特殊土的種類及其工程性質PPT課件

.,三、特殊土的工程性質,（一）軟土（二）黃土（三）紅粘土（四）膨脹土,.,（一）軟土,軟土在靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積的，天然含水量大，壓縮性高，承載力低，抗剪強度低的軟塑流塑狀態(tài)的粘性土，如淤泥等。,淤泥質土,.,軟土的特征,顏色多為灰綠、灰黑色、有油膩感，能染指，有時有腐臭味；粒度成分以粘粒為主，約占6070%，其次為粉粒；,礦物成分多為伊利石，高嶺石次之，含有機質，有時可高達89%；具海綿狀結構，孔隙比大、含水量高、透水性小、壓縮性高、強度很低；具層理構造，垂直方向沉積有明顯的分選性。,.,軟土的分布,軟土在我國分布很廣，主要是在沿海地帶及平原低地、沼澤地區(qū)，在高原山區(qū)的古代或內湖沼澤地區(qū)也常遇到軟土。,.,軟土的分類,沿海沉積型內陸湖盆沉積型河灘沉積型沼澤沉積型,濱海相;瀉湖相;溺谷相;三角洲相,.,軟土的工程性質,1.高含水量和高孔隙性，天然含水量一般在50-70；天然孔隙比在12之間，有的可高達5.8（滇池）；2.透水性低(滲透系數(shù)一般在i10-4i10-8cms)；3.壓縮性高:變形大而不均勻；變形穩(wěn)定歷時長4.抗剪強度低，這與排水固結程度有密切的關系；5.具有明顯的觸變性和流變性。,.,軟土的工程地質問題和防治措施,軟土地基的變形破壞主要是承載力低，地基變形大或發(fā)生擠出，造成建筑物的破壞。且易產生不均勻沉降。,.,淤泥土中樁基破壞,.,淤泥土中建筑物不均勻沉降,.,在軟土地基設計中，經常采取以下措施：1.輕基淺埋；2.減小建筑物作用于地基的壓力；3.側向約束地基土，在四周打板樁基礎；4.設置反壓護道；5.若軟土層2m，可采用換土法；6.另外，還有其它的一些方法，如：砂井、排水砂墊層、爆破排淤、石灰砂樁、柴排、電滲排水等。,.,在軟土地區(qū)修建鐵路，主要存在地基的沉降和地基的穩(wěn)定性問題。,.,黃土是在干旱、半干旱氣候條件下形成的第四紀的一種松散的特殊土。,（二）黃土,黃土地,.,1.黃土的特征,I.顏色為淡黃、褐色或灰黃色；II.粒度成分以粉土為主，約占有60%70%，一般不含0.25mm的顆粒；III.含各種可溶鹽，富含碳酸鹽（CaCO3），可形成鈣質結核（姜結石）；IV.孔隙多且大，結構疏松；V.無層理，但有垂直節(jié)理和柱狀節(jié)理。天然條件下能保持近于垂直的邊坡；VI.具有濕陷性。,.,具有()項特征的為標準黃土，只有其中部分特征的黃土叫黃土狀土或黃土質土。具有濕陷性的黃土為濕陷性黃土。,.,2.黃土的分布,黃土在世界上的分布面積達1300萬km2，我國的黃土面積是世界上最大的，達64萬km2，比法國和瑞士的面積總和還要大。黃土最厚處約410m左右，在蘭州市七里河區(qū)西津村。在我國，西北、中原、華北、華東、東北等地均有分布，但主要集中在黃河的中游陜、甘、寧、青及山西、河南一帶，其厚度各不相同。陜甘地區(qū)多厚100200m，薄處僅幾公分。,.,黃土高原的自然景象,.,黃土的分類按生成年代分類,下更新世Q1（午城黃土）中更新世Q2（離石黃土）上更新世Q3（馬蘭黃土）全新世Q41,老黃土新黃土新近堆積的黃土：全新世Q42,.,黃土的分類按生成過程分類,風積坡積殘積洪積沖積等,.,黃土的分類按塑性指數(shù)IP分類,黃土質粘土IP17黃土質砂粘土7IP17黃土質粘砂土1IP7黃土質砂土IP1,.,黃土的分類按濕陷性分類,濕陷性非濕陷性,自重濕陷性非自重濕陷性,.,劃分自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土，對工程建設有明顯的現(xiàn)實意義。在自重濕陷性黃土地區(qū)修筑的渠道與渠道平行的裂縫；管道漏水后管道斷裂；路基受水后局部嚴重坍塌；地基土很大的裂縫或傾斜,.,3.黃土的工程性質,顆粒以粉土粒為主，粘粒較少含碳酸鹽、硫酸鹽及少量易溶鹽含水量小，孔隙比大，具肉眼可見的大孔隙；具垂直節(jié)理有較高的強度或中偏低的壓縮性常具有濕陷性,.,粉粒約占6070%，其次是砂粒和粘粒。,.,黃土的天然含水量一般為138.6%，有的干燥地區(qū)則為112%。,天然含水量低的黃土濕陷性較強,一般認為：天然含水量25%時，無濕陷性。,.,黃土的抗剪強度中等。一般c=3040kPa，j=1525，我國北部黃土的j可達2728。,黃土的透水性比一般粘性土大。,黃土的壓縮性中等。,.,.,.,天然黃土在一定壓力的作用下，受水浸濕后土體結構受到破壞而發(fā)生的下沉現(xiàn)象，稱為黃土濕陷。,.,.,影響黃土濕陷性的因素,1.黃土中骨架顆粒的越大越多、膠結物含量較少，粒間連結脆弱，濕陷性越強；2.粘土粒的含量越多，土的濕陷性越弱；3.易溶鹽成分多濕陷性強；4.天然孔隙比越大，天然含水量越小，則濕陷性越強；,.,影響黃土濕陷性的因素,5.浸濕程度和壓力越大而增大，壓力達到一定值后，濕陷量減少；6.從根本上與堆積年代和成因有關。,.,黃土濕陷性的判定方法,黃土的相對濕陷系數(shù)dsh=（h2h2）/h2dsh0.015，非濕陷性黃土0.015dsh0.03，輕微濕陷性黃土0.03dsh0.07，中等濕陷性黃土dsh0.07，強烈濕陷性黃土,.,自重濕陷性黃土的判定方法,室內試驗法：室內普通固結儀中進行?，F(xiàn)場法：挖平底方形坑或圓坑，邊長或直徑大于等于黃土層的厚度且不應小于10m。深度一般為50cm，坑底鋪厚510cm的砂或礫，坑內灌水，保持水深30cm。浸水至黃土全部飽和，濕陷達到穩(wěn)定時為止。其穩(wěn)定標準為最后5天的平均濕陷量小于1mm。測出自重濕陷量Dzs。,.,當Dzs7cm時非自重濕陷性黃土場地；當Dzs7cm時自重濕陷性黃土場地。根據(jù)野外無載荷試坑浸水試驗，得出蘭州地區(qū)黃土明顯或強烈的自重濕陷性；西安、太原黃土絕大多數(shù)為非自重濕陷性。,.,黃土的濕陷起始壓力,濕陷起始壓力對非自重濕陷性黃土，其濕陷性需在一定的荷載壓力作用下才會表現(xiàn)出來，這一使得黃土開始表現(xiàn)出濕陷性所需的壓力即為黃土的濕陷起始壓力。,密度越大粘粒含量越高土層的埋深越大,濕陷起始壓力愈大,.,濕陷起始壓力的確定,室內壓縮試驗野外載荷試驗（單雙線法）,現(xiàn)場常用野外簡化方法。,.,防治黃土濕陷的措施,采用物理、化學等方法，提高黃土強度，降低孔隙度，加強其內部聯(lián)結；強夯法；擠密法防排水。包括排除地表水和地下水。換填法。在濕陷性黃土層不厚(13m)，下面又是硬土層或基巖。換填的土是砂夾卵石，回填厚度每層15cm，填后澆水再夯實。預浸水法深層浸水法,.,黃土陷穴,黃土陷穴的防治措施有：開挖回填、夯實、灌漿；做好地表排水工程。防止水流滲漏是保證建筑物穩(wěn)定的措施之一。,天然洞穴人工洞穴,這些洞穴使上覆土層陷落,.,（三）紅粘土,1.概念：紅粘土:亞熱帶濕熱氣候條件下，碳酸鹽類巖石及其間夾的其他巖石，經紅土化作用形成的高塑性粘土。次生紅粘土:經流水搬運后仍保留其基本特征,液限大于45的坡積、洪積粘土。其力學性質低于紅粘土,.,.,紅粘土的分布,分布廣泛：中國南方地區(qū)較多:主要分布在云貴高原、四川東部、廣西、粵北及鄂西、湘西等地區(qū)，位置一般在低山丘陵頂部和山間盆地、洼地、緩坡及坡腳處。,.,云南東川的紅粘土景觀,紅粘土地貌,.,云南東川的紅粘土景觀,紅粘土地貌,.,灰?guī)r基巖,紅粘土,紅粘土地貌,.,云南元謀的紅粘土土林,紅粘土地貌土林,.,2.紅粘土的成分,紅粘土是碳酸鹽類巖石及其間夾的其他巖石風化后期的產物，多為Al2O3和Fe2O3礦物成分為石英、多水高嶺石、水云母、膠體二氧化硅及赤鐵礦、三水鋁土礦，無或極少有機質。以上礦物特征：多水高嶺石與水結合很弱，石英、膠體二氧化硅及赤鐵礦、三水鋁土礦都不溶于水。性質穩(wěn)定。,.,紅粘土物理力學特征,1天然含水量很高，4060%；2密度小，天然孔隙比很大1.41.7；3高塑性，塑性指數(shù)為2050；4一般處于堅硬或硬可塑狀態(tài)；5強度高，壓縮性低；6不具有濕陷性，原狀土浸水后膨脹量很小，但失水后收縮劇烈。,.,紅粘土天然含水量高孔隙比卻具有較高的強度和較低的壓縮性,.紅粘土粘粒含量特別多，在地表高溫條件下很快失水而相互凝聚膠結，較好地保存了絮狀結構；.呈現(xiàn)高分散性，表面能很大，吸附的大量水分子，主要是強結合水，雖然很多，卻只接近于塑限，土體仍處于堅硬或硬可塑狀態(tài)；,.,.紅粘土的Fe、Al、Si氧化物性質穩(wěn)定、互相膠結，特別在風化后期，有些變成結晶的物質，它們是抗水的、不可逆的，粒間連接強度更大，而顆粒周圍吸附Fe3+、Al3+，結合水膜很薄，加強了粒間連接強度。.分布地區(qū)地表溫度高，又處于地殼上升階段，水的排泄條件好，所含水量也只接近于塑限，土體呈堅硬或硬可塑狀態(tài)。,.,紅粘土的物理力學性質變化規(guī)律,1.隨深度的加大，天然含水量、孔隙比和壓縮性都有較大的增高，強度大幅度降低；2.水平方向上，地勢較高的部位，排水條件好，天然含水量、孔隙比和壓縮性均較低，強度較高；3.平面分布上，次生坡積紅粘土經過搬運，結構松散，強度比原生殘積紅粘土差。4.紅粘土近地表往往裂隙發(fā)育，破壞了土體的整體性和連續(xù)性，土體強度顯著降低。,.,確定紅粘土地基承載力的原則問題,1按地區(qū)的不同，隨埋深變化的濕度和上部結構情況，分別確定。2為了有效利用紅粘土作為天然地基，針對其強度具有隨深度遞減的特征。一般情況下，基礎宜盡量淺埋。,.,確定紅粘土地基承載力的原則問題,3紅粘土強度高，壓縮性低。對于一般建筑物，地基承載力往往由地基強度控制，而不考慮地基變形。4計算紅粘土地基承載力，必須考慮垂直向變化，按多層地基處理。,.,（四）膨脹土,膨脹土是一種粘性土，含有較多的親水性粘土礦物，吸水膨脹，遇水崩解或軟化，失水收縮，抗沖刷性能差，這種具有較明顯的脹縮性的土稱為膨脹土。,.,2）膨脹土的工程地質特性1）低含水量，呈堅硬硬塑狀態(tài)；2）孔隙比小，密度大；3）高塑性，含黏粒及粉粒為主；4）具膨脹力,自由膨脹量40%；5）天然狀態(tài)下壓縮性低，承載力高，但由于干縮裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性差。浸水后或被擾動時,強度驟然降低。3）影響脹縮變形的主要因素,.,.,.,膨脹土的特征,（1）顏色有灰白、棕、紅、黃、褐、及黑色；（2）粒度成分中以粘土顆粒為主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；（3）礦物成分中粘土礦物占優(yōu)勢，多為伊利石、蒙脫石，高嶺石含量很少；（4）脹縮強烈，膨脹時產生膨脹壓力，收縮時形成收縮裂隙。長期反復脹縮使土體強度產生衰減；（5）各種成因的大小裂隙發(fā)育；（6）早期生成的膨脹土具有超固結性。,.,膨脹土的分布,膨脹土分布很廣，全世界都有分布，在我國的分布也很廣。,外界條件的改變土中水份的變化地基產生體積變形基礎破壞，建筑物、地坪開裂,.,膨脹土的季節(jié)性濕度變化常引起道路隆起、路軌移動，泵站、電站地基基礎破壞等。,.,膨脹土的成因類型及生成年代,主要為殘積、坡積、洪積、湖積及混合沉積類型。生成年代：多在上新世N2更新世晚期的Q3之間。,.,膨脹土的物理力學特性,1粘粒含量多3585%；2天然含水量接近或略小于塑限，一般處于堅硬或硬可塑狀態(tài)；3天然孔隙比小，但孔隙比隨土體增濕膨脹而變大；4自由膨脹量一般超過40%；5強度較高，壓縮性較低，但含水量劇烈增大時，土體強度驟然降低，壓縮性增高。,.,膨脹土的工程地質問題及防治措施,1、膨脹土地區(qū)的路基主要的病害：邊坡變形和基床變形,抗剪強度的衰減及承載力的降低,邊坡溜坍、滑坡等失穩(wěn)現(xiàn)象,路基長期均勻下沉、翻漿冒泥等病害,嚴重影響行車安全,.,防治措施：為防止邊坡變形，首先要根據(jù)路基工程地質條件，合理確定路塹邊坡形式。一般情況下，膨脹土邊坡要求一坡到頂，坡腳設置側溝平臺；采取一定的排水措施，防止地表水滲入坡體；支擋措施：設抗滑擋墻、抗滑樁、片石垛、填土反壓等；坡面防護措施：常用的有植物防護和骨架防護。,.,2、膨脹土地區(qū)的地基地基的問題：承載力的問題和建筑物變形的問題特殊性：本身地基承載力較低還要考慮強度衰減，不僅有土的壓縮變形還有濕脹干縮變形。,.,防治措施：防水保濕措施,建筑物周圍的排水條件：加寬散水坡；設隔水層；加強防漏措施；地下熱力管道等應采取隔熱層等。,含水量的變化膨脹土脹縮變形,.,建筑物布置和基礎設計措施選擇地形平坦地段，避免引起濕度變化；增加基礎附加荷載克服土的膨脹；加大基礎的埋深；加強結構剛度及增設沉降縫等。,.,地基處理措施,設置土墊層；采用支墩板基礎或樁基等；石灰加固法,.,膨脹土的特性和建筑物的損壞特征,找出規(guī)律性和有效的處理措施,.,（五）凍土,溫度0，并含有冰的土層。,.,季節(jié)性凍土受季節(jié)影響，冬凍夏融，呈周期性凍結和融化的土多年凍土持續(xù)三年以上處于凍結而不融化的土,凍土的分類,.,季節(jié)性凍結層,多年凍土,.,多年凍土,.,凍土的分布,.,季節(jié)性凍土的主要工程地質問題,一般來說，土中粉?；蛘沉：吭礁撸吭酱?，凍脹性越強。,凍融泥流,凍結時膨脹，融化時下沉。會造成土體開裂、路面下凹、翻漿冒泥等。,.,季節(jié)性冰丘,冰丘在地下水埋藏較淺時，季節(jié)凍結區(qū)不斷得到水的補充，地面明顯凍脹隆起，形成的冰脹山丘，稱冰丘。,.,在凍土較厚的地區(qū)，修建各類建筑物時，采用樁基礎，打穿凍土基礎，但要求樁自身抗凍性能高，故應做樁自身的凍融力學試驗。,季節(jié)性凍土的分類,根據(jù)土的顆粒組成分為：,不凍脹土稍凍脹土中等凍脹土極凍脹土,根據(jù)含水量的大小分為：,不凍脹土弱凍脹土凍脹土強凍脹土,.,多年凍土的工程性質,整體結構,融陷性不大融陷很大,1.多年凍土的特征凍土由土顆粒、冰、水和氣體四相組成。根據(jù)土中冰的分布位置、形狀特征，凍土結構可分為：,網(wǎng)狀結構層狀結構,.,多年凍土與其上的季節(jié)性凍土層間的接觸關系稱為多年凍土的構造。,銜接型構造非銜接型構造,.,2.多年凍土的工程性質物理及水理性質,重度比重總含水量相對含冰量,.,其中：a.未凍結水含量WC=KWPb.總含水量Wn=WbWcc.相對含冰量Wi=Wb/Wn,.,力學性質一般溫度越低，含水量越大，強度越大。長期荷載作用下的凍土極限抗壓強度比瞬時荷載下的抗壓強度要小許多倍；凍土融化后的抗壓強度與抗剪強度均顯著降低。,.,凍土的變形性質,a凍脹性,被破壞的公路,影響凍脹性的因素,溫度土的顆粒大小含水量等,一般來講，土顆粒越粗，含水量越小，凍脹性就越??；反之越大。,.,土的凍脹性的大小用凍脹率n來表示，即：按n值的大小，我們可將凍土分為四類：強凍脹土n6%凍脹土6%n3.5%弱凍脹土