特殊土的工程地质性质-软土

1、特殊土工程地质特殊土工程地质 石经院硕士研究生课程 指导思想：指导思想： 总的说来，特殊土比较宽泛、其性质研究方法多总的说来，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。重点讲种多样，没有统一的规律。重点讲1、2种特殊土的种特殊土的 性质和处理方法，不求全。性质和处理方法，不求全。 任务：任务： 1、特殊土的基本矿物组成及其特点、岩土结构特、特殊土的基本矿物组成及其特点、岩土结构特 点点(深入深入) 2、特殊土的物理化学性质、力学性质、特殊土的物理化学性质、力学性质(深入深入) 3、评价和处理方法、评价和处理方法 4、学习一种、学习一种处理方法，计算技能处理方法，计算技能 黏土矿

2、物：黏土矿物： 1、蒙脱石的晶体构造，单位晶层间存在多少、蒙脱石的晶体构造，单位晶层间存在多少 种形式的水分子，在什么条件下含有种形式的水分子，在什么条件下含有3个、个、2个个 水分子？水分子？ 2、天然土往往是、天然土往往是Ca质蒙脱石，什么是质蒙脱石，什么是Ca质蒙质蒙 脱石？脱石？ 3、伊利石与蒙脱石的结构相似，为何有不同的、伊利石与蒙脱石的结构相似，为何有不同的 水理性质？水理性质？ 4、了解：从结构形式或水理特性分析，海绿石、了解：从结构形式或水理特性分析，海绿石、 绿磷石可划分为伊利石类。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？、叙述高岭石和绿泥石的晶体构造？

3、微结构：微结构： 1、微结构特征分类及其与岩土性质的联系？、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？、定向排列结构的特点？ 3、紊流结构特点？、紊流结构特点？ 4、粒状堆叠结构和粒状架空结构特点？、粒状堆叠结构和粒状架空结构特点？ 5、胶粘式结构特点？、胶粘式结构特点？ 特殊土的概念特殊土的概念 我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类 繁多，工程性质各异。繁多，工程性质各异。 有些土类，由于有些土类，由于地理环境、气候条件、地地理环境、气候条件、地 质成因、物质成分及次生变化等原因质成因、物质成分及次生变化等原因而各具有而各具有 与一般土

4、类显著不同的与一般土类显著不同的特殊工程特殊工程性质，当其作性质，当其作 为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意为建筑场地、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，就会造成这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成 工程事故。工程事故。 特殊土的概念特殊土的概念 特殊性土特殊性土 具有一定分布区域或工程意义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上具有特殊成分、状态和结构特征的土称 黄土黄土西北、华北等干旱、半干旱气候区西北、华北等干旱、半干旱气候区 红粘土红粘土西南亚热带湿热气候区西南亚热带湿热气候区 软土（软土（包括淤泥和淤泥质土包括淤泥和淤泥

5、质土） 冻土冻土 膨胀土膨胀土南方和中南地区南方和中南地区 盐渍土盐渍土 混合土混合土 填土填土 污染土污染土 根据工程特性根据工程特性 软土软土指在水流缓慢的环境中沉积，有微生物参与作用，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 力低的一种力低的一种软塑到流塑状态软塑到流塑状态的粘性土。的粘性土。 一、软土淤泥土一、软土淤泥土 一、软土淤泥土一、软土淤泥土 分类分类 （1）按软土的形成环境分）按软土的形成环境分 1）沿海软土）沿海软土 泻湖相沉积、溺谷相沉积、滨海相沉积、三角洲相沉积泻湖相沉

6、积、溺谷相沉积、滨海相沉积、三角洲相沉积 2）内陆软土）内陆软土 湖相沉积、河漫滩相沉积、牛轭湖相沉积、山区谷地沉积湖相沉积、河漫滩相沉积、牛轭湖相沉积、山区谷地沉积 （2）按有机质含量分类）按有机质含量分类 有机质含量有机质含量60% 泥炭泥炭 （3）按天然含水量和孔隙比分）按天然含水量和孔隙比分 淤泥淤泥 淤泥质土淤泥质土 5 . 1, e L 5 . 10 . 1 ,e L 软土组成及结构特征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）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，有腥臭味量高时，有腥臭味 2）粒度成分主要为粘粒及粉粒，粘

7、粒含量高达）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）矿物成分，除粉粒中的石英、长石、云母外，粘粒中的粘 土矿物主要是土矿物主要是伊利石伊利石，高岭石高岭石次之。此外软土中常有一定量次之。此外软土中常有一定量 的有机质，可高达的有机质，可高达8 9 4）软土具有典型的）软土具有典型的海绵状或蜂窝状海绵状或蜂窝状结构，是造成软土孔隙比结构，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）软土常具有层理构造

8、，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。交替沉积、或呈透镜体相间形成性质复杂的土体。 一、软土淤泥土一、软土淤泥土 1、高孔隙比、高孔隙比 孔隙比常见值为孔隙比常见值为1.02.0； 2、饱水、天然含水率大于液限、饱水、天然含水率大于液限 液限一般为液限一般为4060; 饱和度一般饱和度一般90; 天然含水率多为天然含水率多为5070。 未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动 状态。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、透水性极弱：一般垂直方向的渗透系数较水平方向小。

9、4、高压缩性、高压缩性：a12一般为一般为0.71.5Mpa 1，且随天然含水率 ，且随天然含水率 的增大而增大。的增大而增大。 二、工程地质性质的基本特点二、工程地质性质的基本特点 5、抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关、抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关 不排水：三轴快剪不排水：三轴快剪,0左右；直剪，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 快剪的快剪的1015，c0.02Mpa。 6、较显著的触变性和蠕变性、较显著的触变性和蠕变性 二、工程地质性质的基本特点二、工程地质性质

10、的基本特点 工程特性：工程特性： 263页页 二、工程地质性质的基本特点二、工程地质性质的基本特点 kcmdba cMdMbMf 地基承载地基承载 力特征值力特征值 基底下基底下1倍倍 短边宽深短边宽深 度内土的度内土的 粘聚力标粘聚力标 准值准值 与与 有关有关 的承载力的承载力 系数，查系数，查 表表 k 基底基底 上土上土 的加的加 权重权重 度度 dcp 基础埋深基础埋深 基底以上基底以上 土的加权土的加权 平均重度平均重度 由不排水由不排水 剪切试验剪切试验 确定的粘确定的粘 聚力聚力 dcpu14. 5 基础埋深基础埋深 基底以上基底以上 土的加权土的加权 平均重度平均重度 由不排

11、水由不排水 剪切试验剪切试验 确定的粘确定的粘 聚力聚力 dcpu71. 5 方形基础方形基础 条形基础条形基础 得到极限荷载得到极限荷载 后后/安全系数安全系数3 111 1 0 iiii n i si s azaz E p s i n i ic Hs 1 i ii ci ii i i p pp C ee e 1 1 00 log 1 1 1 scd ssss E b p k s d d0 75. 0 1 z H vc dms 0 1 n i ai i i s t t C e H s 1 10 log 1 k h h w 0 0 21 2211 0 zz zz 承压水层上覆土层承压水层上覆土

12、层 厚度厚度 堆载预压法堆载预压法 真空预压法真空预压法 降水预压法降水预压法 电渗排水法电渗排水法 联合加压法联合加压法 b d p 2 平面布置平面布置：等边三角形或正方形布置。有效排水直径与间：等边三角形或正方形布置。有效排水直径与间 距的关系为：距的关系为： lde05. 1 lde13. 1 井径比确定井径比确定 井距井距：间距可按井径比：间距可按井径比n选用，据工程实践，塑料排水带选用，据工程实践，塑料排水带 或袋装砂井或袋装砂井n=1522，普通砂井，普通砂井，n=68。 w e d d n 井深井深：根据建筑物对地基的稳定性、变形要求和工期确定，：根据建筑物对地基的稳定性、变形

13、要求和工期确定， 一般应尽可能的深。一般应尽可能的深。 砂料砂料：应选中粗砂，粘粒含量不应大于：应选中粗砂，粘粒含量不应大于3%。 砂井直径砂井直径 范围范围：大于或等于建筑物基础外缘所包围的范围。：大于或等于建筑物基础外缘所包围的范围。 大小大小：对沉降有严格限制：对沉降有严格限制的建筑，的建筑，应采用超载预压处理，应采用超载预压处理， 超载量大小根据超载量大小根据预压时间内预压时间内要求完成的变形量通过计算确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。附加应力。 加荷速率加荷速率：根据地基土的强

14、度来确定。：根据地基土的强度来确定。 预压时间预压时间：当排水竖井底面以下：当排水竖井底面以下受压土层受压土层经预压完成的变经预压完成的变 形和平均固结度符合设计要求时。形和平均固结度符合设计要求时。 建筑地基处理技术规范建筑地基处理技术规范JGJ79-2002，在一级或多级等速，在一级或多级等速 加载条件下，当固结时间为加载条件下，当固结时间为t时，时， 1 1 1 ii TTt ii n i i t eeeTT p q U 时间单位时间单位d， 第第i级荷载的加载速率；级荷载的加载速率；Ti 、Ti 1分别为第 分别为第 i级荷载加载的起始和终止时间，当计算第级荷载加载的起始和终止时间，当

15、计算第i级加载过程中级加载过程中 某时间的固结度时，改为某时间的固结度时，改为t； 、 为参数。为参数。 i q 条件条件 参数参数 竖向排水竖向排水 固结固结 30% 向内径向向内径向 排水固结排水固结 竖向和向内径向排竖向和向内径向排 水固结水固结 （竖井穿透受压土层）（竖井穿透受压土层） 1 2 8 2 2 4H cv 2 8 en h dF c 22 2 8 4 en hv dF c H c 2 8 ch径向排水固结系数，径向排水固结系数，cv竖向排水固结系数竖向排水固结系数 cm2/s；H为土为土 层竖向排水距离，双面排水时为土层厚度的一半，单面时层竖向排水距离，双面排水时为土层厚度

16、的一半，单面时 为土层厚度；为土层厚度； 为双面排水土层或固结应力均匀分布的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单面排水土层平均固结度 2 2 2 2 4 13 ln 1n n n n n Fn z U z U 在瞬时加载条件下，考虑井阻和涂抹影响时，竖井地基径在瞬时加载条件下，考虑井阻和涂抹影响时，竖井地基径 向排水平均固结度向排水平均固结度 可按下式计算可按下式计算 t Fd c r e h eU 2 8 1 r U rsn FFFF 15 4 3 lnnnFn w h r q kL F 4 22 s k k F s h s ln1 kh为天然土层水平渗透系数，为天然

17、土层水平渗透系数，cm/s；ks为涂抹区土的水平为涂抹区土的水平 向渗透系数，可取向渗透系数，可取(1/51/3)kh，cm/s；s为涂抹区直径与为涂抹区直径与 竖井直径比值，取竖井直径比值，取23，中灵敏取低值，高取高值；，中灵敏取低值，高取高值；L为为 竖井深度，竖井深度，cm；qw为竖井纵向通水量，为单位水力梯度为竖井纵向通水量，为单位水力梯度 下单位时间的排水量，下单位时间的排水量，cm3/s。 4 2 ww w dk q 砂料渗透系数砂料渗透系数 对正常固结饱和黏性土，某一时间的抗剪强度，可按下式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，计算， cutzfft Uta

18、n 0 地基土的天然抗剪强度地基土的天然抗剪强度 预压荷载引起的该点的预压荷载引起的该点的 竖向附加应力竖向附加应力 该点的固结该点的固结 度度 对正常固结或弱固结黏性土，预压荷载下地基的最终竖向对正常固结或弱固结黏性土，预压荷载下地基的最终竖向 变形量变形量sf可按下式计算：可按下式计算： i n i i ii f h e ee s 1 0 10 1 自重应力多对应的孔隙比自重应力多对应的孔隙比 为第为第i层土层厚度层土层厚度 自重应力与附自重应力与附 加应力之和所加应力之和所 对应的孔隙比对应的孔隙比 经验系数经验系数， 1.11.4 荷载较大、荷载较大、 较软弱时取较软弱时取 较大值较大值 变形计算时变形计算时，受压层的计算深度可用应力比法确定，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即取为