第六章特殊土工程地质问题

• （二）、膨胀土的特征 • 1、土体现场工程地质特征 （1）地形地貌：膨胀土多分布于Ⅱ级以上河谷 阶地或山前丘陵地区，微地貌特征有①呈垄岗 式低丘、浅而宽的沟谷；②快速被自然夷平的 人工地貌；③旱季地表常出现裂缝，雨季闭合。 • （2)土质特性： ①颜色呈黄、褐黄、灰白或花 斑色； ②多为高分散的粘土矿物组成，土质细 腻，干土坚硬，遇水软化。 ③近地表常有网状 裂隙。
• (一)、软土的组成及状态特征 • 主要由粘粒及粉粒等细小颗粒组成，淤泥粘 粒含量较高，含量30%～60%，矿物成分主 要有蒙脱石、水云母等，富含有机质，一搬 5%～15%，高含量17%～25%。富含结合 水而呈絮状结构、蜂窝状结构。淤泥及淤泥 质土一般呈软塑状态。
• (二)、软土的物理力学特性 • 1、高含水量和高孔隙性：天然含水量50%～ 70%，最大可大于200%；液限40%～60%， 天然孔隙比1～2，可达3～4。 • 2、渗透性弱：渗透系数10-4～10-6cm/s， • 3、压缩性高：压缩系数a0.1～0.2一般0.7～ 1.5MPa-1,大于0.5 MPa-1为高压缩土.
（二）、黄土湿陷性的形成及影响因素 1、黄土湿陷性：黄土被水浸泡后，在自重作用 下，土的结构遭受破坏，产生下沉，强度降 低的性质。 2、形成湿陷性原因：干旱状态下，土中的可溶 盐因蒸发而在土粒间结晶，形成土中的胶结 物，遇水后可溶性盐溶化而形成土体下陷。 3、影响因素：①土粒结构及构造；②粘土及可 容盐含量；③黄土的孔隙比及黄土形成年代。
• 四、
膨胀土的特征地基胀缩变形评价
• （一）、膨胀土的分布与研究意义 • 膨胀土是指含有大量的亲水性粘土矿物成分， 具有显著的吸水膨胀和失水收缩，且胀缩变形 往复可逆的高塑性粘土。 • 膨胀土在我国分布较广，膨胀土的胀缩易造成 建筑物的结构损伤、导致建筑场地崩塌、滑坡、 地裂等，有必要加强对膨胀土的工程属性研究。
• （三）、不同成因类型软土层的构造及分布 • 沿海温州、海宁一带泻湖相沉积的软土厚度大、 分布广、土质均一。上海、天津等地三角洲、 滨海相软土分布广、厚度大、含交错层理。 • 内陆湖相厚度大而富含有机质， • 山间湖盆及山塘水库厚度变化大而受原始地貌 所控制。
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△s＜30 30＜△s＜60 △s＞60
（六）、黄土工程勘察要点 1、黄土区场地地基勘察要点 ①、地形起伏、大气降水及场地水文地质条件。 ②、查清土层的类型、成因及分布情况；岩土 层物理力学性质； ③、了解临近建筑物变形情况， ④、了解场区有无古井、坑穴及砂井等情况。 ⑤、勘探点密度和深度满足相关规范要求。
（三）、黄土湿陷性及湿陷类型判别
• 湿陷系数
δ= Hp-hp‘ h0
• Hp为保持天然结构土，在一定压力作用下，下 沉稳定时的厚度（cm） Hp’浸水作用后的残余 厚度（ cm） H0为原始厚度（ cm） • δ ＜0.015时 定为非湿陷性黄土 • δ ≥ 0.015时 定为湿陷性黄土
• δ ≤ 0.03时 为弱湿陷性； δ ＞ 0.07时，为强 湿陷性； • 0.03＞δ ≤ 0.07时 为中等湿陷性 • 建筑场地或地基的湿陷类型： • 当实测或计算的自重湿陷量小于或等于7cm时， 定为非湿陷性黄土场地 • 当实测或计算的自重湿陷量大于7cm时，定为 湿陷性黄土场地。
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2、外部因素：主要是影响土体含水量变化。 （1)气候条件； （2）地形地貌条件； （3)日照通风因素； （4）植物吸水。 （五）、膨胀土的胀缩指标 1、自由膨胀率（δef）：指人工制备的通过 0.5mm筛的烘风干土，在水中增加的体积与原 体积之比的百分数。
• 2、膨胀率（δep）:在一定压力条件下，浸水 膨胀稳定后，试样增加的高度与原高度之比的 百分数。 • 3、膨胀力Pe：为原状土样体积不变时，由于 浸水膨胀产生的最大内应力； • 4、土的收缩率（δs） ：原状土在干燥过程中 收缩的高度与其原始高度之比的百分数。
（四）、黄土湿陷起始压力
定义：黄土地基在某一压力下浸水开始出现湿陷时， 此时的压力为湿陷起始压力。实质是土体浸水后的剩 余结构强度。 1、用于确定土层和场地的湿陷类型；即黄土湿陷起始 压力小于上覆饱和土自重压力，即土层为自重湿陷性， 反之为非自重湿陷性。 2、评价地基土的承载力。对非自重湿陷性土层， psh（起始压力）＞pczh （自重压力）+pz （附加压力） 则地基可不作处理，反之则需作处理。
3、冲（吹）填土：由人工水力冲填泥沙而形成 的土。 • （三）、填土地基的勘察与评价 • 1、素填土和压实素填土地基勘察与评价 • 查清填土层的物质组成及分布情况；现场测试 土层物理力学性质，可用动探、触探等试验现 场测定。
• 2、杂填土地基勘察与评价 • 用钻探、槽探等手段查清杂填土层的物质组成 及分布情况；了解堆填前的地形地貌情况，现 场测试土层物理力学性质，可用动探、触探等 试验现场测定。 • 3、吹填土地基勘察与评价 • 了解堆填前的地形地貌情况，通过调查，辅以 钻探等手段查清吹填土层的物质组成及分布情 况；现场测试土层物理力学性质，可用动探、 触探等试验现场测定。
（四）、影响膨胀土胀缩变形的主要因素 1、内因 （1）矿物成分：膨胀土主要由蒙脱石、伊利石 等强亲水矿物组成； （2）粘粒含量：粘粒含量越多，膨胀性越强； （3）土的初始密度和含水量：孔隙比越大，收 缩性越大，孔隙比越小，膨胀性越大；初始含 水量于膨胀含水量相差越大、则膨胀性越大； （4）土的结构强度：结构强度越大，膨胀性越 小。
• 五
填土的工程性质与地基评价
• （一）、填土的分布 • 填土是人类工程活动而堆填的土。由于历史 久远，几乎所有地区都有填土。 • （二）、填土工程分类及工程地质问题 • 对填土的分类与评价主要考虑其堆填方式、 年限、组成物质和密实度。将填土划分为素 填土、杂填土、冲填土。
• 1、素填土：由碎石、砂土、粉土或粘土等 一种或几种材料组成的填土。按其组成成分 分为：碎石素填土、砂性素填土、粉性素填 土或粘性素填土。素填经分层压实者称为压 实素填土。素填土的工程属性取决于土的均 匀度和密实度。 • 2、杂填土：含有大量杂质的填土，按组成 成分分为建筑杂填土、工业废料土、生活垃 圾土。工程特性取决于均匀性、堆填时间、 物质组成。
• （五）、黄土地基湿陷等级的划分 • 综合考虑各土层的总湿陷量△s和土层自重湿陷量 △zs确定。 • 湿陷性黄土地基的湿陷等级
湿陷类型
非自重湿陷性 场地 △zs≤7（cm） Ⅰ（轻微） Ⅱ（中等） ——
自重湿陷性场地
总湿陷量 （cm）
7＜△zs＜35 Ⅱ（中等） Ⅱ或Ⅲ Ⅲ（很严重）
△zs＞35 —— Ⅲ（严重） Ⅳ（很严重）
• 三、 红粘土的工程性质与地基评价 • （一）、红粘土的特征分布与研究意义 • 红粘土是指亚热带气侯条件下碳酸盐类岩石及 其所夹的其它岩石，经红土化作用而形成的高 塑性粘土。颜色呈褐红或棕红色，液限大于 50%。 • 广泛分布于云贵高原，川东、鄂西、广西等地。 红粘土具有含水量高、孔隙比大、强度高、低 压缩性等特点，合理利用可节省工程投资。
• （六）、膨胀土建筑场地与地基评价 • 膨胀土建筑场地与地基评价，应根据场地的地 形地貌条件、膨胀土的分布及膨胀性能、地表 水和地下水的分布，集聚和排泄条件，并根据 建筑物结构、荷载、工程级别等因素，分析计 算膨胀土建筑场地、地基变形、强度和稳定问 题，为设计提供相应的地质参数。
• （七）、膨胀土工程勘察要点 • 1、查清场地地形起伏、场地水文地质条件。 • 2、查清膨胀土层的类型、成因及分布情况； 土层物理力学性质； • 3、查明建筑场地因膨胀造成的滑坡、坍塌地 裂等不良地质现象。 • 4、收集气象资料及膨胀土地基已有建筑物资 料，包括上部结构、地基基础设计情况、地基 变形及沉降观测资料。 • 5、勘探点密度和深度满足相关规范要求。
第五节
特殊土的工程地质问题
特殊土分布具有一定的地域性，软土分布 于沿海及内陆地区，黄土分布于西北、华北 等干旱地区，红粘土分布于西南亚热带地区， 冻土分部于高海拔地区等，各种土都具有独 特的工程特性，对工程的影响各不相同。
• 一、软土的工程地质特性及地基评价 • 定义：泛指淤泥及淤泥质土，形成于第四纪后 期的沿海的滨湖、泻湖、三角洲及内陆湖泊等 静水环境的沉积物，经生物化学作用而形成的 饱和软粘性土。天然孔隙比大于或等于1。 • e≥1.5 称为淤泥; • 1.5＞e≥1 淤泥质土 10% ≥有机质含量≥5% 称为有机质土, 60≥ 有机质含量＞10% 称为泥炭质土; 有机质含量 ＞60% 称为泥炭土;
• （五）、红粘土的工程勘查要点 • 1、查清场地地形起伏、大气降水及场地水文 地质条件。 • 2、查清红粘土层的类型、成因及分布情况； 土层物理力学性质； • 3、查明建筑场地岩溶及红粘土的潜蚀条件； • 4、收集红粘土地基已有建筑物资料，包括上 部结构、地基基础设计情况、地基变形及沉 降观测资料。 • 5、勘探点密度和深度满足相关规范要求。
• 2、膨胀土物理力学及胀缩指标 • （1）粘粒含量多达35%-85%，液限一般 40%-50%，塑性指数多在25%-35%； • （2）天然含水量接近或小于塑限，一般呈坚 硬或硬塑； • （3）天然孔隙比小，变化范围0.5-0.8； • （4）自由胀缩量超过40%； （三）膨胀土判别 ①现场特征判别；②室内试验指标判别，③两 者综合判别。
• （三）红粘土的物理力学性质变化范围及 其规律性 • 1、物理力学指标变化幅度较宽，如贵州红 粘土天然含水量变化范围25%～88%。 • 2、沿深度方向，随深度增加，天然含水量、 孔隙比、压缩性增大（高） • 3、在水平方向上，岩土力学指标随地形和 下伏基岩面起伏而变化。
• （四）、红粘土地基承载力 • 1、确定红粘土地基承载力应按不同地区区别 对待，承载力随埋深度和湿度而变化，并与上 部建筑结构相关。 • 2、尽可能利用天然地基承载力，基础宜浅埋； • 3、红粘土的空间分布对地基承载力影响较大， 应分析建筑物可能出现差异变形情况。
• 4、抗剪强度：软土的抗剪强度与于加荷速度 与排水固结条件有关，不排水三轴抗剪强度内 摩察角近于零，内聚力小于20kpa，直剪内摩 察角2-5度。内聚力10-15kpa。固结快剪内摩 察角8-12度。内聚力20kpa左右。 • 5、较显著的触变性（受扰动而结构改变造成 强度降低），和蠕动性：在长期恒力作用下产 生缓慢变ຫໍສະໝຸດ Baidu导致强度下降。
• （二）、红粘土的成分、物理力学特征及 变化规律 • 1、红粘土的组成成分 • 主要矿物成分：多水高岭石、水云母类、 胶体SiO2、赤铁矿、三水铝土矿等。不含 或极少含有机质。红粘土粒度较均匀，粘 粒含量占60-70%，最大达80%。
2、红粘土的一般物理力学性质 （1）天然含水量高，一般40～60%，最大达90% （2）密度小，天然孔隙比1.4～1.7，最高2.0， 具有大孔性， （3）高塑性，液限60%-80%，塑限40%～60%， 塑性指数20-50。 （4）由于塑限较高，尽管天然含水量较高，仍处 于坚硬或硬塑状态。 （5）具较高的强度和较低的压缩性，φ=8～180， 内聚力C=40-90kpa； （6）不具有湿陷性； （7）原状土浸水后膨胀较小，失水收缩较大，原 状土收缩25%，扰动土收缩40～50%。
（四）、软土地基工程勘察与评价 1、勘察内容 ①、软土成因、软土的空间展布情况； ②、软土固结历史、土层强度及变形特征； ③、微地貌形态； ④、地下水情况。主要是水位和水质； ⑤、地区建筑经验。 2、地基基础评价 根据勘察成果，对地基的承载力进行评价，确 定基础持力层、提出基础结构类型建议。
• 二、 湿陷性黄土的特征及评价 • （一）、湿陷性黄土特征和分布 • 黄土是第四纪干旱或半干旱气象条件下形成的 特殊土，颜色呈黄色、淡黄或褐黄，颗粒组成 以粉土为主，约占60%-70%，粘粒含量占 10%-20%。含少量可溶性矿物盐类。孔隙比 大（1左右）土体内含垂直节理。天然状态下 具较高的强度和低压缩性。 • 黄土在我国分布较广，面积63万km2，湿陷性 黄土占3/4。