特殊土的种类及其工程性质

三、特殊土的工程性质（一）软土（二）黄土（三）红粘土（四）膨胀土（一）软土

软土——在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑－流塑状态的粘性土，如淤泥等。淤泥质土软土的特征

⑴颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有腐臭味；

⑵粒度成分以粘粒为主，约占60～70%，其次为粉粒；

⑶矿物成分多为伊利石，高岭石次之，含有机质，有时可高达8～9%；

⑷具海绵状结构，孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性高、强度很低；

⑸具层理构造，垂直方向沉积有明显的分选性。软土的分布软土在我国分布很广，主要是在沿海地带及平原低地、沼泽地区，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。软土的分类沿海沉积型内陆湖盆沉积型河滩沉积型沼泽沉积型滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相软土的工程性质1.高含水量和高孔隙性，天然含水量一般在50-70℅；天然孔隙比在1～2之间，有的可高达5.8（滇池）；2.透水性低(渗透系数一般在i×10-4—i×10-8cm∕s)；3.压缩性高:变形大而不均匀；变形稳定历时长4.抗剪强度低，这与排水固结程度有密切的关系；5.具有明显的触变性和流变性。软土的工程地质问题和防治措施软土地基的变形破坏主要是承载力低，地基变形大或发生挤出，造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。淤泥土中桩基破坏淤泥土中建筑物不均匀沉降在软土地基设计中，经常采取以下措施：

1.

轻基浅埋；

2.

减小建筑物作用于地基的压力；

3.

侧向约束地基土，在四周打板桩基础；

4.

设置反压护道；

5.

若软土层＜2m，可采用换土法；

6.

另外，还有其它的一些方法，如：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。在软土土地区区修建建铁路，主要要存在在地基的的沉降降和地基的的稳定定性问题。。黄土是在干干旱、、半干干旱气气候条条件下下形成成的第第四纪纪的一一种松松散的的特殊殊土。。（二））黄土土黄土地地1.黄土的的特征征I.颜色为为淡黄黄、褐褐色或或灰黄黄色；II.粒度成成分以以粉土土为主主，约占占有60%~70%，一般般不含含＞0.25mm的颗粒；III.含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结结核（姜结石）；；IV.孔隙多且大，结构构疏松；V.无层理，但有垂直直节理和柱状节理理。天然条件下能保保持近于垂直的边边坡；VI.具有湿陷性。具有(Ⅰ～Ⅴ)项特征的为标准黄土，只有其中部分特特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。具有湿陷性的黄土土为湿陷性黄土。2.黄土的分布黄土在世界上的分分布面积达1300万km2，我国的黄土面积积是世界上最大的的，达64万km2，比法国和瑞士的的面积总和还要大大。黄土最厚处约410m左右，在兰州市七里河区西西津村。在我国，西北、、中原、华北、华华东、东北等地均均有分布，但主要要集中在黄河的中中游——陕、甘、宁、青及及山西、河南一带带，其厚度各不相相同。陕甘地区多多厚100～200m，薄处仅几公分。。黄土高原的自然景景象黄土的分类——按生成年代分类下更新世Q1（午城黄土）中更新世Q2（离石黄土）上更新世Q3（马兰黄土）全新世Q41老黄土新黄土新近堆积的黄土：：全新世Q42黄土的分类——按生成过程分类风积坡积残积洪积冲积等黄土的分类——按塑性指数IP分类黄土质粘土IP＞17黄土质砂粘土7＜IP≤17黄土质粘砂土1＜IP≤7黄土质砂土IP≤1黄土的分类——按湿陷性分类湿陷性性非湿陷性自重湿陷性非自重湿陷性划分自重湿陷性黄黄土和非自重湿陷陷性黄土，对工程程建设有明显的现现实意义。在自重湿陷性黄土土地区修筑的渠道与渠道平行的裂缝；管道漏水后管道断裂；路基受水后局部严重坍塌；地基土很大的裂缝或倾斜3.黄土的工程性质颗粒以粉土粒为主主，粘粒较少含碳酸盐、硫酸盐盐及少量易溶盐含水量小，孔隙比比大，具肉眼可见见的大孔隙；具垂垂直节理有较高的强度或中中偏低的压缩性常具有湿陷性粉粒约占60~70%，其次是砂粒和粘粘粒。黄土的粒度成分黄土的天然含水量量一般为1~38.6%，有的干燥地区则则为1~12%。天然含水量低的黄黄土湿湿陷性较强一般认为：天然含水量>25%时，无湿陷性。黄土的含水量黄土的抗剪强度中等。一般c=30～40kPa，j=15˚～25˚，我国北部黄土的的j可达27˚～28˚。黄土的透水性黄土的压缩性黄土的抗剪强度黄土的透水性比一般粘性土大。黄土的压缩性中等。天然黄土在一定压压力的作用下，受受水浸湿后土体结结构受到破坏而发发生的下沉现象，，称为黄土湿陷。黄土的湿陷性影响黄土湿陷性的的因素1.黄土中骨架颗粒的的越大越多、胶结结物含量较少，粒粒间连结脆弱，湿湿陷性越强；2.粘土粒的含量越多多，土的湿陷性越越弱；3.易溶盐成分多湿陷陷性强；4.天然孔隙比越大，，天然含水量越小小，则湿陷性越强强；影响黄土湿陷性的的因素5.浸湿程度和压力越越大而增大，压力力达到一定值后，，湿陷量减少；6.从根本上与堆积年年代和成因有关。。黄土湿陷性的判定定方法黄土的相对湿陷系数dsh=（h2－h2’）/h2dsh＜0.015，非湿陷性黄土0.015≤dsh≤0.03，轻微湿陷性黄土0.03＜dsh≤0.07，中等湿陷性黄土dsh＞0.07，强烈湿陷性黄土自重湿陷性黄土的的判定方法室内试验法：室内普通固结仪仪中进行。现场法法：挖平底方形坑或圆坑，边长或直径大于于等于黄土层的厚厚度且不应小于10m。深度一般为50cm，坑底铺厚5～10cm的砂或砾，坑内灌水，保持水深30cm。浸水至黄土全部部饱和，湿陷达到到稳定时为止。其其稳定标准为最后5天的平均湿陷量小小于1mm。测出自重湿陷量量Dzś。当Dzś≤7cm时非自重湿陷性黄土场场地；当Dzś＞7cm时自重湿陷性性黄土场地。根据野外无载荷试试坑浸水试验，得得出兰州地区黄土明显或强烈的自重湿陷性；西安、太原黄土绝大多数为非自重湿陷性。黄土的湿陷起始压压力湿陷起始压力——对非自重湿陷性黄黄土，其湿陷性需需在一定的荷载压压力作用下才会表表现出来，这一使使得黄土开始表现现出湿陷性所需的的压力即为黄土的的湿陷起始压力。。密度越大粘粒含量越高高土层的埋深越越大湿陷起始压力力愈大湿陷起始压力力的确定室内压缩试验验野外载荷试验验（单双线法））现场常用野外外简化方法。。防治黄土湿陷陷的措施①采用物理、化化学等方法，提高黄土强强度，降低孔孔隙度，加强强其内部联结结；Ⅰ强夯法；Ⅱ挤密法②防排水。包括排除地地表水和地下下水。③换填法。在湿陷性黄黄土层不厚(1～3m)，下面又是硬硬土层或基岩岩。换填的土土是砂夹卵石石，回填厚度度每层15cm，填后浇水再再夯实。④预浸水法⑤深层浸水法黄土陷穴黄土陷穴的防治措施有：①开挖回填、夯夯实、灌浆；②做好地表排水水工程。防止水流渗漏漏是保证建筑物物稳定的措施施之一。天然洞穴人工洞穴这些洞穴使上上覆土层陷落落（三）红粘土土1.概念：红粘土:亚热带湿热气气候条件下，，碳酸盐类岩石石及其间夹的其其他岩石，经经红土化作用形成的高塑性性粘土。次生红粘土:经流水搬运后仍保留其基基本特征,液限大于45℅的坡积、洪积积粘土。其力学性质低低于红粘土红粘土的分布布分布广泛：中国南方地区区较多:主要分布在云贵高原、四川东部、广广西、粤北及及鄂西、湘西西等地区，位置置一般在低山丘陵顶部部和山间盆地地、洼地、缓缓坡及坡脚处处。云南东川的红红粘土景观●红粘土地貌云南东川的红红粘土景观●红粘土地貌灰岩基岩红粘土●红粘土地貌云南元谋的红红粘土土林●红粘土地貌—土林2.红粘土的成分分红粘土是碳酸盐类岩石石及其间夹的其其他岩石风化化后期的产物物，多为Al2O3和Fe2O3矿物成分为石英、多水高高岭石、水云云母、胶体二二氧化硅及赤铁矿、三水水铝土矿，无或极少有机机质。以上矿物特征征：多水高岭石与水结合很弱，石英、胶体二二氧化硅及赤铁矿、三水水铝土矿都不溶于水。。性质稳定。红粘土物理力力学特征1天然含水量很很高，40—60%；2密度小，天然然孔隙比很大大1.4—1.7；3高塑性，塑性性指数为20—50；4一般处于坚硬硬或硬可塑状状态；5强度高，压缩缩性低；6不具有湿陷性性，原状土浸浸水后膨胀量量很小，但失失水后收缩剧剧烈。红粘土天然含含水量高孔隙隙比却具有较较高的强度和和较低的压缩缩性１.红粘土粘粒含含量特别多，，在地表高温温条件下很快快失水而相互互凝聚胶结，，较好地保存存了絮状结构构；２.呈现高分散性性，表面能很很大，吸附的的大量水分子子，主要是强强结合水，虽虽然很多，却却只接近于塑塑限，土体仍仍处于坚硬或或硬可塑状态态；３.红粘土的Fe、Al、Si氧化物性质稳稳定、互相胶胶结，特别在在风化后期，，有些变成结结晶的物质，，它们是抗水水的、不可逆逆的，粒间连连接强度更大大，而颗粒周周围吸附Fe3+、Al3+，结合水膜很很薄，加强了了粒间连接强强度。４.分布地区地表表温度高，又又处于地壳上上升阶段，水水的排泄条件件好，所含水水量也只接近近于塑限，土土体呈坚硬或或硬可塑状态态。红粘土的物理理力学性质变变化规律1.随深度的加大大，天然含水水量、孔隙比比和压缩性都都有较大的增增高，强度大大幅度降低；；2.水平方向上，，地势较高的的部位，排水水条件好，天天然含水量、、孔隙比和压压缩性均较低低，强度较高高；3.平面分布上，，次生坡积红红粘土经过搬搬运，结构松松散，强度比比原生残积红红粘土差。4.红粘土近地表表往往裂隙发发育，破坏了了土体的整体体性和连续性性，土体强度度显著降低。。确定红粘土地地基承载力的的原则问题1按地区的不同同，随埋深变变化的湿度和和上部结构情情况，分别确确定。2为了有效利用用红粘土作为为天然地基，，针对其强度度具有随深度度递减的特征征。一般情况况下，基础宜宜尽量浅埋。。确定红粘土地地基承载力的的原则问题3红粘土强度高高，压缩性低低。对于一般般建筑物，地地基承载力往往往由地基强强度控制，而而不考虑地基基变形。4计算红粘土地地基承载力，，必须考虑垂垂直向变化，，按多层地基基处理。（四）膨胀土土膨胀土——是一种粘性土土，含有较多多的亲水性粘粘土矿物，吸吸水膨胀，遇遇水崩解或软软化，失水收收缩，抗冲刷刷性能差，这这种具有较明明显的胀缩性性的土称为膨胀土。2）膨胀土的工工程地质特性性1）低含水量，，呈坚硬－硬硬塑状态；2）孔隙比小，，密度大；3）高塑性，含含黏粒及粉粒粒为主；4）具膨胀力,自由膨胀量>40%；5）天然状态下下压缩性低，，承载力高，，但由于干缩缩裂隙发育,稳定性差。浸浸水后或被扰扰动时,强度骤然降低低。3）影响胀缩变变形的主要因因素膨胀土的特征征（1）颜色有灰白、棕、、红、黄、褐褐、及黑色；；（2）粒度成分中中以粘土颗粒为为主，一般在50%以上，最低也也要大于30%，粉粒次之，，砂粒最少；；（3）矿物成分中粘土矿物占优势，多为伊利石、蒙蒙脱石，高岭石含含量很少；（4）胀缩强烈，膨胀时产生膨胀胀压力，收缩时形形成收缩裂隙。长长期反复胀缩使土土体强度产生衰减减；（5）各种成因的大小小裂隙发育；（6）早期生成的膨胀胀土具有超固结性。膨胀土的分布膨胀土分布很广，，全世界都有分布布，在我国的分布布也很广。外界条件的改变土中水份的变化地基产生体积变形形基础破坏，建筑物物、地坪开裂膨胀土的季节性湿湿度变化常引起道路隆起、、路轨移动，泵站站、电站地基基础础破坏等。膨胀土的成因类型型及生成年代主要为残积、坡积、洪积、湖积及混合沉积类型。生成年代：多在上新世N2～更新世晚期的Q3之间。膨胀土的物理力学学特性1粘粒含量多35—85%；2天然含水量接近或或略小于塑限，一一般处于坚硬或硬硬可塑状态；3天然孔隙比小，但但孔隙比随土体增增湿膨胀而变大；；4自由膨胀量一般超超过40%；5强度较高，压缩性性较低，但含水量量剧烈增大时，土土体强度骤然降低低，压缩性增高。。膨胀土的工程地质质问题及防治措施施1、膨胀土地区的路路基主要的病害：边坡变形和基床变形抗剪强度的衰减及承载力的降低边坡溜坍、滑坡等等失稳现象路基长期均匀下沉沉、翻浆冒泥等病病害严重影响行车安全全防治措施：①为防止边坡变形，，首先要根据路基基工程地质条件，，合理确定路堑边坡坡形式。一般情况下，膨膨胀土边坡要求一一坡到顶，坡脚设设置侧沟平台；②采取一定的排水措施，防止地表水渗入入坡体；③支挡措施：设抗滑挡墙、抗抗滑桩、片石垛、、填土反压等；④坡面防护措施：常用的有植物防防护和骨架防护。。2、膨胀土地区的地地基地基的问题：承载力的问题和建筑物变形的问题题特殊性：本身地基承载力较低还要考虑强度衰减，不仅有土的压缩变形还有湿胀干缩变形。防治措施：①防水保湿措施建筑物周围的排水水条件：加宽散水坡；设隔水层；加强防漏措施；地下热力管道等应应采取隔热层等。。含水量的变化膨膨胀土胀缩缩变形②建筑物布置和基础础设计措施选择地形平坦地段段，避免引起湿度变变化；增加基础附加荷载载克服土的膨胀；加大基础的埋深；加强结构刚度及增设沉降缝等。③地基处理措施设置土垫层；采用支墩板基础或桩基等；石灰加固法膨胀土的特性和建筑物的损坏特征找出规律性和有效的处理措施（五）冻土——温度≤0℃，并含有冰的土层层。季节性冻土受季节影响，冬冻夏融，呈周期性冻结和和融化的土多年冻土持续三年以上处于于冻结而不融化的的土冻土的分类季节性冻结层多年冻土多年冻土冻土的分布季节性冻土的主要要工程地质问题一般来说，土中粉粒或粘粒含含量越高，含水量量越大，冻胀性越越强。冻融泥流冻结时膨胀，融化化时下沉。会造成土体开裂、、路面下凹、翻浆浆冒泥等。季节性冰丘冰丘——在地下水埋藏较浅浅时，季节冻结区区不断得到水的补补充，地面明显冻冻胀隆起，形成的的冰胀山丘，称冰冰丘。在冻土较厚的地区区，修建各类建筑筑物时，采用桩基基础，打穿冻土基基础，但要求桩自自身抗冻性能高，，故应做桩自身的冻融力学学试验。季节性冻土的分类类根据土的颗粒组成分为：不冻胀土稍冻胀土中等冻胀土极冻胀土根据含水量的大小分为：不冻胀土弱冻胀土冻胀土强冻胀土多年冻土的工程性性质整体结构融陷性不大融陷很大1.多年冻土的特征冻土由土颗粒、冰、水和气体四相组成。根据土中冰的分布位置、形状特征，冻土结构可分为为：网状结构层状结构多年冻土与其上的的季节性冻土层间间的接触关系称为多年冻土的构造。衔接型构造非衔接型构造2.多年冻土的工程性性质①物理及水理性质重度比重总含水量相对含冰量其中：a.未冻结水含量WC=K·WPb.总含水量Wn=Wb＋Wcc.相对含冰量Wi=Wb/Wn②力学性质一般温度越低，含水量量越大，强度越大大。长期荷载作用下的冻土极限抗压强强度比瞬时荷载下的抗压强度度要小许多倍；冻土融化后的抗抗压强度与抗剪强强度均显著降低。。③

冻土的变形性性质a．冻胀性被破坏的公路影响冻胀性的因素温度土的颗粒大小含水量等一般来讲，土颗粒越粗，含水水量越小，冻胀性性就越小；反之越大。土的冻胀性的大小小用冻胀率n来表示，即：☆按n值的大小，我们可将冻土分分为四类：强冻胀土n＞6%冻胀土6%≥n＞3.5%弱冻胀土3.5%≥n＞2%不冻胀土n≤2%b．融沉沉性冻土在在融化化后强度大大为降降低，压缩性性急剧剧增大大，使地地基产产生融融化沉沉陷的的现象象简称称融沉或融陷。Ⅰ级：不融沉沉；Ⅱ级：弱融沉沉；Ⅲ级：融沉；；Ⅳ级：强融沉沉；Ⅴ级：融陷。。多年冻冻土按融沉沉情况况分为：：3.多年冻冻土的的工程程地质质问题题①道路边边坡及及基底底稳定定问题题热融滑滑塌开挖路堑，会使使上限下下降，若土土为融融沉性性的，，可使使基底下下沉，，边坡坡滑塌塌；修筑路堤，会使使上限上上升，路堤