【大學(xué)課件】土的工程分類和特殊土的工程地質(zhì)特征

土的工程分類和特殊土的工程地質(zhì)特征本課程將深入探討土壤工程分類及特殊土壤的工程地質(zhì)特征。我們將了解不同類型土壤的性質(zhì)、分類方法和工程應(yīng)用。引言土壤工程的重要性土壤工程是建筑和基礎(chǔ)設(shè)施項目的關(guān)鍵。了解土壤特性對確保結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要。課程目標(biāo)掌握土壤分類方法，理解特殊土壤的工程地質(zhì)特征，為實際工程應(yīng)用打下基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)內(nèi)容概覽包括土壤分類、各類土壤特性、特殊土壤處理方法及相關(guān)試驗技術(shù)。土的工程分類1顆粒土礫石、砂等2粘性土黏土、粉土等3有機(jī)質(zhì)土泥炭、淤泥等4特殊土膨脹土、凍土等顆粒土的種類礫石粒徑大于2mm的土顆粒，多為圓形或棱角狀。砂粒徑在0.075-2mm之間，質(zhì)地較粗。粉土粒徑在0.005-0.075mm之間，質(zhì)地細(xì)膩。顆粒土的工程地質(zhì)特征高滲透性顆粒間孔隙大，水分易于流通。這使得顆粒土排水性能良好。低壓縮性顆粒間接觸緊密，受壓時變形小。適合承載重型結(jié)構(gòu)。摩擦力主導(dǎo)顆粒間主要依靠摩擦力維持穩(wěn)定。抗剪強(qiáng)度與顆粒大小、形狀密切相關(guān)。粘性土的種類黏土含有大量粘土礦物，粒徑小于0.005mm，具有較強(qiáng)的黏性和可塑性。粉質(zhì)黏土介于黏土和粉土之間，具有一定的黏性和可塑性。淤泥水下沉積的細(xì)粒土，含有機(jī)質(zhì)，具有高含水量和高壓縮性。粘性土的工程地質(zhì)特征低滲透性粘土顆粒間孔隙小，水分難以通過。高壓縮性含水量變化會導(dǎo)致顯著體積變化。黏聚力主導(dǎo)顆粒間主要依靠黏聚力維持穩(wěn)定。強(qiáng)度與含水量關(guān)系密切含水量增加會降低土體強(qiáng)度。有機(jī)質(zhì)土的種類有機(jī)質(zhì)土的工程地質(zhì)特征1高含水量有機(jī)質(zhì)土能吸收大量水分，含水量可達(dá)數(shù)百percent。2高壓縮性受壓時易發(fā)生大變形，不適合直接作為建筑基礎(chǔ)。3低承載力由于含水量高、壓縮性大，承載能力較低。4高有機(jī)質(zhì)含量有機(jī)質(zhì)含量高，可能導(dǎo)致土體性質(zhì)隨時間變化。膨脹土的種類蒙脫石類膨脹性最強(qiáng)，主要由蒙脫石礦物組成。伊利石類膨脹性中等，含有伊利石礦物。高嶺石類膨脹性較弱，主要由高嶺石礦物組成。膨脹土的工程地質(zhì)特征1強(qiáng)烈的吸水膨脹性遇水后體積顯著增大，可能導(dǎo)致地面隆起。2干縮裂隙發(fā)育失水后體積收縮，形成裂隙，影響土體整體性。3強(qiáng)度隨含水量變化含水量增加時，強(qiáng)度顯著降低。4高粘性和可塑性具有較高的液限和塑限，工程性質(zhì)復(fù)雜。凍土的種類永久凍土長期處于凍結(jié)狀態(tài)的土體，主要分布在高緯度地區(qū)。季節(jié)性凍土冬季凍結(jié)、夏季解凍的土體，廣泛分布于寒冷地區(qū)。人工凍土通過人為措施使土體凍結(jié)形成的凍土，用于特殊工程。凍土的工程地質(zhì)特征高強(qiáng)度凍結(jié)狀態(tài)下，土體強(qiáng)度顯著增加，承載力提高。熱敏感性溫度變化會導(dǎo)致凍土性質(zhì)發(fā)生顯著變化。凍脹和融沉凍結(jié)時體積膨脹，融化時發(fā)生沉降，影響地面穩(wěn)定性。低滲透性凍結(jié)狀態(tài)下，土體滲透性顯著降低。膨脹土和凍土的工程應(yīng)用1地基處理采用換土、化學(xué)改良等方法減少膨脹性。2基礎(chǔ)設(shè)計考慮膨脹力和凍脹力，采用深基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)。3排水系統(tǒng)設(shè)計合理的排水系統(tǒng)，控制土體含水量變化。4保溫措施在凍土地區(qū)采用保溫措施，防止永久凍土融化。特殊土的勘察特點(diǎn)鉆探取樣采用特殊鉆探技術(shù)，保持土樣原狀。地球物理勘探利用電、磁等方法探測土體分布。原位測試進(jìn)行現(xiàn)場壓力、滲透等試驗，獲取真實數(shù)據(jù)。試驗室測試野外勘察地質(zhì)調(diào)查觀察地形地貌，收集區(qū)域地質(zhì)資料。鉆探取樣進(jìn)行鉆孔取樣，獲取土層分布情況。原位測試開展標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探等現(xiàn)場試驗。水文觀測調(diào)查地下水位、流向等水文地質(zhì)條件。滲透性測試室內(nèi)滲透試驗利用滲透儀測定土樣的滲透系數(shù)。適用于各類土壤，可控制試驗條件。現(xiàn)場滲水試驗在野外進(jìn)行注水或抽水試驗，測定原狀土的滲透性。更接近實際情況。壓力滲透試驗對高壓條件下土體的滲透性進(jìn)行測定。適用于深層土或特殊工程。強(qiáng)度特性測試三軸壓縮試驗測定土體的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角。直接剪切試驗快速獲得土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)。無側(cè)限抗壓試驗測定黏性土的抗壓強(qiáng)度。壓縮性測試1準(zhǔn)備階段制備標(biāo)準(zhǔn)尺寸的土樣，裝入壓縮儀。2加載過程逐級增加荷載，記錄土樣的壓縮變形。3卸載觀察逐級卸載，觀察土樣的回彈特性。4數(shù)據(jù)分析繪制壓縮曲線，計算壓縮系數(shù)和模量。膨脹性測試1自由膨脹率試驗測定土樣在水中自由膨脹的體積增加百分比。2膨脹力試驗測定限制土樣膨脹時產(chǎn)生的最大壓力。3收縮限度試驗確定土樣開始產(chǎn)生裂縫時的含水量。4膨脹-收縮循環(huán)試驗?zāi)M土體在吸水膨脹和干縮過程中的變化。凍融性測試凍脹試驗測定土樣在凍結(jié)過程中的體積膨脹量。融沉試驗觀察土樣在融化過程中的沉降特性。凍融循環(huán)試驗?zāi)M土體在多次凍融過程中的性質(zhì)變化。熱物理性質(zhì)測試測定凍土的熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱容。土的工程分類依據(jù)1顆粒組成粒徑分布2物理性質(zhì)密度、孔隙比3力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度、壓縮性4特殊性質(zhì)膨脹性、凍融性土的分類標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)(USCS)基于粒徑和塑性指數(shù)，廣泛應(yīng)用于工程實踐。美國公路局分類法(AASHTO)主要用于公路工程，考慮土的粒徑和塑性。中國工程地質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合中國地質(zhì)特點(diǎn)，綜合考慮土的物理力學(xué)性質(zhì)。顆粒土的分類礫石粒徑大于2mm，分為粗礫石、中礫石和細(xì)礫石。砂粒徑0.075-2mm，分為粗砂、中砂和細(xì)砂。粉土粒徑0.005-0.075mm，質(zhì)地介于砂和黏土之間。粘性土的分類液限土壤從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)的含水量。塑限土壤從半固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)的含水量。塑性指數(shù)液限與塑限之差，反映土的可塑性。活性塑性指數(shù)與粘土含量的比值，反映粘土礦物的活性。有機(jī)質(zhì)土的分類有機(jī)質(zhì)含量根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量分為低有機(jī)質(zhì)土、中有機(jī)質(zhì)土和高有機(jī)質(zhì)土。分解程度根據(jù)植物纖維分解程度分為纖維狀、半纖維狀和無定形。灰分含量反映無機(jī)物含量，影響土體的工程性質(zhì)。膨脹土的分類1弱膨脹土自由膨脹率小于40%2中等膨脹土自由膨脹率40%-60%3強(qiáng)膨脹土自由膨脹率60%-90%4特強(qiáng)膨脹土自由膨脹率大于90%凍土的分類永久凍土長期處于凍結(jié)狀態(tài)，主要分布在高緯度和高海拔地區(qū)。季節(jié)性凍土冬季凍結(jié)、夏季解凍，廣泛分布于寒冷地區(qū)。短期凍土凍結(jié)時間短于一個