《土力学与基础工程》-9区域性地基及其他

11.区域性地基及其他11.1概述概念区域性地基

特殊土地基、山区地基以及地震区地基等。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原因，使一些土类具有特殊的成分、结构和工程性质。通常把这些具有特殊工程性质的土类称为特殊土。特殊土种类很多，大部分都具有地区特点，故又有区域性特殊土之称。11.1概述软土湿陷性黄土膨胀土地基土岩组合地基冻土、盐渍土

主要内容11.2.1黄土的特征和分布

定义：黄土是一种产生于第四纪地质历史时期干旱条件下的沉积物，主要呈黄色或褐黄色（包括原生黄土及次生黄土）。凡天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，发生显著附加下沉，强度也随之降低的，称为湿陷性黄土。黄土受水浸湿后，在上覆土层自重应力作用下发生湿陷的称自重湿陷性黄土；不发生湿陷，而需在自重和外荷共同作用下才发生湿陷的称为非自重湿陷性黄土。黄土的特征

I.

颜色为淡黄、褐色或灰黄色；

II.

粒度成分以粉土为主，约占有60%~70%，一般不含＞0.25mm的颗粒；

III.

含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核（姜结石）；

IV.

孔隙多且大，结构疏松；

V.

无层理，但有垂直节理和柱状节理。天然条件下能保持近于垂直的边坡；

VI.

具有湿陷性。具有(Ⅰ～Ⅴ)项特征的为标准黄土，只有其中部分特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。

具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土。黄土的分布黄土在世界上的分布面积达1300万km2，我国的黄土面积是世界上最大的，达64万km2，比法国和瑞士的面积总和还要大。黄土最厚处约410m左右，在兰州市七里河区西津村。在我国，西北、中原、华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄河的中游——陕、甘、宁、青及山西、河南一带，其厚度各不相同。陕甘地区多厚100～200m，薄处仅几公分。黄土高原的自然景象分布我国黄土面积64万km2，其中湿陷性黄土约占3/4。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

非湿陷性自重湿陷性非自重湿陷性划分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，对工程建设有明显的现实意义。在自重湿陷性黄土地区

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11.2.2影响黄土湿陷原因及影响因素黄土的结构特征黄土的湿陷机理

图11.1黄土结构示意图1

砂粒;

2

粗粉粒;

3

胶结物;

4

大孔隙

黄土的结构是由集粒和碎屑组成的骨架颗粒相互连接形成的一种粒状架空结构体系，它含有大量的架空孔隙。黄土的物质成分黄土中胶结物的多寡和成分，以及颗粒的组成和分布，对于黄土的结构特点和湿陷性的强弱有着重要的影响。胶结物含量黄土中的盐类水的浸湿黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间。于是，结合水联结消失，盐类溶于水中，骨架强度随着降低，土体在上覆土层的自重应力或在附加应力与自重应力综合作用下，其结构迅速破坏，土粒滑向大孔，粒间孔隙减少。这就是黄土湿陷现象的内在过程。

影响因素：

粘粒含量

孔隙比大小含水量大小外加压力11.2.2影响黄土地基湿陷性的主要因素11.2.3湿陷性黄土地基的勘察与评价湿陷性评价的意义和标准意义：查明黄土在一定压力下浸水后是否具有湿陷性判别场地的湿陷类型判定黄土地基的湿陷等级标准：我国《湿陷性黄土地区建筑规范》（GB50025-2004）

粉粒约占60~70%，其次是砂粒和粘粒。黄土的粒度成分黄土结构疏松，密度较低，一般：Gs≈2.54～2.84；ρ≈1.5～1.8g/cm3；rd≈1.3～1.6g/cm3，与e有关一般认为：rd

＞1.5g/cm3时，一般为非湿陷性黄土黄土的比重和密度黄土的天然含水量一般为1~38.6%，有的干燥地区则为1~12%。天然含水量低的黄土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。黄土湿陷性的判别湿陷系数：单位厚度的土层，由于浸水在规定压力下产生的湿陷量，它表示了土样所代表黄土层的湿陷程度。湿陷性判别：我国《湿陷性黄土地区建筑规范》按照国内各地经验采用

s=0.015作为湿陷性黄土的界限值，

s≥0.015定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。

11.2.3湿陷性黄土地基的勘察与评价

初勘阶段，建筑物的平面位置、基础尺寸和埋深等尚未确定，即实际压力大小难以预估。《黄土规范》规定：自基础底面（初勘时，自地面下1.5

m）算起，10

m以上的土层应用200

kPa；10

m以下至非湿陷性土层顶面，应用其上覆土的饱和自重应力（当大于300

kPa时，仍应用300

kPa）；基底压力大于300kPa时，宜用实际压力判别黄土的湿陷性

湿陷系数的测定压力

试验时测定湿陷系数的压力p应采用黄土地基的实际压力。

双线法2个试样。一个在天然湿度下分级加荷，另一个在天然湿度下加第一级荷重，下沉稳定后浸水，至湿陷稳定后再分级加荷。绘制p

ds曲线上取ds＝0.015所对应的压力作为湿陷起始压力psh

单线法

5个试样，各试样均分别在天然湿度下分级加荷至不同的规定压力。绘制p

ds曲线。psh的确定方法与双线法相同。图11.2双线法压缩试验曲线1－不浸水试样p

hp曲线;

2－浸水试样p

h′p曲线;3－p

ds曲线

湿陷起始压力确定11.2.3湿陷性黄土地基的勘察与评价湿陷性评价：湿陷起始压力：

根据现场载荷试验p-

s曲线(压力与浸水下沉量曲线)，取其转折点所对应的压力作为湿陷起始压力。湿陷性判别

当黄土所受压力低于这个数值，即使浸了水也只产生压缩变形，而不会出现湿陷现象。11.2.3湿陷性黄土地基的勘察与评价湿陷类型的划分划分：《湿陷性黄土地区建筑规范》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：当

zs>7cm时为自重湿陷性黄土地基，

zs≤7cm时为非自重湿陷性黄土地基。

11.2.3湿陷性黄土地基的勘察与评价黄土地区的湿陷等级湿陷性黄土地基的湿陷等级，应根据基底下各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小按下表确定。

湿陷类型

zs(cm)

s(cm)非自重湿陷性地基自重湿陷性地基

zs≤77<

zs≤35

zs>35

s≤30Ⅰ(轻微)Ⅱ(中等)——30<

s≤70Ⅱ(中等)Ⅱ或ⅢⅢ(严重)

s>70——Ⅲ(严重)Ⅳ(很严重)

勘察要求：

对湿陷性黄土地区进行地基勘察时，依照《湿陷性黄土地区建筑规范》和《岩土工程勘察规范》进行。11.2.3湿陷性黄土地基的勘察与评价11.2.4湿陷性黄土地基的工程措施目的：改善土的性质和结构，减少土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性的发生，部分或全部消除它的湿陷性，满足地基在承载力、变形及稳定性方面的要求。地基处理措施

破坏湿陷性黄土的大孔结构，以便全部或部分消除地基的湿陷性。防水措施消除黄土发生湿陷变形的外在条件。结构措施补充手段。湿限性黄土地基常用的处理方法

①采用物理、化学等方法，提高黄土强度，降低孔隙度，加强其内部联结；

Ⅰ强夯法；Ⅱ

挤密法

②防排水。包括排除地表水和地下水。

③换填法。在湿陷性黄土层不厚(1～3m)，下面又是硬土层或基岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层15cm，填后浇水再夯实。

④预浸水法

⑤深层浸水法强夯黄土陷穴黄土陷穴的防治措施有：

①

开挖回填、夯实、灌浆；

②

做好地表排水工程。

防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。天然洞穴人工洞穴这些洞穴使上覆土层陷落11.3.1膨胀土的特性

定义：膨胀土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。特征：裂隙发育。分布膨胀土的特征（1）颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2）粒度成分中以粘土颗粒为主，一般在50%以上，最低也要大于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、蒙脱石，高岭石含量很少；（4）胀缩强烈，膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5）各种成因的大小裂隙发育；（6）早期生成的膨胀土具有超固结性。膨胀土的分布膨胀土分布很广，全世界都有分布，在我国的分布也很广。外界条件的改变土中水份的变化地基产生体积变形基础破坏，建筑物、地坪开裂

膨胀土的季节性湿度变化常引起道路隆起、路轨移动，泵站、电站地基基础破坏等。膨胀土的成因类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。11.3.2影响膨胀土胀缩变形的主要因素内在机制矿物成分。膨胀土含大量的蒙脱石、伊利石等亲水性粘土矿物，它们比表面积大，有强烈的活动性，既易吸水又易失水。微观结构。矿物成分在空间的联结状态也影响膨胀土的胀缩性质。扫描电镜分析表明，面-面连接的分散结构是膨胀土的一种普遍的结构形式，这种结构比团粒结构具有更大的吸水膨胀和失水吸缩的能力。外部因素水的作用。水分的迁移是控制土胀、缩特性的关键外在因素。因为只有土中存在着可能产生水分迁移的梯度和进行水分迁移的途径，才有可能引起土的膨胀或收缩。

蒙脱石

伊利石

高岭石蒙脱石白色蒙脱石高岭石11.3.3膨胀土地基勘察和评价膨胀土的工程特性指标：自由膨胀率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，经充分吸水膨胀稳定后，再测其体积。增加的体积与原体积的比值

ef称为自由膨胀率。11.3.3膨胀土地基勘察和评价膨胀率表示原状土在侧限压缩仪中，在一定压力下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比。线缩率指土的竖向收缩变形与原状土样高度之比，表示为11.3.3膨胀土地基勘察和评价收缩系数利用收缩曲线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变值。

膨胀力原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力，称为膨胀力pe。11.3.3膨胀土地基勘察和评价膨胀土地基的评价膨胀土的判别

《膨胀土地区建筑技术规范》中规定，凡具有下列工程地质特征的场地，且自由膨胀率

ef≥40%的土应判定为膨胀土。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。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；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；常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等；建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。11.3.3膨胀土地基勘察和评价膨胀土的膨胀潜势膨胀率

ef/（％）膨胀潜势破坏程度40≤

ef

＜65弱轻微65≤

ef

＜90中中等

ef

≥90强严重膨胀土地基的胀缩等级地基分级变形量se/mm级别破坏程度15≤se＜35Ⅰ轻微35≤se＜110Ⅱ中等se≥110Ⅲ严重11.3.4膨胀土地基计算和工程措施

地基变形量计算胀缩变形量膨胀土地基的胀缩变形量可按下式计算。11.3.4膨胀土地基计算和工程措施设计措施选择场地时应避开地质条件不良地段建筑上力求体型简单结构上应加强建筑物的整体刚度加大基础埋深施工措施在施工中应尽量减少地基中含水量的变化首先应采取排水措施，整治环境膨胀土的工程地质问题及防治措施

1、膨胀土地区的路基

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、滑坡等失稳现象路基长期均匀下沉、翻浆冒泥等病害严重影响行车安全

防治措施：

①为防止边坡变形，首先要根据路基工程地质条件，合理确定路堑边坡形式。一般情况下，膨胀土边坡要求一坡到顶，坡脚设置侧沟平台；

②采取一定的排水措施，防止地表水渗入坡体；

③支挡措施：设抗滑挡墙、抗滑桩、片石垛、填土反压等；

④坡面防护措施：常用的有植物防护和骨架防护。

2、膨胀土地区的地基

地基的问题：承载力的问题和建筑物变形的问题特殊性：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；地下热力管道等应采取隔热层等。含水量的变化膨胀土胀缩变形

②建筑物布置和基础设计措施

选择地形平坦地段，避免引起湿度变化；

增加基础附加荷载克服土的膨胀；

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11.4.1土岩组合地基定义：下卧基岩表面坡度较大的地基。石芽密布并有出露的地基。大块孤石地基。石芽密布地基11.4.1土岩组合地基

处理措施结构措施沉降缝加密隔墙增设圈梁地基处理换填梁、板、拱跨越褥垫图11-3褥垫构造图11.4.2岩溶定义

是指：可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等受水的长期溶蚀作用，在岩层中形成沟槽、裂隙、石芽、石林和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称。发育条件和规律具有可溶性岩层；具有足够溶解能力和足够流量的水；地表水有下渗、地下水有流动的途径。落水洞地下暗河入口11.4.2岩溶处理措施

清爆换填梁板跨越洞底支撑水流排导岩溶地面塌陷回填溶洞浆砌片石或混凝土岩溶的防治方法钢筋混凝土跨越11.4.3土洞地基

定义土洞是岩溶地区可溶性岩层的上覆土层在地下水冲蚀或地下水潜蚀作用下形成的洞穴。多位于粘性土层中。凡颗粒细、粘结大、胶结好、水理性稳定的土层，不易形成土洞；反之，则易形成。11.4.3土洞地基处理措施

桩基或沉井处理地表水和地下水挖填夯实灌填处理梁板跨越深基础11.4.4红粘土地基红粘土的形成

碳酸盐系出露区的岩石在气候变化大和潮湿的环境下经红土化作用，形成棕红、褐黄等色的高塑性粘土称红粘土。工程地质特征矿物化学成分：主要为高岭石、伊利石和绿泥石等粘土矿物。结构:粘土矿物具有稳定的结晶格架、细粒组结成稳固的团粒结构，土体近于两相体且土中又多为结合水。物理力学性质：天然含水量、孔隙比、饱和度、液性指数以及塑性指数高；各种指标变化幅度大。上硬下软现象11.5.4红粘土地基

处理措施基础尽量浅埋地基处理基坑开挖时采取保温保湿措施采用大直径嵌岩桩或墩基11.5冻土地区及盐渍土地基

冻土地基概述冻土物理和力学性能冻土地基基础设计与处理盐渍土地基概述盐渍土的分类盐渍土地基的评价盐渍土地区施工及防腐措施11.5.1冻土地基概述11.5.1冻土地基概述冻土

土壤温度低于0℃，土中水冻结成冰的土。具有负温或零度并含有冰的土（岩）体。冻土是矿物颗粒、冰、未冻水、气体组成的复杂的多相体系。季节性冻土

受季节影响，冬冻夏融，呈周期性冻结和融化的土多年冻土

持续三年以上处于冻结而不融化的土冻土的分类季节性冻结层多年冻土多年冻土中国冻土分布冻土区占国土面积2/3非冻土区季节冻土占国土面积48%多年冻土占国土面积110%多年冻土占国土面积22%冻土融土冻结过程水分迁移水分补给冰分凝冻胀

冻胀的基本原理

冻害

冻胀

融沉

道路翻浆季节性冻土的主要工程地质问题一般来说，土中粉粒或粘粒含量越高，含水量越大，冻胀性越强。冻融泥流冻结时膨胀，融化时下沉。

会造成土体开裂、路面下凹、翻浆冒泥等。季节性冰丘

冰丘——在地下水埋藏较浅时，季节冻结区不断得到水的补充，地面明显冻胀隆起，形成的冰胀山丘，称冰丘。在冻土较厚的地区，修建各类建筑物时，采用桩基础，打穿冻土基础，但要求桩自身抗冻性能高，故应做桩自身的冻融力学试验。季节性冻土的分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：网状结构层状结构多年冻土与其上的季节性冻土层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·WP

b.总含水量Wn=Wb＋Wc

c.相对含冰量Wi=Wb/Wn

②力学性质一般温度越低，含水量越大，强度越大。

长期荷载作用下的冻土极限抗压强度比瞬时荷载下的抗压强度要小许多倍；冻土融化后的抗压强度与抗剪强度均显著降低。③

冻土的变形性质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，含水量越小，冻胀性就越小；反之越大。土的冻胀性的大小用冻胀率n来表示，即：

☆

按n值的大小，我们可将冻土分为四类：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．融沉性冻土在融化后强度大为降低，压缩性急剧增大，使地基产生融化沉陷的现象简称融沉或融陷。

Ⅰ级：不融沉；Ⅱ级：弱融沉；Ⅲ级：融沉；Ⅳ级：强融沉；Ⅴ级：融陷。多年冻土按融沉情况分为：

3.多年冻土的工程地质问题

①

道路边坡及基底稳定问题热融滑塌开挖路堑，会使上限下降，若土为融沉性的，可使基底下沉，边坡滑塌；修筑路堤，会使上限上升，路堤内形成冻土结核，发生冻胀，融化后路堤外部沿上限局部滑塌。

②

桥梁、房屋等建筑物地基问题地基评价的根据年平均地温的稳定性冻土三大组成特征冻土的冻胀性和融沉性冻土区不良地质现象等必须确定其流变特征以及冻土的热融下沉冻土有瞬时高强度和低变形③

冰丘和冰锥冰丘冰丘遗迹融化中的冰锥冰锥

4．冻土病害的防治措施

⑴排水。

拦截和排除地表或地下水；降低地下水位，防止地下水向地基土中聚集。

⑵保温，使多年冻土上界保持相对稳定。

⑶改善土的性质。

①粗颗粒土置换地基中的细颗粒冻胀土。

②物理化学方法11.5.3冻土地基基础设计与处理

处理措施强夯法通风基础桩基础11.5.4盐渍土地基定义当土中含盐量超过0.3％，这种土就叫盐渍土。土中盐的来源岩石在风化过程中分离出少量的盐。海水入侵、倒灌等将盐渗入土中。工业废水或含盐废弃物，使土中含盐量增加。11.5.5盐渍土的工程特征氯盐渍土分布最广，地表常有盐霜与盐壳特征。氯盐类富吸湿性对混凝土、钢铁、木材、砖等建筑材料具有不同程度的腐蚀性。硫酸盐渍土地表常覆盖一层松软的粉状、雪状盐晶。硫酸盐渍土具有松胀和膨胀性硫酸盐渍土具有较强的腐蚀性对混凝土产生有害影响，对其它建筑材料，也具有不同程度的腐蚀作用。碳酸盐渍土遇水时产生强烈膨胀，使土的透水性减弱，密度减小，导致地基稳定性及强度降低，边坡坍滑等。对各种建筑材料存在不同程度的腐蚀性。11.5.6盐渍土地基的评价溶陷性天然状态下盐渍土在自重应力或附加应力下，受水浸湿时所产生的附加变形称作盐渍土的溶陷变形。盐胀性结晶膨胀：盐渍土因温度降低或失去水分后，溶于孔隙中的盐浓缩并析出结晶所产生的体积膨胀。非结晶膨胀：是指由于盐渍土中存在着大量吸附性阳离子，使扩散层水膜厚度增大而引起土体膨胀。腐蚀性11.5.11盐渍土地基施工及防腐措施处理措施

提高建筑材料本身防腐能力