特殊土的工程地质性质-软土【业界精制】

1、特殊土工程地质,石经院硕士研究生课程,1,谷风书苑,指导思想： 总的说来，特殊土比较宽泛、其性质研究方法多种多样，没有统一的规律。重点讲1、2种特殊土的性质和处理方法，不求全。 任务： 1、特殊土的基本矿物组成及其特点、岩土结构特点(深入) 2、特殊土的物理化学性质、力学性质(深入) 3、评价和处理方法 4、学习一种处理方法，计算技能,概 述,2,谷风书苑,黏土矿物： 1、蒙脱石的晶体构造，单位晶层间存在多少种形式的水分子，在什么条件下含有3个、2个水分子？ 2、天然土往往是Ca质蒙脱石，什么是Ca质蒙脱石？ 3、伊利石与蒙脱石的结构相似，为何有不同的水理性质？ 4、了解：从结构形式或水理特性

2、分析，海绿石、绿磷石可划分为伊利石类。 5、叙述高岭石和绿泥石的晶体构造？,概 述,3,谷风书苑,微结构： 1、微结构特征分类及其与岩土性质的联系？ 2、定向排列结构的特点？ 3、紊流结构特点？ 4、粒状堆叠结构和粒状架空结构特点？ 5、胶粘式结构特点？,概 述,4,谷风书苑,特殊土的概念 我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质各异。 有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。,概 述,5,谷风书苑,特殊土的概念 特殊性

3、土 具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土称,概 述,黄土西北、华北等干旱、半干旱气候区 红粘土西南亚热带湿热气候区 软土（包括淤泥和淤泥质土） 冻土 膨胀土南方和中南地区 盐渍土 混合土 填土 污染土,根据工程特性,6,谷风书苑,软土指在水流缓慢的环境中沉积，有微生物参与作用，富含有机质，天然含水量大，孔隙比、压缩性高，承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。,一、软土淤泥土,7,谷风书苑,一、软土淤泥土,8,谷风书苑,分类 （1）按软土的形成环境分 1）沿海软土 泻湖相沉积、溺谷相沉积、滨海相沉积、三角洲相沉积 2）内陆软土 湖相沉积、河漫滩相沉积、牛轭湖相沉积、山区谷

4、地沉积 （2）按有机质含量分类 有机质含量60% 泥炭 （3）按天然含水量和孔隙比分 淤泥 淤泥质土,9,谷风书苑,软土组成及结构特征 1）颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时，有腥臭味 2）粒度成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量高达6070 3）矿物成分，除粉粒中的石英、长石、云母外，粘粒中的粘土矿物主要是伊利石，高岭石次之。此外软土中常有一定量的有机质，可高达8 9 4）软土具有典型的海绵状或蜂窝状结构，是造成软土孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性大、强度低主要原因之一 5）软土常具有层理构造，软土和薄层的粉砂、泥炭层等相互交替沉积、或呈透镜体相间形成性质复杂的土体。,

5、一、软土淤泥土,10,谷风书苑,1、高孔隙比 孔隙比常见值为1.02.0； 2、饱水、天然含水率大于液限 液限一般为4060; 饱和度一般90; 天然含水率多为5070。 未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动状态。 3、透水性极弱：一般垂直方向的渗透系数较水平方向小。 4、高压缩性：a12一般为0.71.5Mpa1，且随天然含水率 的增大而增大。,二、工程地质性质的基本特点,11,谷风书苑,5、抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关 不排水：三轴快剪,0左右；直剪，25，c0.02Mpa； 在排水条件下，抗剪强度随固结程度提高而增大，固结 快剪的1015，c0.02Mpa

6、。 6、较显著的触变性和蠕变性,二、工程地质性质的基本特点,12,谷风书苑,工程特性： 263页,二、工程地质性质的基本特点,13,谷风书苑,三、软土地基,指压缩层主要由淤泥及淤泥质土、吹填土、杂填土或其他高压缩性土组成的地基。 软土地基引发诸多问题 =路堤的失稳、桥头跳车等 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，导致公路破坏或不能正常使用即所说的桥头跳车。,14,谷风书苑,15,谷风书苑,软土地基引发诸多问题,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

7、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，甚至对四周的住宅、农田以及路线的技术标准都会产生很大的影响。,16,谷风书苑,软土路基,17,谷风书苑,四、软土地基的工程评价,1、软土地基承载力的评价 用原位测试方法来确定地基承载力静载荷试验、十字板剪切试验、标准贯入试验、旁压试验和扁铲侧涨试验 优点：减少土的结构扰动、保持原始应力状态,18,谷风书苑,1、软土地基承载力的评价 用理论公式来确定地基承载力 建筑地基基础设计规范：由土的抗剪强度指标确定,地基承载力特征值,基底下1倍短边宽深度内土的粘聚力标准值,与 有关的承载力系数，查表,基底上

8、土的加权重度,四、软土地基的工程评价,19,谷风书苑,1、软土地基承载力的评价 用理论公式来确定地基承载力 按临塑荷载的理论公式确定,基础埋深,基底以上土的加权平均重度,由不排水剪切试验确定的粘聚力,四、软土地基的工程评价,20,谷风书苑,1、软土地基承载力的评价 用理论公式来确定地基承载力 按极限荷载的理论公式确定,基础埋深,基底以上土的加权平均重度,由不排水剪切试验确定的粘聚力,方形基础,条形基础,得到极限荷载后/安全系数3,四、软土地基的工程评价,21,谷风书苑,1、软土地基承载力的评价 用工程地质类比法来确定地基承载力当地的建筑经验,2、软土地基变形的评价 用建筑地基基础设计规范 GB

9、50007-2002来确定地变形,四、软土地基的工程评价,22,谷风书苑,2、软土地基变形的评价 用Skempton-Bjerrum来确定地基沉降，对于正常固结土,四、软土地基的工程评价,23,谷风书苑,2、软土地基变形的评价 用考虑应力历史的地基沉降计算方法来确定地变形，对于正常固结土,四、软土地基的工程评价,24,谷风书苑,3、软土地基稳定性的评价 当建筑物建在池塘、河岸等边坡较近时，应评价地基稳定性，可用条分法进行评价。 当地基的下卧层为基岩或硬土层且表面倾斜时，应分析地基的稳定性。 当软弱土层之下分布承压水时，应分析承压水头对软土地基稳定性影响,四、软土地基的工程评价,承压水层上覆土层

10、厚度,25,谷风书苑,1、排水固结法 概念：建筑物建造前，利用地基排水固结的特性，对建筑物地基进行加荷预压，使土体提前完成固结沉降，增加地基强度的一种软土处理措施。 适用：处理淤泥质土、淤泥和冲填土，方法包括：,五、软土地基的处理技术,堆载预压法 真空预压法 降水预压法 电渗排水法 联合加压法,26,谷风书苑,堆载预压法 原理：ep 曲线，f P曲线 过程： 先在地基中设置砂井、塑料排水带等竖向排水体，然后利用建筑物本身质量分级逐渐加载，或在建造前，在场地加载预压，使土体中的孔隙水排出，土层逐渐固结。 设计要点：(1) 排水竖井，井径,五、软土地基的处理技术,27,谷风书苑,28,谷风书苑,2

11、9,谷风书苑,堆载预压法 设计要点：(1) 排水竖井 井径 普通300500mm，袋桩砂井70120mm，塑料排水袋，可按下式计算：,五、软土地基的处理技术,平面布置：等边三角形或正方形布置。有效排水直径与间距的关系为：,井径比确定,30,谷风书苑,堆载预压法 设计要点：(1) 排水竖井,五、软土地基的处理技术,井距：间距可按井径比n选用，据工程实践，塑料排水带或袋装砂井n=1522，普通砂井，n=68。,井深：根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期确定，一般应尽可能的深。 砂料：应选中粗砂，粘粒含量不应大于3%。,砂井直径,31,谷风书苑,堆载预压法 设计要点：(2) 预压荷载,五、软土地

12、基的处理技术,范围：大于或等于建筑物基础外缘所包围的范围。 大小：对沉降有严格限制的建筑，应采用超载预压处理，超载量大小根据预压时间内要求完成的变形量通过计算确定，并应使预压荷载下受压土层各点的有效竖向应力大于附加应力。 加荷速率：根据地基土的强度来确定。 预压时间：当排水竖井底面以下受压土层经预压完成的变形和平均固结度符合设计要求时。,32,谷风书苑,堆载预压法 设计要点：(3) 地基固结度,五、软土地基的处理技术,建筑地基处理技术规范JGJ79-2002，在一级或多级等速加载条件下，当固结时间为t时，,时间单位d， 第i级荷载的加载速率；Ti 、Ti1分别为第i级荷载加载的起始和终止时间，

13、当计算第i级加载过程中某时间的固结度时，改为t； 、 为参数。,33,谷风书苑,五、软土地基的处理技术,ch径向排水固结系数，cv竖向排水固结系数 cm2/s；H为土层竖向排水距离，双面排水时为土层厚度的一半，单面时为土层厚度； 为双面排水土层或固结应力均匀分布的单面排水土层平均固结度,34,谷风书苑,五、软土地基的处理技术,在瞬时加载条件下，考虑井阻和涂抹影响时，竖井地基径向排水平均固结度 可按下式计算,kh为天然土层水平渗透系数，cm/s；ks为涂抹区土的水平向渗透系数，可取(1/51/3)kh，cm/s；s为涂抹区直径与竖井直径比值，取23，中灵敏取低值，高取高值；L为竖井深度，cm；q

14、w为竖井纵向通水量，为单位水力梯度下单位时间的排水量，cm3/s。,砂料渗透系数,35,谷风书苑,堆载预压法 设计要点：(4) 地基土抗剪强度,五、软土地基的处理技术,对正常固结饱和黏性土，某一时间的抗剪强度，可按下式计算，,地基土的天然抗剪强度,预压荷载引起的该点的竖向附加应力,该点的固结度,36,谷风书苑,堆载预压法 设计要点：(5) 地基的竖向变形量,五、软土地基的处理技术,对正常固结或弱固结黏性土，预压荷载下地基的最终竖向变形量sf可按下式计算：,自重应力多对应的孔隙比,为第i层土层厚度,自重应力与附加应力之和所对应的孔隙比,经验系数，1.11.4 荷载较大、较软弱时取较大值,变形计算

15、时，受压层的计算深度可用应力比法确定，即取为附加应力与土的自重应力的比值为0.1的深度,37,谷风书苑,堆载预压法 设计要点：(6) 砂垫层、排水沟、排水盲沟。,五、软土地基的处理技术,砂垫层的厚度不应小于500mm，砂垫层的干密度应大于1.5g/cm3，其渗透系数宜大于0.01cm/s。 南方某些软土的工程力学特性及分类263页 特殊岩土工程土质学，看明白,38,谷风书苑,工程实例：堆载预压法 某建筑地基的地层为淤泥质粘土，固结系数为Ch=Cv=1.810-3cm2/s，粘聚力c=18kPa，内摩擦角=5，受压土层厚20m，袋装砂井直径dw=700mm，袋装砂井按等边三角形布置，间距l1.4m，深度H=20m，砂井底部为不透