土的抗剪強度和特殊性土

第七講 土的抗剪強度和特殊性土一、內容提要：本講主要講述①土的抗剪強度、土中一點的應力狀態(tài)、庫侖定律、土的極限平衡條件、內摩擦角、粘聚力直剪試驗及其適用條件、三軸試驗、總應力法、有效應力法；②軟土、黃土、膨脹土、紅粘土、鹽漬土、凍土、填土；二、重點、難點：土的抗剪強度、土的極限平衡條件、三軸試驗；各種特殊性土的工程特性三、內容講解：第一節(jié) 土的抗剪強度土的抗剪強度是指土體對于外荷載所產(chǎn)生的剪應力的極限抵抗能力。在外荷載作用下，土體中將產(chǎn)生剪應力和剪切變形，當土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應力達到土的抗剪強度時，土就沿著剪應力作用方向產(chǎn)生相對滑動，該點便發(fā)生剪切破壞。工程實踐和室內試驗都證實了土是由于受剪而產(chǎn)生破壞，剪切破壞是土體強度破壞的重要特點，因此，土的強度問題實質上就是土的抗剪強度問題?！纠}1】當土中某點由外力所產(chǎn)生的剪應力達到土的抗剪強度時， 該點便發(fā)生剪切破壞，此時土產(chǎn)生相對滑動的方向為（ ）。答案：A【例題2】土的強度問題實質上是指土的（ ）問題?？箟簭姸瓤估瓘姸瓤辜魪姸瓤蛊趶姸却鸢福篊一、土的強度理論與強度指標(一)抗剪強度的庫侖定律1776年，法國學者庫侖(C。A。Coulomb)提出了土的抗剪強度表達形式：【例題3】抗剪強度的庫侖公式為（ ）。答案：B(二)土的強度理論與極限平衡條件土中一點的應力狀態(tài)摩爾—庫侖強度理論在一定的壓力范圍內，土的抗剪強度可用庫侖公式表示，當土體中某點的 任一平面上的剪應力達到土的抗剪強度時，就認為該點已發(fā)生剪切破壞，該點也即處于極限平衡狀態(tài)。土的這種強度理論稱為摩爾—庫侖強度理論?！纠}5】當土體中某點的任一平面上的剪應力達到土的抗剪強度時， 該點處于極限平衡狀態(tài)，此強度理論稱為（ ）。摩爾強度理論庫侖強度理論摩爾—庫侖強度理論太沙基理論答案：C土中應力與土的平衡狀態(tài)將抗剪強度包線與摩爾應力圖畫在同一張坐標圖上，觀察應力圓與抗剪強度包線之間 的位置變化，如圖 15-7-2所示。隨著土中應力狀態(tài)的改變，應力圓與強度包線之間的位置關系將發(fā)生三種變化情況，土中也將出現(xiàn)相應的三種平衡狀態(tài)：1)當整個摩爾應力圓位于抗剪強度包線的下方時 (圓I)，表明通過該點的任意平面上的剪應力都小于土的抗剪強度，此時該點處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)，不會發(fā)生剪切破壞；當摩爾應力圓與抗剪強度包線相切時(圓II)，表明在相切點所代表的平面上，剪應力正好等于土的抗剪強度，此時該點處于極限平衡狀態(tài)，相應的應力圓稱為極限應力圓。當摩爾應力圓與抗剪強度包線相割時(圓III)，表明該點某些平面上的剪應力已超過了土的抗剪強度，此時該點已發(fā)生剪切破壞(由于此時地基應力將發(fā)生重分布，事實上該應力圓所代表的應力狀態(tài)并不存在)；【例題6】根據(jù)圖15-7-2進行分析，當整個摩爾應力圓位于抗剪強度包線的下方時 (圓I)時，表明土中的某應力點處于（ ）。A. 穩(wěn)定平衡狀態(tài)B. 極限平衡狀態(tài)C. 剪切破壞答案：A【例題7】隨著土中應力狀態(tài)的改變，土中將出現(xiàn)三種平衡狀態(tài)，其中不包括（ ）。A．穩(wěn)定平衡狀態(tài)B．極限平衡狀態(tài)C．剪切破壞D．劈裂破壞答案：D土的極限平衡條件根據(jù)極限應力圓與抗剪強度包線之間的幾何關系，可以建立土中主應力表示的土的極限平衡條件。設土體中某點剪切破壞時的破裂面與大主應力的作用面成 a角，該點處于極限平衡狀態(tài)時的摩爾圓與抗剪強度包線相切于 A點，如圖15-7-3所示。將抗剪強度線延長與軸相交于B點，由直角三角形 ABO1可知：土的極限平衡條件的應用采用應力圓與抗剪強度包絡線相互位置關系來評判的圖解法也可以得到相同的結果。二、土的抗剪強度指標的試驗方法直接剪切試驗直剪試驗所使用的儀器稱為直剪儀，按加荷方式的不同，直剪儀可分為應變控制式和應力控制式兩種。前者是以等速水平推動試樣產(chǎn)生位移并測定相應的剪應力；后者則是對試樣分級施加水平剪應力，同時測定相應的位移。我國目前普遍采用的是應變控制式直剪儀，該儀器的主要部件由固定的上盒和活動的下盒組成，試樣放在盒內上下兩塊透水石之間。試驗時，由杠桿系統(tǒng)通過加壓活塞和透水石對試樣施加某一法向應力，然后等速推動下盒，使試樣在沿上下盒之間的水平面上受剪直至破壞，剪應力的大小可借助與上盒接觸的量力環(huán)測定。試驗時對同一種土取3～4個試樣，分別在不同的法向應力不剪切破壞，可將試驗結果繪制成抗剪強度f與法向應力之間的關系。大量的試驗結果表明，對于砂性土，抗剪強度與法向應力之間的關系是一條通過原點的直線，該直線與橫軸的夾角為內摩擦角；對于粘性土，抗剪強度與法向應力之間也基本成直線關系，該直線與橫軸的夾角為內摩擦角，在縱軸上的截距為粘聚力c，直線方程可用庫侖公式(15-7-1)表示。直剪試驗方法大量的試驗和工程實踐都表明，土的抗剪強度是與土受力后的排水固結狀況有關，故測定強度指標的試驗方法應與現(xiàn)場的施工加荷條件一致。直剪試驗由于其儀器構造的局限無法做到任意控制試樣的排水條件，為了在直剪試驗中能盡量考慮實際工程中存在的不同固結排水條件，通常采用不同加荷速率的試驗方法來近似模擬土體在受剪時的不同排水條件，由此產(chǎn)生了三種不同的直剪試驗方法，即快剪、固結快剪和慢剪。1)快剪?？旒粼囼炇窃趯υ嚇邮┘迂Q向壓力后，立即以0.8mm／min的剪切速率快速施加水平剪應力使試樣剪切破壞。一般從加荷到土樣剪壞只用3～5分鐘。由于剪切速率較快，可認為對于滲透系數(shù)小于 10-6cm/s的粘性土在剪切過程中試樣沒有排水固結，近似模擬了“不排水剪切”過程，得到的抗剪強度指標用 表示。固結快剪。固結快剪是在對試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結，待沉降穩(wěn)定后，再0.8mm／min的剪切速率快速施加水平剪應力使試樣剪切破壞。固結快剪試驗近似模擬了“固結不排水剪切”過程，它也只適用于滲透系數(shù)小于 10-6cm／s的粘性土，得到的抗剪強度指標用 表示。慢剪。慢剪試樣是在對試樣施加豎向壓力后，讓試樣充分排水固結，待沉降穩(wěn)定后，以小于0.02mm／min的剪切速率施加水平剪應力直至試樣剪切破壞，使試樣在受剪過程中一直充分排水和產(chǎn)生體積變形，模擬了“固結排水剪切”過程，得到的抗剪強度指標用 表示。直剪試驗的優(yōu)缺點直剪試驗具有設備簡單，土樣制備及試驗操作方便等優(yōu)點，因而至今仍為國內一般工程所廣泛使用。但也存在不少缺點，主要有：剪切面限定在上下盒之間的平面，而不是沿土樣最薄弱的面剪切破壞；剪切面上剪應力分布不均勻，且豎向荷載會發(fā)生偏轉(上下盒的中軸線不重合)，主應力的大小及方向都是變化的；在剪切過程中，土樣剪切面逐漸縮小，而在計算抗剪強度時仍按土樣的原截面積計算；試驗時不能嚴格控制排水條件，并且不能量測孔隙水壓力；試驗時上下盒之間的縫隙中易嵌入砂粒，使試驗結果偏大?！纠}11】下列各種試驗方法中，不屬于直接剪切試驗的是（ ）?？旒艄探Y快剪慢剪不排水不固結剪答案：D【例題12】直剪試驗中的快剪模擬的是（ ）。不固結不排水剪固結水排水剪固結排水剪答案：A【例題13】下列關于直剪試驗的優(yōu)點，不正確的是（ ）。設備簡單土樣制備方便C.試驗操作方便D.能量測孔隙水壓力答案：D三軸壓縮試驗三軸壓縮試驗的原理三軸壓縮試驗所使用的儀器是三軸壓縮儀(也稱三軸剪切儀)，它主要由壓力室、軸向加荷系統(tǒng)、穩(wěn)壓調壓系統(tǒng)以及量測系統(tǒng)等部分所組成。常規(guī)三軸試驗一般按如下步驟進行：將土樣切制成圓柱體套在橡膠膜內，放在密閉的壓力室中，根據(jù)試驗排水要求啟閉有關的閥門開關。向壓力室內注入氣壓或液壓，使試樣承受周圍壓力作用，并使該周圍壓力在整個試驗過程中保持不變通過活塞桿對樣施加豎向壓力，隨著豎向壓力逐漸增大，試樣最終將因受剪而破壞。根據(jù)三軸壓縮試驗中測得的有關應力數(shù)據(jù)，可整理計算出土樣的強度指標：設剪切破壞時軸向加荷系統(tǒng)加在試樣上的豎向壓應力(稱為偏應力)為據(jù)此可做一個極限應力圓。用同一種土樣的若干個試件(一般3～4個)分別在不同的周圍壓力下進行試驗，可得一組極限應力圓，如圖15-7-4中的圓I、圓II和圓III。做這些極限應力圓的公切線，即為該土樣的抗剪強度包絡線，由此便可求得土樣的抗剪強度指標c、值。三軸試驗方法通過控制土樣在周圍壓力作用下固結條件和剪切時的排水條件，可形成如下三種三軸試驗方法：不固結不排水剪(UU試驗)：試樣在施加周圍壓力和隨后施加偏應力直至剪壞的整個試驗過程中都不允許排水，即從開始加壓直至試樣剪壞，土中的含水量始終保持不變，孔隙水壓力也不會消散。UU試驗得到的抗剪強度指標用表示，這種試驗方法所對應的實際工程條件相當于飽和軟粘土中快速加荷時的應力狀況。固結不排水剪(CU試驗)：在施加周圍壓力時，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結穩(wěn)定后關閉排水閥門，然后再施加偏應力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞。在剪切過程中，試樣沒有任何體積變形。若要在受剪過程中量測孔隙水壓力，則要打開試樣與孔隙水壓力量測系統(tǒng)間的管路閥門。CU試驗得到的抗剪強度指標用表示，其適用的實際工程條件為一般正常固結土層在工程竣工或在使用階段受到大量、快速的活荷載或新增荷載的作用下所對應的受力情況，在實際工程中經(jīng)常采用這種試驗方法。固結排水剪(CD試驗)：在施加周圍壓力及隨后施加偏應力直至剪壞的整個試驗過程中都將排水閥門打開，并給予充分的時間讓試樣中的孔隙水壓力能夠完全消散。CD試驗得到的抗剪強度指標用表示?！纠}14】三軸試驗方法中不包括（）。不固結不排水剪固結不排水剪固結排水剪固結快剪答案：D【例題15】某三軸試驗在施加周圍壓力時，將排水閥門打開，允許試樣充分排水，待固結穩(wěn)定后關閉排水閥門，然后再施加偏應力，使試樣在不排水的條件下剪切破壞，該試驗方法為（ ）。A．不固結不排水剪B．固結不排水剪C．固結排水剪D．固結快剪答案：B【例題16】在飽和軟粘土地基上進行快速土建施工，為模擬實際情況，在對土樣進行三軸試驗時應采用哪種方法（ ）。A．不固結不排水剪B．固結不排水剪C．固結排水剪D．固結快剪答案：A【例題17】如在進行三軸試驗時需測定孔隙水壓力，采用的試驗方法為（ ）。A．不固結不排水剪B．固結不排水剪C．固結排水剪D．固結快剪答案：B三軸試驗的優(yōu)缺點三軸試驗的突出優(yōu)點是能夠控制排水條件以及可以量測土樣中孔隙水壓力的變化 。此外，三軸試驗中試樣的應力狀態(tài)也比較明確， 剪切破壞時的破裂面在試樣的最弱處 ，而不像直剪試驗那樣限定在上下盒之間。一般來說，三軸試驗的結果還是比較可靠的，因此，三軸壓縮儀是土工試驗不可缺少的儀器設備，三軸壓縮試驗的主要缺點是試驗操作比較復雜，對試驗人員的操作技術要求比較高。另外，常規(guī)三軸試驗中的試樣所受的力是軸對稱的，與工程實際中土體的受力情況不太相符，要滿足土樣在三向應力條件下進行剪切試驗，就必須采用更為復雜的真三軸儀進行試驗?？辜魪姸仍囼灧椒ㄅc指標的選用在實際工程中，地基條件與加荷情況不一定非常明確，如加荷速度的快慢、土層的厚薄、荷載大小以及加荷過程等都沒有定量的界限值，而常規(guī)的直剪試驗與三軸試驗是在理想化的室內試驗條件下進行，與實際工程之間存在一定的差異。因此，在選用強度指標前需要認真分析實際工程的地基條件與加荷條件，并結合類似工程的經(jīng)驗加以判斷，選用合適的試驗方法與強度指標。試驗方法相對于三軸試驗而言，直剪試驗的設備簡單，操作方便，故目前在實際工程中使用比較普遍。然而，直剪試驗中只是用剪切速率的“快”與“慢”來模擬試驗中的“不排水”和“排水”，對試驗排水條件的控制是很不嚴格的，因此在有條件的情況下應盡量采用三軸試驗方法。另外，《土工試驗方法標準》(GB／T50123—1999)規(guī)定直剪試驗的固結快剪和快剪試驗只適用于滲透系數(shù)小于 10-6cm／s的粘土，對于其他的土類，則不宜采用直剪試驗方法?！纠}18】適用固結快剪或快剪試驗進行抗剪指標測定的土類為（ ）。滲透系數(shù)小于10-6cm／s的粘土滲透系數(shù)大于10-7cm／s的粘土滲透系數(shù)小于10-8cm／s的粘土滲透系數(shù)小于10-5cm／s的粘土答案：A有效應力強度指標用有效應力法及相應指標進行計算，概念明確，指標穩(wěn)定，是一種比較合理的分析方法，只要能比較準確地確定孔隙水壓力，則應該推薦采用有效應力強度指標。當土中的孔隙水壓力能通過實驗、計算或其他方法加以確定時，宜采用有效應力法。有效應力強度指標可用三軸排水剪成三軸固結不排水剪(測孔隙水壓力)測定。不固結不排水剪指標土樣進行不固結不排水剪切時，所施加的外力將全部由孔隙水壓力承擔，土樣完全保持初始的有效應力狀況，所測得的強度即為土的天然強度。在對可能發(fā)生快速加荷的正常固結粘性土上的路堤進行短期穩(wěn)定分析時，可采用不固結不排水的強度指標；對于土層較厚、滲透性較小、施工速度較快工程的施工期或竣工時，分析也可采用不固結不排水剪的強度指標。固結不排水剪指標土樣進行固結不排水剪試驗時，周圍固結壓力，將全部轉化為有效應力而施加的偏應力將產(chǎn)生孔隙水壓力。在對土層較薄、滲透性較大、施工速度較慢的工程進行分析時，可采用固結不排水剪的強度指標?！纠}19】當需采用有效應力法進行計算時， 對土樣進行試驗時應采用的方法為（ ）。不固結不排水剪固結不排水剪固結排水剪固結快剪答案：B第二節(jié) 特 殊 性 土由于成土環(huán)境的不同，會造成具有不同性質的特殊性土。這些特殊性土在分布上都具有區(qū)域性的特點，故也稱為區(qū)域性土或環(huán)境土。我國自然環(huán)境變化大，世界上幾種主要的特殊性土類在我國都有分布，包括軟土、黃土、紅粘土、膨脹土、凍土、鹽漬土和填土一、軟土軟土是指分布于沿海的濱海相、三角洲相、溺谷相和內陸平原或山區(qū)的河流相、湖泊相、沼澤相等主要由細粒土組成的孔隙比大(一般大于1.0)、天然含水量高(接近或大于液限)、壓縮性高(1－2>0.5Mpa-1)和強度低的土層。多數(shù)軟土還具有高靈敏度的結構性。工程實際中經(jīng)常遇到的軟土主要是淤泥和淤泥質土，包括淤泥、淤泥質粘性土、淤泥質粉質粘土等。淤泥是指在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學作用形成，天然含水量大于液限、天然孔隙比e≥1.5的粘性土。淤泥質土是在同樣的沉積條件下形成，但天然孔隙比符合1.0≤e<1.5的粘性土。當土的有機質含量大于5％時則稱為有機質土；大于60％時則稱為泥炭土。泥炭土是在潮濕和缺氧環(huán)境中未經(jīng)充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機質土，呈深褐色—黑色。其含水量極高，壓縮性很大，且不均勻?！纠}20】軟弱土的工程特性有( )。含水量高、孔隙比大；壓縮模量值大；滲透系數(shù)值大；D.壓縮系數(shù)值大，靈敏度高。答案：A、D【例題21】當土的有機質含量大于 60％時則稱為（ ）。淤泥淤泥質土機質土泥炭土答案：D二、黃土黃土是我國地域分布最廣的一種特殊性土類，它是第四紀時期形成的一種特殊堆積物。其主要特征為：顏色以黃為主，有灰黃、褐黃等；含有大量粉粒(0.075～0.005mm)，含量一般在55％以上；具有肉眼可見的大孔隙，孔隙比在1.0左右；富含碳酸鹽類；無層理，垂直節(jié)理發(fā)育；具有濕陷性和易溶性、易沖刷性等，對工程建設有其特殊的危害性。(一)黃土的濕陷性及其評價黃土濕陷的機理濕陷性是黃土最主要的工程特性。所謂濕陷性就是 黃土浸水后在外荷載或自重的作用下發(fā)生下沉的現(xiàn)象。濕陷性黃土又可分為 自重濕陷性和非自重濕陷性 兩類。自重濕陷性黃土是指土層浸水后在土層自重作用下也能發(fā)生濕陷的黃土。黃土濕陷的機理通常認為是由于黃土的結構特性和膠結物質的水理特性決定的。黃土是在干旱或半干旱的氣候條件下形成的，可溶鹽逐漸濃縮沉淀而成為膠結物，這些因素增強了土粒之間抵抗滑移的能力，阻止了土體的自重壓密。黃土受水浸濕時，結合水膜增厚楔入顆粒之間，可溶性鹽類溶解和軟化，骨架強度降低，土體在上覆土層的自重壓力或附加壓力共同作用下土的結構迅速破壞，土?；虼罂紫?，粒間孔隙減少，這就是黃土濕陷的機理。黃土中膠結物的含量和成分以及顆粒的組成和分布，對于黃土的結構特點和濕陷性的強弱有著重要的影響。膠結物含量大，粘粒含量多，黃土結構則致密，濕陷性降低，并使力學性質得到改善；反之，結構疏松、強度降低、濕陷性強。此外，對于黃土中的鹽類，如以難溶的碳酸鈣為主，則濕陷性弱；若以石膏及易溶鹽為主，則濕陷性強。黃土的濕陷性還與孔隙比、含水率以及所受壓力的大小有關。天然孔隙比越大或天然含水率越小則濕陷性越強。在天然孔隙比和含水率不變的情況下，壓力增大，黃土濕陷量也增加，但當壓力超過某一數(shù)值后，再增加壓力，濕陷量反而減少?！纠}22】下列關于黃土的濕陷性強弱的敘述，正確的是（ ）。含水量越大孔隙比越小濕陷性越強含水量越大孔隙比越大濕陷性越強C.含水量越小孔隙比越小濕陷性越強含水量越小孔隙比越大濕陷性越強答案：D【例題23】原始黃土的成因，是由 ( )形成的。沖洪積風積殘積冰積答案：B黃土濕陷性評價【例題24】當黃土的濕陷性系數(shù) 為（ ）可判斷該黃土為濕陷性黃土?！?.015≥0.030<0.015>0.07答案：A(二)黃土地基的工程措施濕陷性黃土地基的設計和施工，除了必須遵循一般的設計和施工原則外，還應針對濕陷性特點，采用適當?shù)墓こ檀胧?，包括以下三個方面：①地基處理，以消除產(chǎn)生濕陷性的內在原因；②防水和排水，以防止產(chǎn)生引起濕陷的外界條件；③采取結構措施，以改善建筑物對不均勻沉降的適應性和抵抗的能力。地基處理濕陷性黃土地基處理的原理，主要是破壞濕陷性黃土的 大孔隙結構，以便全部或部分消除地基的濕陷性，目前對于濕陷性黃土常用的地基處理方法詳見表 15-8-1。防水措施防水措施包括以下三方面：場地防水措施盡量選擇具有排水暢通或利于場地排水的地形條件，避開受洪水或水庫等可能引起地下水位上升的地段，確保管道和貯水構筑物不漏水，場地內應設排水溝等。單體建筑物的防水措施建筑物周圍必須設置具有一定寬度的混凝土散水，以便排泄屋面水。確保建筑物地面嚴密不漏水。室內的給水，排水管道應盡量明裝，室外管道布置應盡量遠離建筑物，檢漏管溝應做好防水處理。施工階段的防水措施施工場地應平整，做好臨時性防洪、排水措施。大型基坑開挖時應防止地面水流入，坑底應保持一定坡度便于集水和排水。盡量縮短基坑暴露時間。結構措施加強建筑物的整體性和空間剛度；選擇適宜的結構和基礎形式；加強砌體和構件的剛度。在濕陷性黃土地基的設計中，應根據(jù)建筑物的類別，場地濕陷類型、結合當?shù)氐慕ㄖ?jīng)驗，施工與維護管理等條件結合確定。三、膨脹土(一)膨脹土的成因及其分布膨脹土一般指粘粒成分主要由強親水性 的蒙脫石和伊利石礦物組成，同時具有吸水膨脹和失水收縮兩種性能的粘性土。膨脹土的成因環(huán)境主要為溫和濕潤且具備化學風化的良好條件，在這種環(huán)境條件下，硅酸鹽為主的礦物不斷分解，鈣被大量淋失，鉀離子被次生礦物吸收形成伊利石和伊利石—蒙脫石混合物為主的粘性土。膨脹土在我國分布廣泛，與其他土類不同的是，膨脹土主要呈 島狀分布，根據(jù)現(xiàn)有資料，膨脹土在廣西、云南、貴州、湖北、河北、河南、四川、安徽、山東、陜西、江蘇和廣東等地均有不同范圍的分布，在國外則主要分布在非洲和南亞地區(qū)?！纠}25】膨脹土主要呈（ ）分布。島狀片狀塊狀層狀答案：A【例題26】膨脹土的礦物成分以（ ）為主。蒙脫石伊利石石膏氧化亞鐵答案：A、B(二)膨脹土的工程特性及對工程的危害膨脹土的工程特性主要表現(xiàn)在以下方面：脹縮性膨脹土吸水后體積膨脹，使其上的建筑物隆起，如果膨脹受阻即產(chǎn)生膨脹力；膨脹土失水體積收縮，造成土體開裂，并使其上的建筑物下沉。土中蒙脫石含量越多，其膨脹量和膨脹力也越大；土的初始 含水率越低，其膨脹量與膨脹力也越大；擊實膨脹土的膨脹性比原狀膨脹土大，密實越高，膨脹性也越大。崩解性膨脹土浸水后體積膨脹，發(fā)生崩解。強膨脹土浸水后幾分鐘即完全崩解；弱膨脹土則崩解緩慢且不完全。多裂隙性膨脹土中的裂隙，主要可分垂直裂隙、水平裂隙和斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土層分割成具有一定幾何形狀的塊體，從而破壞了土體的完整性，容易造成邊坡的塌滑。超固結性膨脹土大多具有超固結性，天然孔隙比小，密實度大，初始結構強度高。風化特性膨脹土受氣候因素影響很敏感，極易產(chǎn)生風化破壞作用?；娱_挖后，在風化作用下，土體很快會產(chǎn)生破裂、剝落，從而造成土體結構破壞，強度降低。受大氣風化作用影響的深度各地不完全一樣，云南、四川、廣西地區(qū)約至地表下3～5m，其他地區(qū)2m左右。強度衰減性膨脹土的抗剪強度為典型的變動強度，具有 峰值強度極高而殘余強度極低的特性。由于膨脹土的超固結性，初期強度極高，現(xiàn)場開挖很困難，然而隨著脹縮效應和風化作用時間的增加，其抗剪強度又大幅度衰減。在風化帶以內，濕脹干縮效應顯著，經(jīng)過多次濕脹干縮循環(huán)以后，特別是粘聚力c大幅度下降，而內摩擦角 變化不大，一般反復循環(huán)2～次以后趨于穩(wěn)定。膨脹土對工程造成的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面：對建筑物的影響膨脹土地基上易遭受破壞的大多為埋置較淺的低層建筑物，一般為三層以下的民房。房屋損壞具有季節(jié)性和成群性兩大特點，房屋墻面角端的裂縫常表現(xiàn)為山墻上的對稱或不對稱的倒八字形縫，外縱墻下部出現(xiàn)水平縫，墻體外側并有水平錯動，由于土體的脹縮交替，還會使墻體出現(xiàn)交叉裂縫。對道路交通工程的影響膨脹土地區(qū)的道路，由于路幅內土基含水率的不均勻變化，從而引起不均勻收縮，并產(chǎn)生幅度很大的橫向波浪形變形。雨季路面滲水，路基受水浸軟化，在行車荷載下形成泥漿，并沿路面的裂縫和伸縮縫濺漿冒泥。對邊坡穩(wěn)定的影響膨脹土地區(qū)的邊坡坡面最易受大氣風化的作用。在干旱季節(jié)蒸發(fā)強烈，坡面剝落；雨季坡面沖蝕，沖蝕溝深一般為0.1～0.5m，最大可達1.0m，坡面變得支離破碎。土體吸水飽和，在重力與滲透壓力作用下，沿坡面向下產(chǎn)生塑流狀溜塌。當雨季雨量集中時還會形成泥流，堵塞涵洞，淹埋路面，甚至引發(fā)出破壞性很大的滑坡。【例題27】某房屋墻面角端的裂縫為：山墻上的對稱或不對稱的倒八字形縫，外縱墻下部出現(xiàn)水平縫，墻體外側并有水平錯動；試根據(jù)以上現(xiàn)象判斷該建筑物地基為（ ）地基。黃土填土不均勻膨脹土答案：D【例題28】膨脹土地區(qū)房屋損壞具有的特點為（ ）。季節(jié)性成群性不確定性高層較多答案：A、B(三)建筑施工注意事項建筑規(guī)劃措施1)正確選擇場地。當?shù)匦纹教箷r應避免大挖大填，坡度應小于 14°，并有可能設置低擋墻以防止土體溜滑發(fā)生。場地內綠化布置。應根據(jù)氣候條件，膨脹土條件等，結合當?shù)亟?jīng)驗，種植草皮，并采用蒸發(fā)量小的樹木綠化。結構措施結構措施的目的是要提高建筑物適應地基變形的能力。方法主要有：設置圈梁或設置暗柱與圈梁形成框架結構，提高砌體強度，采用懸挑結構等。地基處理措施用足地基強度，增大基底壓力；采用換土、砂石墊層等措施，改良土性；改變基礎形式，可采用樁基、墩基等。消除局部熱源和水源的影響四、紅粘土(一)紅粘土的成因及其分布紅粘土是碳酸鹽巖系出露區(qū)的巖石，經(jīng)過更新世以來在濕熱的環(huán)境中，由巖變土一系列的紅土化作用，形成并覆蓋于基巖上，呈棕紅、褐黃等色的 高塑性粘土。其液限WL一般大于50％，在垂直方向的濕度上有上部小下部大的明顯變化規(guī)律，失水后有較大的收縮性，土中裂隙發(fā)育。所謂紅土化作用是 碳酸鹽系巖石在濕熱氣候環(huán)境條件下，逐漸由巖石演變成土的過程。已經(jīng)形成的紅粘土，經(jīng)后期水流搬運，土中成分相對調整，仍然保留著紅粘土的基本特征，其 WL一般大于45％，稱為次生紅土。根據(jù)紅粘土的成土條件，這類土主要集中分布在我國長江以南， 即北緯33°以南的地區(qū)，西起云貴高原，經(jīng)四川盆地南緣、鄂西、湘西、廣西向東延伸到粵北、湘南、皖南、浙西等丘陵山地。(二)紅粘土的工程特性紅粘土的工程特性主要表現(xiàn)在以下幾方面：高塑性和高孔隙比紅粘土呈高分散性，粘粒含量高，粒間膠體氧化鐵具有較強的粘結力，并形成團粒。因此反映出具有高塑性的特征，特別是液限 WL比一般粘性土高，都在 50％以上。由于團粒結構在形成過程中，造成總的孔隙體積大，因此孔隙比常大于 1.0，它與黃土的不同在于單個孔隙體積很小，粘粒間膠結力強且非親水性，故紅粘土 無濕陷性，其壓縮性也低，力學性能好。紅粘土天然狀態(tài)飽和度大多在 90％以上，使紅粘土成為二相體系。所以紅粘土濕度狀態(tài)的指標也同時反映了土的密實度狀態(tài)，含水率 w和孔隙比e具有良好的線性關系。紅粘土雖然其力學性能隨深度而變弱，但作為天然地基時，對一般建筑物而言，其基底附加應力隨深度的衰弱幅度大于強度減小的幅度，因此在多數(shù)的情況下滿足了持力層也就滿足了對下臥層承載力驗算的要求。土層的不均勻性紅粘土厚度不均勻特性主要表現(xiàn)在以下兩方面：母巖巖性和成土特性決定了紅粘土厚度不大。尤其在高原山區(qū)，分布零星，由于石灰?guī)r和白云巖巖溶化強烈，巖面起伏大，形成許多石筍石芽，導致紅粘土厚度水平方向上變化大。常見水平相距1m，土層厚度可相差5m或更多。下伏碳酸鹽巖系地層中的巖溶發(fā)育，在地表水和地下巖溶水的單獨或聯(lián)合作用下，由于水的沖蝕、吸蝕等作用，在紅粘土地層中可形成洞穴，稱為土洞。只要沖蝕吸蝕作用不停止，土洞可迅速發(fā)展擴大。由于這些洞體埋藏淺，在自重或外荷作用下，可演變?yōu)榈乇硭?。土體結構的裂隙性自然狀態(tài)下的紅粘土呈致密狀態(tài)，五層理，表面受大氣影響呈堅硬或硬塑狀態(tài)。當失水后土體發(fā)生收縮，土體中出現(xiàn)裂縫，接近地表的裂縫呈豎向開口狀，往深處逐漸減弱，呈網(wǎng)狀微裂隙且閉合。由于裂隙的存在，土體整體性遭到破壞，總體強度大為減弱，此外，裂隙又促使深部失水，有些裂隙發(fā)展成為地裂?！纠}29】紅粘土的液限一般為（ ）。＞50%＞45%＞60%＞70%答案：A五、鹽漬土(一)鹽漬土的成因及其分布當土體中易溶鹽含量超過0.3％，這種土就稱為鹽漬土。鹽漬土的成因主要取決于鹽源、遷移和積聚這三個方面。鹽源鹽漬土中鹽的來源主要有三種：第一是巖石在風化過程中分離出少量的鹽；第二是海水侵入、倒灌等將鹽滲入土中；第三是工業(yè)廢水或含鹽廢棄物，使土體中含鹽量增高。鹽的遷移和積聚鹽的遷移積聚主要靠風力或水流完成的。在沙漠干旱地區(qū)，大風常將含鹽的土?；螓}的晶體吹落到遠處，積聚起來，使鹽重新分布。水流是鹽類遷移和重新分布的主要因素。地表水和地下水在流動過程中把所溶解的鹽分帶到低洼處，有時形成大的鹽湖。在含鹽量(礦化度)很高的水流經(jīng)過的地區(qū)，如遇到干旱的氣候環(huán)境，由于強烈蒸發(fā)，鹽類析出并積聚在土體中形成鹽漬土。在濱海地區(qū)，地下水中的鹽分，通過毛細作用，將下部的鹽輸送到地表，由于地表的蒸發(fā)作用，將鹽分析出，形成鹽漬土。有些地區(qū)長期大量開采地下水，農田灌溉不當，也會造成鹽分積聚。鹽漬土在世界各地均有分布。我國的鹽漬土主要分布在西北干旱地區(qū)的新疆、青海、西藏北部、甘肅、寧夏、內蒙古等地勢低洼的盆地和平原中，其次分布在華北平原、松遼平原等地。另外在濱海地區(qū)的遼東灣、渤海灣、萊州灣、杭州灣以及包括臺灣在內的諸島嶼沿岸，也有相當面積的鹽漬土存在。有些鹽漬土中以含碳酸鈉或碳酸氫鈉為主，堿性較大， pH值一般為8～10.5，這種土稱為堿土，或堿性鹽漬土，農業(yè)上稱為蘇打土。這種土零星分布于我國東北的松遼平原以及華北的黃、淮、海河平原。(二)鹽漬土地基的評價對鹽漬土地基的評價，主要考慮鹽漬土地基的溶陷性、鹽脹性和腐蝕性三個方面。溶陷性天然狀態(tài)下鹽漬土在自重壓力或附加壓力下，受水浸濕時所產(chǎn)生的附加變形稱 作鹽漬土的溶陷變形。根據(jù)大量研究表明，只有干燥和稍濕的鹽漬土才具有溶陷性，且大多為自重溶陷。鹽漬土的溶陷性可以用單一的有荷載作用時的溶陷系數(shù) 來衡量。鹽脹性鹽漬土地基的鹽脹性一般可分為兩類，即結晶膨脹和非結晶膨脹。結晶膨脹是由于鹽漬土因溫度降低或失去水分后，溶于孔隙水中的鹽濃縮并析出結晶所產(chǎn)生的體積膨脹。當土中的硫酸鈉含量超過某一定值(約2％)時，在低溫或含水率下降時，硫酸鈉發(fā)生結晶膨脹，對于無上覆壓力的地面或路基，膨脹高度可達數(shù)十至幾百毫米，這成了鹽漬土地區(qū)的一個嚴重的工程問題。非結晶膨脹是指由于鹽漬土中存在著大量吸附性陽離子，特別是低價的水化陽離子與粘土膠粒相互作用，使擴散層水膜厚度增大而引起土體膨脹。最具代表性的是碳酸鹽漬土，含水率增加時，土質泥濘不堪。鹽漬土地基造成的破壞主要表現(xiàn)在，室內外地坪、路面、路沿石、臺階、花壇，室外球場，機場跑道等。在進行建設時，如果未受用有效的防膨脹措施，造成的危害是相當嚴重的。腐蝕性鹽漬土的腐蝕性是一個十分復雜的問題。鹽漬土中含有大量的無機鹽，它使土具有明顯的腐蝕性，對建筑物基礎和地下設施構成一種嚴重的腐蝕環(huán)境，影響其耐久性和安全使用。(三)鹽漬土地區(qū)施工及防腐措施在鹽漬土地區(qū)進行工程建設，首先要注意提高建筑材料本身的防腐能力，如選用優(yōu)質水泥，提高密實性，增大保護層厚度，提高鋼筋的防腐能力等，同時還可采取在混凝土或磚石砌體表面做防水層和防腐涂層等方法。防鹽類侵蝕的重點部位是在接近地面或地下水干濕交替區(qū)段。此外，對攪拌混凝土或砂漿的用水和砂石料的含鹽量也必須嚴格控制，應滿足有關規(guī)定?！纠}30】對鹽漬土地基的評價，主要考慮的幾個方面中不包括（ ）。溶陷性