第八章特殊土的工程地质评价

第八章特殊土的工程地质评价

学习目标：了解工程中常遇到的特殊土的形成、特性、分布范围及处理方法。

学习重点：湿陷性黄土，软土及粘土的成因、分类、工程性质及处理方法。

学习建议：抓住特殊土的主要工程地质特性，掌握特殊土地及的处理方法。

我国地大物博，地质条件复杂，各类土由于形成时的地理环境、气候条件、物质成分不同而具有显著不同的特殊工程性质。特殊土具有明显的区域性，如湿陷性黄土主要分布于西北、华北等干旱、半干旱地；红黏土主要分布于西南亚热带湿热气候地区；膨胀土主要分布于南方和中南地区；多年冻土及盐渍土主要分布于高纬度、高海拔地区。

8.1湿陷性黄土

湿陷性土一般是指非饱和的不稳定的土，在一定压力作用下，遇水后发生显著的沉陷。湿陷性土在地球上分布很广，主要有风积的砂和黄土、次生黄土状土、冲积土、残积土；还有可溶性盐胶结的松砂、分散性粘土以及盐渍土。其中，以湿陷性黄土的分布面积最广。

1．湿陷性黄土的形成

黄土是在风的搬运作用下沉积，没有经过次生扰动、无层理、含大孔隙的黄色粉质碳酸盐类沉积物。其它成因、黄色、具有层理和夹有砂、砾石层的土状沉积物称为黄土状土。黄土和黄土状土（以下统称黄土）在天然含水量时，一般具有较高的强度和较小的压缩性。但遇水后，在自重压力，或自重压力与附加压力共同作用下，有的会产生大量的沉陷变形，有的却并不发生湿陷。前者称为湿陷性黄土，后者称为非湿陷性黄土。湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土（在自重压力作用下产生湿陷性的）和非自重湿陷性黄土（自重压力与附加压力共同作用下产生湿陷性的）。影响黄土湿陷性的主要物理性质指标为天然孔隙比和天然含水量。在其它条件相同时，黄土的天然孔隙比越大，则湿陷性越强；黄土的湿陷性随其天然含水量的增加而减弱；当含水量相同时，黄土的湿陷量将随浸湿程度的增加而增大。在给定的天然孔隙比和含水量的情况下，在一定的压力范围内，湿陷量将随压力的增加而增大。黄土天然孔隙比一般在1.00左右，颗粒组成以粉粒为主（含量在60%以上），含大量的可溶盐，颜色为黄色或褐色，天然剖面形成垂直节理，一般具有肉眼可见的大孔隙。

2．湿陷变形的特征指标

衡量黄土湿陷性变形特征的指标主要有三个：湿陷系数、湿陷起始压力和湿陷起始含水量。

1）湿陷系数δs：湿陷系数是单位厚度土样在规定的压力作用下受水浸湿后所产生的湿陷量。δs可通过室内侧限浸水压缩试验确定。湿陷系数的大小反映了黄土对水的湿陷敏感程度。δs越大，表示土受水浸湿后的湿陷性越大。一般认为：δs≤0.03，为弱湿陷性；0.03<δs≤0.07，为中等湿陷性，δs>0.07，为强湿陷性。

2）湿陷起始压力psh ：黄土在某一压力作用下浸水后开始出现湿陷时的压力叫湿陷起始压力。如果作用在湿陷性黄土地基上的压力小于这个起始压力，地基即使浸水，也不会发生湿陷。psh值常通过室内浸水压缩试验和现场浸水载荷试验确定。黄土规范规定，当按室内试验确定时，可在p~δs曲线上取δs=0.015所对应的压力作为湿陷起始压力；当按载荷试验确定时，应在p~δs（δs为浸水下沉量）曲线上取其转折点所

对应的压力为湿陷起始压力值。如转折点不明确，可取δs/b（b为压板宽度）等于0.015所对应的压力作为湿陷起始压力值。对自重湿陷性黄土，不需要确定其湿陷起始压力值。

3）湿陷起始含水量wsh：湿陷性黄土在一定压力作用下受水浸湿开始出现湿陷时的最低含水量叫湿陷起始含水量。对同一种土，起始含水量并非是一个定值，一般随压力的增大而减少。确定wsh的方法是以土样在某一压力作用下的湿陷系数等于0.015时相应含水量值。

3．湿陷性黄土地基的处理

湿陷性黄土地基处理的目的，主要是改善土的物理力学性质，消除或减少地基因浸水而引起的湿陷变形。国内目前较常的处理方法有换土垫层法、强夯法、土（或灰土或水泥土）桩挤密法、预浸水、深基础或桩基础等。

8.2膨胀土

膨胀土是一种特殊的粘性土，常呈非饱和状态且结构不稳定。粘粒矿物成分主要由亲水性矿物组成。其最显著的特征是吸水膨胀和失水收缩。其体积变化可占原体积的40%以上，且胀缩可逆并反复交替。

膨胀土一般分布在二级以上的河谷阶地、山前和盆地边缘丘陵地，埋藏较浅，地貌多呈微起伏的低丘陵坡和垄岗和地形，一般坡度平缓。在旱季，地表常出现裂隙，雨季裂缝又闭合据广西、湖北两地调查，一般为10~80m，宽3~5cm，深为3.5~8.5m。

我国膨胀土形成的地质年代大多为第四纪晚更新世（Q3）及其以前为全新世（Q4）。成因大多为残积，有的冲积、洪积或坡积。膨胀土多呈灰白、灰绿、灰黄、棕红或褐黄色。主要矿物成分是蒙脱石和伊利石。蒙脱石亲水性强，遇水膨胀强烈；伊利石次之。

天然状态下的膨胀上，多呈硬塑到坚硬状态，强度较高，压缩性较低，当无水浸入时，是一种良好的天然地基。但遇水或失水后，则膨缩明显。建在未处理的膨胀土地基上的建筑物，往往产生开裂和破坏，且不可修复，危害极大。

膨胀土粘粒含量较高，一般超过20%；天然含水量接近塑限，饱和度一般大于85%。塑性指数在22-35之间，天然状态下多呈硬塑或坚硬状态，土的压缩性小。

1．膨胀土的工程特性指标及影响膨胀的因素

膨胀土工程特性指标主要有四个：自由膨胀率δef、膨胀率δep、收缩系数λs和膨胀力Pe。参见文字教材p137~138。

影响膨胀土胀缩的因素主要有矿物组成和化学成分，如土中含蒙脱石越多，粘粒含量越大，土的天然孔隙比越小，则浸水后膨胀量越大。另外气候变化，压力的作用，也对膨胀性有影响。

2．膨胀土的判别

我国目前对膨胀土的采用综合判别法，即根据现场的工程地质特征、自由膨胀率、建筑物的破坏特征来综合判定。参见文字教材p138。

3．膨胀土地基处理

常用的地基处理方法有换土、预浸水、桩基等，其具体选用应根据地基的胀缩等级，地方材料、施工条件、建筑经验等通过综合技术经济比较后确定。

8.3冻土地基

冻土分多年冻土和季节性冻土。多年冻土是指连续三年或三年以上保持在摄氏零度以下，并含有冰的土层。季节性冻土常覆盖在多年冻土之上。冻土由于外界原因融化后，强度