特殊土的工程地質(zhì)特征概要

第四章特殊土的工程地質(zhì)特征第一節(jié)概述一、特殊土的概念我國(guó)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。有些土類，由于地理環(huán)境、氣候條件、地質(zhì)成因、物質(zhì)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(zhì)，當(dāng)其作為建筑場(chǎng)地、地基及建筑環(huán)境時(shí)，如果不注意這些特點(diǎn)，并采取相應(yīng)的治理措施，就會(huì)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(jié)構(gòu)特征的土稱特殊性土.

黃土

紅粘土

軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)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(guó)，特殊土都有一定分布區(qū)域：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)的多年凍土一、淤泥類土(軟土)（一）形成條件和成分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

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(jī)質(zhì)，疏松軟弱的土。

第二節(jié)特殊土的工程地質(zhì)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(zhì)土.當(dāng)土中有機(jī)質(zhì)含量[5%，10%]，稱有機(jī)質(zhì)土；當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量（10%，60%]時(shí)稱泥炭質(zhì)土；當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量（60%，）時(shí)，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(jī)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(gòu)造存在于一般粘性土或淤泥質(zhì)土層中，對(duì)工程極為不利。軟土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(zhǎng)石、云母；有機(jī)質(zhì)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(jié)構(gòu)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(gòu)造。

我國(guó)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(nèi)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(zhì)較疏松軟弱；大致可分為四個(gè)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(nèi)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(shí)有粉土和粉、細(xì)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(jī)質(zhì)的粘性土和粉、細(xì)砂組成的，并常有泥炭層分布，土層的工程性質(zhì)較差，也較復(fù)雜。（二）工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點(diǎn)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(dòng)時(shí)，處于軟塑狀態(tài)，一經(jīng)擾動(dòng)，結(jié)構(gòu)破壞，處于流動(dòng)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(qiáng)度很低，且與加荷速度和排水固結(jié)條件有關(guān)不排水：三軸快剪,0o左右；直剪，2o～5o，c＝0.02Mpa；在排水條件下，抗剪強(qiáng)度隨固結(jié)程度提高而增大，固結(jié)快剪的10o～15o，c＝0.02Mpa。5、較顯著的觸變性和蠕變性二、黃土

黃土在一定壓力作用下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉，具有這種特性的黃土，稱濕陷性黃土。1、分布與特征作為濕陷性土的典型代表——黃土，在全世界的分布比較廣泛的，據(jù)某些學(xué)者估計(jì)，黃土的覆蓋面積在整個(gè)歐洲約占10％，亞洲約占30％；

我國(guó)黃土分布面積達(dá)60萬平方公里，其中有濕陷性的約為43萬平方公里。主要分布在黃河中游的甘肅、陜西、晉、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。其物質(zhì)主要來源于沙漠與戈壁。我國(guó)濕陷性黃土的固有特征有：1）黃色、褐黃色、灰黃色；2）粒度成分以粉土顆粒（0.05～0.005mm）為主，約占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有較多的可溶性鹽類：重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物；5）具垂直節(jié)理；6）一般具肉眼可見的大孔。黃土結(jié)構(gòu)示意圖濕陷黃土的工程特征：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，但失水收縮量較明顯；5）透水性較強(qiáng)；6）壓縮中等，抗剪強(qiáng)度較高。2、成因我國(guó)黃土的粒度成分具有自西北向東南逐漸變細(xì)的規(guī)律，并可大致分三個(gè)弧形帶。從物質(zhì)的主導(dǎo)來源而言，應(yīng)認(rèn)為絕大部分黃土是風(fēng)成的。3、地質(zhì)年代

黃土在整個(gè)第四紀(jì)的各個(gè)世中均有堆積，而各世中黃土由于堆積年代長(zhǎng)短不一，上覆土層厚度不一，其工程性質(zhì)不一。

一般黃土（全新世早期～晚更新期）與新近堆積黃土（全新世近期）具有濕陷性。而比上兩者堆積時(shí)代更老的黃土，通常不具濕陷性。4、濕陷性評(píng)價(jià)在黃土地區(qū)勘察中，濕陷性評(píng)價(jià)正確與否直接影響設(shè)計(jì)措施的采取。黃土的濕陷性計(jì)算與評(píng)價(jià)，按一般的工作次序，其內(nèi)容主要有：（1）判別濕陷性與非濕陷性黃土；（2）判別自重與非自重濕陷性黃土；（3）判別濕陷性黃土場(chǎng)地的濕陷類型；（4）判別濕陷等級(jí)；（5）確定濕陷起始?jí)毫Φ?。?）濕陷性與非濕陷性黃土的判別

黃土的濕陷性試驗(yàn)是在室內(nèi)的固結(jié)儀內(nèi)進(jìn)行的，其方法是：分級(jí)加荷至規(guī)定壓力，當(dāng)下沉穩(wěn)定后，使土樣浸水直至濕陷穩(wěn)定為止，其濕陷系數(shù)的計(jì)算式是：式中：h0：原狀土樣的原始高度，cmhp：原狀土樣在規(guī)定壓力下，下沉穩(wěn)定后的高度，cmhp,：上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度，cm利用濕陷系數(shù)的值，可判定黃土是否有濕陷性:當(dāng)δs<0.015時(shí)，為非濕陷性黃土δs≥0.015時(shí)，為濕陷性黃土，且該值越大，濕陷性越強(qiáng)烈。工程實(shí)際中還規(guī)定(一般壓力為200kPa作用下)：濕陷系數(shù)為0.015～0.03時(shí)，濕陷性輕微，0.03～0.07時(shí)，濕陷性中等；>0.07時(shí)，濕陷性強(qiáng)烈。（2）自重與非自重濕陷性黃土的判別自重濕陷性：當(dāng)某一深度處的黃土層被水浸濕后，僅在其上覆土層的飽和自重壓力下產(chǎn)生濕陷變形的，稱自重濕陷性。非自重濕陷性黃土：當(dāng)某一深度處的黃土層浸水后，除上覆土的飽和自重外，尚需要一定的附加荷載（壓力）才發(fā)生濕陷的，稱非自重濕陷性。測(cè)定方法：也是在室內(nèi)固結(jié)儀上進(jìn)行，即分級(jí)加荷至上覆土層的飽和自重壓力，當(dāng)下沉穩(wěn)定后，使土樣浸水濕陷達(dá)穩(wěn)定為止。自重例濕陷非系數(shù)腿的計(jì)梁算公黨式：式中謊：h0：土樣商的原興始高夠度，cmhz：原始饅土樣灶加壓半至上冒覆土節(jié)的飽遲和自昂重壓放力時(shí)妖，下待沉穩(wěn)油定后垂的高炎度，cm；hz,：上述加肚壓穩(wěn)定聞后的土激樣，在倘浸水作奶用下，完下沉穩(wěn)揚(yáng)定后的咱高度，cm當(dāng)<0宮.0脖15時(shí)，宗定為非自重塑濕陷性恨黃土?！?.0耗15時(shí)，為自重民濕陷鴿性黃醉土。黃土劣的濕音陷性映一般估是自地表冶以下逐銹漸減弱，埋偵深七惠、八誕米以狠上的漁黃土類濕陷偶性較扁強(qiáng)。不同參地區(qū)揮，不臭同時(shí)抄代的黃青土是毀不同月的，良這與廊土的投成因單，固呀結(jié)作算用、著所處援的環(huán)鑒境等麻條件可有關(guān)害。三、膨臨脹土在工融程建簽設(shè)中延，經(jīng)殿常會(huì)扔遇到犁一種捏具有扣特殊猴變形路性質(zhì)散的粘憤性土肥，它哄的體積腫隨含響水量目的增須加而長(zhǎng)膨脹秩，隨島含水誰量減錘少而門收縮，并間且這弦種作借用循環(huán)瓶可逆，具有類這種膨柜脹和收絹縮性的筆土，即常稱為膨脹犁土。（一）分加布和成被因膨脹土微一般分厭布在盆地嫁內(nèi)崗，山前哨丘陵地帶賢和二、三廢級(jí)階地上。大多尿數(shù)是上更僅新世鮮及以很前的殘坡拼積、馬沖積微、洪苗積物，也窮有晚第三品紀(jì)至第量四紀(jì)的湖泊沉昂積及其風(fēng)化層。（二山）成井分和令結(jié)構(gòu)盼特征（1）從修巖性遠(yuǎn)上看啄，以市粘土方為主珠，具有黃赴、紅、森灰、白懸等色，賊土中含散有較多耽的粘土員，粘土每占總數(shù)晌的98%，粘土說礦物多根為蒙脫伏石、伊尚利石和材高嶺石遣。蒙脫征石含干量越志多，訂膨脹陜性越禾強(qiáng)烈腐。（2）結(jié)慰構(gòu)致償密，呈堅(jiān)惜硬～盈硬塑全狀態(tài)臺(tái)，強(qiáng)鼓度較要高，怒內(nèi)聚傻力較著大。（3）裂隙饅發(fā)育，豎債向、牢斜交剝和水亦平三闊種均謝有，房誠(chéng)可見營(yíng)光滑怨鏡面圾和擦爪痕。（4）富騰含鐵才、錳耀結(jié)核牽和鈣烏質(zhì)結(jié)墾核。（5）化這學(xué)成炭分為Si慕O2(4梢5%桌~6煙6%頁)、Al2O3(13貿(mào)%~3叨1%)、Fe2O3(3~忠15%控)、硅鋁凡率K＝3～5。（三）佳一般工搜程地質(zhì)臥特征膨脹側(cè)土的趣液限絲式、塑降限和寇塑性撈指數(shù)雖都較卻大：液限閘為40％～68％，塑垃限為17%～35％，嶼塑性改指數(shù)繞為18～33。膨脹姓土的將飽和克度一次般較拴大，常在80％以上鼠，天然毅含水率蔬較小，17％～30％。膨脹土衣的脹縮忌性常為走該類僅地基鉆的工掏程地輕質(zhì)問殖題.（四）瓶膨脹土也的判別凡是訪具有個(gè)前面搭所述播的特回征，純且自醬由膨幕脹率Fs大于40％者，瘦應(yīng)判定報(bào)為膨脹便土。“自柔由膨身脹率Fs”：系指勿人工術(shù)制備煩的烘求干土含，在痕水中驅(qū)增加嗽的體括積與滅原體獲積的藥比，嘩以百緩分率梅表示殘。四、之紅粘檔土紅粘忘土是指碳酸鹽盈類巖石（訪石灰?guī)r泳，白云燒巖，泥當(dāng)質(zhì)灰?guī)r效等），憑在亞熱帶腫溫濕氣放候條件下斬，經(jīng)風(fēng)化而等成的殘算積、扶坡積征或殘蝴～坡醬積的孟褐紅椅色、呢棕紅匠色或竿黃褐僅色的高塑性豈粘土。（一）雷成因和欲分布成因婚類型粥：殘積、禽坡積、宵和殘～康坡積。冠上部為憐坡積，摩下部為孟殘積的冷情況居笛多。主要分簽布：云南溜、貴豬州、佳廣西收、安漿徽、隔四川貢東部板等。（二循）成魚分和恢結(jié)構(gòu)獎(jiǎng)特征紅粘怖土的洽粘粒如組分（粒社徑<0.閃005行mm）含量猛高，滋一般瀉可達(dá)55～70％，稠粒度丟較均曠勻，講高分病散性解。粘土顆載粒主要映是多娃以高稿嶺石另和伊磚利石幼類粘歷土礦驗(yàn)物為勝主。主要化表學(xué)成分易為：Si攝O2(3藏3.默5~仰68物.9遲%)、Al2O3(9.棟6~1爺2.7命%)、Fe2O3(1設(shè)3.黑4~磨36么.4邪%)、硅鋁和率一光般均貓小于2。常呈云蜂窩按狀結(jié)耍構(gòu)，蠶常有珠很多換裂隙遞（網(wǎng)鄰狀裂春隙）霜、結(jié)丹核和軋土洞菠。（三忘）工拐程地舍質(zhì)性慮質(zhì)的嚼基本戰(zhàn)特點(diǎn)1、高什塑性液限怎一般鴿為50行~8邊0%，塑限昂為30～60％，還塑性旺指數(shù)深一般隸為20～50。2、高含按水率、宇低密度天然含尤水率一席般為30％～60％，飽怠和度>8俗5％，抽密實(shí)類度低可，大支孔隙心明顯修，孔池隙比>1真.0；液性律指數(shù)一凳般都小碎于0.廁4；堅(jiān)硬免和硬塑揉狀態(tài)。3、強(qiáng)度或較高，秩壓縮性帽較低固結(jié)快捉剪:Φ值8o～18o，c值可達(dá)0.0昌4～0.券09浮MP禽a，多屬封中壓遵縮性決土或茫低壓歡縮性碧土，蟲壓縮陳模量5～15愚MP河a。4、不具槽濕陷性傲，但收縮性做明顯，到失水后幻玉強(qiáng)烈收公縮，原滔狀土體梳縮率可激達(dá)25％。紅粘土堅(jiān)具有這吹些特殊竿性質(zhì)，蔬是與其鋸生成環(huán)鞠境及其驅(qū)相應(yīng)的躍組成物滾質(zhì)有關(guān)弦。（1）沿晌深度匆上，隨著深貸度的加最大，紅殼粘土的損天然含割水率、慢孔隙比律、壓縮軟系數(shù)都拍有較大搜的增高嫁，狀態(tài)去由堅(jiān)硬訓(xùn)、硬塑膽可變?yōu)樵V可塑、掏軟塑，魄而強(qiáng)度忙則大幅借度降低款。（2）在合水平麥方向伶上，由于勒地形億地貌繡和下宋伏基拍巖起居伏變肺化，呆性質(zhì)唐變化毯也很次大，地勢(shì)儀較高粒的，由把于排蘆水條線件好傲，天蜂然含線水率星和壓妙縮性辮較低予，強(qiáng)異度較釀高，而地援勢(shì)較婚低的則相傷反。五、扇人工饑填土人工填依土是一赤種特殊改性土。它是抖由于沫人類?；顒?dòng)戴任意出堆填蟲而成抗的土湖。在我蛋國(guó)大呢多數(shù)古老城穿市的地惕表面績(jī)，普醒遍覆奴蓋一竊層人綿工雜饞填土栗堆積榮層。畝這種旺填土妥無論溫其物駕質(zhì)組戀成，詞分布耽特征粥和工賢程性椒質(zhì)均四相當(dāng)際復(fù)雜象，且貌具有菜地區(qū)蔽性特押點(diǎn)。人工填順土的工絨程性質(zhì)婦與天然礎(chǔ)沉積土統(tǒng)比較起唉來有很銹大不同伙：1．性摩質(zhì)很晝不均膝勻，分布臟和厚依度變喂化上否缺乏圣規(guī)律鉛性；2．物質(zhì)估成分異剖常復(fù)雜膛。有天然抵土顆粒異，有磚急瓦碎片歲和石塊