土木基础工程--第十章_特殊土基础ppt课件

1、第十章第十章 特殊土地基特殊土地基 在我国不少地域，分布着一些与普通土性质有显著不同的特殊土。由于生成时不同的地理环境、气候条件、地质成因以及次生变化等缘由，使它们具有一些特殊的成分、构造和性质。当用其作为建筑物的地基时，假设不留意这些特点就会呵斥事故。通常把那些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多，大部分都具有地域特点，故又有区域性特殊土之称。 我国主要的区域性特殊土包括湿陷性黄土、膨胀土、软土和冻土等。下面将主要引见湿陷性黄土、膨胀土和冻土的一些主要特征，对建筑物能够呵斥的危害以及用作地基时所应采取的工程措施。10.1 湿陷性黄土地基湿陷性黄土地基一、黄土的特征和分布一、黄土的

2、特征和分布 黄土是一种第四纪堆积物，具有一系列内部物质成分和外部特征，不同于同时期的其它沉积物。黄土具有以下全部特征：1.颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色；2.颗粒组成以粉粒(0.05-0.005mm)为主，含量普通在60%以上，几乎没有粒径大于0.25mm的颗粒；3.孔隙比较大，普通在1.0左右；黄土的分类黄土的分类黄土按成因分为原生或典型黄土和次生黄土按成因分为原生或典型黄土和次生黄土。普通以为不具层理的风成黄土为原生黄土。黄土。普通以为不具层理的风成黄土为原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运重新堆积而构成的原生黄土经过流水冲刷、搬运重新堆积而构成的具有层理含较多砂粒以致细粒的黄土称次

3、生黄土。具有层理含较多砂粒以致细粒的黄土称次生黄土。 4.富含碳酸钙盐类； 5.垂直节理发育；6.普通有肉眼可见的大孔隙。 当短少其中一项或几项特征的称黄土状土。v黄土的分布v黄土分布很广，面积达1300万平方公里，约占陆地总面积的9.3%。世界各大洲黄土覆盖面积占总面积的比例为：欧洲7%，北美5%，南美10%，亚洲3%，此外，在澳大利亚、北非也有零星分布。v我国黄土分布面积635280平方公里，占世界黄土分布总面积的4.9%左右，主要分布在北纬33-47度，以34-45度之间最为发育，属于干旱、半干旱气候类型。v我国湿陷性黄土分布面积约占我国黄土分布总面积的60%左右，为27万平方公里，大部

4、分在黄土中游地域，北起长城附近，南达秦岭，西自乌鞘岭，东至太行山，即北纬34-41度，东经102-114度之间。 湿陷性黄土普通都覆盖在下卧的非湿陷性黄土层上，厚度以六盘山以西地域较大，达30米，六盘山以东地域稍薄，如汾渭河谷多为几米至十几米，再向东至河南西部那么更少，并且有非湿陷性黄土位于湿陷性黄土层之间。二、黄土湿陷发生的缘由和影响要素二、黄土湿陷发生的缘由和影响要素 对黄土湿陷的缘由和机理的各种不同论点，可以归纳为内因和外因两个方面。内因主要是由于土本身的物质成分颗粒组成、矿物成分和化学成分和其构造，外因那么是水和压力的作用。1.1.毛管假说毛管假说TerzaghiTerzaghi指出当

5、潮湿砂土内的不延续水分积聚指出当潮湿砂土内的不延续水分积聚在颗粒接触点时，相邻颗粒孔隙中水和空气交界处在颗粒接触点时，相邻颗粒孔隙中水和空气交界处的外表张力，使土粒拉在一同。水浸入土中后，外的外表张力，使土粒拉在一同。水浸入土中后，外表张力消逝，于是砂土溃散。有的学者曾用这种观表张力消逝，于是砂土溃散。有的学者曾用这种观念来解释黄土的湿陷，以后遭到反对。念来解释黄土的湿陷，以后遭到反对。J.G.DudleyJ.G.Dudley以为毛细压力是黄土中构成细粉粒粘结和絮凝粘粒以为毛细压力是黄土中构成细粉粒粘结和絮凝粘粒粘结的重要要素。黄土中的毛细作用是存在的，但粘结的重要要素。黄土中的毛细作用是存在

6、的，但将其作为湿陷的主要缘由值得商榷。常宝琦曾用风将其作为湿陷的主要缘由值得商榷。常宝琦曾用风干的扰动土样制成试件，虽然破坏了毛细管通道，干的扰动土样制成试件，虽然破坏了毛细管通道，消除了弯液面作用，依然有很大的的湿陷性。消除了弯液面作用，依然有很大的的湿陷性。 2.溶盐假说溶盐假说 黄土中存在大量的可溶盐。当黄土的含水量较黄土中存在大量的可溶盐。当黄土的含水量较少时，易溶盐处于微晶体形状，附着在颗粒外表，少时，易溶盐处于微晶体形状，附着在颗粒外表，起着一定的胶结作用。这种胶结作用是黄土加固内起着一定的胶结作用。这种胶结作用是黄土加固内聚力的一部分，受水浸湿后，易溶盐溶解，这部分聚力的一部分，

7、受水浸湿后，易溶盐溶解，这部分强度就丧失了，因此产生湿陷。强度就丧失了，因此产生湿陷。 我国湿陷性黄土中的易溶盐含量都较少，不是我国湿陷性黄土中的易溶盐含量都较少，不是组成加固内聚力的主要部分，难溶盐含量虽高，但组成加固内聚力的主要部分，难溶盐含量虽高，但其溶解很缓慢，因此，较多的观念以为易溶盐的溶其溶解很缓慢，因此，较多的观念以为易溶盐的溶解不是产生湿陷的主要缘由。解不是产生湿陷的主要缘由。3.胶体缺乏说胶体缺乏说以为黄土的湿陷性是含有小于以为黄土的湿陷性是含有小于0.05mm颗粒颗粒含量小于含量小于10%的土所固有的性质，这种土短少胶的土所固有的性质，这种土短少胶体部分；假设有显著数量的胶

8、体，那么膨胀可防体部分；假设有显著数量的胶体，那么膨胀可防止湿陷的发生。朱海之以为当粘粒含量大于止湿陷的发生。朱海之以为当粘粒含量大于15-20%时黄土不具有湿陷性，但发现兰州西盆地北时黄土不具有湿陷性，但发现兰州西盆地北岸二级阶地上的黄土粘粒含量大于岸二级阶地上的黄土粘粒含量大于30%，却湿陷，却湿陷性剧烈。性剧烈。 4.水膜楔入说水膜楔入说低含水量黄土在细颗粒主要是粘粒外表上低含水量黄土在细颗粒主要是粘粒外表上包裹着的结合水膜普通很薄，溶解在其中的阴、阳包裹着的结合水膜普通很薄，溶解在其中的阴、阳离子的静电引力较强，将外表带负电荷的粘粒衔接离子的静电引力较强，将外表带负电荷的粘粒衔接起来，

9、构成一定的凝聚强度。当水进入土中时，结起来，构成一定的凝聚强度。当水进入土中时，结合水膜变厚，象楔子一样将结实衔接的颗粒分开，合水膜变厚，象楔子一样将结实衔接的颗粒分开，使土粒外表产生膨胀，体积增大，引力减弱，凝聚使土粒外表产生膨胀，体积增大，引力减弱，凝聚强度降低，因此产生湿陷。水膜楔入说能较好地解强度降低，因此产生湿陷。水膜楔入说能较好地解释黄土在水一进入就会立刻发生湿陷这一景象；但释黄土在水一进入就会立刻发生湿陷这一景象；但是，还缺乏以解释各种复杂的湿陷景象的如湿陷是，还缺乏以解释各种复杂的湿陷景象的如湿陷性的强弱、自重湿陷与非自重湿陷等产生。性的强弱、自重湿陷与非自重湿陷等产生。5.5

10、.欠压密实际欠压密实际黄土是在干旱或半干旱气候条件下构成的。风黄土是在干旱或半干旱气候条件下构成的。风成黄土在堆积过程中，外表受大气降水的影响。在成黄土在堆积过程中，外表受大气降水的影响。在枯燥少雨的条件下，大气降水浸湿带的厚度常少于枯燥少雨的条件下，大气降水浸湿带的厚度常少于蒸发影响带的厚度，蒸发影响带的厚度，a-aa-a线以上土层在降水期，土中线以上土层在降水期，土中含水量较高，处于最优压密条件，但由于土层薄，含水量较高，处于最优压密条件，但由于土层薄，自重压力小，未能得到有效压密。随黄土继续堆积，自重压力小，未能得到有效压密。随黄土继续堆积，a-aa-a线提高，在新的线提高，在新的a-a

11、a-a线与线与b-bb-b线之间的土层，大气线之间的土层，大气降水影响不到，但蒸发过程继续进展。由于水分减降水影响不到，但蒸发过程继续进展。由于水分减少，盐类析出，胶体凝结产生了加固内聚力。少，盐类析出，胶体凝结产生了加固内聚力。bbaaabba 虽然上覆土层压力增大，但缺乏以抑制土中构成的加固内聚力，因此成为欠压密形状。如此循环往复，使得堆积的欠压密土层越来越厚，一旦水浸入较深，加固内聚力消逝，就产生湿陷。当降水量少，干旱期长时，欠压密程度大，而且欠压密土层也较厚；反之，黄土欠压密程度就弱，构成的欠压密土层也较薄。欠压密论易于解释我国黄土为什么西北部湿陷性强，东南部弱这一规律。三、黄土湿陷性

12、的断定和地基的评价三、黄土湿陷性的断定和地基的评价一黄土湿陷性的断定一黄土湿陷性的断定 黄土湿陷性在国内外都采用湿陷系数s值来断定，s可经过室内浸水紧缩实验测定。把坚持天然含水量和构造的黄土土样装入侧限紧缩仪内，逐级加压，到达规定实验压力，土样紧缩稳定后，进展浸水，使含水量接近饱和，土样又迅速下沉，再次到达稳定，得到浸水后土样高度，由下式求得土的湿陷系数s：0hhhpps 按照国内各地阅历采用s=0.015作为湿陷性黄土的界限值，s0.015定为湿陷性黄土，否那么为非湿陷性黄土。湿陷性土层的厚度也是用此界限值确定的。普通以为0.015 s 0.03为弱湿陷性黄土，0.030.07为强湿陷性黄土

13、。二湿陷性黄土地基湿陷类型的划分二湿陷性黄土地基湿陷类型的划分 自重湿陷性黄土浸水后，在其上覆土自重压力作用下，迅速发生比较剧烈的湿陷，要求采取较非自重湿陷性黄土地基更有效的措施，保证桥涵等建筑物的平安和正常运用。用计算自重湿陷量zs来划分这两种湿陷类型的地基，zs(cm)按下式计算：niizsizsh10 当计算自重湿陷量或实测自重湿陷量小于等于70mm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；当其大于70mm时，应定为自重湿陷性黄土场地。三湿陷性黄土地基湿陷等级的断定三湿陷性黄土地基湿陷等级的断定 湿陷性黄土地基的湿陷等级，即地基土受水浸湿，发生湿陷的程度，可以用地基内各土层湿陷下沉稳定后所发生湿陷

14、量的总和总湿陷量来衡量，总湿陷量越大，对桥涵等建筑物的危害性越大，其设计、施工和处置措施要求也应越高。对地基总湿陷量scm用下式计算：niisish1 湿陷性黄土地基的湿陷等级，可根据地基总湿陷量s和计算自重湿陷量zs综合，按下表断定。 当s小于5cm时，可按非湿陷性黄土地基进展设计和施工。也可以采用野外浸水荷载实验确定黄土地基的湿陷系数、湿陷类型和等级，但任务量较大，较少采用，仅对自重湿陷性黄土地基的鉴别，有较大参考价值。四、湿陷性黄土地基的处置四、湿陷性黄土地基的处置 湿陷性黄土地基处置的方法很多，在不同的地域，根据不同的地基土质和不同的构造物，地基处置应选用不同的处置方法。在勘察阶段，经

15、过现场取样，以实验数据进展分析，断定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别后，经过经济分析比较，综合思索工艺环境、工期等诸多方面的要素。最后选择一个最适宜的地基处置方法，经过优化设计后，确保满足处置后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。 所采用方法的有：所采用方法的有：重锤表层夯实和强夯重锤表层夯实和强夯土垫层土垫层土挤密桩土挤密桩桩根底桩根底化学加固法化学加固法其它加固方法其它加固方法(预浸水法、热加固法、水下爆破法、预浸水法、热加固法、水下爆破法、电火花加固法电火花加固法10.2 膨胀土地基膨胀土地基 膨胀土也是一种很重要的地域性特殊土类，按照我

16、国GBJ112-87以下简称中的定义，膨胀土应是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。众所周知，普通粘性土也都有膨胀、收缩特性，但其量不大，对工程没有太大的实践意义；而膨胀土的膨胀收缩再膨胀的周期性变形特性非常显著，并常给工程带来危害，因此工程上将其从普通粘性土中区别出来，作为特殊土对待。 膨胀土在我国分布范围很广，据现有的资料，广西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山东等20多个省、自治区、市均有膨胀土。国外也一样，如美国，50个州中有膨胀土的占40个州，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东宽广地域，也都有不同程度的分布。目前膨胀土的工程问

17、题，已成为世界性的研讨课题。 一、膨胀土的判别和膨胀土地基的胀缩等级一、膨胀土的判别和膨胀土地基的胀缩等级一影响膨胀土胀缩特性的主要要素一影响膨胀土胀缩特性的主要要素 影响膨胀土胀缩性质的内在机制，主要是指矿物成分及微观构造两方面。实验证明，膨胀土含大量的活性粘土矿物，如蒙脱石和伊利石，尤其是蒙脱石，在低含水量时对水有宏大的吸力，土中蒙脱石含量的多寡直接决议着土的胀缩性质的大小。除了矿物成分要素外，这些矿物成分在空间上的结合形状也影响其胀缩性质。经对大量不同地点的膨胀土扫描电镜分析得知，面面衔接的叠聚体是膨胀土的一种普遍的构造方式，这种构造比团粒构造具有更大的吸水膨胀和失水吸缩的才干。 影响膨

18、胀土胀缩性质的最大外界要素是水对膨胀土的作用，或者更确切地说，水分的迁移是控制土胀、缩特性的关键外在要素。由于只需土中存在着能够产生水分迁移的梯度和进展水分迁移的途径，才有能够引起土的膨胀或收缩。虽然某一种粘土具有潜在的较高的膨胀势，但假设它的含水量坚持不变，那么不会有体积变化发生；相反，含水量的细微变化，哪怕只是1%-2%的量值，实际证明就足以引起有害的膨胀。因此，判别膨胀土的胀缩性目的都是反映含水量变化时膨胀土的胀缩量及膨胀力大小的。二膨胀土的胀缩性目的二膨胀土的胀缩性目的1 1自在膨胀率自在膨胀率efef 将人工制备的磨细烘干土样，经无颈漏斗注入量杯，量其体积，然后倒入盛水的量筒中，经充

19、分吸水膨胀稳定后，再测其体积。添加的体积与原体积的比值ef称为自在膨胀率。 2 2膨胀率膨胀率epep与膨胀力与膨胀力PePe 膨胀率表示原状土在侧限紧缩仪中，在一定压力下，浸水膨胀稳定后，土样添加的高度与原高度之比。 以各级压力下的膨胀率ep为纵坐标，压力p为横坐标，将实验结果绘制成p-ep关系曲线，该曲线与横坐标的交点Pe称为试样的膨胀力，膨胀力表示原状土样，在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力。膨胀力在选择根底型式及基底压力时，是个很有用的目的。在设计上假设希望减少膨胀变形，应使基底压力接近于膨胀力。3线缩率线缩率s与收缩系数与收缩系数s 膨胀土失水收缩，其收缩性可用线缩率与收缩系

20、数表示。线缩率s是指土的竖向收缩变形与原状土样高度之比。 根据不同时辰的线缩率及相应含水量，可绘成收缩曲线，利用直线收缩段可求得收缩系数s，其定义为：原状土样在直线收缩阶段内，含水量每减少1%时所对应的线缩率的改动值，即：ssw三膨胀土的判别三膨胀土的判别 根据我国十余年来的实际阅历，判别膨胀土的主要根据是工程地质特征与自在膨胀率。因此中规定，凡具有以下工程地质特征的场地，且自在膨胀率ef40%的土应断定为膨胀土。1裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土。在自然条件下呈巩固或硬塑形状；2多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；3常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑槽壁易发生坍塌等；4建筑物裂痕随气候变化而张开和闭合。1换土垫层2合理选择根底埋置深度3石灰灌浆加固4合理选用根底类型5合理选择施工方法四膨胀土地基上桥涵根底工程设计与施工应四膨胀土地基上桥涵根底工程设计与施工应 采取的措施采取的措施 10.3 冻土地域根底工程冻土地