黏性土和软土地基的岩土工程评价资料

1、第 15 章 黏性土和软土地基的岩土工程评价15.1 黏性土的工程分类及其基本特征黏性土塑性指数大于 10的土定名为黏性土。黏性土再根据塑性指数分为粉质黏土和黏土。塑性指数大于 10，且小于或等于 17的土定名为 粉质黏土 ， 塑性指数大于 17的土定名为 黏土 。塑性指数应由相应于76g圆锥仪沉入土中深度为10m时测定的液 限计算而得 。不同沉积年代黏性土的工程地质特征一、老黏性土第四系上更新统（QJ及其以前沉积的黏性土。一般分布于山麓、山坡、河谷高阶地或伏于现代沉积（Q4）之下。 由于它沉积年代较久， 因而具有较高的结构强度和较低的压缩性。 其 承载力标准值一般大于350kPa,压缩模量E

2、s大于15MPa,标准贯入击 数N大于15。通常，老黏性土的承载能力明显地大于具有相同物理性质指标的 一般黏性土。但应注意，有些年代在Q3及其以前的沉积层由于受所处地形等其他条件的影响，其工程性质也可能较差。二、一般黏性土第四纪全新世（Qj沉积的工程性质一般的黏性土 。广泛分布于河谷各级阶地 （主要在低阶地 ）、山前及平原地区，厚 度变化视成因类型而异。 多呈褐黄色或黄褐色， 有时含铁锰质粒状结 核，但圆度较差，亦较硫松。承载力标准值一般为120300kPa,压缩摸量Es为415MPa,标准 贯入击数N为315。三、新近沉积黏性土 沉积年代较新的、即在近代文化期沉积的黏性土。 多分布于湖、塘、

3、沟、谷和河漫滩地段以及超河没滩低阶地、古 河道、洪积冲积锥 （扇）和山前斜地的顶部。一般未经很好的压密固结 作用，结构强度较小。新近沉积黏性土的物理指标与一般黏性土的指标相近， 但工程性 质与般黏性土有明显差别。15.2 软土的生成环境与工程特性 软土是指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。软土为在静水或缓慢流水的环境中沉积， 并经生物化学作用形成 的土。软土包括 淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土 等。淤泥 ：天然含水量大于液限、且天然孔隙比大于或等于 1.5（w wL、且 e 1.5）,淤泥质土 ：天然含水量大于液限、且天然孔隙比小于 1.5 但大于 或等于 1.0

4、 （wwL、且 1.5e 1.0）。土的 有机质含量 Wu：WuV 5%,无机土，5% Wu 10%,有机质土，10%v Wu 60%, 泥炭 。、淤泥和淤泥质土的生成环境与组成成分 静水或缓慢流水的环境 ：水流不通畅的饱和缺氧条件 湖泊、沼泽、大河流的入海处的三角洲、溺谷等沉积环境。淤泥和淤泥质土的组成成分，是由其生成环境决定的。1粒度成分（塑性指数）黏粒（粒径dv 0.005mm）含量一般达30% 60%，大量黏粒的存 在，是使淤泥大量容水的内在因素之一。2矿物成分黏土矿物中以蒙脱石和水云母类占多数。这种矿物组成也反应了软土的生成环境是缺氧的碱性环境， 这些 黏土矿物与水的作用非常强烈，

5、比高岭石类及其他成分的黏土颗粒的 吸水性更大， 因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜， 使得淤泥和淤 泥质土的天然含水量很大。3富含大量微生物和各种有机质是淤泥和淤泥质土的最大特点。 大量有机质的存在， 使软土具一 系列特殊的性质： 颗粒比重小、重度小、天然含水量大 （水容量很大 ）、 水很难排出等。这是由于有机质这种胶体颗粒的结合水膜厚度比一般 黏土矿物颗粒更大的缘故。因此，土中有机质的分解程度愈高、含量 愈大，则土的含水量愈大、工程性质愈差。二、淤泥和淤泥质土的结构性和状态特征淤泥和淤泥质土的结构性是指具有一定强度的粒间联结的性质。当土被扰动，破坏了它的粒间联结，则土体强度就会剧烈降低。粒间

6、联结的因素构成：1静电引力和分子引力作用黏粒之间的静电引力和分子引力的作用， 使黏粒在水下沉积过程 中相互联结成蜂窝状或絮状结构。2水胶联结作用水胶联结是黏土颗粒间水分子 （极性分子 ）在不同电荷作用下定 向排列造成的。受吸附力愈大，其分子排列愈紧密，就愈具有较大的 黏滞度和抗剪强度，从而形成一定强度的粒间联结。3灰质联结作用水中大量的微生物一淤泥细菌作用的结果。这类细菌可以制造CO2, CO2与土中的Ca CC3可形成Ca （H CO3） 2,到一定深度后，细菌 大量死亡，则CO2减少，Ca CO3又沉淀下来，从而形成黏粒间某种程 度的灰质联结。三、淤泥和淤泥质土的物理力学特性软土的主要工程

7、特性：1天然含水量大（一般大于 36%）、孔隙比大（大于 1.0 ）、 饱和度大；2.渗透性差（垂直渗透系数为 10-610-8cm/s）;3压缩性高且完成固结时间长；4. 强度低、地基承载力低；5. 具触变性且灵敏性高；6. 具流变性；7. 在较大的地震力作用下,可能发生震陷。四、不同成因的淤泥和淤泥质土的工程地质特征我国淤泥和淤泥质土的形成和分布，基本上可以分为两大类别： 第一类是属于海洋沿岸的淤积； 第二类是内陆和山区河、湖盆地及山前谷地的淤积。大体上说，第一类分布较稳定，厚度较大；第二类常零星分布， 沉积厚度较小。1沿海软土大致可分为四种类型：1）泻湖相沉积 ：温州、宁波等地区。其特征

8、是土层比较单一，厚度大，分布范围 宽阔，形成海滨平原。2）溺谷相沉积：闽江口地区。 其高压缩性和低强度等特点更甚于前者， 但分布范 围略窄。3）滨海相沉积：天津的塘沽新港地区以及连云港等地区。其淤积厚度达 60m以 上，间夹粉砂薄层或透镜体，整个土体呈 “千层饼 样的细微条带层状 构造。工程性质一般较泻湖相和溺谷相者稍好， 但在深水处的年轻海 淤则比其他各成因类型者更差。4）三角洲相沉积：长江三角洲、 珠江三角洲地区。 其主要特点是海相与陆相交替沉 积形成，分布宽阔，厚度比较均匀、稳定，但分选程度差，多交错的 斜层理或不规则透镜体夹层。 具有薄粉砂夹层或粉砂、 砂质粉土透镜 体，为水平渗流提供

9、了良好的条件。因此，比沿海其他成因类型软土 的物理力学性能相对较好。2内陆平原地区软土主要有湖泊相、沼泽相、河漫滩相、牛轭湖相等。1）湖泊相、沼泽相沉积： 滇池东部及其周围地区，洞庭湖、洪泽湖盆地，太湖流域的杭嘉 湖地区等。其组成和构造特点是组成颗粒微细、均匀，富有机质。淤 泥成层较厚，不夹或很少夹砂、 且往往具有厚度和大小不等的肥淤泥 与泥炭夹层或透镜体。 因此，其工程性质往往比一般滨海相沉积者差。2）河漫滩、牛轭湖相沉积河漫滩相 沉积的工程地质特征是具有明显的二元结构。 上部为 粉质黏土、 砂质粉土， 具微层理， 但比滨海相的间隔厚些； 下部为粉、 细砂。 ）牛轭湖相 沉积物一般由淤泥、淤

10、泥质黏性土及泥炭层组成， 处于流动或潜流状态， 工程性质与 般内陆湖相相近， 但其分布范围 略狭，一般呈透镜状掩埋于冲积层的下部，故需慎重对待。 3内陆山区软土成因主要是由于当地的泥灰岩、 炭质页岩、 泥砂质页岩等风化产 物和地表的有机物质经水流搬运沉积于原始地形低洼处， 长期饱水软 化，间有微生物作用而形成。分布上总的特点是，分布面积不大、厚度变化悬殊。15.3 黏性土和软土地基承载力的综合评价一、影响黏性土和软土地基承载力的因素 软土的主要工程性质特点是强度低、 压缩性高、 排水固结过程缓 慢。地基土的承载力不仅与地基的特性有关， 还与基础、 上部建筑和 地基土之间的相互作用有关。地基土的

11、特性随着施工程序、方法、加 荷的方式变化。地基土的承载力， 要考虑强度和变形两方面， 既要保证地基不发 生强度破坏丧失稳定性， 又要保证建筑物不产生影响建筑物安全与正 常使用的过大沉降或不均匀沉降。对于软土地基来说，强度与变形两者之间， 起控制作用的是变形。软土地基承载力的影响因素：1、上部结构与基础的整体刚度、基础对不均匀沉降的敏感性 其他条件相同， 上部结构连同基础的整体刚度愈大， 建筑物的差 异沉降就愈小，地基土的承载力可以适当地用得高一些。但应注意，上部结构与基础的刚度增大、地基承载力用高后，结 构中所产生的内应力也随之增大。2、加荷方式、加荷速率及加荷的大小室内试验及现场观测均表明不

12、同加荷方式、 不同加荷速率， 以及 加荷的大小对软基变形均有影响图15-8表示不同的 加荷方式对沉降的影响。两者均最终加荷到 125kPa, 种加荷方式是间歇地5次加荷，每加25kPa后待沉降稳定后 再加下一级荷载；另一种则为连续加荷。由图可见间歇加荷的最终沉 降比连续加荷的为小。而连续加荷的沉降主要集中在前期， 延续时间 长。图15-9为不同加荷速率室内固结试验的成果。图中1加荷时间间隔为30min; 2加荷时间间隔为1h加荷快的，其初期沉降较之加荷慢的为小，而最终沉降则比较大加荷的大小：根据福州地区经验,图15T不同加荷連援的固结试報结果当基底压力小于 4070kPa时变形较小，随着压力的

13、增大，每增大1020kPa,沉降就要增加0.5 1倍以上，而且变形速率较高，延续时间也长。上海地区淤泥质土当 基底压力小于7080kPs时变形就较小，基底压力超过这一数值，沉 降就会增大一倍甚至几倍。从理论上来分析，软土地基在加荷过程中，始终存在着剪应力与 抗剪强度这一对矛盾。当地基土受荷载作用后，如加荷速率控制适当， 使排水固结占主导地位，地基土的强度逐渐增长，并能适应外加荷载 所产生的剪应力的增长，地基的变形就小，承载力也就得到提高。反 之，如加荷速率过快，由于软黏土排水固结比较缓慢，则地基土的强 度的增长不适应由于外加荷载所产生不断增长的剪应力时， 地基土会 发生局部的塑性变形，使变形大

14、为增加，甚至发生剪切破坏。3、土的结构扰动软土灵敏度高， 土的结构遭到扰动或破坏后， 强度就会急剧降低。 例如江苏某大型厂房，采用箱形基础，宽63.3m,高6m,由于理深大， 开挖基坑未采取措施，基坑底部因挖土卸重，地下水流动，由于长期 大量抽水,施工操作时基坑底土层被践踏,加上直接在基坑边堆土, 使基底软黏土受挤扰动, 土的天然结构遭到严重破环, 土的压缩性大 大增加,以致厂房建成后沉降甚剧,大大超过了原设计的沉降值。软土中要避免深挖, 深挖不可避免时, 施工措施对软土的承载力 有很大的影响。4、充分利用软土之上的 “硬壳层 ”,采用浅埋基础 我国软土分布地区,表层均有一层 “硬壳层 ”,一

15、般为可塑的中压缩性的黏性土,其力学性质较之以下的软黏土为好,因此,充分利用 软土之上的 “硬壳层 ”,采用浅埋基础,使基底与软土层的间距增加, 减少软黏土的附加压力,从而减少地基的变形,可提高地基承载力。软土地区,应当查明硬壳层的分布、厚度、软土稠度状态沿深度 的变化,在评价地基承载力时应结合这些具体地基条件进行综合分 析。5、微地貌对软土受荷变形的影响如原始地面高低不平,近期人工整平。原来高的地方挖土后,等于预压土，而低的地方，则为新填土，见图 15-12。如设计时基底附加压力均为Po。实际上，高处的附加压力仅为 p0- Y h, Yh为挖去的土重)低处的附加压力则为 Po+ Y h, Y*

16、为新填土 的土重)，因此虽然土层分布是均匀成层的，两者的沉降却是不同的。综合以上的讨论， 影响软土地基承载力的因素是复杂的， 多方面 的。从工程地质勘察来看， 在评价软土地基承截力时要注意以下方面：(1) 软土地基成层特性、软硬土层的分布规律，特别是地表的硬 壳层应当仔细查明，尽管硬壳层一般厚度并不大，也不密忽视，要考 虑充分发挥硬壳层的作用。(2) 基础的类型、形状、大小、埋深和刚度，上部建筑的结构类 型、刚度，对不均匀沉降的敏感性，以及相邻建筑的影响。(3) 荷载性质、大小、加荷速率对地基土的变形特性有很大影响。 在对软黏土的变形规律进行深入试验研究时， 对这些因素要有充分的 考虑，否则会

17、导致不正确的结论。 有时还要联系到地基土早先的受荷 历史来研究。(4) 深开挖基坑时的施工条件的影响二、确定黏性土和软土地基承载力的方法1、常规法按国家标准建筑地基基础设计规范 (GBJ7-89)以室内试验确 定黏性土和软土地基的承载力标准值时，应按表 15-5和表15-6查得的 承载力基本值乘以回归修正系数 f 见第14章14-31。帖性#W力甘值僅劇農IM孔fit底*7 一指罚00.25QJO0751.00120&517543039Q阿DC400J60325295a?3252952524021DIM4.82752402102001700.92K210190170L35105L0200ISO

18、1闘nj1151,1160133L15105注：有括号者便拱內播用；呀折算携数亡为0；物对新近机和的站性土和老牯性土应帳据当地剜悭藝取值沿海地区软土承戟力基本值几嶷1S-6珈舎* CD(%364045556575人(iPa)1DD90BO7060SO40注：对于内可翳服使用*表15-7和表15-8为原地基规范(TJ7-74)给出的老黏性土和新近沉 积黏性土的容许承载力R表，供参考。者牯性土害许承敌力囲表15-7含水比504030 8raw7005805(1043fl3C注：會水出为天然舍*与槪限畋的比值；本表臨用于压琳模览大于15MPa的老粘性土.孔 Site注性持数耳0.75J.250.81

19、40120100110901.0120100W1J11090在我国沿海典型软土地区之一的上海地区，上海市标准地基基础设计规范DBJ08-11-89所附上海市工程地质图集系在前期规 范基础上根据建筑经验和沉降量估算编制的，持力层及下卧层的强度 已经初步验算，规定凡符合该图系编制条件 （见第14章14-3 ）的地基容 许承载力，可按工程地点查图使用。新规范国家标准建筑地基基础设计规范（GB50007-2002） 中已不提供地基承载力表。2、强度公式对一般建筑物只采用临塑荷载Pkp或界限附荷载P1/4公式估算地基 强度，而且必须结合地区建筑经验使用，并需满足变形要求。根据上海地区的经验，一般仍用直剪

20、仪做固结快剪，取峰值强度 的70%确定强度指标c, 值。根据福州地区的土质条件，建筑物在施工期的下沉百分比一般较 小，固结度仅为10%30%,故采用固结快剪或不排水快剪均与实际 情况不符，会得到偏高或偏低的强度指标，因此根据地区经验，用固 结1h的快剪测定强度指标，用Pkp计算地基强度，再乘以1.11.2的系数后与载荷试验所确定的地基承载力相接近，也比较符合工程实践经验。使用本方法确定地基承载力仍需考虑地区经验，脱离了地区的建 筑经验，就可能得出错误的评价。3、原位测试(1) 用十字板剪切试验强度Cu估算软黏性土地基承载力对于0啲饱和软黏性土，根据十字板剪切试验所测定的cu，按临塑荷载Pkp公

21、式应为：Pkp =3.14cu h (15-2)参考此式，根据上海地区有关单位与载荷试验对比及使用的经 验，一般用下列两式估算软黏性土的天然地基容许承载力R。R =2qh (15-3a)或R =(2L3)cuh (15-3b)应用(15-3a和3b)两式的关键，在于测得q值的十字板剪切试验方 法和所取5计算值的选择，根据建研院与上海有关勘察单位早在上海 漕河泾、闵行等地区的试验，认为按式(15-1a)提供天然地基容许承载 力与载荷试验结果接近。一般经验认为，对饱和软黏性土地基，不论 用2cu或3cu作为R依据，都需考虑地基变形问题。当建筑物对变形要 求较严时，以用式(15-1a)为宜。而根据近

22、年有关工程的应用经验及试 验影响因素分析认为，既使用式(15-1a),对其中的cu值也累经过适当 修正，才不致使计算结果偏大。（2）用静力触探ps（或qj评定黏性土和软土地基承载力国内在这方面已积累了大量资料，建立了适用于一定地区和土性的经验公式。现将部分经验公式列于表15-9 （附部分国外资料），有 关经验公式的对比情况见图15-13。粘性土和软nfc甚静探叮或矶）与容许承載力冈的经验关系如计）叢 IM序疑峻公式it曲范春和土展社式来區=彊1%?汁黑占30 叹列 6 00。软土、一般粘性土 和老牯性土 碑石含債亡20%）武汉叢合研DB3/f+54.6软土 一股帖性土託覆联台研究ifl傑据上的

23、葡理性 戍査t地基規港）(3)压N = D加电十兀3 0006 000 老粘性土5 W 软土. 一Jft粘性土.砂土快道邮站三勘鬧横计曉-1JC-D.7S7S,+ 120典 300 3 5OD如帖性土芻北雪水利电力勘察设计覘式nr:出=业/ 4枯性土*砂土荷莹.比利时怯国见牯性土条形基础 0.6-1.5110.jj = 1 02drttr-（3）用标准贯入试验N值评定黏性土地基容许承载力 直接利用N值判定地基容许承载力。如图17-14，图中po为静载试验所得比例界限压力。4、用静力载荷试验确定黏性土和软土地基承载力详见第9章。15.4 软土地基工程勘察要点一、应着重查明的问题1、查明软土的成因

24、类型和古地理环境 例如，选择一个厂区跨越古湖盆地的中部， 该厂区所遇淤泥层非 但强度小，而且厚度往往很大，则其变形稳定性必然较差；如果厂区 是处于古湖盆地的边缘地带，则其淤泥层中会夹有较粗碎屑的沉积， 或间有坡积层的交替， 且整个淤泥层的厚度也较薄， 必然使地基土体 的渗水性及其相应的强度和变形特性有显著改变， 给厂区建筑地基承 载力的提高以有利条件。这也正如本章 15-2所述，不同成因类型的淤 泥和淤泥质土，以及其所处的古地理环境不同，将具有不同的分布、 结构构造特征和不同的物理力学特性。另外，在内地近代河谷边缘、阶地和山间盆地的中部，特别要注 意古河道和古湖沼相淤泥分布的勘察工作， 因为这

25、种情况往往不能从 近代地貌上来判定。在滨海平原及河口三角洲地区，水网密布，且地 下暗浜、暗塘也多， 如上海地区过去有的工程就是由于没有重视该地 区地基的这一特点，因而未予查清而造成工程事故的。2、查明软土的分布范围、埋藏深度、厚度及其变化情况。 关于这方面的问题特别在山区或某些山前地带比较突出， 因为这 些地带土层构造一般比较复杂， 如果在地基压缩层范围内的这种软黏 土层厚形不等时， 即使厚度相差并不悬殊， 然而由于软黏土压缩性甚 大的特性，也往往产生较大的不均匀变形，而使建筑物出现裂缝。3、在山区还要特别注意查明软土层下伏基岩的坡度在山区还要特别注意查明软土层下伏基岩（或其他比较坚硬的土层）

26、表面的坡度，以确定地基的抗滑稳定性和加剧地基不均匀沉降的 可能性和程度。例如，舟山某厂主厂房地基的情况，足可说明下伏基 岩起伏这一问题的重要性（图15-15）。图15-15舟山某厂主厂房地基地质情况该厂房为钢筋混凝土条形基础，埋深 1.65m，用砂垫层处理，砂 垫层厚度2m,局部地点为1m。垫层直接放在淤泥和粉质黏土层上地基下伏基岩顶面向东、 北、南方向倾斜， 向北坡度约为 1：2.63， 向南1: 51,故淤泥厚度变化大，最薄仅2.00m,最厚达6.00m。厂房 建成后不久，东西两边山墙出现严重开裂，致使砖墩裂断，缝口上下 叉开,则不得不拆掉重砌。 整个厂房呈南北向反弯曲变形,其中锅炉 房部

27、分横向向东南倾斜，其东南角沉降最大达 20.5cm。总之，厂房地 基变形与基岩坡向一致。其原因就是由于基岩起伏, 淤泥层厚薄不等, 当时尽管采用了 2m 厚的砂垫层处理地基, 仍然造成主厂房与基岩坡度一致的反弯曲变形 和局部倾倒变形。其主要问题是在地基勘察时采用孔距 50m，以为淤 泥层比较均匀, 厂房开裂后补钻才发现基岩面起伏, 以及淤泥层厚度 剧烈变化的情况。 这个问题如能在勘察中查明, 则在地基基础设计中 采用合适的方案,这一工程事故是完全可以避免的。4、重点查明地基持力层、下卧层条件充分重视地表 “硬壳层 ”土的勘察工作, 查明其厚度及物理力学性 质变化情况。5、查明是否存在砂土或粉土

28、夹层、透镜体 注意是否有砂的夹层和透镜体等, 查明它们的位置和厚度变化情况,以便考虑它们作为天然排水层,加速软黏土固结过程,提高地基 强度的可能性, 以及施工中可能产生流砂危害的情况, 以便预先采取 措施。关于流砂现象的实质和形成条件参见第 16章16-5。二、对勘探、取土方法与取土器的要求见第8章。三、现场观察描述与现场试验的重要意义软土土质松软， 触变性强，对于采取这种土的土样，无论所用取 土器设计得多么完善， 其保持原状的程度总有一定限度， 并且经运回 实验室以及开样切土过程， 受某些人为因素的影响， 又难免再受某种 程度的扰动。在试验方面，如剪切试验用直剪仪与实际受力和排水条件有一定

29、差距，并限制了剪切面，因而也使所得C, M直偏大。用三轴剪力仪比 直剪试验较为接近实际情况， 并可以在易于破坏的面上剪裂， 但缺点 是样品制各过程可能会使土的含水量和结构有所改变。 因此,目前对 这些室内测定的指标, 有时只能根据勘察及建筑经验打折使用。 但这 究竞是比较间接的办法, 而对于一个新的地区已有勘察和建筑经验很 少时,要提供比较确切的指标,就有一定的困难。因此,已有不少单 位对软土及其他易于扰动的土，不论是需用原状土的物理指标（如Y 3等），还是力学指标都规定在现场测定。在这个对勘察工作具有方 向性的改进措施方面,有些单位在取土器中采用分节试样环（详见第16章16-2）,又可避免一

30、次试验前开样切土过程的扰动,并对现场宜 接测定某些物理力学指标带来很大方便。对抗剪强度和承载力指标用十字板剪力仪和静力触探能在钻孔 中直接测定, 可以从根本上避免取土过程对土样的扰动及土样应力状态的改变。因而所得成果更能代表软黏土的天然状况另外， 在软黏土的勘探过程对提取土样的现场观察、 描述也尤为 重要。有些单位对软土及其他易扰动的土类的土样定名与土质鉴定， 已实行以野外观察为主 （参考室内试验指标 ）的办法。关于这一措施和 思想，特别对高灵敏度的、 因而呈潜液状态的，以及含极薄层粉细砂 夹层的叙土的土质鉴定和定名有决定性的意义。 例如：根据这种土的 室内（或现场 ）的液、塑限试验所确定的土的塑性指数及状态指标 （液性 指数），往往会与在天然状态下的实际情况有一定差距。因为液、塑 限指标是用扰动土做出的， 特别是不能正确反映土中细微砂夹层的影 响，所以有时会出现把含有极薄层粉细砂夹层或透镜体的淤泥质黏土 定名为淤泥质粉质黏土甚至粉土的问题。重视现场直接观察、描述， 并与试验数据