18、塑限，一般处于坚硬或硬可塑状态；硬或硬可塑状态；3 3 天然孔隙比小，但孔隙比随土体增湿膨胀而天然孔隙比小，但孔隙比随土体增湿膨胀而变大；变大；4 4 自由膨胀量一般超过自由膨胀量一般超过40%40%；5 5 强度较高，压缩性较低，但含水量剧烈增大强度较高，压缩性较低，但含水量剧烈增大时，土体强度骤然降低，压缩性增高。时，土体强度骤然降低，压缩性增高。 膨胀土的判别膨胀土的判别 我国目前采用综合的判别方法，即根据现场的工程地质特我国目前采用综合的判别方法，即根据现场的工程地质特征、自由膨胀率和建筑物的破坏特征三部分来综合判定，其中征、自由膨胀率和建筑物的破坏特征三部分来综合判定，其中前二者是用

19、来判别是否是膨胀土的主要依据，但并不是唯一的前二者是用来判别是否是膨胀土的主要依据，但并不是唯一的因素。必要时，还需要进行土的黏土矿物的化学成分等试验。因素。必要时，还需要进行土的黏土矿物的化学成分等试验。 在膨胀土地基上建造基础时，应从设计和地基处理两方面采在膨胀土地基上建造基础时，应从设计和地基处理两方面采取取 措施。建筑工程中采用设置沉降缝、换土垫层与排水、加大措施。建筑工程中采用设置沉降缝、换土垫层与排水、加大基基 础埋深、设钢筋混凝土圈梁等措施来消除或减少危害。础埋深、设钢筋混凝土圈梁等措施来消除或减少危害。 一、盐渍土 二、冻土 三、填土 四、污染土 五、混合土 盐渍土盐渍土 盐渍

20、土是不同程度的盐碱化土的统称。在公路工程中一般盐渍土指的是地表层1m厚度内，易溶盐的平均含量0.3%，使之盐渍化了的土。 盐渍土中的易溶盐有的以固态结晶状态分布于土粒之间，有的则以液态存在于土的孔隙之中，而且随外界条件的变化，固液态可以相互转换。这种转化以及易溶盐的性质都直接影响着土的物理力学性质。 冻土冻土 冻土是指0摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。 冻土是一种对温度极为敏感的土体，含有丰富的地下冰。在冻土区修筑公路、铁路、桥梁时人们面临着两大危险：冻胀和融沉。 填土填土 填土系指由人类活动而堆积的土。填土根据其物质组成和堆填方式分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土四类。 污染土污染土 污染土是指由于致污物质的侵入，使土的成分、结构和性质发生了显著变异的土。 混合土混合土 混合土是指由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的土。