特殊土的工程地质特征概要33

第四章特殊土的工程地质特征第一节概述一、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。——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特殊性土.

黄土

红粘土

软土（包括淤泥和淤泥质土）冻土

膨胀土盐渍土混合土

填土污染土根据工程特性二、特殊土的分布在我国，特殊土都有一定分布区域：沿海及内陆地区各种成因的软土：主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区的黄土；西南亚热带湿热气候区的红粘土；主要分布于南方和中南地区的膨胀土；高纬度、高海拔地区的多年冻土一、淤泥类土(软土)（一）形成条件和成分结构特点

淤泥类土是指在水流缓慢、不通畅、缺氧和饱水的环境中沉积，有微生物参与作用的条件下，含较多的有机质，疏松软弱的土。

第二节特殊土的工程地质特性天然孔隙比大于1,含水量大于液限.其中：孔隙比大于1.5的称为淤泥.孔隙比大于1而小于1.5的称为淤泥质土.当土中有机质含量[5%，10%]，称有机质土；当有机质含量（10%，60%]时称泥炭质土；当有机质含量（60%，）时，称泥炭。

泥炭是未充分分解的植物遗体堆积而成的一种高有机土，呈深褐-黑色。其含水量极高，压缩性很大且不均匀，往往以夹层或透镜体构造存在于一般粘性土或淤泥质土层中，对工程极为不利。软土的物质组成和结构特点：1．粒度上主要是粘粒和部分粉粒。2．含大量粘土矿物和部分石英、长石、云母；有机质含量较多（5％～15％）。3．呈灰、灰绿和灰黑等暗淡的颜色，污染手指并有臭味。4．结构常为蜂窝状、疏松多孔，定向排列明显、层理较发育，常具薄层状构造。

我国淤泥类土基本上可以分为两大类：一类是沿海沉积淤泥类土；一类是内陆和山区湖盆地及山前谷地沉积的淤泥类土。

沿海沉积的淤泥类土，分布较稳定，厚度较大，土质较疏松软弱；大致可分为四个类型：1．泻湖相沉积2．溺湖相沉积3．滨海相沉积4．三角洲相沉积分布在内陆平原区地淤泥类土主要有：（1）湖泊（2）河漫滩（3）牛轭湖

河漫滩相沉积物：一般为粘性土，有时有粉土和粉、细砂夹层，土层厚度较大，分布也较稳定。

牛轭湖相是由含有大量有机质的粘性土和粉、细砂组成的，并常有泥炭层分布，土层的工程性质较差，也较复杂。（二）工程地质性质的基本特点1、高孔隙比、饱水、天然含水率大于液限孔隙比常见值为1.0～2.0；液限一般为40％～60％;饱和度一般>90％;天然含水率多为50～70％。未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动状态。2、透水性极弱：一般垂直方向的渗透系数较水平方向小。3、高压缩性：a1~2一般为0.7～1.5Mpa－1，且随天然含水率的增大而增大。4、抗抗剪剪强强度度很很低低，，且且与与加加荷荷速速度度和和排排水水固固结结条条件件有有关关不排排水水：三轴轴快快剪剪,0ºº左右右；；直直剪剪，，2ºº～5ºº，c＝0.02Mpa；在排排水水条条件件下下，抗抗剪剪强强度度随随固固结结程程度度提提高高而而增增大大，，固固结结快剪剪的的10ºº～15ºº，c＝0.02Mpa。5、较较显显著著的的触触变变性性和和蠕蠕变变性性二、、黄黄土土黄土土在在一一定定压压力力作作用用下下受受水水浸浸湿湿，，土土结结构构迅迅速速破破坏坏而而发发生生显显著著附附加加下下沉沉，，具具有有这这种种特特性性的的黄黄土土，，称称湿陷陷性性黄黄土土。1、分分布布与与特特征征作为为湿湿陷陷性性土土的的典典型型代代表表———黄土土，，在在全全世世界界的的分分布布比比较较广广泛泛的的，，据据某某些些学学者者估估计计，，黄土土的的覆覆盖盖面面积积在在整整个个欧欧洲洲约约占占10％，，亚亚洲洲约约占占30％；；我国国黄黄土土分分布布面面积积达达60万平平方方公公里里，，其其中中有有湿湿陷陷性性的的约约为为43万平平方方公公里里。。主要要分分布布在在黄黄河河中中游游的甘甘肃肃、、陕陕西西、、晋晋、、宁宁、、河河南南、、青青海海等等省省区区。。地地理理位位置置属属于于干干旱旱与与半半干干旱旱气气候候地地带带。。其其物物质质主主要要来来源源于于沙沙漠漠与与戈戈壁壁。。我国国湿湿陷陷性性黄黄土土的的固固有有特特征征有有：：1）黄色色、褐褐黄黄色色、、灰灰黄黄色色；；2）粒度度成成分分以粉粉土土颗颗粒粒（（0.05～0.005mm）为主主，，约约占占60％；；3）孔隙隙比比e一般般在在1.0左右右，，或或更更大大；；4）含有有较较多多的的可可溶溶性性盐盐类类：重重碳碳酸酸盐盐、、硫硫酸酸盐盐、、氯氯化化物物；；5）具垂直直节理理；6）一般般具肉眼可可见的的大孔孔。黄土结结构示示意图图湿陷黄黄土的的工程程特征征：1）塑性较弱；；2）含水较少；；3）压实程程度很差，，孔隙隙较大大；4）抗水性性弱，遇水水强烈烈崩解解，膨膨胀量量较小小，但但失水水收缩缩量较较明显显；5）透水性性较强；；6）压缩中等，，抗剪强度较较高。。2、成因因我国黄黄土的的粒度度成分分具有有自西西北向向东南南逐渐渐变细细的规规律，，并可可大致致分三三个弧弧形带带。从物质质的主主导来来源而而言，，应认认为绝大部部分黄黄土是是风成成的。。3、地质质年代代黄土在在整个个第四四纪的的各个个世中中均有有堆积积，而各世世中黄黄土由由于堆堆积年年代长长短不不一，，上覆覆土层层厚度度不一一，其其工程程性质质不一一。一般黄黄土（全新新世早早期～～晚更更新期期）与与新近近堆积积黄土土（全全新世世近期期）具具有湿湿陷性性。而比上上两者者堆积积时代代更老老的黄黄土，，通常常不具具湿陷陷性。。4、湿陷陷性评评价在黄土土地区区勘察察中，，湿陷陷性评评价正正确与与否直直接影影响设设计措措施的的采取取。黄土的的湿陷陷性计计算与与评价价，按按一般般的工工作次次序，，其内内容主主要有有：（1）判别别湿陷陷性与与非湿湿陷性性黄土土；（2）判别别自重重与非非自重重湿陷陷性黄黄土；；（3）判别别湿陷陷性黄黄土场场地的的湿陷陷类型型；（4）判别别湿陷陷等级级；（5）确定定湿陷陷起始始压力力等。。（1）湿陷陷性与与非湿湿陷性性黄土土的判判别黄土的的湿陷陷性试试验是在室室内的的固结结仪内内进行行的，，其方方法是是：分分级加加荷至至规定定压力力，当当下沉沉稳定定后，，使土土样浸浸水直直至湿湿陷稳稳定为为止，，其湿湿陷系系数的的计算算式是是：式中：：h0：原状状土样样的原原始高高度，，cmhp：原状状土样样在规规定压压力下下，下下沉稳稳定后后的高高度，，cmhp,：上述述加压压稳定定后的的土样样，在在浸水水作用用下，，下沉沉稳定后后的高高度，，cm利用湿湿陷系系数的的值，，可判判定黄黄土是是否有有湿陷陷性:当δs<0.015时，为为非湿陷陷性黄黄土δs≥0.015时，为为湿陷性性黄土土，且该该值越越大，，湿陷陷性越越强烈烈。工程实实际中中还规规定(一般压压力为为200kPa作用下下)：湿陷系系数为为0.015～0.03时，湿陷性性轻微微，0.03～0.07时，湿陷性性中等等；>0.07时，湿陷性性强烈烈。（2）自重重与非非自重重湿陷陷性黄黄土的的判别别自重湿湿陷性性：当某一一深度度处的的黄土土层被被水浸浸湿后后，仅仅在其其上覆覆土层层的饱和自自重压压力下产生生湿陷陷变形形的，，称自自重湿湿陷性性。非自重重湿陷陷性黄黄土：：当某一一深度度处的的黄土土层浸浸水后后，除除上覆覆土的的饱和和自重重外，，尚需需要一一定的的附加加荷载载（压压力））才发发生湿湿陷的的，称称非自自重湿湿陷性性。测定方方法：：也是在在室内内固结结仪上上进行行，即即分级级加荷荷至上上覆土土层的的饱和和自重重压力力，当当下沉沉稳定定后，，使土土样浸浸水湿湿陷达达稳定定为止止。自重湿湿陷系系数的的计算算公式式：式中：：h0：土样的的原始始高度度，cmhz：原始土土样加加压至至上覆覆土的的饱和和自重重压力力时，，下沉沉稳定定后的的高度度，cm；hz,：上述加加压稳稳定后后的土土样，，在浸浸水作作用下下，下下沉稳稳定后后的高高度，，cm当<0.015时，定定为非自重重湿陷陷性黄黄土。≥0.015时，为为自重湿湿陷性性黄土土。黄土的的湿陷陷性一一般是是自地表表以下下逐渐渐减弱弱，埋深深七、、八米米以上上的黄黄土湿湿陷性性较强强。不同地地区，，不同同时代代的黄土土是不不同的的，这这与土土的成成因，，固结结作用用、所所处的的环境境等条条件有有关。。三、膨膨胀土土在工程程建设设中，，经常常会遇遇到一一种具具有特特殊变变形性性质的的粘性性土，，它的的体积随随含水水量的的增加加而膨膨胀，，随含含水量量减少少而收收缩，并且且这种种作用用循环可可逆，具有有这种种膨胀胀和收收缩性性的土土，即即称为为膨胀土土。（一）分分布和和成因因膨胀土土一般般分布布在盆地内内岗，山前丘丘陵地带和和二、三三级阶阶地上。大多数数是上更新新世及及以前前的残坡积积、冲冲积、、洪积积物，也有有晚第三三纪至至第四四纪的湖泊沉沉积及其风化层层。（二））成分分和结结构特特征（1）从岩岩性上上看，，以粘粘土为为主，，具有黄黄、红红、灰灰、白白等色色，土土中含含有较较多的的粘土土，粘粘土占占总数数的98%，粘土土矿物物多为为蒙脱脱石、、伊利利石和和高岭岭石。。蒙脱石石含量量越多多，膨膨胀性性越强强烈。。（2）结构构致密密，呈坚硬硬～硬硬塑状状态，，强度度较高高，内内聚力力较大大。（3）裂隙隙发育育，竖向向、斜斜交和和水平平三种种均有有，可可见光光滑镜镜面和和擦痕痕。（4）富含含铁、、锰结结核和和钙质质结核核。（5）化学成分为SiO2(45%~66%)、Al2O3(13%~31%)、Fe2O3(3~15%)、硅铝率K＝3～5。（三）一般工工程地质特征征膨胀土的液限限、塑限和塑塑性指数都较较大：液限为40％～68％，塑限为17%～35％，塑性指数数为18～33。膨胀土的饱和和度一般较大大，常在80％以上，天然然含水率较小小，17％～30％。膨胀土的胀缩缩性常为该类地基基的工程地质质问题.（四）膨胀土土的判别凡是具有前面面所述的特征征，且自由膨膨胀率Fs大于40％者，应判定定为膨胀土。。“自由膨胀率率Fs”：系指人工制备备的烘干土，，在水中增加加的体积与原原体积的比，，以百分率表表示。四、红粘土红粘土是指碳酸盐类岩石（石灰岩岩，白云岩，，泥质灰岩等等），在亚热带温湿气气候条件下，经风化而成的残积、坡积积或残～坡积积的褐红色、、棕红色或黄黄褐色的高塑性粘土。（一）成因和和分布成因类型：残积、坡积、、和残～坡积积。上部为坡坡积，下部为为残积的情况况居多。主要分布：云南、贵州、、广西、安徽徽、四川东部部等。（二）成分和和结构特征红粘土的粘粒粒组分（粒径<0.005mm）含量高，一般般可达55～70％，粒度较均均匀，高分散散性。粘土颗粒主要是多以高高岭石和伊利利石类粘土矿矿物为主。主要化学成分分为：SiO2(33.5~68.9%)、Al2O3(9.6~12.7%)、Fe2O3(13.4~36.4%)、硅铝率一般均均小于2。常呈蜂窝状结结构，常有很很多裂隙（网网状裂隙）、、结核和土洞洞。（三）工程地地质性质的基基本特点1、高塑性液限一般为50~80%，塑限为30～60％，塑性指数数一般为20～50。2、高含水率、、低密度天然含水率一一般为30％～60％，饱和度>85％，密实度低低，大孔隙明明显，孔隙比比>1.0；液性指数一一般都小于0.4；坚硬和硬塑塑状态。3、强度较高，，压缩性较低低固结快剪:Φ值8º～18º，c值可达0.04～0.09MPa，多属中压缩性性土或低压缩缩性土，压缩缩模量5～15MPa。4、不具湿陷性性，但收缩性明显，，失水后强烈烈收缩，原状状土体缩率可可达25％。红粘土具有这这些特殊性质质，是与其生生成环境及其其相应的组成成物质有关。。（1）沿深度上，，随着深度的加加大，红粘土土的天然含水水率、孔隙比比、压缩系数数都有较大的的增高，状态态由坚硬、硬硬塑可变为可可塑、软塑，，而强度则大大幅度降低。。（2）在水平方向向上，由于地形地貌貌和下伏基岩岩起伏变化，，性质变化也也很大，地势较