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1、土质学与土力学第二章第二章 特殊土特殊土 第一节软土第一节软土 第二节黄土第二节黄土 第三节红黏土第三节红黏土 第四节膨胀土第四节膨胀土 第五节其他特殊土第五节其他特殊土 一、软土的物理力学性质 二、软土的工程处理措施 第一节第一节 软土软土软土软土在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑流水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑流塑状态的粘性土，如淤泥等。塑状态的粘性土，如淤泥等。颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有腐臭味；粒度成分以粘粒为主，约占6070%，其次为粉粒；矿物成分多为伊利石，高岭石次之，
2、含有机质，有时可高达89%；具海绵状结构，孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性高、强度很低；具层理构造，垂直方向沉积有明显的分选性。第一节第一节 软土软土软土的特征软土的特征软土的分布软土的分布软土在我国分布很广，主要是在软土在我国分布很广，主要是在沿海地带沿海地带及及平原低地平原低地、沼泽地区沼泽地区，在高原山区的古代或内湖，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。沼泽地区也常遇到软土。软土的分类软土的分类沿海沉积型沿海沉积型内陆湖盆沉积型内陆湖盆沉积型河滩沉积型河滩沉积型沼泽沉积型沼泽沉积型滨海相滨海相;泻湖相泻湖相;溺谷相溺谷相;三角洲相三角洲相第一节第一节 软土软土软土的物理力学性
3、质软土的物理力学性质1.高高含含水水量量和和高高孔孔隙隙性性，天天然然含含水水量量一一般般在在50-70；天天然然孔孔隙比在隙比在12之间，有的可高达之间，有的可高达5.8（滇池）；（滇池）；2.透水性低透水性低(渗透系数一般在渗透系数一般在i10-4i10-8cms)；3.压缩性高压缩性高:变形大而不均匀变形大而不均匀；变形稳定历时长变形稳定历时长4.抗剪强度低抗剪强度低，这与排水固结程度有密切的关系；，这与排水固结程度有密切的关系；5.具有明显的触变性和流变性具有明显的触变性和流变性。第一节第一节 软土软土软土的工程处理措施软土的工程处理措施软土地基的变形破坏主要是承载力低，地基变形大或发
4、生挤出，造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。淤泥土中桩基破坏淤泥土中桩基破坏淤泥土中建筑物不均匀沉降淤泥土中建筑物不均匀沉降第一节第一节 软土软土在软土在软土地基地基设计中，经常采取以下设计中，经常采取以下措施措施：1.1.轻基浅埋轻基浅埋；2.2.减小减小建筑物作用于地基的建筑物作用于地基的压力压力；3.3.侧向约束侧向约束地基土，在四周打板桩基础；地基土，在四周打板桩基础；4.4.设置反压护道设置反压护道；5.5.若软土层若软土层2m2m，可采用，可采用换土法换土法；6.6.另外，还有另外，还有其它其它的一些方法，的一些方法，如如：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂：砂井、排水砂垫层、爆
5、破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。桩、柴排、电渗排水等。在软土地区修建铁路，主要存在地基的沉降和地基的稳定性问题。第一节第一节 软土软土 一、湿陷性黄土的物理性质 二、湿陷性黄土的力学性质 三、湿陷性黄土的工程处理措施第二节第二节 黄土黄土黄黄土土在在世世界界上上的的分分布布面面积积达达13001300万万kmkm2 2，我我国国的的黄黄土土面面积积是是世世界界上上最最大大的的，达达6464万万kmkm2 2，比比法法国国和和瑞瑞士士的的面面积积总总和和还还要要大大。黄黄土土最最厚厚处处约约410m410m左左右右，在在兰兰州州市市七七里里河河区区西西津津村村。在在我我国国，西西北北、中中原
6、原、华华北北、华华东东、东东北北等等地地均均有有分分布布，但但主主要要集集中中在在黄黄河河的的中中游游陕陕、甘甘、宁宁、青青及及山山西西、河河南南一一带带，其其厚厚度度各各不不相相同同。陕陕甘甘地地区区多多厚厚100100200m200m，薄薄处处仅仅几公分。几公分。第二节第二节 黄土黄土湿陷性黄土的物理性质湿陷性黄土的物理性质I.黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下，形成的一种呈黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下，形成的一种呈淡黄、淡黄、褐色或灰黄色褐色或灰黄色的特殊土的特殊土；II.粒度成分以粉土为主粒度成分以粉土为主，约占有，约占有60%70%，一般不含，一般不含0.25mm的颗粒；的颗粒
7、；III.含各种可溶盐含各种可溶盐，富含碳酸盐（，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核），可形成钙质结核（姜结石）；（姜结石）；IV.孔隙多且大，结构疏松孔隙多且大，结构疏松；V.无无层层理理，但但有有垂垂直直节节理理和和柱柱状状节节理理。天天然然条条件件下下能能保保持持近近于垂直的边坡；于垂直的边坡；VI.具有湿陷性具有湿陷性。第二节第二节 黄土黄土具有具有()项特征的为项特征的为标准黄土标准黄土，只有其中，只有其中部分特征的黄土叫部分特征的黄土叫黄土状土黄土状土或或黄土质土。黄土质土。具有湿陷性的黄土为具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土湿陷性黄土。第二节第二节 黄土黄土黄土在天然含水量时，呈
8、坚硬或硬塑状态，具有较高的强黄土在天然含水量时，呈坚硬或硬塑状态，具有较高的强度和低的或中等偏低的压缩性。但遇水浸湿后，有的即使度和低的或中等偏低的压缩性。但遇水浸湿后，有的即使在自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷（称为湿陷性），在自重作用下也会发生剧烈而大量的沉陷（称为湿陷性），强度也随之迅速降低。而有些地区的黄土却并不发生湿陷强度也随之迅速降低。而有些地区的黄土却并不发生湿陷 湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两种种 湿陷性黄土的力学性质湿陷性黄土的力学性质第二节第二节 黄土黄土1.黄土的透水性黄土的透水性比一般粘性土大比一般
9、粘性土大。2.黄土的压缩性黄土的压缩性中等中等。3.黄土的抗剪强度黄土的抗剪强度中等中等。一般一般c=3040kPa，j j=1525。黄土湿陷性判定黄土湿陷性判定 当 0.015时，为非湿陷性黄土 当 0.015时，为湿陷性黄土 自重湿陷系数按下式计算：自重湿陷系数按下式计算：第二节第二节 黄土黄土湿陷系数是指天然土样单位厚度的湿陷量，计算公式如下：湿陷系数是指天然土样单位厚度的湿陷量，计算公式如下：三、湿陷性黄土的工程处理措施三、湿陷性黄土的工程处理措施 湿陷性黄土地区的桥涵应根据湿陷性黄土的等级、结构物分湿陷性黄土地区的桥涵应根据湿陷性黄土的等级、结构物分类和水流特征，采取相应的设计措施
10、和处理方案以满足沉降类和水流特征，采取相应的设计措施和处理方案以满足沉降控制的要求控制的要求 黄土的湿陷类型判定黄土的湿陷类型判定0.015时，定为非自重湿陷性黄土0.015时，定为自重湿陷性黄土第二节第二节 黄土黄土防治黄土湿陷的措施防治黄土湿陷的措施采采用用物物理理、化化学学等等方方法法，提提高高黄黄土土强强度度，降降低低孔孔隙隙度度，加加强强其内部联结；其内部联结；强夯法强夯法；挤密法挤密法防排水防排水。包括排除地表水和地下水。包括排除地表水和地下水。换换填填法法。在在湿湿陷陷性性黄黄土土层层不不厚厚(1(13m)3m)，下下面面又又是是硬硬土土层层或或基基岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚
11、度每层岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层15cm15cm，填后浇水再夯实。，填后浇水再夯实。预浸水法预浸水法深层浸水法深层浸水法第二节第二节 黄土黄土黄土陷穴黄土陷穴这些洞穴使上覆土层陷落这些洞穴使上覆土层陷落天然洞穴天然洞穴人工洞穴人工洞穴黄土陷穴的黄土陷穴的防治措施防治措施有：有：开挖回填、夯实、灌浆开挖回填、夯实、灌浆；做好地表排水工程做好地表排水工程。防止水流渗漏防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。是保证建筑物稳定的措施之一。第二节第二节 黄土黄土 一、红黏土的一般物理力学特征 二、红黏土的物理力学性质变化范围及其规律性 三、裂隙对红黏土强度和稳定性的影响第三节第三节 红黏土红黏
12、土 红粘土红粘土:亚热带湿热气候条件下，亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石碳酸盐类岩石及其间及其间夹的其他岩石，经夹的其他岩石，经红土化作用红土化作用形成的高塑性形成的高塑性粘土粘土。次生红粘土次生红粘土:经流水搬运经流水搬运后仍保留其基本特征后仍保留其基本特征,液限大于液限大于 4545的坡积、洪积粘土。的坡积、洪积粘土。其力学性质低于红粘土其力学性质低于红粘土第三节第三节 红黏土红黏土红黏土分布广泛：红黏土分布广泛：中国南方地区较多中国南方地区较多:主要分布在主要分布在云贵高云贵高原、原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等等地区，位置一般在地区，位置一般在低
13、山丘陵顶部和山间盆地、低山丘陵顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚处洼地、缓坡及坡脚处。第三节第三节 红黏土红黏土云南东川的红粘土景观云南东川的红粘土景观第三节第三节 红黏土红黏土云南东川的红粘土景观云南东川的红粘土景观第三节第三节 红黏土红黏土灰岩基岩红粘土第三节第三节 红黏土红黏土云南元谋的红粘土土林云南元谋的红粘土土林第三节第三节 红黏土红黏土1 1 天然含水量很高，天然含水量很高，404060%60%；2 2 密度小，天然孔隙比很大密度小，天然孔隙比很大 1.41.41.71.7；3 3 高塑性，塑性指数为高塑性，塑性指数为20205050；4 4 一般处于坚硬或硬可塑状态；一般处于坚硬或
14、硬可塑状态；5 5 强度高，压缩性低；强度高，压缩性低；6 6 不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很小，但失水后收缩剧烈。小，但失水后收缩剧烈。红黏土的一般物理力学特征红黏土的一般物理力学特征第三节第三节 红黏土红黏土红黏土的物理力学性质变化范围及其规律性红黏土的物理力学性质变化范围及其规律性 1.随深度的加大，天然含水量、孔隙比和压缩性都随深度的加大，天然含水量、孔隙比和压缩性都有较大的增高，强度大幅度降低；有较大的增高，强度大幅度降低；2.水平方向上，地势较高的部位，排水条件好，天水平方向上，地势较高的部位，排水条件好，天然含水量、孔隙比和压缩性均较低，强度
15、较高；然含水量、孔隙比和压缩性均较低，强度较高；3.平面分布上，次生坡积红粘土经过搬运，结构松平面分布上，次生坡积红粘土经过搬运，结构松散，强度比原生残积红粘土差。散，强度比原生残积红粘土差。4.红粘土近地表往往裂隙发育，破坏了土体的整体红粘土近地表往往裂隙发育，破坏了土体的整体性和连续性，土体强度显著降低。性和连续性，土体强度显著降低。第三节第三节 红黏土红黏土 裂隙对红黏土强度和稳定性的影响裂隙对红黏土强度和稳定性的影响 呈坚硬、硬塑状态的红黏土由于强烈收缩作用呈坚硬、硬塑状态的红黏土由于强烈收缩作用形成了大量裂隙，并且裂隙的发育和发展速度极形成了大量裂隙，并且裂隙的发育和发展速度极快。故
16、裂隙发育也是红黏土的一大特征。快。故裂隙发育也是红黏土的一大特征。在干旱气候条件下，新挖坡面几日内便会被裂在干旱气候条件下，新挖坡面几日内便会被裂隙切割得支离破碎，容易使地面水侵入，导致土隙切割得支离破碎，容易使地面水侵入，导致土的抗剪强度降低，常常造成边坡变形和失稳的抗剪强度降低，常常造成边坡变形和失稳 第三节第三节 红黏土红黏土 一、土体的现场工程地质特征 二、膨胀土的物理、力学指标 三、膨胀土的判别第四节第四节 膨胀土膨胀土膨膨胀胀土土是是一一种种粘粘性性土土，含含有有较较多多的的亲亲水水性性粘粘土土矿矿物物，吸吸水水膨膨胀胀，遇遇水水崩崩解解或或软软化化，失失水水收收缩缩，抗抗冲冲刷刷
17、性性能能差差，这这种种具具有有较较明明显显的的胀胀缩缩性性的土称为的土称为膨胀土膨胀土。第四节第四节 膨胀土膨胀土膨胀土的现场工程地质特征膨胀土的现场工程地质特征 （1 1）颜色颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2 2）粒粒度度成成分分中中以以粘粘土土颗颗粒粒为为主主，一一般般在在50%50%以以上上，最最低低也也要大于要大于30%30%，粉粒次之，砂粒最少；，粉粒次之，砂粒最少；（3 3）矿矿物物成成分分中中粘粘土土矿矿物物占占优优势势，多多为为伊伊利利石石、蒙蒙脱脱石石，高高岭石含量很少；岭石含量很少；（4 4）胀胀缩缩强强烈烈，膨膨胀胀时时产产生生膨膨
18、胀胀压压力力，收收缩缩时时形形成成收收缩缩裂裂隙隙。长期反复胀缩使土体强度产生衰减；长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5 5）各种成因的大小）各种成因的大小裂隙发育裂隙发育；（6 6）早期生成的膨胀土具有）早期生成的膨胀土具有超固结性超固结性。第四节第四节 膨胀土膨胀土膨胀土的物理、力学指标膨胀土的物理、力学指标 1 1 粘粒含量多粘粒含量多 353585%85%；2 2 天然含水量接近或略小于塑限，一般处于坚天然含水量接近或略小于塑限，一般处于坚硬或硬可塑状态；硬或硬可塑状态；3 3 天然孔隙比小，但孔隙比随土体增湿膨胀而天然孔隙比小，但孔隙比随土体增湿膨胀而变大；变大；4 4 自由膨胀量一
19、般超过自由膨胀量一般超过40%40%；5 5 强度较高，压缩性较低，但含水量剧烈增大强度较高，压缩性较低，但含水量剧烈增大时，土体强度骤然降低，压缩性增高。时，土体强度骤然降低，压缩性增高。第四节第四节 膨胀土膨胀土 膨胀土的判别膨胀土的判别 我国目前采用综合的判别方法，即根据现场的工程地质特征、我国目前采用综合的判别方法，即根据现场的工程地质特征、自由膨胀率和建筑物的破坏特征三部分来综合判定，其中前二自由膨胀率和建筑物的破坏特征三部分来综合判定，其中前二者是用来判别是否是膨胀土的主要依据，但并不是唯一的因素。者是用来判别是否是膨胀土的主要依据，但并不是唯一的因素。必要时，还需要进行土的黏土矿
20、物的化学成分等试验。必要时，还需要进行土的黏土矿物的化学成分等试验。在膨胀土地基上建造基础时，应从设计和地基处理两方面采在膨胀土地基上建造基础时，应从设计和地基处理两方面采取取 措施。建筑工程中采用设置沉降缝、换土垫层与排水、加措施。建筑工程中采用设置沉降缝、换土垫层与排水、加大基大基 础埋深、设钢筋混凝土圈梁等措施来消除或减少危害。础埋深、设钢筋混凝土圈梁等措施来消除或减少危害。第四节第四节 膨胀土膨胀土 一、盐渍土 二、冻土 三、填土 四、污染土 五、混合土第五节第五节 其他特殊土其他特殊土 盐渍土盐渍土 盐渍土是不同程度的盐碱化土的统称。在公路工程中一般盐渍土指的是地表层1m厚度内，易溶
21、盐的平均含量0.3%，使之盐渍化了的土。盐渍土中的易溶盐有的以固态结晶状态分布于土粒之间，有的则以液态存在于土的孔隙之中，而且随外界条件的变化，固液态可以相互转换。这种转化以及易溶盐的性质都直接影响着土的物理力学性质。冻土冻土 冻土是指0摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。冻土是一种对温度极为敏感的土体，含有丰富的地下冰。在冻土区修筑公路、铁路、桥梁时人们面临着两大危险：冻胀和融沉。第五节第五节 其他特殊土其他特殊土 填土填土 填土系指由人类活动而堆积的土。填土根据其物质组成和堆填方式分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土四类。污染土污染土 污染土是指由于致污物质的侵入，使土的成分、结构和性质发生了显著变异的土。混合土混合土 混合土是指由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的土。第五节第五节 其他特殊土其他特殊土