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区域性特殊土与环境岩土工程 梅世松,第三节 冻土与环境岩土工程,一、冻土的物理力学性质,1.土的其实冻结温度和冻土的未冻含水量 各种土的其实冻结温度是不一样的。 对同一种土，含水量越小，起始冻结温度越低。 当土的温度降到起始冻结温度以下时，部分孔隙水开始冻结。随着温度进一步降低，土中未冻水的含量逐渐减少，但不论温度多低，土中仍然含有未冻水。 土中未冻水的含量对其力学性质有很大影响。,根据未冻水含量和冰的胶结程度，可将冻土分为以下三类： （1）坚硬冻土 （2）塑性冻土 （3）松散冻土,2.冻土的构造和溶沉性 由于土的冻结速度、冻结的边界条件及土中水的多少不同，在冻结中可以形成晶粒状构造、层状构造、网状构造等三种冻土构造。,3.多年冻土的主要物理指标 冻土由四相组成，即矿物颗粒、矿冰、未冻水和气体。 表示冻土物理状态的指标有天然容重、天然含水量及土粒相对密度等一般常用物理指标。还有几个与含水状态有关的指标：（1）相对含冰量（2）冰夹层含水量（3）未冻水含量（4）重量含冰量（饱冰度）（5）冰夹层含冰量（包裹体含冰量）（6）冻胀量,4.多年冻土的强度 冻土的抗压强度与冰的胶结作用有关，比未冻土大许多倍，且与温度和含水量有关。 长期荷载作用下的冻土极限抗压强度比瞬时荷载下的抗压强度要小很多倍。 多年冻土在抗剪强度方面的表现与抗压强度类似，长期荷载作用下的冻土的抗剪强度比瞬时荷载作用下的抗剪强度低了很多。 冻土融化后的抗压强度与抗剪强度将显著降低。,5.冻土的变形性质 在短期荷载作用下，冻土的压缩性很低，可不及其变形。在荷载长期作用时，冻土的变形增大，特别是温度未-0.1-0.5的塑性冻土，其压缩性可能相当大。 冻土在融化时，土的结构破坏，往往变成高压缩性和稀释的土体，产生剧烈的变形。,二、冻土的工程分类,冻土塑性变形明显。当温度接近0时，冻土变形呈塑性，二当低温时，冻土变形呈弹性。 冻土变形课分为三阶段： （1）直线变形阶段 （2）非直线变形阶段 （3）流动变形阶段,1.多年冻土按融沉性分类 融沉性时多年冻土地基引起工程建筑物破坏的主要原因。分为以下五类： 不融沉土、弱融沉土、融沉土、强融沉土、融陷。,2.季节性冻土按冻胀性分类 不冻胀土、弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土。,3.冻土按开挖难易分类 坚硬冻土、塑性冻土、松散冻土,三、冻土的环境岩土工程问题,1.城镇环境岩土工程问题 （1）城镇群体工程建筑与多年冻土融化的地面沉陷 （2）城镇供水排水与多年冻土区水资源 （3）城镇垃圾堆放及其对多年冻土的影响 （4）城镇供热管道与多年冻土区群体工程地基稳定性,2.交通工程环境岩土工程问题 （1）地面及路基融化下沉 （2）道路边坡融冻泥流与滑塌 （3）道路隧道冻胀及冰丘与冰锥 （4）施工方式对多年冻土的影响,3.矿山工程环境岩土工程问题 （1）采场边坡稳定性 （2）积煤场对多年冻土热状态的影响 （3）矿区地面剥离对冻土的影响,4.水利工程环境岩土工程问题 （1）水库库区的岸坡稳定性 （2）引水渠道的沼泽化与盐碱化 （3）坝区水电设施对多年冻土的影响,5.多年冻土区的环境及环境岩土工程调查与研究 （1）我国多年冻土的基本特征 （2）冻土工程地质评价 （3）气候转暖对冻土的影响 （4）冻土区生态环境研究,6.寒区环境工程地质与岩土工程的研究任务 （1）开展寒区环境工程地质研究 （2）进行和加强寒区岩土工程的监测 （3）编制寒区环境工程地质图 （4）开展寒区环境岩土工程预报 （5）建立寒区环境岩土工程数据库,区域性特殊土与环境岩土工程,第四节 岸边和海洋土与环境岩土工程,一、岸边地貌,（一）海岸地貌 1.海蚀地貌 （1）地貌类型 波浪作用形成的海蚀地貌，以海蚀崖海蚀平台为典型代表。 a.基岩海岸 b.松散堆积物海岸 潮流作用形成的海蚀地貌 2.海积地貌 （1）地貌类型 海滩： a.沙砾质海岸带 b.淤泥质海岸带 c.沿岸堤（滩脊） 砂坝 a.海岸砂坝 b.湾坝 c.连岛坝 d.沙嘴,（2）海积岸段的岩土工程问题,（二）潮汐汊道和潮汐河口地貌 1.潮汐汊道 （1）地貌类型 潮汐汊道是有潮海岸的海湾汊道，是联结海洋与海湾、泻湖或三角港河口之间的水道。其主要地貌类型为： 主深槽：潮汐汊道上的侵蚀地貌 潮流三角洲：发育于潮汐汊道两端的堆积地貌,（2）潮汐汊道的岩土工程问题 根据主深槽的沉积物研究其稳定条件。 根据泥沙运动性质来研究主深槽的稳定条件。,2.潮汐河口 （1）地貌类型 潮汐河口是河水下泄入海和海水潮汐涨落出入的地段。 潮汐河口可分为三角洲和三角港两大类。其主要地貌类型如下： 潮汐河口的潮流深槽：是潮流较强地段发育的侵蚀地貌。 栏门沙：是潮汐河口口门附近堆积地貌的统称。,（2）潮汐河口的岩土工程问题 根据河口段河海交互作用的特殊水流型式和咸淡水不同混合程度和方式，研究其冲刷堆积等地貌演变规律。 根据河口段河床纵剖面特征，研究泥沙来源及沉积特性。 潮汐河口多层状构造土分布，作为地基应注意其各向异性。,（三）我国海岸和河岸地貌 1.海岸地貌 积盐港湾海岸：海蚀型港湾岸、海蚀堆积型港湾岸、海积夷平港湾岸、潮汐汊道型港湾岸 平原海岸：冲积平原海岸、海积平原海岸 河口岸：三角港、三角洲 生物海岸：珊瑚礁海岸、红树林海岸,2.河岸地貌 （1）阶地 阶地类型 阶地是由地壳上升（或间隙性上升）、河流的侵蚀、堆积作用在河谷内横剖面上形成的阶梯状地貌： a.侵蚀阶地 b.堆积阶地 c.基座阶地 d.埋藏阶地 阶地的岩土工程评价,（2）河漫滩 河漫滩类型 河漫滩是河流在洪水期被洪水淹没的河床以外的谷底部分： a.天然堤 b.古河道 河漫滩的岩土工程问题,二、沿海软土的基本性质和细观结构,沿海软土和海洋土 （1）沉积环境 开阔海岸区：沉积层的积累速度较快，积累厚度较大，沉积物十分疏松，成岩作用差。 孤立的港湾区：土质软弱，结构疏松。沉积厚度很大，地层比较单一。,（2）物质成分 沿海软土和海洋土的物质成分与陆源物质有着极为密切的联系，同时也受到地区性气候风化作用的影响。,（3）微结构特征和工程性质的关系 粒状胶结结构“粉土”或“粉质粘性土” 粒状链接结构“淤泥质亚粘土” 絮状链接结构“淤泥” 粘土基质结构“边面”连接，承载力低，塑性变形大。“面面”连接，能承受较高的基础压力。,三、江河海岸的淤积冲刷及防护,1.河道演变 一方面是由于巨大的水量和沙量的动力作用，另一方面则是由它自己塑造的两岸边界条件和河岸河床的抗冲能力决定的。 河道演变除受自然因素影响外，还收认为因素影响。,2.崩岸与护岸工程 河道在一定的水沙条件与河床边界条件相互作用下岸线发生崩坍。 岸线崩退改变了河道的平面形态，引起下游河势的调整变化，给防洪安全和两岸经济发展造成巨大危害。,3.河口海岸地区冲淤现象综述 河流入海洋、湖泊或支流汇入干流的地区都成为河口。,4.自然条件下的冲淤现象 （1）潮汐、径流作用下纵向不平衡输沙的河口冲淤变化 （2）河口、海岸、河势变化产生的集中冲刷 （3）河口海岸突发性的冲淤变化,5.人类活动形成的冲淤变化 （1）修建调节水库、跨流域引水、治江