特殊土的工程地質特征概要

第四章特殊土的工程地質特征第一節(jié)概述一、特殊土的概念我國幅員廣大，地質條件復雜，分布土類繁多，工程性質各異。有些土類，由于地理環(huán)境、氣候條件、地質成因、物質成分及次生變化等原因而各具有與一般土類顯著不同的特殊工程性質，當其作為建筑場地、地基及建筑環(huán)境時，如果不注意這些特點，并采取相應的治理措施，就會造成工程事故?！哂幸欢ǚ植紖^(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀態(tài)和結構特征的土稱特殊性土.

黃土

紅粘土

軟土（包括淤泥和淤泥質土）凍土

膨脹土鹽漬土混合土

填土污染土根據(jù)工程特性二、特殊土的分布在我國，特殊土都有一定分布區(qū)域：沿海及內陸地區(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)的多年凍土一、淤泥類土(軟土)（一）形成條件和成分結構特點

淤泥類土是指在水流緩慢、不通暢、缺氧和飽水的環(huán)境中沉積，有微生物參與作用的條件下，含較多的有機質，疏松軟弱的土。

第二節(jié)特殊土的工程地質特性天然孔隙比大于1,含水量大于液限.其中：孔隙比大于1.5的稱為淤泥.孔隙比大于1而小于1.5的稱為淤泥質土.當土中有機質含量[5%，10%]，稱有機質土；當有機質含量（10%，60%]時稱泥炭質土；當有機質含量（60%，）時，稱泥炭。

泥炭是未充分分解的植物遺體堆積而成的一種高有機土，呈深褐-黑色。其含水量極高，壓縮性很大且不均勻，往往以夾層或透鏡體構造存在于一般粘性土或淤泥質土層中，對工程極為不利。軟土的物質組成和結構特點：1．粒度上主要是粘粒和部分粉粒。2．含大量粘土礦物和部分石英、長石、云母；有機質含量較多（5％～15％）。3．呈灰、灰綠和灰黑等暗淡的顏色，污染手指并有臭味。4．結構常為蜂窩狀、疏松多孔，定向排列明顯、層理較發(fā)育，常具薄層狀構造。

我國淤泥類土基本上可以分為兩大類：一類是沿海沉積淤泥類土；一類是內陸和山區(qū)湖盆地及山前谷地沉積的淤泥類土。

沿海沉積的淤泥類土，分布較穩(wěn)定，厚度較大，土質較疏松軟弱；大致可分為四個類型：1．瀉湖相沉積2．溺湖相沉積3．濱海相沉積4．三角洲相沉積分布在內陸平原區(qū)地淤泥類土主要有：（1）湖泊（2）河漫灘（3）牛軛湖

河漫灘相沉積物：一般為粘性土，有時有粉土和粉、細砂夾層，土層厚度較大，分布也較穩(wěn)定。

牛軛湖相是由含有大量有機質的粘性土和粉、細砂組成的，并常有泥炭層分布，土層的工程性質較差，也較復雜。（二）工程地質性質的基本特點1、高孔隙比、飽水、天然含水率大于液限孔隙比常見值為1.0～2.0；液限一般為40％～60％;飽和度一般>90％;天然含水率多為50～70％。未擾動時，處于軟塑狀態(tài)，一經擾動，結構破壞，處于流動狀態(tài)。2、透水性極弱：一般垂直方向的滲透系數(shù)較水平方向小。3、高壓縮性：a1~2一般為0.7～1.5Mpa－1，且隨天然含水率的增大而增大。4、抗剪強強度很低低，且與與加荷速速度和排排水固結結條件有有關不排水：三軸快剪剪,0o左右；直直剪，2o～5o，c＝0.02Mpa；在排水條條件下，抗剪強強度隨固固結程度度提高而而增大，，固結快剪的10o～15o，c＝0.02Mpa。5、較顯著著的觸變變性和蠕蠕變性二、黃土土黃土在一一定壓力力作用下下受水浸浸濕，土土結構迅迅速破壞壞而發(fā)生生顯著附附加下沉沉，具有有這種特特性的黃黃土，稱稱濕陷性黃黃土。1、分布與與特征作為濕陷陷性土的的典型代代表——黃土，在在全世界界的分布布比較廣廣泛的，，據(jù)某些些學者估估計，黃土的覆覆蓋面積積在整個個歐洲約約占10％，亞洲洲約占30％；我國黃土土分布面面積達60萬平方公公里，其其中有濕濕陷性的的約為43萬平方公公里。主要分布布在黃河河中游的甘肅、、陜西、、晉、寧寧、河南南、青海海等省區(qū)區(qū)。地理理位置屬屬于干旱旱與半干干旱氣候候地帶。。其物質質主要來來源于沙沙漠與戈戈壁。我國濕陷陷性黃土土的固有有特征有有：1）黃色、褐黃色色、灰黃黃色；2）粒度成分分以粉土顆顆粒（0.05～0.005mm）為主，約約占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或或更大；；4）含有較多多的可溶溶性鹽類類：重碳酸酸鹽、硫硫酸鹽、、氯化物物；5）具垂直節(jié)節(jié)理；6）一般具具肉眼可見見的大孔孔。黃土結構構示意圖圖濕陷黃土土的工程程特征：：1）塑性較弱；2）含水較少；3）壓實程度度很差，孔孔隙較大大；4）抗水性弱弱，遇水強強烈崩解解，膨脹脹量較小小，但失失水收縮縮量較明明顯；5）透水性較強；6）壓縮中等，抗剪強度較高高。2、成因我國黃土土的粒度度成分具具有自西西北向東東南逐漸漸變細的的規(guī)律，，并可大大致分三三個弧形形帶。從物質的的主導來來源而言言，應認認為絕大部分分黃土是是風成的的。3、地質年年代黃土在整整個第四四紀的各各個世中中均有堆堆積，而各世中中黃土由由于堆積積年代長長短不一一，上覆覆土層厚厚度不一一，其工工程性質質不一。。一般黃土土（全新世世早期～～晚更新新期）與與新近堆堆積黃土土（全新新世近期期）具有有濕陷性性。而比上兩兩者堆積積時代更更老的黃黃土，通通常不具具濕陷性性。4、濕陷性性評價在黃土地地區(qū)勘察察中，濕濕陷性評評價正確確與否直直接影響響設計措措施的采采取。黃土的濕濕陷性計計算與評評價，按按一般的的工作次次序，其其內容主主要有：：（1）判別濕濕陷性與與非濕陷陷性黃土土；（2）判別自自重與非非自重濕濕陷性黃黃土；（3）判別濕濕陷性黃黃土場地地的濕陷陷類型；；（4）判別濕濕陷等級級；（5）確定濕濕陷起始始壓力等等。（1）濕陷性性與非濕濕陷性黃黃土的判判別黃土的濕濕陷性試試驗是在室內內的固結結儀內進進行的，，其方法法是：分分級加荷荷至規(guī)定定壓力，，當下沉沉穩(wěn)定后后，使土土樣浸水水直至濕濕陷穩(wěn)定定為止，，其濕陷陷系數(shù)的的計算式式是：式中：h0：原狀土土樣的原原始高度度，cmhp：原狀土土樣在規(guī)規(guī)定壓力力下，下下沉穩(wěn)定定后的高高度，cmhp,：上述加加壓穩(wěn)定定后的土土樣，在在浸水作作用下，，下沉穩(wěn)定后的的高度，，cm利用濕陷陷系數(shù)的的值，可可判定黃黃土是否否有濕陷陷性:當δs<0.015時，為非濕陷性性黃土δs≥0.015時，為濕陷性黃黃土，且該值值越大，，濕陷性性越強烈烈。工程實際際中還規(guī)規(guī)定(一般壓力力為200kPa作用下)：濕陷系數(shù)數(shù)為0.015～0.03時，濕陷性輕輕微，0.03～0.07時，濕陷性中中等；>0.07時，濕陷性強強烈。（2）自重與與非自重重濕陷性性黃土的的判別自重濕陷陷性：當某一深深度處的的黃土層層被水浸浸濕后，，僅在其其上覆土土層的飽和自重重壓力下產生濕濕陷變形形的，稱稱自重濕濕陷性。。非自重濕濕陷性黃黃土：當某一深深度處的的黃土層層浸水后后，除上上覆土的的飽和自自重外，，尚需要要一定的的附加荷荷載（壓壓力）才才發(fā)生濕濕陷的，，稱非自自重濕陷陷性。測定方法法：也是在室室內固結結儀上進進行，即即分級加加荷至上上覆土層層的飽和和自重壓壓力，當當下沉穩(wěn)穩(wěn)定后，，使土樣樣浸水濕濕陷達穩(wěn)穩(wěn)定為止止。自重濕陷陷系數(shù)的的計算公公式：式中：h0：土樣的原原始高度度，cmhz：原始土樣樣加壓至至上覆土土的飽和和自重壓壓力時，，下沉穩(wěn)穩(wěn)定后的的高度，，cm；hz,：上述加壓壓穩(wěn)定后后的土樣樣，在浸浸水作用用下，下下沉穩(wěn)定定后的高高度，cm當<0.015時，定為為非自重濕濕陷性黃黃土?！?.015時，為自重濕陷陷性黃土土。黃土的濕濕陷性一一般是自地表以以下逐漸漸減弱，埋深七七、八米米以上的的黃土濕濕陷性較較強。不同地區(qū)區(qū)，不同同時代的黃土是是不同的的，這與與土的成成因，固固結作用用、所處處的環(huán)境境等條件件有關。。三、膨脹脹土在工程建建設中，，經常會會遇到一一種具有有特殊變變形性質質的粘性性土，它它的體積隨含含水量的的增加而而膨脹，，隨含水水量減少少而收縮縮，并且這這種作用用循環(huán)可逆逆，具有這這種膨脹脹和收縮縮性的土土，即稱稱為膨脹土。（一）分布布和成因因膨脹土土一般般分布布在盆地內內崗，山前丘丘陵地帶和和二、三三級階階地上。大多數(shù)數(shù)是上更新新世及及以前前的殘坡積積、沖沖積、、洪積積物，也有有晚第三三紀至至第四四紀的湖泊沉沉積及其風化層層。（二））成分分和結結構特特征（1）從巖巖性上上看，，以粘粘土為為主，，具有黃黃、紅紅、灰灰、白白等色色，土土中含含有較較多的的粘土土，粘粘土占占總數(shù)數(shù)的98%，粘土土礦物物多為為蒙脫脫石、、伊利利石和和高嶺嶺石。。蒙脫石石含量量越多多，膨膨脹性性越強強烈。。（2）結構構致密密，呈堅硬硬～硬硬塑狀狀態(tài)，，強度度較高高，內內聚力力較大大。（3）裂隙隙發(fā)育育，豎向向、斜斜交和和水平平三種種均有有，可可見光光滑鏡鏡面和和擦痕痕。（4）富含含鐵、、錳結結核和和鈣質質結核核。（5）化學學成分分為SiO2(45%~66%)、Al2O3(13%~31%)、Fe2O3(3~15%)、硅鋁率率K＝3～5。（三））一般般工程程地質質特征征膨脹土土的液液限、、塑限限和塑塑性指指數(shù)都都較大大：液限為為40％～68％，塑塑限為為17%～35％，塑塑性指指數(shù)為為18～33。膨脹土土的飽飽和度度一般般較大大，常在在80％以上上，天天然含含水率率較小小，17％～30％。膨脹土土的脹脹縮性性常為該該類地地基的的工程程地質質問題題.（四））膨脹脹土的的判別別凡是具具有前前面所所述的的特征征，且且自由由膨脹脹率Fs大于40％者，，應判判定為為膨脹脹土。。“自由由膨脹脹率Fs””：系指人人工制制備的的烘干干土，，在水水中增增加的的體積積與原原體積積的比比，以以百分分率表表示。。四、紅紅粘土土紅粘土土是指碳酸鹽鹽類巖石（（石灰灰?guī)r，，白云云巖，，泥質質灰?guī)r巖等）），在在亞熱帶帶溫濕濕氣候候條件下下，經經風化而而成的殘積積、坡坡積或或殘～～坡積積的褐褐紅色色、棕棕紅色色或黃黃褐色色的高塑性性粘土土。（一））成因因和分分布成因類類型：：殘積、、坡積積、和和殘～～坡積積。上上部為為坡積積，下下部為為殘積積的情情況居居多。。主要分分布：：云南、、貴州州、廣廣西、、安徽徽、四四川東東部等等。（二））成分分和結結構特特征紅粘土土的粘粘粒組組分（粒徑徑<0.005mm）含量高高，一一般可可達55～70％，粒粒度較較均勻勻，高高分散散性。。粘土顆顆粒主要是是多以以高嶺嶺石和和伊利利石類類粘土土礦物物為主主。主要化化學成成分為為：SiO2(33.5~68.9%)、Al2O3(9.6~12.7%)、Fe2O3(13.4~36.4%)、硅鋁率率一般般均小小于2。常呈蜂蜂窩狀狀結構構，常常有很很多裂裂隙（（網狀狀裂隙隙）、、結核核和土土洞。。（三））工程程地質質性質質的基基本特特點1、高塑塑性液限一一般為為50~80%，塑限限為30～60％，塑塑性指指數(shù)一一般為為20～50。2、高含含水率率、低低密度度天然含含水率率一般般為30％～60％，飽飽和度度>85％，密密實度度低，，大孔孔隙明明顯，，孔隙隙比>1.0；液性性指數(shù)數(shù)一般般都小小于0.4；堅硬硬和硬硬塑狀狀態(tài)。。3、強度度較高高，壓壓縮性性較低低固結快快剪:Φ值8o～18oo，c值可達達0.04～0.09MPa，多屬中中壓縮縮性土土或低低壓縮縮性土土，壓壓縮模模量5～15MPa。4、不具具濕陷陷性，，但收縮性性明顯顯，失失水后后強烈烈收縮縮，原原狀土土體縮縮率可可達25％。紅粘土土具有有這些些特殊殊性質質，是是與其其生成成環(huán)境境及其其相應應的組組成物物質有有關。。（1）沿深深度上上，隨著深深度的的加大大，紅紅粘土土的天天然含含水率率、孔孔隙比比、壓壓縮系系數(shù)都都有較較大的的增高高，狀狀態(tài)由由堅硬硬、硬硬塑可可變?yōu)闉榭伤芩?、軟軟塑，，而強強度則則大幅幅度降降低。。（2）在水水平方方向上上，由于地地形地地貌和和下伏伏基巖巖起伏伏變化化，性性質變變化也也很大大，地勢較較高的的，由于于排水水條件件好，，天然然含水水率和和壓縮縮性較較低，，強度度較高高，而地勢勢較低低的則相反反。五、人人工填填土人工填填土是是一種種特殊殊性土土。它是由由于人人類活活動任任意堆堆填而而成的的土。。在我國國大多多數(shù)古老城城市的地表表面，，普遍遍覆蓋蓋一層層人工工雜填填土堆堆積層層。