特殊性岩土的分类与性质解析

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》碎石类土砂类土粉土粘性土按颗粒级配，土分为残积土坡积土冲积土淤积土风积土崩积土等按土的成因，土分为

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296-7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。296-8黄土高原的自然景象黄土的分类——按生成年代分类296-9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Q42296-10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黄土的特征征1.颜色为为淡黄黄、褐褐色或或灰黄黄色；2.粒度成成分以以粉土土为主主，约占有有60%~70%，，一般般不含含＞0.25mm的颗粒粒，土土质均均匀；；3.含各种种可溶溶盐，富含碳酸酸盐（CaCO3），可形成钙质质结核（姜姜结石）；；4.孔隙多且大大，结构疏疏松；5.无层理，但但有垂直节节理和柱状状节理。天然条件件下能保持持近于垂直直的边坡；；6.具有湿陷性性。296-12具有(Ⅰ～Ⅴ)项特征的为为标准黄土，只有其中中部分特征征的黄土叫叫黄土状土或黄土质土。。具有湿陷性性的黄土为为湿陷性黄土土。296-13296-14296-151.黄土的湿陷陷性和黄土土陷穴1)湿陷系数判别黄土是是否具有湿湿陷性，可可根据室内内无侧限压压缩试验，，在一定压压力下测定定的湿陷系系数来判定定。h2－保持天然然湿度和结结构的土样样，加压至至一定压力力时，下沉沉稳定后的的高度。h′2－上述加压压稳定后的的土样，在在浸水作用用下，下沉沉稳定后的的高度(cm)。h1－土样的原原始高度(cm)。黄土的工程程性质2）自重湿陷陷系数计算黄土的的湿陷量，，以判定黄黄土场地的的类型。h2－天然湿度度下，逐级级加压至试试样上覆土土的饱和自自重压力时时变形稳定定后的试试样高度。h′2－浸水饱和和条件下变变形稳定后后的试样高高度；h0－土样的原原始高度(cm)。黄土湿陷性性的判定方方法黄土的湿陷系数ds=（h2－h2’）/h1dsh＜0.015，非湿陷性黄土土0.015≤dsh湿陷性黄土土自重湿陷性性黄土的判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。当Dzś≤7cm时非自重湿陷性性黄土场地地；当Dzś＞7cm时自重重湿陷性黄黄土场地。。根据野外无无载荷试坑坑浸水试验验，得出兰州地区黄土明显或强烈烈的自重湿陷性性；西安、太原原黄土绝大多数为为非自重湿陷陷性。黄土的湿陷陷起始压力力湿陷起始压压力——对非自重湿湿陷性黄土土，其湿陷陷性需在一一定的荷载载压力作用用下才会表表现出来，，这一使得得黄土开始始表现出湿湿陷性所需需的压力即即为黄土的的湿陷起始始压力。密度越大粘粒含量越越高土层的埋深深越大湿陷起始压压力愈大296-22湿陷起始压压力的确定定室内压缩试试验野外载荷试试验（单双线法法）现场常用野野外简化方方法。湿陷性黄土土地基处理理的根本原原则是：破坏土的的大孔结构构，改善土土的工程性性质，消除除或减少地地基的湿陷陷变形，防防止水浸入入建筑物地地基。1、强夯法法又叫动力固固结法。是是利用起重重设备将80－400kg的重锤锤起吊到10－40m高处处，然后使使重锤自由由落下，对对黄土地基基进行强力力夯击，以以消除其湿湿陷性，降降低压缩变变形，提高高地基强度度，但强夯法适用用对地下水水位以上饱和度Sr≤60%的湿陷陷性黄土地地基进行局局部或整片片处理，可可处理的深深度在3－12m。土的天然然含水率对对强夯法处处理至关重重要，天然然含水量低低于10%的土，颗颗粒间摩擦擦力大，细细土颗粒很很难被填充充，且表层层坚硬，夯夯击时表层层土容易松松动，夯击击能量消耗耗在表层土土上，深部部土层不易易夯实，消消除湿陷性性黄土的有有效深度小小，夯填质质量达不到到设计效果果。黄土的处理方法法2、换填垫垫层法当软弱土地地基的承载载力或变形形满足不了了建筑物的的要求，而而软弱土层层的厚度又又不很大时时，将基础础地面下处处理范围内内的软弱土土层部分或或全部挖去去，然后分分层换填强强度较大的的砂（碎石石、素土、、灰土、矿矿渣、粉煤煤灰）或其其它性能稳稳定、无侵侵蚀性等材材料，并压压（夯、振振）实质要要求的密度度为止，这这种地基处处理方法称称为换填垫层法法，简称换填法。换填垫层法法适用于地地下水位以以上，对湿湿陷性黄土土地基进行行局部或整整片处理，，可处理的的湿陷性黄黄土层厚度度在1－3m。3.土桩挤挤密法按预定平面面位置，采采用沉管、、冲击或爆爆破等方法法成孔，然然后在孔中中填以素土土（粘性土土）或灰土土，分层捣捣实，形成成土桩。土桩与挤密密后的桩间间土组成复复合地基，，共同承受受基础所传传递的荷载载。此法常用于于处理湿陷陷性黄土地地基、杂杂填土地基基和填土地地基，处理深度一一般为5－10米，自50年年代开始，，最大处理理深度可达达15米以以上。处理后的地地基承载力力一般提高高5－100％。。土桩（包括括灰土桩））挤密地基基的桩径、、桩距和孔孔深通过试试验求得。桩孔直径径一般为30－50厘米，，桩距（桩桩孔的中心心距离S））约为桩孔孔直径的2－3倍。自自50年代开始始，中国应应用土桩挤挤密法对西西北地区某某些建筑物物的湿陷性性黄土地基基进行处理理，获得了了良好的技技术经济效效果。自70年代起起，这种方方法已用于于民用建筑筑物的地基基处理。4.预浸水法湿陷性黄土土地基预浸浸水法是利利用黄土浸浸水后产生生自重湿陷陷的特性，，在施工前前进行大面面积浸水使使土体预先先产生自重重湿陷，以以消除黄土土土层的自自重湿陷性性，它只适用于于处理土层层厚度大于于10m，自重湿陷陷量计算值值不大于500mm的黄土地基基。预浸水法用用水量大、、工期长，，一般应比比正式工程程至少提前前半年到一一年进行，，浸水前沿场场地四周修修土埂或向向下挖深50cm，并设置标标点以观测测地面及深深层土的湿湿陷变形，，浸水期间间要加强观观测，浸水水初期水位位不易过高高，待周围围地表出现现环形裂缝缝后再提高高水位，湿湿陷性变形形的观测应应到沉陷基基本稳定为为止。预浸水法用用水量大，，对于缺水水少雨、水水资源贫乏乏地区，不不易采用，，当土层下下部存在隔隔水层时，，预浸时间间加大，工工期延长，，都将是影影响工程的的因素。5.硅化加加固法打入带孔的的金属灌注注管，在一一定的压力力下，将硅硅酸钠（俗俗称水玻璃璃）溶液注注入土中；或将硅酸酸钠及氯化化钙两种溶溶液先后分分别注入土土中。前者者称为单液液硅化；后后者称为双双液硅化。。单液硅化适适用于加固固渗透系数数为0.1－2.0米/日的湿陷陷性黄土。加固湿湿陷性黄土土时，溶液液由浓度为为10－15％的硅硅酸钠溶液液掺入2.5％氯化化钠组成。。溶液入土后后,钠离子子与土中水水溶性盐类类中的钙离离子（主要要为硫酸钙钙）产生离离子交换的的化学反应应,在土粒间及其其表面形成成硅酸凝胶胶,可以使黄土土的无侧限限极限抗压压强度达到到0.6－0.8兆帕帕。此法需耗用用硅酸钠或或氯化钙等等工业原料料，成本较较高。其优点是能能很快地抑抑制地基的的变形，土土的强度也也有很大提提高，对现现有建筑物物地基的加加固特别适适用。但是，对已渗有石石油产品、、树胶和油油类及地下下水pH值值大于9的的地基土，，不宜采用用硅化法加加固。6.碱液加加固法碱液对土的的加固作用用不同于其其他的化学学加固方法法，它不是从溶溶液本身析析出胶凝物物质，而是碱液与土发发生化学反反应后，使使土颗粒表表面活化，，自行胶结结，从而增增强土的力力学强度及及其水稳定定性。为了促进反反应过程,可将溶液液温度升高高至80－100°C再注入土土中。加固固湿陷性黄黄土地基时时，一般使使溶液通过过灌注孔自自行渗入土土中。黄土土中的钙、、镁离子含含量较高，，采用单液液即能获得得较好的加加固效果。。红粘土是指指在湿热气气候条件下下碳酸盐系系岩石经过过第四系以以来的红土土化作用形形成并覆盖盖于基岩上上，呈棕红红、褐黄等等色的高塑塑性土。1.红粘土的工工程性质液限（wL）大于50%、孔隙比（（e）大于1.0；沿埋藏深度度从上到下下含水量增增加；土质由硬到到软明显变变化；表面收缩，，裂隙发育育天然条件含含水量一般般较高，结结构疏松，，但强度较较高；收缩性。红粘土2.红粘土的分分类状态（含水水比）结构（裂隙隙发育）复浸水特征地基均匀性性3.红粘土勘察察要点4.红粘土的岩岩土工程评评价30软土的分布布296-31软土在我国国分布很广广，主要是是在沿海地带及平原低地、沼泽地区，在高原山山区的古代代或内湖沼沼泽地区也也常遇到软软土。软土的分类类296-32沿海沉积型型内陆湖盆沉沉积型河滩沉积型型沼泽沉积型型滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相软土：天然含水水量大、压压缩性高、、承载力和和抗剪强度度很低的呈呈软塑-流塑状态的的粘性土。。软土是一一类土的总总称。分为：软粘性土、、淤泥质土土、淤泥、、泥炭质土土和泥炭等等。特征：颜色多为灰灰绿色、灰灰黑色，手手摸有滑腻腻感，能染染指，有机机质含量高高时有腥臭臭味；颗粒成分主主要为粘粒粒及粉粒，，粘粒含量量高达60%－70%；具有典型的的海绵状或蜂蜂窝状结构构，其孔隙比比大，含水水量高，透透水性小，，压缩性大大，是软土强度度低的重要要原因；软土的工程程性质1.软土的的孔隙比和和含水率软土颗粒联联结弱，彼彼此分散，，孔隙比大大（一般大大于1，高高者可达5.8），，含水量高高、沉积年年代久的软软土，孔隙隙比（e））和含水量量会降低。。2.软土的透水水性和压缩缩性透水性差，，压缩性高高。3.软土的强度度不排水直接接剪切试验验：φ=2°－5°，c=10-15KPa排水直接剪剪切试验：：φ=10°°－15°，c=20KPa4.软土的触变变性软土受到振振动，颗粒粒联结破坏坏，土体强强度降低，，呈流动状状态，称为为触变，也也称振动液液化。机理：吸附附在土颗粒粒周围的水水分子的定定向排列被被破坏，土土粒悬浮在在水中，呈呈流动状态态。当振动停止止，土颗粒粒与水分子子相互作用用的定向排排列恢复，，土强度可可慢慢恢复复。触变用灵敏敏度Sτ表示：—天然结构的的抗剪强度度—结构扰动后后的抗剪强强度5.软土的的流变性定义:在长期荷载载作用下，，变形可持持续很长时时间，最终终引起破坏坏的性质。。软土的长期期强度只有有平时强度度的40%－80%。1.软土的变形形破坏原因：承载力低低，地基变变形大或者者发生挤出出。破坏的主要要形式：不均匀沉沉降使建筑筑物产生裂裂缝。2.软土地地基的加固固措施－降低含水水量，加快快土体固结结（1）堆载载预压法（2）砂井排水砂井起排水水通道作用用，加快软软土排水固固结过程，，使地基土土强度提高高。软土的变形破坏坏和地基加加固（3）砂垫层在建筑物底底部铺设一一层砂垫层层，作用－－在软土顶顶面增加一一个排水面面。在路堤填填筑过程程中，由由于荷载载逐渐增增加，软软土地基基排水固固结，渗渗出的水水可以从从砂垫层层排走。。（4）生生石灰桩桩原理：生生石灰水水化过程程中强烈烈吸水，，体积膨膨胀，产产生热量量，桩周周围温度度升高，，是软土土脱水、、压密，，强度增增大。（5）强强夯法（6）旋旋喷注浆浆法利用钻机机把安装装在注浆浆管底部部侧面的的特殊喷喷嘴，置置入土层层预定深深度后，，用高压压泥浆泵泵等装置置，以20MPa左右右的压力力，把浆浆液从喷喷嘴中喷喷射出去去冲击破破坏土体体，使浆浆液与从从土体上上崩落下下来的土土搅拌混混合，经经过一定定时间凝凝固，便便在土中中形成一一定形状状的固结结体，形形成复合合地基，，提高地地基土强强度，加加固软土土地基。。（7）换换填土由细粒土土和粗粒粒土混杂杂且缺乏乏中间粒粒径的土土应定名名为混合合土。当当碎石土土中粒径径小于0.075mm的细粒土土质量超超过总质质量的25%时，应定定名为粗粗粒混合合土；当当粉土或或粘性土土中粒径径大于2mm的粗粒土土质量超超过总质质量的25%时，应定定名为细细粒混合合土。1.混合土的的性质颗粒分布布不连续续成分粒径径相差悬悬殊一般来说说，混合合土的性性质主要要取决于于土中粗粗、细颗颗粒含量量的比例例，粗粒粒的大小小及其相相互接触触关系以以及细粒粒土的状状态。2.混合土的的勘察要要求3.混合土的的工程评评价39混合土膨胀土——是一种粘粘性土，，含有较较多的亲亲水性粘粘土矿物物，吸水水膨胀，，遇水崩崩解或软软化，失失水收缩缩，抗冲冲刷性能能差，这这种具有有较明显显的胀缩缩性的土土称为膨胀土。膨胀土膨胀土的的特征（1）颜色有灰白、、棕、红红、黄、、褐、及及黑色；；（2）粒粒度成分分中以粘土颗颗粒为主主，一般在在50%以上，，最低也也要大于于30%，粉粒粒次之，，砂粒最最少；（3）矿矿物成分分中粘土矿物物占优势势，多为伊伊利石、、蒙脱石石，高岭岭石含量量很少；；（4）胀缩强烈烈，膨胀时时产生膨膨胀压力力，收缩缩时形成成收缩裂裂隙。长长期反复复胀缩使使土体强强度产生生衰减；；（5）各各种成因因的大小小裂隙发育育；（6）早早期生成成的膨胀胀土具有有超固结性性。膨胀土的的分布膨胀土分分布很广广，全世世界都有有分布，，在我国国的分布布也很广广。外界条件件的改变变土中水份份的变化化地基产生生体积变变形基础破坏坏，建筑筑物、地地坪开裂裂膨胀土的的季节性性湿度变变化常引起道道路隆起起、路轨轨移动，，泵站、、电站地地基基础础破坏等等。膨胀土的的成因类类型及生生成年代代主要为残积、坡积、洪积、湖积及混合沉积积类型。生成年代代：多在在上新世N2～更新世晚晚期的Q3之间。强亲水性性多裂隙性性强胀缩性性强度衰减减性快速崩解解性弱抗风化化性等膨胀土的的工程性性质二、膨胀胀土的胀胀缩性指指标特殊的工工程性质质-胀缩缩性1、自由由膨胀率率（））是是烘干土土粒全部部浸水膨膨胀后增增加的体体积（））与原原体积（（））之比比，以百百分数表表示：式中Vw-烘干土土样浸水水膨胀后后的体积积。Fs≥40%为为膨胀土土公路工程程、铁路路工程地地质勘察察规范规定Fs≥40%、液液限含水水量≥≥40%时为为膨胀土土。2、膨膨胀率（（））是烘烘干土粒粒全部浸浸水膨胀胀后增加加的高度度（））与原体体积（））之比，，以百分分数表示示：式中hw-烘干土土样浸水水膨胀后后的高度度。Csw≥4%为为膨胀土土3、线线缩率（（））是土土样收缩缩后高度度减小量量（））与与原高度度（））之之比，以以百分数数表示：：式中-土样样原高度度。esl≥5%为为膨胀土土膨胀土的的防治措措施（1）防防水保湿湿措施—防治地下下水下渗渗和土中中水分蒸蒸发，保保持地基基土湿度度稳定，，控制胀胀缩变形形。在建筑物物周围设设置散水水坡，设设水平和和垂直隔隔水层加强上下下水管道道防漏措措施及热热力管道道隔热措措施建筑物周周围合理理绿化，，防止植植物根系系吸水造造成地基基土不均均匀沉降降选择合理理的施工工方法，，基坑不不宜暴晒晒和浸泡泡，应及及时处理理夯实。。（2）地地基土改改良措施施—消除或减减少土的的胀缩性性能换土法，，挖出膨膨胀土，，换填砂砂、砾石石等非膨膨胀土压入石灰灰水法，，石灰与与水相互互作用产产生氢氧氧化钙，，吸收周周围水分分，氢氧氧化钙与与二氧化化碳形成成碳酸钙钙，起胶胶结土粒粒的作用用。钙离子与与土粒表表面的阳阳离子进进行离子子交换，，使水膜膜变薄脱脱水，使使土的强强度和抗抗水性提提高。（（新方法法，新工工艺）由于人类类活动而而堆填的的土，统统称为填填