特殊土的工程性質(zhì)

1、特殊土的工程性質(zhì)土是地球表面尚未固結(jié)成巖的松散堆積物。是自然歷史時(shí)期經(jīng)過各種地質(zhì)作用形成的地質(zhì)體。土位于地殼的表層，主要是第四紀(jì)的產(chǎn)物，是人類工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的主要地質(zhì)環(huán)境。土是連續(xù)、堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經(jīng)過不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。我國幅員廣大，地質(zhì)條件復(fù)雜，分布土類繁多，工程性質(zhì)各異。不同類別的工程，對土的物理和力學(xué)性質(zhì)的研究重點(diǎn)和深度都各自不同。土的形成年代和成因?qū)ν恋墓こ绦再|(zhì)有很大影響，不同成因類型的土，其力學(xué)性質(zhì)會(huì)有很大差別，特殊土是指具有一定分布區(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀態(tài)或結(jié)構(gòu)特征的土。我國的特殊土不僅類型多，而且分布廣，

2、各種天然或人為形成的特殊土的分布，都有其一定的規(guī)律，表現(xiàn)一定的區(qū)域性。在我國，具有一定分布區(qū)域和特殊工程意義的特殊土包括：沿海及內(nèi)陸地區(qū)各種成因的軟土：主要分布于西北、華北等干旱、半干旱氣候區(qū)的黃土；西南亞熱帶濕熱氣候區(qū)的紅粘土；主要分布于南方和中南地區(qū)的膨脹土；高緯度、高海拔地區(qū)的多年凍土；以及鹽漬土、人工填土和污染土等。1、軟土軟土一般指壓縮性大和強(qiáng)度低的飽和粘性土，多分布在江、河、海洋沿岸、內(nèi)陸湖、塘、盆地和多雨的山間洼地。軟土一般為外觀以灰色為主的細(xì)粒土，天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的細(xì)粒土，包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭、泥炭質(zhì)土等。軟土在我國沿海地區(qū)分布廣泛，內(nèi)陸平原

3、和山區(qū)亦有分布。我國東海、黃海、渤海、南海等沿海地區(qū)，例如濱海相沉積的天津塘沽，浙江溫州、寧波等地，以及溺谷相沉積的閩江口平原河灘相沉積的長江中下游、珠江下游、淮河平原、松遼平原等地區(qū)。內(nèi)陸(山區(qū)軟土主要位于湖相沉積的洞庭湖、洪澤湖、太湖、鄱陽湖四周和古云夢澤地區(qū)邊緣地帶，以及昆明的滇池地區(qū)，貴州六盤水地區(qū)的洪積扇等。工程性質(zhì)：1、高含水量和高孔隙性、軟土的高含水量和高孔隙性特征是決定其壓縮性和抗剪強(qiáng)度的重要因素；2.、滲透性弱、軟土滲透系數(shù)小、含水量大且呈飽和狀態(tài)，這不但延緩其土體的固結(jié)過程，而且在加荷初期，常易出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，對地基強(qiáng)度有顯著影響；3、壓縮性高，。軟土均屬高壓縮性土，

4、它隨著土的液限和天然含水量的增大而增高。 4.、抗剪強(qiáng)度低 軟土的抗剪強(qiáng)度小且與加荷速度及排水固結(jié)條件密切相關(guān)，要提高軟土地基的強(qiáng)度，必須控制施工和使用時(shí)的加荷速度，特別是在開始階段加荷不能過大，以便每增加一級荷重與土體在新的受荷條件下強(qiáng)度的提高相適應(yīng)，使孔隙水在充分排出的條件下，使土體得到正常的壓密，從而逐步提高其強(qiáng)度。若土中水分將來不及排出，土體強(qiáng)度不但來不及得到提高，反而會(huì)由于土中孔隙水壓力的急劇增大，有效應(yīng)力降低，而產(chǎn)生土體的擠出破壞。5具有明顯的結(jié)構(gòu)性。軟土一般為絮狀結(jié)構(gòu)，尤以海相粘土更為明顯。這種土一旦受到擾動(dòng)，土的強(qiáng)度顯著降低，甚至呈流動(dòng)狀態(tài)。我國沿海軟土的靈敏度一般為410，屬

5、于高靈敏度土。因此，在軟土層中進(jìn)行地基處理和基坑開挖，若不注意避免擾動(dòng)土的結(jié)構(gòu)，就會(huì)加劇土體變形，降低地基土的強(qiáng)度，影響地基處理效果。6、較顯著的觸變性和蠕變性由于軟土的結(jié)構(gòu)性在其強(qiáng)度的形成中占據(jù)相當(dāng)重要的地位，則觸變性也是它的一個(gè)突出的性質(zhì)。軟土的蠕變性是比較明顯的。在長期恒定應(yīng)力作用下，軟土將產(chǎn)生緩慢的剪切變形，并導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的衰減。在主固結(jié)沉降完成之后，軟土還可能繼續(xù)產(chǎn)生可觀的次固結(jié)沉降。這種土質(zhì)如果在施工中出現(xiàn)在路基填土或橋涵構(gòu)造物基礎(chǔ)中，最佳含水量不易把握，極難達(dá)到規(guī)定的壓實(shí)度值，滿足不了相應(yīng)的密實(shí)度要求，往往會(huì)發(fā)生路基失穩(wěn)或過量沉陷。在軟土地基上修筑路堤，特別是橋頭引道，如不采取有

6、效的加固措施，就會(huì)產(chǎn)生不同程度的坍滑或沉陷，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臨近填土的橋臺、擋土墻、涵洞，甚至對附近的住宅、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。其危害性顯而易見,故盡量避免采用做為路基。二、濕陷性黃土濕陷性黃土是在上覆土的自重壓力作用下，或在上覆土的自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的黃土。黃土在我國分布很廣，其中濕陷性黃土約占 34，主要分布在黃河中游的甘肅、陜西、晉

7、、寧、河南、青海等省區(qū)。地理位置屬于干旱與半干旱氣候地帶。黃土是第四紀(jì)干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。顏色多呈黃色、淡灰黃色或褐黃色；顆粒組成以粉土粒為主，粒度大小較均勻，粘粒含量較少；含碳酸鹽、硫酸鹽及少量易溶鹽；含水量小，；孔隙比大，且具有肉眼可見的大孔隙；具有垂直節(jié)理，常呈現(xiàn)直立的天然邊坡。濕陷性黃土工程特征：1）塑性較弱；2）含水較少；3）壓實(shí)程度很差，孔隙較大；4）抗水性弱，遇水強(qiáng)烈崩解，膨脹量較小，但失水收縮交明顯；5）透水性較強(qiáng)；6）強(qiáng)度較高，因?yàn)閴嚎s中等，抗剪強(qiáng)度較高。黃土濕陷性的形成及影響因素（1）黃土濕陷性的形成原因內(nèi)在因素：黃土的結(jié)構(gòu)特征及其物質(zhì)組成。外部條件

8、：水的浸潤和壓力作用。（2）黃土濕陷性的影響因素：黃土濕陷性強(qiáng)弱與其微結(jié)構(gòu)特征、顆粒組成、化學(xué)成分等因素有關(guān)，在同一地區(qū)，土的濕陷性又與其天然孔隙比和天然含水量有關(guān)，并取決于浸水程度和壓力大小。濕陷性黃土是一種特殊性質(zhì)的土，在一定的壓力下，下沉穩(wěn)定后，受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞，并產(chǎn)生顯著附加下沉，故在潤陷性黃土場地上進(jìn)行建設(shè)，應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴(yán)格程度，采取以地基處理為主的綜合措施，防止地基濕陷對建筑產(chǎn)生危害。濕陷性黃土地基處理的目的主要是通過消除黃土的濕陷性，提高地基的承載力。 常用的地基處理方法有：土或灰土墊層、土樁或灰土樁、強(qiáng)夯法

9、、重錘夯實(shí)法、樁基礎(chǔ)、預(yù)浸水法等。三、紅粘土紅粘土是指在亞熱帶濕熱氣候條件下，碳酸鹽類巖石及其間所夾的其他巖石，經(jīng)紅土化作用形成的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。液限大于50。上硬下軟，具明顯的收縮性，裂隙發(fā)育。經(jīng)再搬運(yùn)后仍保留紅粘土基本特征，液限大于45%小于50%的土稱為次生紅粘土。紅粘土的特點(diǎn)一般是天然含水量高、孔隙比大，液限和塑性指數(shù)高，但抗水性強(qiáng),壓縮性較低,抗剪強(qiáng)度也較高，可用作土壩填料。紅粘土主要為殘積、坡積類型，也有洪積類型，其分布多在山區(qū)或丘陵地帶，我國廣泛分布于的云貴高原、四川 東部、廣西、粵北及鄂西、湘西等地區(qū)的低山、斤陵地帶頂部和山間盆地、洼地、 緩坡及坡腳地段。以及分布在

10、黔、桂、滇等地古溶蝕地面上堆積的紅粘土層。其厚度的變化與原始地形和下伏基巖面的起伏變化密切相關(guān)。工程性質(zhì)1、高塑性和分散性，液限一般為5080%，塑限為3060，塑性指數(shù)一般為2050%。3、強(qiáng)度較高，多屬中壓縮性土或低壓縮性土2、高含水率、低密度，天然含水率一般為3060，飽和度>85，密實(shí)度低，大孔隙明顯，孔隙比>1.0；液性指數(shù)一般都小于0.4；堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)。處于堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)的紅粘土層，由于脹縮作用形成了大量裂隙，且裂隙的發(fā)生和發(fā)展速度極快，在干旱氣候條件下，新挖坡面數(shù)日內(nèi)便可被收縮裂隙切割得支離破碎，使地面水易侵入，土的抗剪強(qiáng)度降低，常造成邊坡變形和失穩(wěn)。4、不具濕陷性

11、，但收縮性明顯，失水后強(qiáng)烈收縮，原狀土體縮率可達(dá)25。紅粘土具有這些特殊性質(zhì)，是與其生成環(huán)境及其相應(yīng)的組成物質(zhì)有關(guān)。在深度上，隨著深度的加大，紅粘土的天然含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)都有較大的增高，狀態(tài)由堅(jiān)硬、硬塑可變?yōu)榭伤?、軟塑，而?qiáng)度則大幅度降低。在水平方向上，由于地形地貌和下伏基巖起伏變化，性質(zhì)變化也很大，地勢較高的，由于排水條件好，天然含水率和壓縮性較低，強(qiáng)度較高，而地勢較低的則相反。紅粘土雖然強(qiáng)度較高，壓縮性較小但因與巖溶伴生且含水量液限均較一般粘土高，具有脹縮性因此不能直接進(jìn)行填筑的紅粘土，必須進(jìn)行處理，才可以直接填筑。在處理紅粘土?xí)r，要緊密結(jié)合路基工程的特點(diǎn)尋找合適的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的

12、壓實(shí)工藝使壓實(shí)后的路基具有較高的強(qiáng)度和較好的強(qiáng)度穩(wěn)定性，只有滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求的紅粘土才能作為路基填料。紅粘土的處理措施一般有：墊層置換法、土性改良法、包邊法等。紅粘土路基施工的應(yīng)注意：連續(xù)施工避免已壓實(shí)路基表面因暴露時(shí)間較長，風(fēng)干失水出現(xiàn)龜裂。應(yīng)盡量避免雨季施工。路堤施工前應(yīng)做好臨時(shí)排水及防滲設(shè)施截?cái)嗔飨蚵返套鳂I(yè)區(qū)的水源，疏干地表水。對紅粘土路基頂層采用脹縮性的粘土作為包邊土，包邊厚15m左右，夯實(shí)后防止破面開裂及地表水的滲入。四、 膨脹土膨脹土是指含有大量的強(qiáng)親水性粘土礦物成分，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮、且脹縮變形往復(fù)可逆的高塑性粘土。膨脹土的脹縮性會(huì)導(dǎo)致建筑物開裂和損壞，并造成坡地建

13、筑場地崩塌、滑坡、地裂等嚴(yán)重的不穩(wěn)定因素。膨脹土一般分布在盆地內(nèi)崗，山前丘陵地帶和二、三級階地上。大多數(shù)是上更新世及以前的殘坡積、沖積、洪積物，也有晚第三紀(jì)至第四紀(jì)的湖泊沉積及其風(fēng)化層。一般工程地質(zhì)特征膨脹土的液限、塑限和塑性指數(shù)都較大：膨脹土的飽和度一般較大，天然含水率較小，天然含水量接近或略小于塑限，一般呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)。天然孔隙比小，便其天然孔隙比隨土體濕度的增減而變化，即土體增濕膨脹，孔隙比變大；土體失水收縮，孔隙比變小。 影響膨脹土脹縮變形的主要內(nèi)在因素：土的粘粒含量和蒙脫石含量、土的天然含水量和密實(shí)度及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等。主要外部因素：引起地基土含水量劇烈或反復(fù)變化的各種因素，如氣候條件、

14、地形地貌及建筑物地基不同部位的日照、通風(fēng)及局部滲水影響等。在天然條件下一般處于硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)，強(qiáng)度較高，壓縮性較低，易被誤認(rèn)為是 工程性能較好的土，但旦地表水浸入或地下水位上升使含水量劇烈增大，或土的原狀結(jié)構(gòu)被擾動(dòng)時(shí)，土體會(huì)驟然強(qiáng)度降低、壓縮性增高。在膨脹土地區(qū)進(jìn)行工 程建筑，如果不采取必要的設(shè)計(jì)和施工措施，會(huì)導(dǎo)致大批建筑物的開裂和損壞，甚至造成坡地建筑場地崩塌、滑坡、地裂。膨脹土建筑場地與地基的評價(jià)，應(yīng)根據(jù)場地的地形地貌條件、膨脹土的分布及其脹縮性能、等級地表水和地下水的分布、集聚和排泄條件，并按建筑物的特點(diǎn)、級別和荷載情況，分析計(jì)算膨脹土建筑場地和地基的脹縮變形量、強(qiáng)度和穩(wěn)定性問題，為地基

15、基礎(chǔ)、上部結(jié)構(gòu)及其他工程設(shè)施的設(shè)計(jì)與施工提供依據(jù)。五、人工填土填土是一定的地質(zhì)、地貌和社會(huì)歷史條件下，由于人類活動(dòng)而堆填的土。性質(zhì)很不均勻，分布和厚度變化上缺乏規(guī)律性；物質(zhì)成分異常復(fù)雜。有天然土顆粒，有磚瓦碎片和石塊，以及人類活動(dòng)和生產(chǎn)所拋棄的各種垃圾；是一種欠壓密土，一般具有較高的壓縮性，孔隙比很大。往往具有浸水濕陷性。根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002），填土可劃分為素填土、雜填土、沖填土三類。(1素填土是由碎石、砂土、粉土或黏性 土等一種或幾種材料組成的填土。一般密實(shí)度較差，但若堆積時(shí)間較長，由于土 的自重壓密作用，也能達(dá)到一定密實(shí)度。如堆填時(shí)間超過 10 年的黏性土、超

16、過 5 年的粉土、超過 2 年的砂土，均具有一定的密實(shí)度和強(qiáng)度，可以作為一般建筑 物的天然地基。素填土地基具有不均勻性，防止建筑物不均勻沉降是填土地基的 關(guān)鍵；（2）雜填土雜填土為含有大量雜物的填土，如建筑垃圾土、工業(yè)廢料土、生活垃圾土等。以生活垃圾和腐蝕性及易變性工業(yè)廢料為主要成份的雜填土，一般不宜作為建筑物地基；對以建筑垃圾或一般工業(yè)廢料主要組成的雜填土，采用適當(dāng)措施處理后可作為一般建筑物地基。利用雜填土作為地基時(shí)應(yīng)注意：顆粒成分、密實(shí)度和平面分布及厚度的不均勻性； 2）工程性質(zhì)隨堆填時(shí)間而變化； 3）結(jié)構(gòu)松散、干或稍濕的雜填土一般具有浸水濕陷性； 4）含腐殖質(zhì)及水化物問題。(2沖填土是由

17、水力沖填泥砂形成的沉積土，如在整理和疏 浚江河航道時(shí)，送至江河兩岸形成的填土。沖填土的含水量大，透水性較弱，排 水固結(jié)差， 一般呈軟塑或流塑狀態(tài)， 比同類自然沉積飽和土的強(qiáng)度低、 壓縮性高。（3）沖填土（吹填土）沖填土由水力沖填泥砂形成的沉積土，即在整理和疏浚江河航道時(shí)，有計(jì)劃地用挖泥船，通過泥漿泵將泥砂夾大量水分，吹送至江河兩岸而形成的一種填土。在我國長江、上海黃浦江、廣州珠江兩岸，都分布有不同性質(zhì)的沖填土。沖填土的工程特性如下： 1）沖填土的顆粒組成和分布規(guī)律與所沖填泥砂的來源及沖填時(shí)的水力條件有關(guān)系。 2）沖填土的含水量大，透水性較弱，排水固結(jié)差，一般呈軟塑或流塑狀態(tài)。 3）沖填土一般比同類自然沉積飽和土的強(qiáng)度低，壓縮性高。填土在堆填方式、組成成分、分布特征