特殊土的工程性质.doc

特殊土的工程性质土是地球表面尚未固结成岩的松散堆积物。是自然历史时期经过各种地质作用形成的地质体。土位于地壳的表层，主要是第四纪的产物，是人类工程经济活动的主要地质环境。土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质各异。不同类别的工程，对土的物理和力学性质的研究重点和深度都各自不同。土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响，不同成因类型的土，其力学性质会有很大差别，特殊土是指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态或结构特征的土。我国的特殊土不仅类型多，而且分布广，各种天然或人为形成的特殊土的分布，都有其一定的规律，表现一定的区域性。在我国，具有一定分布区域和特殊工程意义的特殊土包括：沿海及内陆地区各种成因的软土：主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区的黄土；西南亚热带湿热气候区的红粘土；主要分布于南方和中南地区的膨胀土；高纬度、高海拔地区的多年冻土；以及盐渍土、人工填土和污染土等。1、 软土软土一般指压缩性大和强度低的饱和粘性土，多分布在江、河、海洋沿岸、内陆湖、塘、盆地和多雨的山间洼地。软土一般为外观以灰色为主的细粒土，天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。软土在我国沿海地区分布广泛，内陆平原和山区亦有分布。我国东海、黄海、渤海、南海等沿海地区，例如滨海相沉积的天津塘沽，浙江温州、宁波等地，以及溺谷相沉积的闽江口平原河滩相沉积的长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原等地区。内陆(山区)软土主要位于湖相沉积的洞庭湖、洪泽湖、太湖、鄱阳湖四周和古云梦泽地区边缘地带，以及昆明的滇池地区，贵州六盘水地区的洪积扇等。工程性质：1、高含水量和高孔隙性、软土的高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素；2.、渗透性弱、软土渗透系数小、含水量大且呈饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显著影响；3、压缩性高，。软土均属高压缩性土，它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。 4.、抗剪强度低 软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关，要提高软土地基的强度，必须控制施工和使用时的加荷速度，特别是在开始阶段加荷不能过大，以便每增加一级荷重与土体在新的受荷条件下强度的提高相适应，使孔隙水在充分排出的条件下，使土体得到正常的压密，从而逐步提高其强度。若土中水分将来不及排出，土体强度不但来不及得到提高，反而会由于土中孔隙水压力的急剧增大，有效应力降低，而产生土体的挤出破坏。5具有明显的结构性。软土一般为絮状结构，尤以海相粘土更为明显。这种土一旦受到扰动，土的强度显著降低，甚至呈流动状态。我国沿海软土的灵敏度一般为410，属于高灵敏度土。因此，在软土层中进行地基处理和基坑开挖，若不注意避免扰动土的结构，就会加剧土体变形，降低地基土的强度，影响地基处理效果。6、较显著的触变性和蠕变性由于软土的结构性在其强度的形成中占据相当重要的地位，则触变性也是它的一个突出的性质。软土的蠕变性是比较明显的。在长期恒定应力作用下，软土将产生缓慢的剪切变形，并导致抗剪强度的衰减。在主固结沉降完成之后，软土还可能继续产生可观的次固结沉降。这种土质如果在施工中出现在路基填土或桥涵构造物基础中，最佳含水量不易把握，极难达到规定的压实度值，满足不了相应的密实度要求，往往会发生路基失稳或过量沉陷。在软土地基上修筑路堤，特别是桥头引道，如不采取有效的加固措施，就会产生不同程度的坍滑或沉陷，一般地，除要确保新填筑路基的密实度以减少沉降外，包括原地面的地基总沉降必须达到基本稳定，沉降量大致达到总沉降量的80%以上时，才容许铺路面。软土地基沉降严重时，不仅增加填方数量，而且沉降或水平位移对临近填土的桥台、挡土墙、涵洞，甚至对附近的住宅、农田以及路线的技术标准都会产生很大的影响。其危害性显而易见,故尽量避免采用做为路基。 二、湿陷性黄土湿陷性黄土是在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土。黄土在我国分布很广，其中湿陷性黄土约占 34，主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；颗粒组成以粉土粒为主，粒度大小较均匀，粘粒含量较少；含碳酸盐、硫酸盐及少量易溶盐；含水量小，；孔隙比大，且具有肉眼可见的大孔隙；具有垂直节理，常呈现直立的天然边坡。湿陷性黄土工程特征：1）塑性较弱；2）含水较少；3）压实程度很差，孔隙较大；4）抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩交明显；5）透水性较强；6）强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。黄土湿陷性的形成及影响因素（1） 黄土湿陷性的形成原因内在因素：黄土的结构特征及其物质组成。外部条件：水的浸润和压力作用。（2）黄土湿陷性的影响因素：黄土湿陷性强弱与其微结构特征、颗粒组成、化学成分等因素有关，在同一地区，土的湿陷性又与其天然孔隙比和天然含水量有关，并取决于浸水程度和压力大小。湿陷性黄土是一种特殊性质的土，在一定的压力下，下沉稳定后，受水浸湿，土结构迅速破坏，并产生显著附加下沉，故在润陷性黄土场地上进行建设，应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度，采取以地基处理为主的综合措施，防止地基湿陷对建筑产生危害。湿陷性黄土地基处理的目的主要是通过消除黄土的湿陷性，提高地基的承载力。 常用的地基处理方法有：土或灰土垫层、土桩或灰土桩、强夯法、重锤夯实法、桩基础、预浸水法等。三、红粘土红粘土是指在亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石及其间所夹的其他岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。液限大于50。上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。经再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45%小于50%的土称为次生红粘土。红粘土的特点一般是天然含水量高、孔隙比大，液限和塑性指数高，但抗水性强,压缩性较低,抗剪强度也较高，可用作土坝填料。红粘土主要为残积、坡积类型，也有洪积类型，其分布多在山区或丘陵地带，我国广泛分布于的云贵高原、四川 东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区的低山、斤陵地带顶部和山间盆地、洼地、 缓坡及坡脚地段。以及分布在黔、桂、滇等地古溶蚀地面上堆积的红粘土层。其厚度的变化与原始地形和下伏基岩面的起伏变化密切相关。工程性质1、 高塑性和分散性，液限一般为5080%，塑限为3060，塑性指数一般为2050%。3、强度较高，多属中压缩性土或低压缩性土2、高含水率、低密度，天然含水率一般为3060，饱和度85，密实度低，大孔隙明显，孔隙比1.0；液性指数一般都小于0.4；坚硬和硬塑状态。处于坚硬和硬塑状态的红粘土层，由于胀缩作用形成了大量裂隙，且裂隙的发生和发展速度极快，在干旱气候条件下，新挖坡面数日内便可被收缩裂隙切割得支离破碎，使地面水易侵入，土的抗剪强度降低，常造成边坡变形和失稳。4、不具湿陷性，但收缩性明显，失水后强烈收缩，原状土体缩率可达25。红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物质有关。在深度上，随着深度的加大，红粘土的天然含水率、孔隙比、压缩系数都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑可变为可塑、软塑，而强度则大幅度降低。在水平方向上，由于地形地貌和下伏基岩起伏变化，性质变化也很大，地势较高的，由于排水条件好，天然含水率和压缩性较低，强度较高，而地势较低的则相反。红粘土虽然强度较高，压缩性较小但因与岩溶伴生且含水量液限均较一般粘土高，具有胀缩性因此不能直接进行填筑的红粘土，必须进行处理，才可以直接填筑。在处理红粘土时，要紧密结合路基工程的特点寻找合适的压实标准及相应的压实工艺使压实后的路基具有较高的强度和较好的强度稳定性，只有满足强度和稳定要求的红粘土才能作为路基填料。红粘土的处理措施一般有：垫层置换法、土性改良法、包边法等。红粘土路基施工的应注意：连续施工避免已压实路基表面因暴露时间较长，风干失水出现龟裂。应尽量避免雨季施工。路堤施工前应做好临时排水及防渗设施截断流向路堤作业区的水源，疏干地表水。对红粘土路基顶层采用胀缩性的粘土作为包边土，包边厚15m左右，夯实后防止破面开裂及地表水的渗入。四、 膨胀土膨胀土是指含有大量的强亲水性粘土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的高塑性粘土。膨胀土的胀缩性会导致建筑物开裂和损坏，并造成坡地建筑场地崩塌、滑坡、地裂等严重的不稳定因素。膨胀土一般分布在盆地内岗，山前丘陵地带和二、三级阶地上。大多数是上更新世及以前的残坡积、冲积、洪积物，也有晚第三纪至第四纪的湖泊沉积及其风化层。一般工程地质特征膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大：膨胀土的饱和度一般较大，天然含水率较小，天然含水量接近或略小于塑限，一般呈坚硬或硬塑状态。天然孔隙比小，便其天然孔隙比随土体湿度的增减而变化，即土体增湿膨胀，孔隙比变大；土体失水收缩，孔隙比变小。 影响膨胀土胀缩变形的主要内在因素：土的粘粒含量和蒙脱石含量、土的天然含水量和密实度及结构强度等。主要外部因素：引起地基土含水量剧烈或反复变化的各种因素，如气候条件、地形地貌及建筑物地基不同部位的日照、通风及局部渗水影响等。在天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低，易被误认为是 工程性能较好的土，但旦地表水浸入或地下水位上升使含水量剧烈增大，或土的原状结构被扰动时，土体会骤然强度降低、压缩性增高。在膨胀土地区进行工 程建筑，如果不采取必要的设计和施工措施，会导致大批建筑物的开裂和损坏，甚至造成坡地建筑场地崩塌、滑坡、地裂。膨胀土建筑场地与地基的评价，应根据场地的地形地貌条件、膨胀土的分布及其胀缩性能、等级地表水和地下水的分布、集聚和排泄条件，并按建筑物的特点、级别和荷载情况，分析计算膨胀土建筑场地和地基的胀缩变形量、强度和稳定性问题，为地基基础、上部结构及其他工程设施的设计与施工提供依据。五、人工填土填土是一定的地质、地貌和社会历史条件下，由于人类活动而堆填的土。性质很不均匀，分布和厚度变化上缺乏规律性；物质成分异常复杂。有天然土颗粒，有砖瓦碎片和石块，以及人类活动和生产所抛弃的各种垃圾；是一种欠压密土，一般具有较高的压缩性，孔隙比很大。往往具有浸水湿陷性。根据建筑地基基础设计规范（GB50007-2002），填土可划分为素填土、杂填土、冲填土三类。(1) 素填土是由碎石、砂土、粉土或黏性 土等一种或几种材料组成的填土。一般密实度较差，但若堆积时间较长，由于土 的自重压密作用，也能达到一定密实度。如堆填时间超过 10 年的黏性土、超过 5 年的粉土、超过 2 年的砂土，均具有一定的密实度和强度，可以作为一般建筑 物的天然地基。素填土地基具有不均匀性，防止建筑物不均匀沉降是填土地基的 关键；（2）杂填土杂填土为含有大量杂物的填土，如建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土等。以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成份的杂填土，一般不宜作为建筑物地基；对以建筑垃圾或一般工业废料主要组成的杂填土，采用适当措施处理后可作为一般建筑物地基。利用杂填土作为地基时应注意：颗粒成分、密实度和平面分布及厚度的不均匀性； 2）工程性质随堆填时间而变化； 3）结构松散、干或稍湿的杂填土一般具有浸水湿陷性； 4）含腐殖质及水化物问题。(2) 冲填土是由水力冲填泥砂形成的沉积土，如在整理和疏 浚江河航道时，送至江河两岸形成的填土。冲填土的含水量大，透水性较弱，排 水固结差， 一般呈软塑或流塑状态， 比同类自然沉积饱和土的强度低、 压缩性高。（3）冲填土（吹填土）冲填土由水力冲填泥砂形成的沉积土，即在整理和疏浚江河航道时，有计划地用挖泥船，通过泥浆泵将泥砂夹大量水分，吹送至江河两岸而形成的一种填土。在我国长江、上海黄浦江、广州珠江两岸，都分布有不同性质的冲填土。冲填土的工程特性如下： 1） 冲填土的颗粒组成和分布规律与所冲填泥砂的来源及冲填时的水力条件有关系。 2）冲填土的含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态。 3）冲填土一般比同类自然沉积饱和土的强度低，压缩性高。填土在堆填方式、组成成分、分布特征