特殊土课件综述优秀PPT.ppt

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1、红 黏黏 土土*定义定义物质组成物质组成分类分类形成条件形成条件分布分布成因成因工程地质条件工程地质条件试验试验红红 黏黏 土土*红红 黏黏 土土*红红 黏黏 土土 红黏土作为一种特殊土类，最早报道见于红黏土作为一种特殊土类，最早报道见于在印度西部马拉巴尔地区，该地区约在印度西部马拉巴尔地区，该地区约6060分布分布此黏土，因颜色为红色，称之为红土此黏土，因颜色为红色，称之为红土(laterite or lateritic soil)laterite or lateritic soil)，因此，一般，因此，一般认为印度西部马拉巴尔地区是红土工程性质探认为印度西部马拉巴尔地区是红土工程性质探讨的

2、发源地。讨的发源地。*红红 黏黏 土土u 定义定义 红黏土是指由石灰岩、白云岩等碳酸盐红黏土是指由石灰岩、白云岩等碳酸盐类在亚热带温热气候条件下经风化作用而形类在亚热带温热气候条件下经风化作用而形成的褐红色的黏性土。成的褐红色的黏性土。*红红 黏黏 土土u 物质组成物质组成 矿物成分以黏土矿多水高岭石为主，其他包括伊利石、绿矿物成分以黏土矿多水高岭石为主，其他包括伊利石、绿泥石、水铝石、蛙石等，也有少量特殊红黏土中含蒙脱石。泥石、水铝石、蛙石等，也有少量特殊红黏土中含蒙脱石。氧化物含量也较高，其化学成分主要为硅、铝、铁氧化物，氧化物含量也较高，其化学成分主要为硅、铝、铁氧化物，SiO2(33.

3、5%68.9%),Al2 O3(9.6%12.7%),Fe2O3(13.4%36.4%)等。其中等。其中,Fe2O3含量占含量占5%15%时，红黏土颜色为褐时，红黏土颜色为褐黄、黄色；黄、黄色；Fe2O3含量达含量达15%25%时，则红黏土呈现为褐红、时，则红黏土呈现为褐红、棕红色。碎屑矿物较少，水溶盐和有机质较少见。棕红色。碎屑矿物较少，水溶盐和有机质较少见。*红红 黏黏 土土u 分类分类 地质成因地质成因原生红黏土：原生红黏土：颜色为棕红或褐黄，覆盖于盐酸颜色为棕红或褐黄，覆盖于盐酸 盐系之上，其液限大于或等于盐系之上，其液限大于或等于 50%的高塑性黏土的高塑性黏土次生红黏土：次生红黏土

4、：原生红黏土经搬运、沉积，仍保留原生红黏土经搬运、沉积，仍保留 其基本特征，且其液限大于其基本特征，且其液限大于45%的的 黏土黏土 含水比含水比（贯入阻力）（贯入阻力）坚硬红黏土坚硬红黏土硬塑红黏土硬塑红黏土可塑红黏土可塑红黏土流塑红黏土流塑红黏土*软塑红黏土软塑红黏土红红 黏黏 土土u 成因成因 残积说：认为红黏土是岩石就地剥蚀、风化积累而成的红色残积说：认为红黏土是岩石就地剥蚀、风化积累而成的红色 风化壳。已被大多数学者否定，因为红黏土不符合风化壳。已被大多数学者否定，因为红黏土不符合 残积作用的一般特点。残积作用的一般特点。水成说：主见红黏土是岩石风化剥蚀后经流水搬运至低洼处水成说：主

5、见红黏土是岩石风化剥蚀后经流水搬运至低洼处 或河湖两岸积累的河湖相或冲积相沉积物。或河湖两岸积累的河湖相或冲积相沉积物。风成说：强调红黏土与其上覆第四纪黄土一样都是风尘积累风成说：强调红黏土与其上覆第四纪黄土一样都是风尘积累 产物。产物。*红红 黏黏 土土u 成因成因 对于其成因，仍存在很大争议，不仅局限于前面三种观点，同时很多学者也提出了“早起水成，晚期风成”、“与地下水作用有关”、“风成积累为主的多成因类型”、“岩溶积累成土观点”、“喀斯特成土作用说”、“碳酸盐岩黏土化观点”等假说。目前对红黏土的成因的相识多限于沉积学和地球化学方面的证据。目前急待开展红黏土地层系统的生物地层学探讨。*红红

6、 黏黏 土土u 形成条件形成条件红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件：红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件：气候条件：气候变更大，年降水量大于蒸发量，因而气气候条件：气候变更大，年降水量大于蒸发量，因而气 候潮湿，有利于岩石的机械风化和化学风候潮湿，有利于岩石的机械风化和化学风 化，风化的结果便形成红黏土。化，风化的结果便形成红黏土。岩性条件：在碳酸盐类岩石分布区内，常常夹杂着一些岩性条件：在碳酸盐类岩石分布区内，常常夹杂着一些 非碳酸盐类岩石，它们的风化物与碳酸盐类非碳酸盐类岩石，它们的风化物与碳酸盐类 岩石的风化物混杂在一起，构成了红黏土的岩石的风化物混杂在一起，构成了红黏土的

7、 物质来源。物质来源。*红红 黏黏 土土u 分布分布 主要分布在北纬主要分布在北纬30 与南纬与南纬30 之间的热带与亚热带地区，之间的热带与亚热带地区，我国的红黏土主要分布于华南、西南、华东以及华中部分地区，我国的红黏土主要分布于华南、西南、华东以及华中部分地区，如贵州、广西、云南、广东以及湖南等省份。在北方，红黏土如贵州、广西、云南、广东以及湖南等省份。在北方，红黏土零星分布在一些较温湿的岩溶盆地，如陕南、鲁南和辽东等地。零星分布在一些较温湿的岩溶盆地，如陕南、鲁南和辽东等地。其分布区域的地形地貌具有典型特征，主要发育于地形舒缓、其分布区域的地形地貌具有典型特征，主要发育于地形舒缓、波状起

8、伏的剥蚀夷平台地、岩溶断陷盆地及岩溶谷地两侧的高波状起伏的剥蚀夷平台地、岩溶断陷盆地及岩溶谷地两侧的高原丘陵坡脚。原丘陵坡脚。*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 一、物理力学性质：一、物理力学性质：主要力学性质指标主要力学性质指标*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 一、物理力学性质的基本特点：一、物理力学性质的基本特点：p 颗粒组成的高分散性，其中小于颗粒组成的高分散性，其中小于0.005mm0.005mm的黏粒含量为的黏粒含量为 60%60%80%80%；小于；小于0.002mm0.002mm的胶粒含量占的胶粒含量占40%70%40%70%p 自然含水率、饱和度、塑性

9、界限（液限、塑限、塑性指数）和自然含水率、饱和度、塑性界限（液限、塑限、塑性指数）和自然孔隙比都很高，且具有较高的力学强度和较低的压缩性自然孔隙比都很高，且具有较高的力学强度和较低的压缩性p 有很多指标变更幅度很大，如自然含水率、液限、塑限、自然有很多指标变更幅度很大，如自然含水率、液限、塑限、自然孔隙比孔隙比p 土中裂隙的存在，使土体与土块的力学参数尤其是抗剪强度指土中裂隙的存在，使土体与土块的力学参数尤其是抗剪强度指标相差很大标相差很大*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 厚度分布：厚度分布：红黏土的厚度变更与所处地形地貌、基岩岩性及岩溶发育程度有关。一般状况下，分布在盆地或凹地

10、时，其厚度变更大体是边缘较薄，向中间渐渐增厚；在厚层及中厚层石灰岩、白云岩分布区，由于岩体表面岩溶化猛烈，岩面起伏大，导致红黏土厚薄不一；当下伏基岩的溶沟、溶槽、石芽等较发育时，上覆红黏土厚度变更极大，常有咫尺之隔，最大厚度相差10 m之多，所以平面上的变更亦不匀整。*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 上硬下软：上硬下软：红黏土具有典型的“上硬下软”特征。表现为坚硬硬塑可塑软塑流塑状态，土的强度渐渐降低，压缩性渐渐增大。以坚硬、硬塑状态红黏土为主，在地表广泛发育。可塑软塑、流塑状只占小部分，主要发育于近下伏基岩面的溶蚀沟、槽底部，多呈透镜体状小范围产出。盆地、谷地（凹地）中心的次生

11、红黏土土层多为可塑或软塑状态。*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 胀缩性胀缩性：由于多数红黏土中不含非水稳性矿物蒙脱石，却含有亲水性不强的亚水稳性矿物蛭石，使得自然状态下的红黏土具有弱膨胀性，其自由膨胀率一般为35%55%。而红黏土具有高孔隙比、高含水率、高分散性及饱和状态，致使具很高的收缩量。因此，红黏土的胀缩性表现为以失水后猛烈收缩为主，自然状态下的膨胀率仅为0.1%一2.0%，但线缩率一般为2.5%8.0%，最大可达14%。*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 胀缩性的危害胀缩性的危害：红粘土的地质和工程灾难也不少见。最为普遍和突出的是胀缩性红黏土的失水强收缩引起的

12、裂隙，有网状和线状两类。通常把由于收缩引起的线状裂缝称为“地裂”。当地裂在房屋建筑中穿过或在旁边产生时，往往对建筑物产生较大危害。红黏土中的土洞可由地表、地下水的作用和生物作用形成。在地下水位高于基岩面的场地，由于自然和人为因素，常使地下水水位的岩土交界面旁边作常见的升降变更，地下水对土体不断产生潜蚀甚至吸蚀作用，简洁形成土洞，土洞接着向上发展，便形成地表塌陷。*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 复亲水性复亲水性：红黏土复浸水的胀缩特性即土体风干失水收缩后复浸水，复浸水土的内部团粒并不能完全分别，导致复浸水土的含水量增量微小，胀缩循环呈现缩势，土的分散性、塑性及液塑比值降低，表现出

13、胶体的不行逆性，复浸水土体的膨胀量几乎不能复原到原位。*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 裂隙裂隙：由于红黏土具有弱膨胀性和强收缩性，失水后含水率低于缩限，土中起先出现裂缝，向深处渐弱，呈网状闭合微裂隙发育，并且裂隙发育和发展的速度极快。在干旱气候条件下，新挖坡面数日后便可被裂隙切割得支离裂开，使地面水简洁侵入，导致裂隙向深部延长，加深加宽原有裂隙，严峻时甚至形成深长地裂。土中裂隙发育深度一般为24m，深者可达8m。裂面中可见光镜面、擦痕、铁锰质侵染现象。*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 地下水特征地下水特征：当红黏土呈致密结构时，透水性微弱，可视为不透水层。当当红黏

14、土呈致密结构时，透水性微弱，可视为不透水层。当土中存在裂隙时，碎裂、碎块或镶嵌状土块周边便具有较大的透土中存在裂隙时，碎裂、碎块或镶嵌状土块周边便具有较大的透气、透水性，大气降水和地表水可渗入其中，在土体中形成依附气、透水性，大气降水和地表水可渗入其中，在土体中形成依附网状裂隙赋存的含水层。含水层不稳定，水量一般均很小，在地网状裂隙赋存的含水层。含水层不稳定，水量一般均很小，在地势低洼的土层裂隙中或软势低洼的土层裂隙中或软流塑状土层中可见土中水，水对混凝流塑状土层中可见土中水，水对混凝土一般不具腐蚀性。土一般不具腐蚀性。*红红 黏黏 土土u 试验试验 标准贯入试验标准贯入试验：试验成果：试验成

15、果：*红红 黏黏 土土u 试验试验 标准贯入试验标准贯入试验：u 确定红黏土的状态确定红黏土的状态u 确定地基承载力确定地基承载力u 确定土的抗剪强度指标确定土的抗剪强度指标u 确定确定土土的变形参数的变形参数*红红 黏黏 土土u 试验试验 压汞试验压汞试验：试样：试样：通过限制干密度的方法，制备了通过限制干密度的方法，制备了4种干密度种干密度 (1.58、1.51、1.44g/cm 和和1.37 g/cm)的环刀样。的环刀样。试验方法：把试样浸入水银中，通过对水银施加压力迫试验方法：把试样浸入水银中，通过对水银施加压力迫 使水银渐渐进入到试样孔隙内。水银浸入孔隙所使水银渐渐进入到试样孔隙内。

16、水银浸入孔隙所 需的压力与孔隙直径存在对应关系。需的压力与孔隙直径存在对应关系。Washburn (1921 年年)据此据此 提出如下公式提出如下公式:*红红 黏黏 土土u 试验试验 压汞试验结果压汞试验结果 1、孔隙体积分布、孔隙体积分布 由上表可以看出不同干密度试样的孔隙分布差异主要体现由上表可以看出不同干密度试样的孔隙分布差异主要体现在孔径在孔径(d10m)的范围内，而试样的孔隙体积则主要分布在孔的范围内，而试样的孔隙体积则主要分布在孔径径(d 0.1 m)的范围内。的范围内。*红红 黏黏 土土u 试验试验 压汞试验结果压汞试验结果 2、孔隙孔径分布、孔隙孔径分布 孔隙孔径分布存在2个峰

17、值，峰值处不同干密度试样对应的孔径及其孔隙分布密度差别不大，但峰值处对应的孔径差别特别悬殊，最大孔径直径是最小孔径直径的17倍，前者对应的孔隙分布密度也是后者的12倍。*红红 黏黏 土土u 试验试验 三轴试验三轴试验：试样：原状土试样制备是从试样筒中取出事先准备好的原状土，试样：原状土试样制备是从试样筒中取出事先准备好的原状土，重塑土接受击实法制备。重塑土接受击实法制备。试验方法：试验接受应变限制式三轴仪，剪切速率为试验方法：试验接受应变限制式三轴仪，剪切速率为 0.9mm/min，试验类型为不固结不排水，围压分别，试验类型为不固结不排水，围压分别 为为50,100,150,200,250 k

18、Pa，然后保持在不排水情，然后保持在不排水情 况下增加轴向压力直到剪切破坏为止。况下增加轴向压力直到剪切破坏为止。*红红 黏黏 土土u 试验试验 原状土原状土 三轴试验结果三轴试验结果：试验结果表明，原状红黏土试验结果表明，原状红黏土破坏形式受围压的影响较大。破坏形式受围压的影响较大。*红红 黏黏 土土u 试验试验 重塑土重塑土 三轴试验结果三轴试验结果：不论在何种围压下，初始含水率增大，压实红黏土的应力不论在何种围压下，初始含水率增大，压实红黏土的应力应变关系由弱软化型向弱硬化型转化，土的破坏模式由脆性应变关系由弱软化型向弱硬化型转化，土的破坏模式由脆性破坏转变为塑性破坏破坏转变为塑性破坏；

19、不论在何种围压之下，随着压实度的不不论在何种围压之下，随着压实度的不断增大，压实红黏土的应力断增大，压实红黏土的应力应变关系由弱硬化型向软化型转应变关系由弱硬化型向软化型转化，并且围压越低，高压实度下压实红黏土软化峰值所对应的化，并且围压越低，高压实度下压实红黏土软化峰值所对应的应变越小，亦即红黏土的破坏出现的越早。应变越小，亦即红黏土的破坏出现的越早。*冻冻 土土*定义定义成土条件成土条件分类分类物理力学性质物理力学性质热学性质热学性质分布分布冻胀冻胀/融沉融沉危害及防治危害及防治冻冻 土土u 定义定义冻土是指具有负温或零温度并含有冰的土（岩）冻土是指具有负温或零温度并含有冰的土（岩）u 分

20、类分类冻结状态冻结状态 持续时间持续时间多年冻土多年冻土隔年冻土隔年冻土季节冻土季节冻土 易溶盐含量易溶盐含量（泥炭化程度）（泥炭化程度）盐渍化冻土盐渍化冻土泥炭化冻土泥炭化冻土体积压缩系数体积压缩系数（总含水量）（总含水量）坚硬冻土坚硬冻土塑性冻土塑性冻土松散冻土松散冻土*冻冻 土土u 成土条件成土条件气候：全年结冰日长达气候：全年结冰日长达200200多天，而且降水较少，蒸发量多天，而且降水较少，蒸发量 也较小；也较小；植被植被：以：以苔藓、地衣为主组成的苔原植被，生长缓慢，苔藓、地衣为主组成的苔原植被，生长缓慢，矮矮 小小且畸形，各种植物的年生长量均且畸形，各种植物的年生长量均不大；不大

21、；地形、母质地形、母质：分布区：分布区的地形主要是陡峭的山坡，角锋、的地形主要是陡峭的山坡，角锋、刃刃 脊脊、第四纪和近代冰川所形成的冰斗和冰、第四纪和近代冰川所形成的冰斗和冰碛碛 垅垅堤，宽谷，湖盆的湖积平原等堤，宽谷，湖盆的湖积平原等*冻冻 土土u 分布分布n 中国中国多年冻土又可分为高纬度多年冻土和高海拔多年冻土，多年冻土又可分为高纬度多年冻土和高海拔多年冻土，前者分布在东北地区，后者分布在西部高山高原及东部一些较高前者分布在东北地区，后者分布在西部高山高原及东部一些较高山地山地。*冻冻 土土u 物理性质物理性质n 总含水量：是指冻土中全部冰和未冻水的总质量与冻总含水量：是指冻土中全部冰

22、和未冻水的总质量与冻 土骨架质量之比土骨架质量之比n 相对含冰量：指冰的质量与冻土中全部水的质量之比相对含冰量：指冰的质量与冻土中全部水的质量之比n 质量含冰量：指冻土中冰的质量与冻土中干土质量之比质量含冰量：指冻土中冰的质量与冻土中干土质量之比n 体积含冰量：指冻土中冰的体积与冻土总体积之比体积含冰量：指冻土中冰的体积与冻土总体积之比n 未冻水含量：在确定负温条件下，冻土中未冻水质量与干未冻水含量：在确定负温条件下，冻土中未冻水质量与干 土质量之比土质量之比*冻冻 土土u 力学性质力学性质 溶化下沉系数：冻土溶化过程中，在自重作用下产生的相对溶化下沉量溶化下沉系数：冻土溶化过程中，在自重作用

23、下产生的相对溶化下沉量溶化压缩系数：指冻土溶化后，在单位荷重下产生的相对压缩变形量溶化压缩系数：指冻土溶化后，在单位荷重下产生的相对压缩变形量冻胀率：指单位冻结深度的冻胀量冻胀率：指单位冻结深度的冻胀量冻胀力：指土的冻胀受到约束时产生的力，包括法向冻胀力、切向冻胀力冻胀力：指土的冻胀受到约束时产生的力，包括法向冻胀力、切向冻胀力冻结力：土中水在负温下变成冰的同时，将土和地基胶结在一起。这种胶冻结力：土中水在负温下变成冰的同时，将土和地基胶结在一起。这种胶 结力称为冻结力结力称为冻结力抗剪强度：是指冻土在外力作用下，反抗剪切滑动的极限强度抗剪强度：是指冻土在外力作用下，反抗剪切滑动的极限强度*冻

24、冻 土土u 热学性质热学性质比热：又称重量热容量，是使单位质量的土温度上升比热：又称重量热容量，是使单位质量的土温度上升1C所需所需 的热量的热量容积热容量：是指单位体积的土体温度变更容积热容量：是指单位体积的土体温度变更1C所吸取或释放的所吸取或释放的 热量热量导热系数：是表示冻土在温度梯度作用下传导热能实力的指标导热系数：是表示冻土在温度梯度作用下传导热能实力的指标导温系数：冻土热惯性指标，表示土中某一点在相邻点温度变更导温系数：冻土热惯性指标，表示土中某一点在相邻点温度变更 的作用下变更自身温度的实力，在数值上等于导热系的作用下变更自身温度的实力，在数值上等于导热系 数与容数与容 积热容

25、量的比值积热容量的比值*冻冻 土土u 融沉性融沉性 土的冻胀是由于土温度降至冰点以下，土体原孔隙中的部土的冻胀是由于土温度降至冰点以下，土体原孔隙中的部分水结冰体积膨胀，以及更主要的是在土壤水势梯度作用下未分水结冰体积膨胀，以及更主要的是在土壤水势梯度作用下未冻区的水分向冻结缘迁移聚集，并冻结膨胀所致。冻区的水分向冻结缘迁移聚集，并冻结膨胀所致。u 冻胀性冻胀性 冻土溶化时，由于孔隙水的排出，使土体产生下沉叫做冻土溶化时，由于孔隙水的排出，使土体产生下沉叫做融沉。融沉。*冻冻 土土u 理论探讨理论探讨 一、冻胀理论一、冻胀理论l毛毛细细理论理论l水动力水动力模型模型l次次冻胀模型冻胀模型l吸力

26、吸力理论理论l分凝势概念分凝势概念*冻冻 土土u 理论探讨理论探讨 一、融沉理论一、融沉理论 土颗粒间的冰溶化后，冰和土颗粒包袱体的胶结程度下土颗粒间的冰溶化后，冰和土颗粒包袱体的胶结程度下降，使得土颗粒包袱体的上部作用力转移作用到土骨架，使有降，使得土颗粒包袱体的上部作用力转移作用到土骨架，使有效应力增加，同时颗粒之间的摩擦作用也随之减小，土颗粒结效应力增加，同时颗粒之间的摩擦作用也随之减小，土颗粒结构易于调整，在自重应力作用下，土体中的孔隙将被压缩，土构易于调整，在自重应力作用下，土体中的孔隙将被压缩，土体体积减小，发生融沉。也就是说冻土溶化时，土中冰溶化成体体积减小，发生融沉。也就是说冻

27、土溶化时，土中冰溶化成水，在重力和上覆荷重的作用下将产生融沉变更。水，在重力和上覆荷重的作用下将产生融沉变更。*冻冻 土土u 影响因素影响因素影响冻胀的主要因素影响冻胀的主要因素 土质土质含水量含水量土体密度土体密度温度温度荷载荷载*冻冻 土土u 影响因素影响因素影响融沉的主要因素影响融沉的主要因素 土质土质含水量含水量土体密度（压实度）土体密度（压实度）荷载荷载*冻冻 土土u 危害及危害及防治防治l 一方面地基冻胀时使房屋上升；l另一方面次年春天地基解冻时所引起的不匀整沉降常见的破坏现象有常见的破坏现象有基础拉断基础拉断台阶隆起、门窗歪斜台阶隆起、门窗歪斜天棚抬起天棚抬起墙壁裂纹墙壁裂纹*冻冻 土土u 危害及危害及防治防治l设置砂砾垫层设置砂砾垫层l选择合理的基础形式选择合理的基础形式l减小基础外侧冻切力影响减小基础外侧冻切力影响l结构措施（设置圈梁、基础梁、限制建筑物的长高比以结构措施（设置圈梁、基础梁、限制建筑物的长高比以增加建筑的整体刚度）增加建筑的整体刚度）l做好防排水工作做好防排水工作 l施工和运用过程中应留意的问题施工和运用过程中应留意的问题*