8.5 特殊性土

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8.5
特殊性岩土
一、土的分类
二、特殊土的工程性质
土是第四纪以来地壳表层的最新沉积物, 未经胶结成岩,常称为松散土。
一、土的分类
土的颗粒分组:《铁路工程岩石分类标准》
碎石类土 砂类土 按颗粒级配,土分为 粉土 粘性土
残积土 坡积土 冲积土 按土的成因,土分为 淤积土 风积土 崩积土等
Leabharlann Baidu
特殊土是具有特殊的成分、状态、结构特 征,而且具有特殊工程性质的土。 黄土 膨胀土 软土 冻土 红粘土 盐渍土 填土等
土搅拌混合,经过一定时间凝固,便在土中形成一定形状的固结
体,形成复合地基,提高地基土强度,加固软土地基。 (7)换填土
混合土
由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间粒径的土应定名为混 合土。当碎石土中粒径小于0.075mm的细粒土质量超过总 质量的25%时,应定名为粗粒混合土;当粉土或粘性土中粒 径大于2mm的粗粒土质量超过总质量的25%时,应定名为 细粒混合土。 1. 混合土的性质 颗粒分布不连续 成分粒径相差悬殊 一般来说,混合土的性质主要取决于土中粗、细颗粒含量 的比例,粗粒的大小及其相互接触关系以及细粒土的状态。 2. 混合土的勘察要求 3. 混合土的工程评价
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5.软土的流变性
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—天然结构的抗剪强度 —结构扰动后的抗剪强度
定义:在长期荷载作用下,变形可持续很长时间,最终引 起破坏的性质。软土的长期强度只有平时强度的40%-80%。
软土的变形破坏和地基加固
1.软土的变形破坏 原因:承载力低,地基变形大或者发生挤出。 破坏的主要形式:不均匀沉降使建筑物产生裂缝。
红粘土
红粘土是指在湿热气候条件下碳酸盐系岩石经过第四系 以来的红土化作用形成并覆盖于基岩上,呈棕红、褐黄等色 的高塑性土。 1. 红粘土的工程性质 液限(wL)大于50%、孔隙比(e)大于1.0; 沿埋藏深度从上到下含水量增加; 土质由硬到软明显变化; 表面收缩,裂隙发育 天然条件含水量一般较高,结构疏松,但强度较高; 收缩性。
此法需耗用硅酸钠或氯化钙等工业原料,成本较高。其 优点是能很快地抑制地基的变形,土的强度也有很大提高, 对现有建筑物地基的加固特别适用。但是,对已渗有石油产 品、树胶和油类及地下水pH值大于9的地基土,不宜采用硅化 法加固。
6.碱液加固法 碱液对土的加固作用不同于其他的化学加固 方法,它不是从溶液本身析出胶凝物质,而是碱液与土发生 化学反应后,使土颗粒表面活化,自行胶结,从而增强土的 力学强度及其水稳定性。为了促进反应过程,可将溶液温度升 高至80-100°C再注入土中。加固湿陷性黄土地基时,一般 使溶液通过灌注孔自行渗入土中。黄土中的钙、镁离子含量 较高,采用单液即能获得较好的加固效果。
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。
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黄土的工程性质
1.黄土的湿陷性和黄土陷穴 1)湿陷系数 判别黄土是否具有湿陷性,可根据室内无侧限压缩试 验,在一定压力下测定的湿陷系数来判定。
3.土桩挤密法 按预定平面位置,采用沉管、冲击或爆破等 方法成孔,然后在孔中填以素土(粘性土)或灰土,分层捣 实,形成土桩。土桩与挤密后的桩间土组成复合地基,共同 承受基础所传递的荷载。 此法常用于处理湿陷性黄土地基、 杂填土地基和填土地 基,处理深度一般为5-10米,自50年代开始,最大处理深度 可达15米以上。处理后的地基承载力一般提高5-100%。 土桩(包括灰土桩)挤密地基的桩径、桩距和孔深通过 试验求得。桩孔直径一般为30-50厘米,桩距(桩孔的中心 距离S)约为桩孔直径的2-3倍。 自50年代开始,中国应用土桩挤密法对西北地区某些建 筑物的湿陷性黄土地基进行处理,获得了良好的技术经济效 果。自70年代起,这种方法已用于民用建筑物的地基处理。
s
h2 h2 h1
h2-保持天然湿度和结构的土样,加压至一定压力时,下 沉稳定后的高度。 h′2-上述加压稳定后的土样,在浸水作用下,下沉稳 定后的高度(cm)。 h1-土样的原始高度(cm)。
2)自重湿陷系数
计算黄土的湿陷量,以判定黄土场地的类型。
zs
hz hz h0
原理:生石灰水化过程中强烈吸水,体积膨胀,产 生热量,桩周围温度升高,是软土脱水、压密,强度增大。
(5)强夯法 (6)旋喷注浆法 利用钻机把安装在注浆管底部侧面的特殊喷嘴,置入土层预 定深度后,用高压泥浆泵等装置,以20MPa左右的压力,把浆液 从喷嘴中喷射出去冲击破坏土体,使浆液与从土体上崩落下来的
当Dzś≤7cm时
当Dzś>7cm时
非自重湿陷性黄土场地;
自重湿陷性黄土场地。
根据野外无载荷试坑浸水试验,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。
黄土的湿陷起始压力 湿陷起始压力——对非自重湿陷性黄土, 其湿陷性需在一定的荷载压力作用下才会表现 出来,这一使得黄土开始表现出湿陷性所需的 压力即为黄土的湿陷起始压力。 密度越大 粘粒含量越高 湿陷起始压力愈大
4.预浸水法 湿陷性黄土地基预浸水法是利用黄土浸水后产 生自重湿陷的特性,在施工前进行大面积浸水使土体预先产 生自重湿陷,以消除黄土土层的自重湿陷性,它只适用于处 理土层厚度大于10m,自重湿陷量计算值不大于500mm的黄土 地基。 预浸水法用水量大、工期长,一般应比正式工程至少提 前半年到一年进行,浸水前沿场地四周修土埂或向下挖深 50cm,并设置标点以观测地面及深层土的湿陷变形,浸水期 间要加强观测,浸水初期水位不易过高,待周围地表出现环 形裂缝后再提高水位,湿陷性变形的观测应到沉陷基本稳定 为止。预浸水法用水量大,对于缺水少雨、水资源贫乏地区, 不易采用,当土层下部存在隔水层时,预浸时间加大,工期 延长,都将是影响工程的因素。
内陆湖盆沉积型
河滩沉积型
沼泽沉积型
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软土的工程性质
软土:天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的呈 软塑-流塑状态的粘性土。软土是一类土的总称。 分为:软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。
特征:
颜色多为灰绿色、灰黑色,手摸有滑腻感,能染指,有机质含 量高时有腥臭味; 颗粒成分主要为粘粒及粉粒,粘粒含量高达60%-70%;
土层的埋深越大
湿陷起始压力的确定
室内压缩试验 野外载荷试验(单双线法) 现场常用野外简化方法。
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黄土的处理方法
湿陷性黄土地基处理的根本原则是:破坏土的大孔结构,改 善土的工程性质,消除或减少地基的湿陷变形,防止水浸入 建筑物地基。 1、强夯法 又叫动力固结法。是利用起重设备将80-400 kg 的重锤起吊到10-40m高处,然后使重锤自由落下,对黄土地 基进行强力夯击,以消除其湿陷性,降低压缩变形,提高地 基强度,但强夯法适用对地下水位以上饱和度Sr≤60%的湿陷 性黄土地基进行局部或整片处理,可处理的深度在3-12m。 土的天然含水率对强夯法处理至关重要,天然含水量低于10% 的土,颗粒间摩擦力大,细土颗粒很难被填充,且表层坚硬, 夯击时表层土容易松动,夯击能量消耗在表层土上,深部土 层不易夯实,消除湿陷性黄土的有效深度小,夯填质量达不 到设计效果。
自重湿陷性黄土的判定方法
室内试验法:室内普通固结仪中进行。
现 场 法:挖平底方形坑或圆坑,边长或直径 大于等于黄土层的厚度且不应小于 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。浸水至黄土全部饱和, 湿陷达到稳定时为止。其稳定标准 为最后5天的平均湿陷量小于1mm。 测出自重湿陷量Dzś。
h2-天然湿度下,逐级加压至试样上覆土的饱和自重压 力时变形稳定后 的试样高度。 h′2-浸水饱和条件下变形稳定后的试样高度; h0-土样的原始高度(cm)。
黄土湿陷性的判定方法 黄土的湿陷系数 s=(h2-h2’)/h1 sh < 0.015, 0.015 ≤ sh 非湿陷性黄土 湿陷性黄土
2、换填垫层法 当软弱土地基的承载力或变形满足不了 建筑物的要求,而软弱土层的厚度又不很大时,将基础 地面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去,然后分 层换填强度较大的砂(碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤 灰)或其它性能稳定、无侵蚀性等材料,并压(夯、振) 实质要求的密度为止,这种地基处理方法称为换填垫层 法,简称换填法。 换填垫层法适用于地下水位以上,对湿陷性黄土地 基进行局部或整片处理,可处理的湿陷性黄土层厚度在1 -3m。
不排水直接剪切试验:φ =2°-5°,c=10-15KPa
排水直接剪切试验:φ =10°-15°,c=20KPa
4.软土的触变性 软土受到振动,颗粒联结破坏,土体强度降低,呈流动 状态,称为触变,也称振动液化。 机理:吸附在土颗粒周围的水分子的定向排列被破坏,土 粒悬浮在水中,呈流动状态。 当振动停止,土颗粒与水分子相互作用的定向排列恢复,土 强度可慢慢恢复。 触变用灵敏度Sτ 表示:
5.硅化加固法 打入带孔的金属灌注管,在一定的压力下, 将硅酸钠(俗称水玻璃)溶液注入土中;或将硅酸钠及氯化 钙两种溶液先后分别注入土中。前者称为单液硅化;后者称 为双液硅化。 单液硅化适用于加固渗透系数为 0.1-2.0米/日的湿陷 性黄土。 加固湿陷性黄土时,溶液由浓度为10-15%的硅酸 钠溶液掺入2.5%氯化钠组成。溶液入土后,钠离子与土中水 溶性盐类中的钙离子(主要为硫酸钙)产生离子交换的化学 反应,在土粒间及其表面形成硅酸凝胶,可以使黄土的无侧限 极限抗压强度达到0.6-0.8兆帕。
特殊土
二、特殊土的工程性质
(一)湿陷性土
(二)红粘土
(三)软土
(四)混合土
(五)填土
(六)膨胀岩土
(一)湿陷性黄土
湿陷性土指非饱和和结构不稳定的土,在一定压力 作用下受水浸湿后,其结构迅速破坏,并产生显著下沉。
黄土是在干旱、半干旱气候条件下形成的第四纪的 一种松散的特殊土。
296-6
黄土的分布
具有典型的海绵状或蜂窝状结构,其孔隙比大,含水量高,透 水性小,压缩性大,是软土强度低的重要原因;
1.软土的孔隙比和含水率 软土颗粒联结弱,彼此分散,孔隙比大(一般大于1,高者 可达5.8),含水量高、沉积年代久的软土,孔隙比(e)和含 水量会降低。
2.软土的透水性和压缩性
透水性差,压缩性高。 3.软土的强度
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。
2.软土地基的加固措施-降低含水量,加快土体固结 (1)堆载预压法 (2)砂井排水 砂井起排水通道作用,加快软土排水固结过程,使地基土强 度提高。
(3)砂垫层 在建筑物底部铺设一层砂垫层,作用-在软土顶面 增加一个排水面。 在路堤填筑过程中,由于荷载逐渐增加,软土地基 排水固结,渗出的水可以从砂垫层排走。 (4)生石灰桩
2. 红粘土的分类 状态(含水比) 结构(裂隙发育) 复浸水特征 地基均匀性 3. 红粘土勘察要点 4.红粘土的岩土工程评价
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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。
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软土的分类
滨海相;泻湖相; 沿海沉积型 溺谷相;三角洲相
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黄土高原的自然景象
296-8
黄土的分类
——按生成年代分类
老黄土
下更新世
Q1
(午城黄土)
中更新世 新黄土
上更新世
Q2
Q3
(离石黄土)
(马兰黄土)
全 新 世
Q 41 Q 42
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新近堆积的黄土:全新世
黄土的分类
——按湿陷性分类 自重湿陷性
湿 陷 性
非自重湿陷性
非湿陷性
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黄土的特征
1. 颜色为淡黄、褐色或灰黄色; 2. 粒度成分以粉土为主,约占有60%~70%, 一般不含>0.25mm的颗粒,土质均匀; 3. 含各种可溶盐,富含碳酸盐(CaCO3),可 形成钙质结核(姜结石); 4. 孔隙多且大,结构疏松; 5. 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; 6. 具有湿陷性。
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