土力學 課件 第9、10章 土坡穩(wěn)定分析、特殊性土地基

土力學SoilMechanics第9章土坡穩(wěn)定分析9.1概述9.2無粘性土土坡的穩(wěn)定性分析9.3粘性土土坡的穩(wěn)定性分析9.1概述1.土坡與土坡失穩(wěn)

土坡是指具有傾斜表面的土體。根據(jù)其成因，可分為兩類：天然土坡：由于地質作用在自然條件下形成的土坡，如山坡、江河的邊坡或岸坡等；坡底坡腳坡角坡頂坡高簡單邊坡9.1概述人工土坡：另一種就是由于人工填筑或開挖而形成的土坡，如土壩、基坑、路塹、渠道等。簡單土坡：坡底和坡頂水平，坡面為平面，并延伸至無限遠的均質人工土坡。9.1概述土坡失穩(wěn)：土坡上一定范圍內的土體沿一定的滑動面整體下滑而喪失穩(wěn)定性的現(xiàn)象，也稱為滑坡。基坑塌方路堤塌方堤壩滑坡灑勒山滑坡2.土坡穩(wěn)定分析對于擬建土坡，根據(jù)給定的高度、土的性質、荷載大小及性質等已知條件設計出合理的斷面尺寸，特別是安全的坡角。有時還要采取必要的工程措施，加強工程管理，以消除某些可能導致滑坡的不利因素，確保土坡的安全。對于已存在的邊坡，驗算其是否穩(wěn)定、合理。對于可能失穩(wěn)的土坡，根據(jù)危害程度和經濟條件，確定治理方案。對于一旦滑坡會給人民生命財產造成危害或對擬建工程有嚴重影響的土坡，就要研究其潛在的滑裂面位置、給出安全性評價以及相應的加固措施，甚至需要估計滑坡可能發(fā)生的時間和危害范圍。9.1概述Tf均質的無黏性土土坡，在干燥或完全浸水條件下，土粒間無黏結力

只要位于坡面上的土單元體能夠保持穩(wěn)定，則整個坡面就是穩(wěn)定的

單元體穩(wěn)定T

>T土坡整體穩(wěn)定NW9.2.1均質無黏性土土坡9.2無黏性土土坡的穩(wěn)定性分析βTWTTfN穩(wěn)定條件：Tf>T定義邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為抗滑力與滑動力之比

結論：無黏性性土坡的穩(wěn)定性與坡高無關，僅與坡角有關。概念：自然休止角：土坡穩(wěn)定的極限坡角，等于內摩擦角。9.2無黏性土土坡的穩(wěn)定性分析使其沿斜面向下運動的下滑力就是重力在順坡方向的分量阻止該顆粒下滑的抗滑力就是該顆粒所受到的摩擦力，其所能發(fā)揮的最大值為由于所以問題：沙丘的迎風坡和背風坡哪個坡角更接近于內摩擦角？9.2無黏性土土坡的穩(wěn)定性分析討論注意：迎風坡為凸坡，較平緩，坡度約5°～20°；背風坡為凹坡，較陡，坡度約28°～34°。9.2.2有滲流作用時的無黏性土土坡

作用于該單元體上的外力：重力W、坡面的支持力N、摩擦力Tf以外，還有滲透力J。

9.2無黏性土土坡的穩(wěn)定性分析順坡出流時，i≈sinβ，則滲透力方向也與坡面平行，下滑力為土坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為結論：當考慮順坡滲流作用時，無黏性土坡的的穩(wěn)定安全系數(shù)近似為無滲流時的一半。因此，往外滲流時，坡度要緩。9.3.1條分法基本概念abcdiβiOCRABH平面應變課題，對于外形復雜、

>0的黏性土土坡，土體分層時，一般采用條分法分析。首先，確定或假定滑裂面建立各土條或整體的力（或力矩）的平衡方程，聯(lián)合補充方程滑動土體分為若干垂直土條土坡穩(wěn)定安全系數(shù)9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析問題1：土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)的定義？

費倫紐斯定義：土坡穩(wěn)定的安全系數(shù)為滑裂面上全部抗滑力矩與滑動力矩的比值，適用于圓弧滑裂面；抗滑力與下滑力之比，適用于平面滑裂面；畢肖普定義：沿整個滑裂面的抗剪強度與實際產生的剪應力之比，適用于所有滑裂面形式。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析問題2：土條受力分析已知力：包括土條自重在內的豎向外力合力Wi，水平作用力合力Qi，考慮地下水時，還有土條兩側和底部的孔隙水壓力合力UL，UR，Ui。

9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析問題3：未知量和超靜定次數(shù)（1）土條底面上的法向反力Ni和切向反力Ti

，考慮摩爾-庫侖強度公式，引入安全系數(shù)有n+1個未知量。（2）土條間水平向條間力Hi，豎向條間力Vi及其作用點高度zi，有3n–3個未知量。條分法共有4n–2個未知量；每個土條力的平衡以及力矩平衡可以得到3n個方程；未知量比方程數(shù)多n–2個。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析關于條間力的幾種簡化假設：①假定n–1個Vi值，比如簡化畢肖普法假定所有的Vi均為零；②假定條間力合力的方向或Hi與Vi的夾角，比如斯賓塞法(1967)、摩根斯坦–普賴斯法1965)、沙爾瑪法(1973)以及國內常用的不平衡推力法等；③假定條間力合力的作用點位置，比如，簡布的普遍條分法(Janbu,1973)等。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析條間力必須滿足的兩個合理性條件：

①在土條分界面上不違反土體破壞準則，即由豎向條間力得出的平均剪應力應不大于分界面上土體的平均抗剪強度，或每一土條分界面上的抗剪安全系數(shù)Fv必須大于1，且Fv應不小于Fs；②土條間一般不允許出現(xiàn)拉力。如果這兩個條件不能滿足要求，就必須修改原來的假定，或采用別的方法。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析9.3.2瑞典圓弧滑動法

abcdiβiOCRABH最古老又最簡單的條分法。假定：圓弧滑裂面，不計土條兩側的作用力。首先，任選一圓心O，確定滑動面，將滑動面以上土體分成幾個等寬或不等寬土條。然后，對土條i進行受力分析cdbaliViHiVi+1Hi+1NiTiWi靜力平衡不計條間力9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析滑動面的總滑動力矩

滑動面的總抗滑力矩

確定安全系數(shù)

abcdiβiOCRABHcdbaliViHiVi+1Hi+1NiTi條分法是一種試算法，應選取不同圓心位置和不同半徑進行計算，求最小的安全系數(shù)，要求>1.05-1.50。

9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析最危險滑裂面的確定原則

安全系數(shù)Fs是滑裂面圓心坐標(x0,z0)和半徑R的函數(shù)。最危險滑裂面和可通過求邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)最小值的方法得到。但理論解析解很難得到。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析當用有效應力法時，在計算Wi中所包含的土條自重時，地下水位以下應取飽和重度，相應的穩(wěn)定安全系數(shù)為簡單土坡最危險滑裂面（過坡腳）的尋找方法：

9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析首先確定DE線。D點位于坡腳A點下面H再向右取4.5H處，E點由角度α1和α2確定，后者可由課本表9-1查得。如φ=0，圓心就是E點。φ>0時，試算確定。在DE延長線上取圓心計算安全系數(shù)，畫出Fs曲線；通過最凹處作DE線的垂線FG，并在FG線上另取圓心計算安全系數(shù)，作出Fs曲線；最凹處對應的Fs值為邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，相應的滑裂面就是最危險的滑裂面。瑞典法的優(yōu)缺點

優(yōu)點：在求安全系數(shù)時不須疊代或試算，不存在收斂性問題。缺點：由于該法忽略了土條條間力的影響，嚴格來說，對每一土條力和力矩的平衡條件是不滿足的，僅能滿足整個滑動土體的整體力矩平衡條件，這樣使得算出的安全系數(shù)一般可能偏小10%~20%，并且這種誤差隨著圓弧圓心角和孔隙水壓力的增大而增大，嚴重時可使算出的安全系數(shù)比其他較嚴格的方法小一半。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析9.3.3畢肖普法

1955年，畢肖普假定：滑裂面為圓弧型，并且各土條底部滑裂面上的抗滑安全系數(shù)均相同，都等于整個滑裂面上的平均安全系數(shù)。對土條i進行受力分析?？紤]土條豎向力平衡土條底部的切向力為得土條底部總法向力：

其中

9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析根據(jù)各土條對圓心的力矩之和應為零，則等號兩邊都有Fs，所以要用試算法或迭代法求解。假定條間力的合力水平，即Vi=0(稱簡化Bishop法)，則

9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析簡化畢肖普法的優(yōu)缺點

簡化畢肖普法假定所有的豎向條間力等于零，減少了(n–1)個未知量，又利用了每一土條豎向力的平衡條件和整個滑動土體的力矩平衡條件，避免了求解水平條間力的大小及其作用點的位置。該法比瑞典法前進了一大步，而且畢肖普關于安全系數(shù)的定義為其他方法的提出提供了極大的便利。但是該法同樣不能滿足所有的平衡條件，因而仍不是一個嚴格的方法，由此產生的誤差約為2~7%。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析說明：1）對于αi為負的土條，要注意會不會使mi趨近于零。如果這樣，Ni會趨于無窮大，簡化畢肖普法就不能使用。2）當任一土條的mi<0.2時，求出的Fs值誤差較大。3）當|αi|很大時，會使Ni<0，此時可取Ni=0。9.3.4簡布的普遍條分法

簡布于1973年提出，適用于任意形狀滑裂面，并假定：整個滑裂面上的安全系數(shù)相等，且推力（條間力）線位置已知。推力線位置一般可選在（或靠近）土條下三分點處。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析

說明：該方法滿足所有的平衡條件，可說是一個嚴格方法，但是，其推力線的假定必須滿足前述條間力的合理性條件。另外，也要注意，該方法可能不收斂。1.公式推導

對土條i進行受力分析。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析考慮土條i的

力和力矩平衡可得記對于整個滑動土體，水平向力的平衡要求（9-28）即（9-25a）（9-26）（9-25b）按照安全系數(shù)的定義及摩爾–庫侖破壞準則，土條底部的切向力為9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析由式(9-25a)得（9-30）式中式（9-30）代入式（9-28），可得（9-31）9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析2．計算步驟（1）假設ΔVi=0，用式23（9-31）計算安全系數(shù)的第一次近似Fs1。類似簡化畢肖普法，即先假定一個Fs，算出mi，再代入式（9-31）計算安全系數(shù)Fs，并與假定值進行比較，如果二者之間的差值滿足容許值，則進入第二步；否則，將計算值代替假定值，重新計算。（2）用上述Fs的近似值按式（9-30）計算每一土條的底部剪切力Ti。（3）將Ti依次代入式（9-25b）計算前n–1條的ΔHi，從而求出每一土條的推力Hi；然后代入式（9-26）計算前n–1條的Vi+1，從而求出ΔVi。（4）將新求出的ΔVi代入式（9-31），求出的第二次近似Fs2。如果兩次計算值的誤差滿足容許值，F(xiàn)s2就是所假定的某一滑裂面上的安全系數(shù)；否則重復步驟（2）–（4）。9.3.5不平衡推力傳遞法

該法又稱傳遞系數(shù)法，是我國工民建和鐵道部門使用非常廣泛的方法。適用于任何形狀的滑裂面，特別是折線型。假定：條間力的合力（推力）作用點在滑體厚度的二分之一處，其方向與上一土條底面相平行。缺點：滿足力的平衡條件，沒有考慮力矩的平衡。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析對土條i取垂直與平行土條底面方向力的平衡，可得土條底部的切向力為

所以（9-34）9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析其中，傳遞系數(shù)

求解時一般采用試算法。

計算時，根據(jù)規(guī)定的安全系數(shù)按式（9-36）求得的最后條塊的推力Fn（稱為剩余下滑力）來判斷：當Fn≤0，則邊坡穩(wěn)定；否則，邊坡不穩(wěn)定，相應的Fn可作為設計支擋工程結構所承受的推力。傳遞系數(shù)改為（9-36）9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析試算法。即先假定Fs，然后從坡頂向下按式（9-34）依次推求推力，直到最后一條。如果最后一條的推力等于零或已知值，則假定的Fs即為所求；否則重新假定進行試算。在計算中要注意，因為土條之間不能承受拉力，所以任何土條的推力Fi如果為負，則此Fi不再向下傳遞，而對下一土條取Fi-1=0。為了計算方便，有關規(guī)范將式（9-34）改為9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析建議大家學習一些常用的邊坡穩(wěn)定分析專業(yè)軟件。這里給出Geo-slope和slide的一些算例。（1）Geo-slope算例瑞典條分法計算結果。9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析簡化Bishop法計算結果9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析Morgenstern-Price法計算結果9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析（2）Slide算例一9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析Janbu法結果9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析Morgenstern-Price法計算結果9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析（3）Slide算例二9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析簡化Bishop法計算結果9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析Janbu法結果9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析Spencer法計算結果9.3黏性土土坡的穩(wěn)定性分析土力學SoilMechanics第10章特殊性土地基10.1概述10.2濕陷性黃土10.3膨脹土10.4污染土10.1概述具有特殊工程地質的土類稱為特殊土。各種天然形成的特殊土的地理分布存在著一定的規(guī)律，表現(xiàn)出一定的區(qū)域性，故又有區(qū)域性特殊土之稱。黃土是一種第四紀地質歷史時期干旱和半干旱氣候條件下的堆積物，主要呈黃色或褐黃色，顆粒組成以粉粒為主。膨脹土是土中黏粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的黏性土。污染土是近代工業(yè)生產產生的廢棄物，由于無組織的排放或排放系統(tǒng)失效，使其滲入土層，導致土的物理、力學、化學性質發(fā)生變化，直接影響工程活動或有害于人類健康、動物繁衍、植物生長的土。10.2濕陷性黃土10.2.1黃土的特征和分布不具層理的風成黃土為原生黃土。原生黃土經流水沖刷、搬運和重新沉積形成的黃土稱次生黃土，常具層理和礫石夾層。濕陷性黃土：在一定壓力下受水浸濕，土結構迅速破壞，產生顯著附加下沉，強度也迅速降低的黃土。否則為非濕陷性黃土。晚更新世（Q3）的馬蘭黃土以及全新世（Q4）的黃土狀土形成年代較晚，土質均勻或較為均勻，結構疏松，大孔發(fā)育，有較強烈的濕陷性。中更新世（Q1）的午城黃土，其形成年代久遠，土質密實，顆粒均勻，無大孔或略具大孔結構，一般不具有濕陷性或僅具輕微濕陷性。10.2濕陷性黃土位于午城黃土層以上為中更新世（Q2）的離石黃土，上部一般具有濕陷性，下部不具濕陷性，此上部土的濕陷性應根據(jù)建筑物的實際壓力或上覆土的飽和自重壓力進行浸水試驗確定。自重濕陷性黃土：土在自重應力作用下受水浸濕后發(fā)生濕陷的濕陷性黃土；否則為非自重濕陷性黃土。黃土在世界各地分布甚廣，其面積達1300萬km2，約占陸地總面積的9.3%，主要分布于中緯度干旱、半干旱地區(qū)。我國黃土面積約64萬km2，其中濕陷性黃土約占3/4。以黃河中游地區(qū)最為發(fā)育，多分布于甘肅、陜西、山西地區(qū)，青海、寧夏、河南也有部分分布，其他如河北、山東、遼寧、黑龍江、內蒙古和新疆等?。▍^(qū)）也有零星分布。10.2濕陷性黃土10.2.2黃土濕陷發(fā)生原因及影響因素1.黃土濕陷原因（1）黃土的欠壓密理論。在干旱、少雨氣候下，黃土中水分不斷蒸發(fā)，土粒間的鹽類析出，膠體凝固，形成固化黏聚力，阻止了上面的土對下面土的壓密作用，形成高孔隙比、低濕度的欠壓密土。如水浸入較深，固化黏聚力消失，就產生了濕陷。（2）溶鹽假說。黃土濕陷是由于黃土中存在大量的易溶鹽。當受水浸濕后，易溶鹽溶解，膠結作用喪失，產生濕陷。（3）結構學說。黃土濕陷的根本原因是濕陷性黃土所具有的特殊結構體系。后者由集粒和碎屑組成的骨架顆粒相互連接形成，含有大量架空孔隙。在水和外荷載共同作用下，導致連接強度降低、連接點破壞，使整個結構體系失去穩(wěn)定。10.2濕陷性黃土總結：黃土受水浸濕和荷載作用是濕陷發(fā)生的外因，黃土的結構特征及物質成分是產生濕陷性的內在原因。2.影響黃土濕陷性的因素（1）組成黃土的物質成分和其特殊結構。黏粒含量越多，濕陷性就越弱。我國黃土濕陷性存在著由西北向東南遞減的趨勢，這與自西北向東南方向砂粒含量減少而黏粒含量增多情況一致。另外，以較難溶解的碳酸鈣含量為主，濕陷性弱；其他碳酸鹽、硫酸鹽和氯化物等易溶鹽含量越多，則濕陷性就越強。（2）與孔隙比和含水量大小。天然孔隙比越大，或天然含水率越小，則濕陷性就越強。（3）外加壓力。外加壓力越大，濕陷量也顯著增加，但當壓力超過某一數(shù)值時，再增加壓力，濕陷量反而減少。10.2濕陷性黃土10.2.3濕陷性黃土地基的勘查與評價評價黃土地基的濕陷性主要包括三方面內容：（1）查明一定壓力下黃土浸水后是否具有濕陷性；（2）判別場地的濕陷類型，是自重濕陷性還是非自重濕陷性；（3）判定濕陷黃土地基的濕陷等級，即其強弱程度。1.濕陷系數(shù)在壓縮儀中將原狀試樣逐級加壓到規(guī)定的壓力p，當壓縮穩(wěn)定后測得試樣高度hp，然后加水浸濕，測得下沉穩(wěn)定后高度

。設土樣原始高度為h0，則土的濕陷系數(shù)為當δs≥0.015時，為濕陷性黃土，否則，為非濕陷性黃土。10.2濕陷性黃土試驗時測定濕陷系數(shù)的壓力要求：應采用黃土地基的實際壓力。但初勘階段，實際大小難估?！稘裣菪渣S土地區(qū)建筑標準》（GB50025—2018）規(guī)定：自基礎底面（初勘時，自地面下1.5m）算起，對晚更新世(Q3)黃土、全新世(Q4)黃土和基底壓力不超過200kPa的建筑，10m以內的土層應用200kPa，10m以下至非濕陷性土層頂面，應用其上覆土的飽和自重應力（當大于300kPa時，仍應用300kPa）。對中更新世(Q2)黃土或基底壓力大的高、重建筑，均宜用實際壓力判別黃土的濕陷性。10.2濕陷性黃土2.濕陷起始壓力當黃土所受壓力低于某壓力界限時，即使浸了水也只產生壓縮變形而無濕陷現(xiàn)象。該界限稱為濕陷起始壓力psh。如基底或墊層底面總壓應力p≤psh，則可避免濕陷發(fā)生。濕陷起始壓力可根據(jù)室內壓縮試驗或野外載荷試驗確定：(1)單線法。在同一取土點的同一深度處，至少以環(huán)刀切取5個試樣。各試樣均分別在天然濕度下分級加荷至不同的規(guī)定壓力。下沉穩(wěn)定后測定土樣高度，再浸水至濕陷穩(wěn)定為止，測試樣高度繪制p-δs曲線。取δs=0.015所對應的壓力作為濕陷起始壓力psh。(2)雙線法。在同一取土點的同一深度處，以環(huán)刀切取2個試樣。一個在天然濕度下分級加荷，另一個在天然濕度下加第一級荷重，下沉穩(wěn)定后浸水，至濕陷穩(wěn)定后再分級加荷。10.2濕陷性黃土1）分別測定兩個試樣在各級壓力下，下沉穩(wěn)定后的試樣高度和浸水下沉穩(wěn)定后的試樣高度，繪制不浸水試樣的曲線（h0ABC）和浸水試樣的曲線（A1B2C2）。2）按單線法確定C1點，并按比例k修正成曲線A1B1C1。3）計算各級荷載下的濕陷系數(shù)，并繪制p-δs曲線。取δs=0.015所對應的壓力作為濕陷起始壓力。C1雙線法確定過程：試驗表明，psh隨土的密度、濕度、膠結物含量以及土的埋藏深度等的增加而增加。10.2濕陷性黃土3.場地濕陷類型的劃分場地的濕陷類型按實測或計算自重濕陷量Δzs判定。實測自重濕陷量應根據(jù)現(xiàn)場試坑浸水試驗確定。計算自重濕陷量為【課本式（10-2）】：式中：δzsi為第i層土在上覆土的飽和自重應力作用下的濕陷系數(shù)，其測定和計算方法同δs；總計算厚度應從天然地面算起(當挖、填方厚度及面積較大時，自設計地面算起)至其下全部濕陷性黃土層的底面為止，但δzs<0.015的土層不計；β0為因土質地區(qū)而異的修正系數(shù)，隴西地區(qū)取1.5，隴東-陜北-晉西地區(qū)取1.2，關中地區(qū)取0.9，其他地區(qū)取0.5。劃分標準：當Δzs≤7cm時，應定為非自重濕陷性黃土場地；當Δzs>7cm時，應定為自重濕陷性黃土場地。10.2濕陷性黃土4.黃土地基的濕陷等級先計算基底下各土層累計的總濕陷量【課本式（10-3）】式中，α為不同深度地基土浸水幾率系數(shù)，基底下0～10m內取α=1，10~20m取0.9，20~25m取0.6，超過25m取0.5，對地下水有可能上升至濕陷性土層內，或側向浸水影響不可避免的區(qū)段，取α=1；β為考慮基底下地基土的受水浸濕可能性和側面擠出等因素的修正系數(shù)。缺乏實測資料時，基底下0～5m內取1.5，5～10m內取1.0，在自重濕陷性黃土場地，可取工程所在地區(qū)的β0值，且不小于1.0；10m以下至非濕陷性黃土層頂面，在自重濕陷性黃土場地，可取工程所在地區(qū)的β0值，但對隴西地區(qū)，隴東—陜北—晉西地區(qū)的非自重濕陷性黃土場地取1.0。濕陷性黃土地基的濕陷等級，應根據(jù)基底下各土層累計的總濕陷量和計算自重濕陷量的大小等因素按課本表10-1判定。10.2濕陷性黃土Δs/mm非自重濕陷性場地自重濕陷性場地Δzs≤70mm70mm<Δzs≤350mmΔzs>350mm50<Δs≤100Ⅰ(輕微)

Ⅰ(輕微)Ⅱ（中等）

100<Δs≤300Ⅱ（中等）300<Δs≤700Ⅱ（中等）Ⅱ（中等）或Ⅲ（嚴重）Ⅲ（嚴重）Δs>700Ⅱ（中等）Ⅲ（嚴重）Ⅳ（很嚴重）注：對70mm<Δzs≤350mm，300<Δs≤700一檔的劃分，當濕陷量的計算值Δs>600mm，自重濕陷量的計算值Δzs>300mm時，可判為Ⅲ級，其他情況可判定為Ⅱ級。說明：設計時應根據(jù)黃土地基的濕陷等級考慮相應的設計措施。相同情況下濕陷等級越高，設計措施要求也就越高。5.黃土地基的勘察10.2濕陷性黃土

濕陷性黃土地區(qū)的地基勘察除滿足一般勘察要求外，還需針對濕陷性黃土的特點進行如下勘察工作。（1）應著重查明地層時代、成因、濕陷性土層的厚度、土的物理力學性質(包括濕陷起始壓力)，濕陷系數(shù)隨深度的變化、地下水位變化幅度和其他工程地質條件，以及劃分濕陷類型和濕陷等級，確定濕陷性、非濕陷性土層在平面與深度上的界限。（2）劃分不同的地貌單元，查明濕陷洼地、黃土溶洞、滑坡、崩塌、沖溝和泥石流等不良地質現(xiàn)象的分布地段、規(guī)模和發(fā)展趨勢及其對建設的影響。10.2濕陷性黃土（3）了解場地內有無地下坑穴，如古墓、古井、坑、穴、地道、砂井和砂巷等；研究地形的起伏和地面水的積累及排泄條件；調查洪水淹沒范圍及其發(fā)生時間，地下水位的深度及其季節(jié)性變化情況，地表水體和灌溉情況等。（4）調查鄰近已有建筑物的現(xiàn)狀及其開裂與損壞情況。（5）采取原狀土樣，必須保持其天然濕度、密度和結構(I級土試樣)，探井中取樣豎向間距一般為1m，土樣直徑不宜小于12cm。鉆孔中取樣，必須注意鉆進工藝。取土勘探點中應有一定數(shù)量的探井。在Ⅲ、IV級自重濕陷性黃土場地上，探井數(shù)量不得少于取土勘探點的1/3～1/2。場地內應有一定數(shù)量的取土勘探點穿透濕陷性黃土層。10.2濕陷性黃土【例題】陜北地區(qū)某建筑場地，工程地質勘察中探坑每隔1m取土樣，測得各土樣δzsi和δsi，如下表所示。試確定該場地的濕陷類型和地基的濕陷等級（假定基礎埋深1.5m）。取土深度/m12345678910δzsi0.0020.0140.0200.0130.0260.0560.0450.0140.0010.020δsi0.0700.0600.0730.0250.0880.0840.0710.0370.0020.039解：（1）場地濕陷類型判別。首先計算自重濕陷量，自天然地面算起至其下全部濕陷性黃土層面為止，陜西地區(qū)可取β0=1.2，由課本式（10-2）可得故該場地應判定為自重濕陷性黃土場地。10.2濕陷性黃土計算黃土地基的總濕陷量Δs時，取α=1.0；基底下0~5m取β=1.5，5-10m取β=β0=1.2，則由課本式（10-3）可得所以，該濕陷性黃土地基的濕陷性等級可判定為Ⅲ級（嚴重）。注意：1）自重濕陷量從天然地面（當挖、填方的厚度和面積較大時，應自設計地面）起算；2）總濕陷量自基礎底面（如基底標高不確定時，自地面下1.5m）算起；在非自重濕陷性黃土場地，累計至基底下10m深度止，當?shù)鼗鶋嚎s層厚度大于10m時累計至壓縮層深度；在自重濕陷性黃土場地，累計至非濕陷性黃土層的頂面止。10.2濕陷性黃土10.2.4濕陷性黃土地基的工程措施1）地基處理。地基處理的目的在于破壞濕陷性黃土的大孔結構，以便全部或者部分消除地基的濕陷性，從根本上避免或削弱濕陷現(xiàn)象的發(fā)生。常用的地基處理方法如表10-3所示。強夯10.2濕陷性黃土2）防水措施。其目的是消除黃土發(fā)生濕陷變形的外因。要求做好建筑物在施工及長期使用期間的防水、排水工作，防止地基土受水浸濕。3）結構措施。從地基基礎和上部結構相互作用的概念出發(fā)，在建筑結構設計中采取適當措施，以減小建筑物的不均勻沉降或使結構能適應地基的濕陷變形。4）施工措施及使用維護。施工應根據(jù)地基土的特性和設計要求合理安排施工程序，防止施工用水和場地雨水流入建筑物地基引起濕陷。在使用期間，對建筑物和管道應經常進行維護和檢修，確保防水措施的有效發(fā)揮，防止地基浸水濕陷。10.3膨脹土10.3.1膨脹土的特性1.膨脹土的特征及分布（1）多出露于二級及二級以上的河谷階地、山前和盆地邊緣及丘陵地帶。地形坡度平緩，一般坡度小于12°，無明顯的天然陡坡。膨脹土在結構上多呈堅硬—硬塑狀態(tài)，結構致密，呈棱形土塊者常具有脹縮性。（2）裂隙發(fā)育，常見光滑面或擦痕，常充填灰綠、灰白色黏土。豎向裂隙常出露地表，裂隙寬度隨深度的增加而逐漸尖滅；斜交剪切縫隙越發(fā)育，脹縮性越嚴重。此外，膨脹土地區(qū)早季常出現(xiàn)地裂，上寬下窄，長可達數(shù)十米至百米，深數(shù)米，壁面陡立而粗糙，雨季則閉合。10.3膨脹土10.3膨脹土（3）膨脹土的黏粒含量一般很高，粒徑小于0.002mm的膠體顆粒含量一般超過20%。液限大于40%，塑性指數(shù)大于17，且多在22-35之間。自由膨脹率一般超過40%(紅黏土除外)。其天然含水量接近或略小于塑限，液性指數(shù)常小于零，壓縮性低，多屬低壓縮性土。（4）膨脹土的含水量變化易產生脹縮變形。初始含水量與脹后含水量愈接近，土的膨脹就愈小，收縮的可能性和收縮值就愈大。膨脹土地區(qū)多為上層滯水或裂隙水，水位隨季節(jié)性變化，常引起地基的不均勻脹縮變形。

由于膨脹土在自然狀態(tài)下，呈堅硬或硬塑狀態(tài)，壓縮性較低，強度高，常被誤認為良好的天然地基。這種土對工程建設潛伏著嚴重的破壞性，有工程癌癥之稱。10.3膨脹土

膨脹土的分布：在我國廣泛分布，且常常呈島狀分布，以黃河以南地區(qū)較多，廣西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山東、陜西、江蘇、貴州和廣東等地均有不同范圍的分布。國外也一樣，美國50個州中有膨脹土的占40個州。此外在印度、澳大利亞、南美洲、非洲和中東廣大地區(qū)，也常有不同程度的分布。2.膨脹土的危害性膨脹土的反復脹縮性使建造在其上的構筑物隨季節(jié)性氣候的變化而反復不斷地產生不均勻的升降，致使房屋開裂、傾斜，公路路基發(fā)生破壞，堤岸、路塹產生滑坡，涵洞、橋梁等剛性結構物產生不均勻沉降等，造成巨大損失。10.3膨脹土建造在膨脹土地基上的房屋破壞規(guī)律：（1）建筑物的開裂破壞具有地區(qū)性成群出現(xiàn)的特點，建筑物裂縫隨氣候變化不停地張開和閉合。由于低層輕型、磚混結構重量輕、整體性較差，且基礎埋置淺，地基土易受外界環(huán)境變化的影響而產生脹縮變形，其損壞最為嚴重。（2）因建筑物在垂直和水平方向受彎扭，故轉角處首先開裂，墻上常出現(xiàn)對稱或不對稱的八字形、X形交叉裂縫，外縱墻基礎因受到地基膨脹過程中產生的豎向切力和側向水平推力作用而產生水平裂縫和位移，室內地坪和樓板則發(fā)生縱向隆起開裂。（3）膨脹土邊坡不穩(wěn)定，易產生水平滑坡，引起房屋和構筑物開裂，且損壞比平地上更為嚴重。10.3膨脹土10.3.2影響膨脹土脹縮變形的因素膨脹土的脹縮變形特性主要取決于膨脹土的礦物成分與含量、微觀結構等內在機制(內因)，但同時受到氣候、地形地貌等外部環(huán)境(外因)的影響。1.影響膨脹土脹縮變形的內因（1）礦物成分。主要是蒙脫石和伊利石，直接決定了土的膨脹性的大小。（2）微觀結構。膨脹土中黏土礦物的微觀結構為顆粒彼此面面疊聚形成的分散結構。該結構具有很大的吸水膨脹和失水收縮的能力。（3）黏粒含量。黏粒含量(<2μm)愈高，則土的脹縮性愈強。10.3膨脹土（4）干密度。土的密度越大，則孔隙比越小，浸水膨脹就越強烈，失水收縮也越??；反之，孔隙比越大，浸水膨脹就越小，失水收縮也越大。（5）初始含水量。土的初始含水量與脹后含水量的差值影響土的脹縮變形。二者相差愈大，則遇水后土的膨脹愈大，失水后土的收縮愈小。只有土中存在著可能產生水分遷移的梯度和進行水分遷移的途徑，才有可能引起土的膨脹或收縮。土中水份遷移的方式與各種環(huán)境因素諸如氣候條件、地下水位、地形特征、地面覆蓋以及地質構造、土的種類等條件有關。（6）土的結構強度。結構強度越大，土體限制脹縮變形的能力也越大。當土的結構受到破壞以后，土的脹縮性就隨之增強。10.3膨脹土2.影響膨脹土脹縮變形的外因（1）氣候條件。一般膨脹土分布地區(qū)降雨量集中，早季較長。若建筑場地潛水位較低，則基礎室內外土的脹縮變形存在明顯差異，使建筑物受到往復不均勻變形的影響，導致建筑物開裂。另外，季節(jié)性氣候變化對地基土中水分的影響隨深度的增加而遞減。（2）地形地貌。高地臨空面大，含水量變化幅度大，地基土的脹縮變形也較劇烈。因此一般低地的膨脹土地基的脹縮變形要小；在邊坡地帶，坡腳地段比坡肩地段的脹縮性又要小得多。（3）日照環(huán)境。日照的時間與強度也不可忽視。通常房屋向陽面開裂較多，背陽面(即北面)開裂較少。此外，建筑物周圍樹木對脹縮變形也將造成不利影響，加劇地基的干縮變形；建筑物內外的局部水源補給，也會增加脹縮變形的差異。10.3膨脹土10.3.3膨脹土地基的勘察和評價1.膨脹土的工程特性指標（1）自由膨脹率。人工制備的烘干松散土樣在水中膨脹穩(wěn)定后，其體積增加值vw-v0與原體積v0之比的百分率.。表示膨脹土在無結構力影響下和無壓力作用下的膨脹特性，可反映土的礦物成分及含量，用于初步判定是否為膨脹土。（2）膨脹率。固結儀中的環(huán)刀土樣，在一定壓力下浸水膨脹穩(wěn)定后，其高度增加值hw-h0與原高度h0之比的百分率?？捎糜谠u價地基的脹縮等級，計算膨脹土地基的變形量以及測定其膨脹力。10.3膨脹土（3）線縮率。天然濕度下的環(huán)刀土樣烘干或風干后，其高度減少值與原高度之比的百分率。（4）收縮系數(shù)。環(huán)刀土樣在直線收縮階段含水量每減少1％時的豎向線縮率。說明：線縮率和收縮系數(shù)反映了膨脹土的失水收縮性。10.3膨脹土（5）膨脹力。固結儀中的環(huán)刀土樣，在體積不變時浸水膨脹產生的最大內應力。方法：若以試驗結果中各級壓力下的膨脹率δep為縱坐標，壓力p為橫坐標，可得二者的關系曲線。該曲線與橫坐標的交點即為膨脹力pe。在選擇基礎形式及基底壓力時，膨脹力是個有用的指標，若需減小膨脹變形，則應使基底壓力接近pe。10.3膨脹土2.膨脹土地基的評價（1）膨脹土的判別。其主要依據(jù)是工程地質特征與自由膨脹率。凡δef≧40%，且具有上述膨脹土野外特征和建筑物開裂破壞特征，脹縮性能較大的黏性土，應判定為膨脹土。（2）膨脹土的膨脹潛勢。按δef大小劃分土的膨脹潛勢強弱，以判別土的脹縮性高低。自由膨脹率/%膨脹潛勢40≤δef＜65弱65≤δef＜90中δef≥90強10.3膨脹土地基分級變形量/mm級別15≤sc＜35Ⅰ35≤sc＜70Ⅱsc≥70Ⅲ（3）膨脹土地基的脹縮等級。評價膨脹土地基，應根據(jù)其膨脹、收縮變形對低層磚混結構的影響程度進行。《膨脹土地區(qū)建筑技術規(guī)范》（GB50112-2013）規(guī)定以50kPa壓力下(相當于一層磚石結構的基底壓力)測定的土的膨脹率，計算地基分級變形量sc，計算方法見式(10-8)和（10-9），由此作為劃分膨脹土地基脹縮等級的標準。10.3膨脹土3.膨脹土地基的勘察膨脹土地基勘察除滿足一般勘察要求外，還應著重進行如下工作：（1）收集當?shù)囟嗄甑臍庀筚Y料(降水量、氣溫、蒸發(fā)量、地溫等)，了解其變化特點；（2）查明膨脹土的成因，劃分地貌單元，了解地形形態(tài)及有無不良地質現(xiàn)象；（3）調查地表水排泄積累情況以及地下水的類型、埋藏條件、水位和變化幅度；（4）測定土的物理力學性質指標，進行收縮試驗、膨脹力試驗和膨脹率試驗，確定膨脹土地基的脹縮等級；（5）調查植被等周圍環(huán)境對建筑物的影響，分析當?shù)亟ㄖ飺p壞原因。10.3膨脹土10.3.4膨脹土地基計算及工程措施根據(jù)場地的地形、地貌條件，可將膨脹土建筑場地分為：（1）平坦場地：地形坡度<5°；或地形坡度為5°~14°，且距坡肩水平距離大于10m的坡頂?shù)貛?。?）坡地場地：地形坡度≥5°；或地形坡度＜5°，但同一建筑物范圍內局部地形高差大于1m。1.膨脹土地基計算膨脹變形量se和收縮變形量ss分別按下式計算：式中，ψe和ψs為計算膨脹和收縮變形量的經驗系數(shù)，宜根據(jù)當?shù)亟涷灤_定，三層及三層以下建筑物可分別采用0.6和0.8；10.3膨脹土δspi為基礎底面下第i層土在壓力pi(該層土平均自重應力與附加應力之和)作用下的膨脹率λsi為第i層土的垂直收縮系數(shù)；Δwi為第i層土在收縮過程中可能發(fā)生的含水量變化的平均值(小數(shù)表示)；hi為第i層土的計算厚度，一般為基底寬度的0.4倍；n為自基底至計算深度內所劃分的土層數(shù)，計算深度可取大氣影響深度。有浸水時，膨脹計算深度可按浸水影響深度確定。當有熱源影響時，收縮計算深度可按熱源影響深度確定；在計算深度內有穩(wěn)定地下水位時，收縮計算深度可計算至水位以上3m。10.3膨脹土2.膨脹土地基的工程措施（1）設計措施。

選擇場地時應避開地質條件不良地段，盡量放置在地形條件比較簡單、地質較均勻、脹縮性較弱的場地。坡地建筑應避免大開挖，依山就勢布置，同時應利用和保護天然排水系統(tǒng)，并設置必要的排洪、截流和導流等排水措施，加強隔水、排水，防止局部浸水和滲漏現(xiàn)象。

建筑上力求體型簡單，建筑物不宜過長，在地基土不均勻、建筑平面轉折、高差較大及建筑結構類型不同處，應設置沉降縫。民用建筑層數(shù)宜多于2層，以加大基底壓力，防止膨脹變形。并應合理確定建筑物與周圍樹木間距離，避免選用吸水量大、蒸發(fā)量大的樹種綠化。10.3膨脹土

結構上應加強建筑物的整體剛度，承重墻體宜采用拉結較好的實心磚墻?；A頂部和房屋頂層宜設置圈梁，其他層隔層設置或層層設置。建筑物的角段和內外墻的連接處，必要時可增設水平鋼筋。

加大基礎埋深，且不應小于1m。當以基礎埋深為主要防治措施時，基底埋置宜超過大氣影響深度或通過變形驗算確定。較均勻的膨脹土地基，可采用條基；基礎埋深較大或條基基底壓力較小時，宜采用墩基。

可采用地基處理方法減小或消除地基脹縮對建筑物的危害，厚度應通過變形計算確定，墊層寬度應大于基底寬度。當大氣影響深度較深，膨脹土層較厚，選用地基加固或墩式基礎施工困難時，可選用樁基礎穿越。10.3膨脹土（2）施工措施。

在施工中應盡量減少地基中含水量的變化?；坶_挖施工宜分段快速作業(yè)，避免基坑巖土體受到曝曬或浸泡。雨季施工應采取防水措施。當基槽開挖接近基底設計標高時，宜預留150-300mm厚土層，待下一工序開始前挖除；基槽驗槽后應及時封閉坑底和坑壁；基坑施工完畢后，應及時分層回填夯實。

由于膨脹土坡地具有多向失水性和不穩(wěn)定性，坡地建筑比平坦場地的破壞嚴重，故應盡量避免在坡坎上興建建筑。若無法避開，首先應采取排水措施，設置支擋和護坡進行治坡，整治環(huán)境，再開始興建建筑。10.4污染土10.4.1污染土成因和污染土場地類型

由于致污物質的侵入，使土的成分、結構和性質發(fā)生了顯著變異的土，應判定為污染土。污染土的定名可在原分類名稱前冠以“污染”二字。

污染土場地和地基可分為下列類型，不同類型場地和地基勘察應突出重點。（1）已受污染的已建場地和地基；（2）已受污染的擬建場地和地基；（3）可能受污染的已建場地和地基；（4）可能受污染的擬建場地和地基。10.4污染土10.4.2污染土場地和地基的勘察（1）以現(xiàn)場調查為主，對工業(yè)污染應著重調查污染源、污染史、污染途徑、污染物成分、污染場地已有建筑物受影響程度、周邊環(huán)境等。對尾礦污染應重點調查不同的礦物種類和化學成分，了解選礦所采用工藝、添加劑及其化學性質和成分等。對垃圾填埋場應著重調查垃圾成分、日處理量、堆積容量、使用年限、防滲結構、變形要求及周邊環(huán)境等。（2）采用鉆探或坑探采取土試樣，現(xiàn)場觀察污染土顏色、狀態(tài)、氣味和外觀結構等，并與正常土比較，查明污染土分布范圍和深度。10.4污染土（3）直接接觸試驗樣品的取樣設備應嚴格保持清潔，每次取樣后均應用清潔水沖洗后再進行下一個樣品的采取；對易分解或易揮發(fā)等不穩(wěn)定組分的樣品，裝樣時應盡量減少土樣與空氣的接觸時間，防止揮發(fā)性物質流失并防止發(fā)生氧化；土樣采集后宜采取適宜的保存方法并在規(guī)定時間內運送試驗室。（4）對需要確定地基土工程性能的污染土，宜采用以原位測試為主的多種手段；當需要確定污染土地基承載力時，宜進行載荷試驗。10.4污染土10.4.3污染土和水的室內試驗污染土和水的室內試驗，應根據(jù)污染情況和任務要求進行下列試驗：（1）污染土和水的化學成分；（2）污染土的物理力學性質；（3）對建筑材料腐蝕性的評價指標；（4）對環(huán)境影響的評價指標；（5）