特殊土的工程地质特征概要

第四章特殊土的工程地质特征第一节概述一、特殊土的概念我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。——具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土称特殊性土.

黄土

红粘土

软土（包括淤泥和淤泥质土）冻土

膨胀土盐渍土混合土

填土污染土根据工程特性二、特殊土的分布在我国，特殊土都有一定分布区域：沿海及内陆地区各种成因的软土：主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区的黄土；西南亚热带湿热气候区的红粘土；主要分布于南方和中南地区的膨胀土；高纬度、高海拔地区的多年冻土一、淤泥类土(软土)（一）形成条件和成分结构特点

淤泥类土是指在水流缓慢、不通畅、缺氧和饱水的环境中沉积，有微生物参与作用的条件下，含较多的有机质，疏松软弱的土。

第二节特殊土的工程地质特性天然孔隙比大于1,含水量大于液限.其中：孔隙比大于1.5的称为淤泥.孔隙比大于1而小于1.5的称为淤泥质土.当土中有机质含量[5%，10%]，称有机质土；当有机质含量（10%，60%]时称泥炭质土；当有机质含量（60%，）时，称泥炭。

泥炭是未充分分解的植物遗体堆积而成的一种高有机土，呈深褐-黑色。其含水量极高，压缩性很大且不均匀，往往以夹层或透镜体构造存在于一般粘性土或淤泥质土层中，对工程极为不利。软土的物质组成和结构特点：1．粒度上主要是粘粒和部分粉粒。2．含大量粘土矿物和部分石英、长石、云母；有机质含量较多（5％～15％）。3．呈灰、灰绿和灰黑等暗淡的颜色，污染手指并有臭味。4．结构常为蜂窝状、疏松多孔，定向排列明显、层理较发育，常具薄层状构造。

我国淤泥类土基本上可以分为两大类：一类是沿海沉积淤泥类土；一类是内陆和山区湖盆地及山前谷地沉积的淤泥类土。

沿海沉积的淤泥类土，分布较稳定，厚度较大，土质较疏松软弱；大致可分为四个类型：1．泻湖相沉积2．溺湖相沉积3．滨海相沉积4．三角洲相沉积分布在内陆平原区地淤泥类土主要有：（1）湖泊（2）河漫滩（3）牛轭湖

河漫滩相沉积物：一般为粘性土，有时有粉土和粉、细砂夹层，土层厚度较大，分布也较稳定。

牛轭湖相是由含有大量有机质的粘性土和粉、细砂组成的，并常有泥炭层分布，土层的工程性质较差，也较复杂。（二）工程地质性质的基本特点1、高孔隙比、饱水、天然含水率大于液限孔隙比常见值为1.0～2.0；液限一般为40％～60％;饱和度一般>90％;天然含水率多为50～70％。未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动状态。2、透水性极弱：一般垂直方向的渗透系数较水平方向小。3、高压缩性：a1~2一般为0.7～1.5Mpa－1，且随天然含水率的增大而增大。4、抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关不排水：三轴快剪,0º左右；直剪，2º～5º，c＝0.02Mpa；在排水条件下，抗剪强度随固结程度提高而增大，固结快剪的10º～15º，c＝0.02Mpa。5、较显著的触变性和蠕变性二、黄土

黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显著附加下沉，具有这种特性的黄土，称湿陷性黄土。1、分布与特征作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约占10％，亚洲约占30％；

我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约为43万平方公里。主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主要来源于沙漠与戈壁。我国湿陷性黄土的固有特征有：1）黄色、褐黄色、灰黄色；2）粒度成分以粉土颗粒（0.05～0.005mm）为主，约占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有较多的可溶性盐类：重碳酸盐、硫酸盐、氯化物；5）具垂直节理；6）一般具肉眼可见的大孔。黄土结构示意图湿陷黄土的工程特征：1）塑性较弱；2）含水较少；3）压实程度很差，孔隙较大；4）抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩量较明显；5）透水性较强；6）压缩中等，抗剪强度较高。2、成因我国黄土的粒度成分具有自西北向东南逐渐变细的规律，并可大致分三个弧形带。从物质的主导来源而言，应认为绝大部分黄土是风成的。3、地质年代

黄土在整个第四纪的各个世中均有堆积，而各世中黄土由于堆积年代长短不一，上覆土层厚度不一，其工程性质不一。

一般黄土（全新世早期～晚更新期）与新近堆积黄土（全新世近期）具有湿陷性。而比上两者堆积时代更老的黄土，通常不具湿陷性。4、湿陷性评价在黄土地区勘察中，湿陷性评价正确与否直接影响设计措施的采取。黄土的湿陷性计算与评价，按一般的工作次序，其内容主要有：（1）判别湿陷性与非湿陷性黄土；（2）判别自重与非自重湿陷性黄土；（3）判别湿陷性黄土场地的湿陷类型；（4）判别湿陷等级；（5）确定湿陷起始压力等。（1）湿陷性与非湿陷性黄土的判别

黄土的湿陷性试验是在室内的固结仪内进行的，其方法是：分级加荷至规定压力，当下沉稳定后，使土样浸水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的计算式是：式中：h0：原状土样的原始高度，cmhp：原状土样在规定压力下，下沉稳定后的高度，cmhp,：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利用湿陷系数的值，可判定黄土是否有湿陷性:当δs<0.015时，为非湿陷性黄土δs≥0.015时，为湿陷性黄土，且该值越大，湿陷性越强烈。工程实际中还规定(一般压力为200kPa作用下)：湿陷系数为0.015～0.03时，湿陷性轻微，0.03～0.07时，湿陷性中等；>0.07时，湿陷性强烈。（2）自重与非自重湿陷性黄土的判别自重湿陷性：当某一深度处的黄土层被水浸湿后，仅在其上覆土层的饱和自重压力下产生湿陷变形的，称自重湿陷性。非自重湿陷性黄土：当某一深度处的黄土层浸水后，除上覆土的饱和自重外，尚需要一定的附加荷载（压力）才发生湿陷的，称非自重湿陷性。测定方法：也是在室内固结仪上进行，即分级加荷至上覆土层的饱和自重压力，当下沉稳定后，使土样浸水湿陷达稳定为止。自重三湿陷三系数三的计三算公三式：式中三：h0：土样三的原三始高三度，cmhz：原始三土样三加压三至上三覆土三的饱三和自三重压三力时三，下三沉稳三定后三的高三度，cm；hz,：上述三加压三稳定三后的三土样三，在三浸水三作用三下，三下沉三稳定三后的三高度三，cm当<0三.0三15时，三定为非自三重湿三陷性三黄土。≥0.三01三5时，三为自重三湿陷三性黄三土。黄土三的湿三陷性三一般三是自地三表以三下逐三渐减三弱，埋三深七三、八三米以三上的三黄土三湿陷三性较三强。不同三地区三，不三同时三代的黄三土是三不同三的，三这与三土的三成因三，固三结作三用、三所处三的环三境等三条件三有关三。三、三膨胀三土在工三程建三设中三，经三常会三遇到三一种三具有三特殊三变形三性质三的粘三性土三，它三的体积三随含三水量三的增三加而三膨胀三，随三含水三量减三少而三收缩，并三且这三种作三用循环三可逆，具三有这三种膨三胀和三收缩三性的三土，三即称三为膨胀三土。（一）三分布三和成三因膨胀三土一三般分三布在盆地三内岗，山前三丘陵地带三和二、三三级三阶地上。大多三数是上更三新世三及以三前的残坡三积、三冲积三、洪三积物，也三有晚第三三纪三至第三四纪的湖泊三沉积及其风化三层。（二三）成三分和三结构三特征（1）从三岩性三上看三，以三粘土三为主三，具有三黄、三红、三灰、三白等三色，三土中三含有三较多三的粘三土，三粘土三占总三数的98三%，粘三土矿三物多三为蒙三脱石三、伊三利石三和高三岭石三。蒙脱三石含三量越三多，三膨胀三性越三强烈三。（2）结三构致三密，呈坚三硬～三硬塑三状态三，强三度较三高，三内聚三力较三大。（3）裂三隙发三育，竖三向、三斜交三和水三平三三种均三有，三可见三光滑三镜面三和擦三痕。（4）富三含铁三、锰三结核三和钙三质结三核。（5）化三学成三分为Si三O2(4三5%三~6三6%三)、Al2O3(1三3%三~3三1%三)、Fe2O3(3三~1三5%三)、硅铝三率K＝3～5。（三三）一三般工三程地三质特三征膨胀三土的三液限三、塑三限和三塑性三指数三都较三大：液限三为40％～68％，三塑限三为17三%～35％，三塑性三指数三为18～33。膨胀三土的三饱和三度一三般较三大，常三在80％以三上，三天然三含水三率较三小，17％～30％。膨胀三土的三胀缩三性常为三该类三地基三的工三程地三质问三题.（四三）膨三胀土三的判三别凡是三具有三前面三所述三的特三征，三且自三由膨三胀率Fs大于40％者三，应三判定三为膨三胀土三。“自三由膨三胀率Fs三”：系指三人工三制备三的烘三干土三，在三水中三增加三的体三积与三原体三积的三比，三以百三分率三表示三。四、三红粘三土红粘三土是指碳酸三盐类岩石三（石三灰岩三，白三云岩三，泥三质灰三岩等三），三在亚热三带温三湿气三候条件三下，三经风化三而成的残三积、三坡积三或残三～坡三积的三褐红三色、三棕红三色或三黄褐三色的高塑三性粘三土。（一三）成三因和三分布成因三类型三：残积三、坡三积、三和残三～坡三积。三上部三为坡三积，三下部三为残三积的三情况三居多三。主要三分布三：云南三、贵三州、三广西三、安三徽、三四川三东部三等。（二三）成三分和三结构三特征红粘三土的三粘粒三组分（粒三径<0三.0三05三mm）含量三高，三一般三可达55～70％，三粒度三较均三匀，三高分三散性三。粘土三颗粒主要三是多三以高三岭石三和伊三利石三类粘三土矿三物为三主。主要三化学三成分三为：Si三O2(3三3.三5~三68三.9三%)、Al2O3(9三.6三~1三2.三7%三)、Fe2O3(1三3.三4~三36三.4三%)、硅铝三率一三般均三小于2。常呈三蜂窝三状结三构，三常有三很多三裂隙三（网三状裂三隙）三、结三核和三土洞三。（三三）工三程地三质性三质的三基本三特点1、高三塑性液限三一般三为50三~8三0%，塑三限为30～60％，三塑性三指数三一般三为20～50。2、高三含水三率、三低密三度天然三含水三率一三般为30％～60％，三饱和三度>8三5％，三密实三度低三，大三孔隙三明显三，孔三隙比>1三.0；液三性指三数一三般都三小于0.三4；坚三硬和三硬塑三状态三。3、强三度较三高，三压缩三性较三低固结三快剪:Φ值8º～18三º，c值可三达0.三04～0.三09三MP三a，多属三中压三缩性三土或三低压三缩性三土，三压缩三模量5～15三MP三a。4、不三具湿三陷性三，但收缩三性明三显，三失水三后强三烈收三缩，三原状三土体三缩率三可达25％。红粘三土具三有这三些特三殊性三质，三是与三其生三成环三境及三其相三应的三组成三物质三有关三。（1）沿三深度三上，随着三深度三的加三大，三红粘三土的三天然三含水三率、三孔隙三比、三压缩三系数三都有三较大三的增三高，三状态三由坚三硬、三硬塑三可变三为可三塑、三软塑三，而三强度三则大三幅度三降低三。（2）在三水平三方向三上，由于三地形三地貌三和下三伏基三岩起三伏变三化，三性质三变化三也很三大，地势三较高三的，由三于排三水条三件好三，天三然含三水率三和压三缩性三较低三，强三度较三高，而地三势较三低的则相三反。五、三人工三填土人工三填土三是一三种特三殊性三土。它是三由于三人类三活动三任意三堆填三而成三的土三。在我三国大三多数古老三城市的地三表面三，普三遍覆三盖一三层人三工杂三填土三堆积三层。三这种三填土三无论三其物三质组三成，三分布三特征三和工三程性三质均三相当三复杂三，且三具有三地区三性特三点。人工三填土三的工三程性三质与三天然三沉积三土比三较起三来有三很大三不同三：1．性三质很三不均三匀，分布三和厚三度变三化上三缺乏三规律三性；2．物三质成三分异三常复三杂。有天三然土三颗粒三，有三砖瓦三碎片三和石三块，三以及三人类三活动三和生三产所三抛弃三的各三种垃三圾；3．是三一种三欠