土木工程地質(zhì)296-2特殊土的工程性質(zhì)一、土的分類二、特殊土的工程性質(zhì)296-3土是第四紀(jì)以來地殼表層的最新沉積物，未經(jīng)膠結(jié)成巖，常稱為松散土。一、土的分類土的顆粒分組：《鐵路工程巖石分類標(biāo)準(zhǔn)》碎石類土砂類土粉土粘性土按顆粒級(jí)配，土分為296-4殘積土坡積土沖積土淤積土風(fēng)積土崩積土等按土的成因，土分為296-5

特殊土是具有特殊的成分、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特征，而且具有特殊工程性質(zhì)的土。黃土膨脹土軟土凍土紅粘土鹽漬土填土等特殊土296-6二、特殊土的工程性質(zhì)（一）黃土（二）膨脹土（三）軟土（四）凍土296-7

黃土是在干旱、半干旱氣候條件下形成的第四紀(jì)的一種松散的特殊土。（一）黃土296-8黃土的特征

I.

顏色為淡黃、褐色或灰黃色；

II.

粒度成分以粉土為主，約占有60%~70%，一般不含＞0.25mm的顆粒；

III.

含各種可溶鹽，富含碳酸鹽（CaCO3），可形成鈣質(zhì)結(jié)核（姜結(jié)石）；

IV.

孔隙多且大，結(jié)構(gòu)疏松；

V.

無層理，但有垂直節(jié)理和柱狀節(jié)理。天然條件下能保持近于垂直的邊坡；

VI.

具有濕陷性。296-9具有(Ⅰ～Ⅴ)項(xiàng)特征的為標(biāo)準(zhǔn)黃土，只有其中部分特征的黃土叫黃土狀土或黃土質(zhì)土。

具有濕陷性的黃土為濕陷性黃土。296-10黃土的分布黃土在世界上的分布面積達(dá)1300萬km2，我國的黃土面積是世界上最大的，達(dá)64萬km2，比法國和瑞士的面積總和還要大。黃土最厚處約410m左右，在蘭州市七里河區(qū)西津村。在我國，西北、中原、華北、華東、東北等地均有分布，但主要集中在黃河的中游——陜、甘、寧、青及山西、河南一帶，其厚度各不相同。陜甘地區(qū)多厚100～200m，薄處僅幾公分。296-11黃土高原的自然景象296-12黃土的分類——按生成年代分類下更新世Q1（午城黃土）中更新世Q2（離石黃土）上更新世Q3（馬蘭黃土）全新世Q41

老黃土新黃土新近堆積的黃土：全新世Q42296-13黃土的分類——按生成過程分類風(fēng)積坡積殘積洪積沖積等296-14黃土的分類——按塑性指數(shù)IP分類黃土質(zhì)粘土IP＞17黃土質(zhì)砂粘土7＜IP≤17黃土質(zhì)粘砂土1＜IP≤7黃土質(zhì)砂土IP≤1296-15黃土的分類——按濕陷性分類濕陷性

非濕陷性自重濕陷性非自重濕陷性296-16劃分自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土，對(duì)工程建設(shè)有明顯的現(xiàn)實(shí)意義。在自重濕陷性黃土地區(qū)

修筑的渠道

與渠道平行的裂縫；

管道漏水后管道斷裂；

路基受水后局部嚴(yán)重坍塌；

地基土

很大的裂縫或傾斜296-17黃土的工程性質(zhì)黃土的粒度成分黃土的比重和密度黃土的含水量黃土的透水性黃土的壓縮性黃土的抗剪強(qiáng)度黃土的濕陷性296-18

粉粒約占60~70%，其次是砂粒和粘粒。黃土的粒度成分296-19黃土結(jié)構(gòu)疏松，密度較低，一般：Gs≈2.54～2.84；ρ≈1.5～1.8g/cm3；rd≈1.3～1.6g/cm3，與e有關(guān)一般認(rèn)為：rd

＞1.5g/cm3時(shí)，一般為非濕陷性黃土黃土的比重和密度296-20黃土的天然含水量一般為1~38.6%，有的干燥地區(qū)則為1~12%。天然含水量低的黃土濕陷性較強(qiáng)一般認(rèn)為：天然含水量>25%時(shí)，無濕陷性。黃土的含水量296-21

黃土的抗剪強(qiáng)度中等。

一般c=30～40kPa，

j

=15?～25?，我國北部黃土的j可達(dá)

27?～28?。黃土的透水性黃土的壓縮性黃土的抗剪強(qiáng)度

黃土的透水性比一般粘性土大。

黃土的壓縮性中等。296-22296-23296-24天然黃土在一定壓力的作用下，受水浸濕后土體結(jié)構(gòu)受到破壞而發(fā)生的下沉現(xiàn)象，稱為黃土濕陷。黃土的濕陷性296-25296-26黃土濕陷性的判定方法黃土的相對(duì)濕陷系數(shù)

dsh=（h2－h(huán)2’）/h2

dsh

＜0.02，非濕陷性黃土0.02≤

dsh

≤0.03，輕微濕陷性黃土0.03＜

dsh

≤0.07，中等濕陷性黃土

dsh

＞0.07，強(qiáng)烈濕陷性黃土296-27自重濕陷性黃土的判定方法室內(nèi)試驗(yàn)法：室內(nèi)普通固結(jié)儀中進(jìn)行?，F(xiàn)場法：挖平底方形坑或圓坑，邊長或直徑大于等于黃土層的厚度且不應(yīng)小于10m。深度一般為50cm，坑底鋪厚5～10cm的砂或礫，坑內(nèi)灌水，保持水深30cm。浸水至黃土全部飽和，濕陷達(dá)到穩(wěn)定時(shí)為止。其穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)為最后5天的平均濕陷量小于1mm。測出自重濕陷量Dzs?。296-28

當(dāng)Dzs?≤7cm時(shí)非自重濕陷性黃土場地；當(dāng)Dzs?＞7cm時(shí)自重濕陷性黃土場地。

根據(jù)野外無載荷試坑浸水試驗(yàn)，得出

蘭州地區(qū)黃土

明顯或強(qiáng)烈的自重濕陷性；

西安、太原黃土絕大多數(shù)為非自重濕陷性。296-29黃土的濕陷起始?jí)毫?/p>

濕陷起始?jí)毫Α獙?duì)非自重濕陷性黃土，其濕陷性需在一定的荷載壓力作用下才會(huì)表現(xiàn)出來，這一使得黃土開始表現(xiàn)出濕陷性所需的壓力即為黃土的濕陷起始?jí)毫?。密度越大粘粒含量越高土層的埋深越大濕陷起始?jí)毫τ?96-30濕陷起始?jí)毫Φ拇_定室內(nèi)壓縮試驗(yàn)野外載荷試驗(yàn)（單雙線法）現(xiàn)場常用野外簡化方法。296-31防治黃土濕陷的措施

①采用物理、化學(xué)等方法，提高黃土強(qiáng)度，降低孔隙度，加強(qiáng)其內(nèi)部聯(lián)結(jié)；

Ⅰ強(qiáng)夯法；Ⅱ

擠密法

②防排水。包括排除地表水和地下水。

③換填法。在濕陷性黃土層不厚(1～3m)，下面又是硬土層或基巖。換填的土是砂夾卵石，回填厚度每層15cm，填后澆水再夯實(shí)。

④預(yù)浸水法

⑤深層浸水法296-32黃土陷穴黃土陷穴的防治措施有：

①

開挖回填、夯實(shí)、灌漿；

②

做好地表排水工程。

防止水流滲漏是保證建筑物穩(wěn)定的措施之一。天然洞穴人工洞穴這些洞穴使上覆土層陷落296-33（二）膨脹土

膨脹土——是一種粘性土，含有較多的親水性粘土礦物，吸水膨脹，遇水崩解或軟化，失水收縮，抗沖刷性能差，這種具有較明顯的脹縮性的土稱為膨脹土。296-34膨脹土的特征（1）顏色有灰白、棕、紅、黃、褐、及黑色；（2）粒度成分中以粘土顆粒為主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；（3）礦物成分中粘土礦物占優(yōu)勢，多為伊利石、蒙脫石，高嶺石含量很少；（4）脹縮強(qiáng)烈，膨脹時(shí)產(chǎn)生膨脹壓力，收縮時(shí)形成收縮裂隙。長期反復(fù)脹縮使土體強(qiáng)度產(chǎn)生衰減；（5）各種成因的大小裂隙發(fā)育；（6）早期生成的膨脹土具有超固結(jié)性。296-35膨脹土的分布膨脹土分布很廣，全世界都有分布，在我國的分布也很廣。外界條件的改變土中水份的變化地基產(chǎn)生體積變形基礎(chǔ)破壞，建筑物、地坪開裂296-36

膨脹土的季節(jié)性濕度變化常引起道路隆起、路軌移動(dòng)，泵站、電站地基基礎(chǔ)破壞等。296-37膨脹土的成因類型及生成年代主要為殘積、坡積、洪積、湖積及混合沉積類型。生成年代：多在上新世N2～更新世晚期的Q3之間。296-38強(qiáng)親水性多裂隙性強(qiáng)脹縮性強(qiáng)度衰減性快速崩解性弱抗風(fēng)化性等膨脹土的工程性質(zhì)296-39膨脹土的工程地質(zhì)問題及防治措施

1、膨脹土地區(qū)的路基

主要的病害：邊坡變形和基床變形抗剪強(qiáng)度的衰減及承載力的降低邊坡溜坍、滑坡等失穩(wěn)現(xiàn)象路基長期均勻下沉、翻漿冒泥等病害嚴(yán)重影響行車安全296-40

防治措施：

①為防止邊坡變形，首先要根據(jù)路基工程地質(zhì)條件，合理確定路塹邊坡形式。一般情況下，膨脹土邊坡要求一坡到頂，坡腳設(shè)置側(cè)溝平臺(tái)；

②采取一定的排水措施，防止地表水滲入坡體；

③支擋措施：設(shè)抗滑擋墻、抗滑樁、片石垛、填土反壓等；

④坡面防護(hù)措施：常用的有植物防護(hù)和骨架防護(hù)。296-412、膨脹土地區(qū)的地基

地基的問題：承載力的問題和建筑物變形的問題特殊性：本身地基承載力較低還要考慮強(qiáng)度衰減，不僅有土的壓縮變形還有濕脹干縮變形。296-42防治措施：

①

防水保濕措施建筑物周圍的排水條件：加寬散水坡；設(shè)隔水層；加強(qiáng)防漏措施；地下熱力管道等應(yīng)采取隔熱層等。含水量的變化膨脹土脹縮變形296-43

②建筑物布置和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)措施

選擇地形平坦地段，避免引起濕度變化；

增加基礎(chǔ)附加荷載克服土的膨脹；

加大基礎(chǔ)的埋深；

加強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度及增設(shè)沉降縫等。296-44

③地基處理措施設(shè)置土墊層；采用支墩板基礎(chǔ)或樁基等；石灰加固法296-45膨脹土的特性和建筑物的損壞特征找出規(guī)律性和有效的處理措施296-46（三）軟土

軟土——在靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積的，天然含水量大，壓縮性高，承載力低，抗剪強(qiáng)度低的軟塑－流塑狀態(tài)的粘性土，如淤泥等。296-47軟土的特征

⑴顏色多為灰綠、灰黑色、有油膩感，能染指，有時(shí)有腐臭味；

⑵粒度成分以粘粒為主，約占60～70%，其次為粉粒；

⑶礦物成分多為伊利石，高嶺石次之，含有機(jī)質(zhì)，有時(shí)可高達(dá)8～9%；

⑷具海綿狀結(jié)構(gòu)，孔隙比大、含水量高、透水性小、壓縮性高、強(qiáng)度很低；

⑸具層理構(gòu)造，垂直方向沉積有明顯的分選性。296-48軟土的分布軟土在我國分布很廣，主要是在沿海地帶及平原低地、沼澤地區(qū)，在高原山區(qū)的古代或內(nèi)湖沼澤地區(qū)也常遇到軟土。296-49軟土的分類沿海沉積型內(nèi)陸湖盆沉積型河灘沉積型沼澤沉積型濱海相;瀉湖相;溺谷相;三角洲相296-50軟土的工程性質(zhì)

1.

軟土的天然含水量較高，持水性強(qiáng)，透水性差（豎向滲透系數(shù)小于水平向滲透系數(shù)）；

2.

地基承載力很低，抗剪強(qiáng)度也很低，長期強(qiáng)度更低，這與排水固結(jié)程度有密切的關(guān)系；

3.

軟土孔隙比高，一般在1.0～1.8之間，有的可高達(dá)5.8（滇池淤泥）；

4.

壓縮性高，沉降量大；

5.

具有觸變性；

6.

流變性。296-51軟土的工程地質(zhì)問題和防治措施軟土地基的變形破壞主要是承載力低，地基變形大或發(fā)生擠出，造成建筑物的破壞。且易產(chǎn)生不均勻沉降。296-52在軟土地基設(shè)計(jì)中，經(jīng)常采取以下措施：

1.

輕基淺埋；

2.

減小建筑物作用于地基的壓力；

3.

側(cè)向約束地基土，在四周打板樁基礎(chǔ)；

4.

設(shè)置反壓護(hù)道；

5.

若軟土層＜2m，可采用換土法；

6.

另外，還有其它的一些方法，如：砂井、排水砂墊層、爆破排淤、石灰砂樁、柴排、電滲排水等。296-53在軟土地區(qū)修建鐵路，主要存在地基的沉降和地基的穩(wěn)定性問題。296-54（四）凍土

——溫度≤0℃，并含有冰的土層。296-55季節(jié)性凍土

受季節(jié)影響，冬凍夏融，呈周期性凍結(jié)和融化的土多年凍土

持續(xù)三年以上處于凍結(jié)而不融化的土凍土的分類296-56季節(jié)性凍結(jié)層多年凍土296-57多年凍土296-58凍土的分布季節(jié)性凍土的主要工程地質(zhì)問題一般來說，土中粉?；蛘沉：吭礁撸吭酱?，凍脹性越強(qiáng)。凍融泥流凍結(jié)時(shí)膨脹，融化時(shí)下沉。

會(huì)造成土體開裂、路面下凹、翻漿冒泥等。296-60季節(jié)性冰丘

冰丘——在地下水埋藏較淺時(shí)，季節(jié)凍結(jié)區(qū)不斷得到水的補(bǔ)充，地面明顯凍脹隆起，形成的冰脹山丘，稱冰丘。296-61在凍土較厚的地區(qū)，修建各類建筑物時(shí)，采用樁基礎(chǔ)，打穿凍土基礎(chǔ)，但要求樁自身抗凍性能高，故應(yīng)做樁自身的凍融力學(xué)試驗(yàn)。季節(jié)性凍土的分類根據(jù)土的顆粒組成分為：不凍脹土稍凍脹土中等凍脹土極凍脹土根據(jù)含水量的大小分為：不凍脹土弱凍脹土凍脹土強(qiáng)凍脹土296-62多年凍土的工程性質(zhì)整體結(jié)構(gòu)融陷性不大融陷很大

1.多年凍土的特征

凍土由土顆粒、冰、水和氣體四相組成。根據(jù)土中冰的分布位置、形狀特征，凍土結(jié)構(gòu)可分為：網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)296-63多年凍土與其上的季節(jié)性凍土層間的接觸關(guān)系稱為多年凍土的構(gòu)造。銜接型構(gòu)造非銜接型構(gòu)造296-642.多年凍土的工程性質(zhì)

①

物理及水理性質(zhì)重度比重總含水量相對(duì)含冰量296-65其中：

a.未凍結(jié)水含量WC=K·WP

b.總含水量Wn=Wb＋Wc

c.相對(duì)含冰量Wi=Wb/Wn296-66

②力學(xué)性質(zhì)一般溫度越低，含水量越大，強(qiáng)度越大。

長期荷載作用下的凍土極限抗壓強(qiáng)度比瞬時(shí)荷載下的抗壓強(qiáng)度要小許多倍；凍土融化后的抗壓強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度均顯著降低。③

凍土的變形性質(zhì)a．凍脹性被破壞的公路影響凍脹性的因素溫度土的顆粒大小含水量等一般來講，土顆粒越粗，含水量越小，凍脹性就越?。环粗酱?。296-68土的凍脹性的大小用凍脹率n來表示，即：

☆

按n值的大小，我們可將凍土分為四類：強(qiáng)凍脹土n＞6%凍脹土6%≥n＞3.5%弱凍脹土