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。自重例湿陷非系数腿的计梁算公党式：式中谎：h0：土样商的原兴始高够度，cmhz：原始馒土样灶加压半至上冒覆土节的饱迟和自昂重压放力时妖，下待沉稳油定后垂的高炎度，cm；hz,：上述加肚压稳定闻后的土激样，在倘浸水作奶用下，完下沉稳扬定后的咱高度，cm当<0宫.0脖15时，宗定为非自重塑湿陷性恨黄土。≥0.0耗15时，为自重民湿陷鸽性黄醉土。黄土劣的湿音陷性映一般估是自地表冶以下逐锈渐减弱，埋侦深七惠、八诞米以狠上的渔黄土类湿陷偶性较扁强。不同参地区挥，不臭同时抄代的黄青土是毁不同月的，良这与廊土的投成因单，固呀结作算用、著所处援的环鉴境等麻条件可有关害。三、膨临胀土在工融程建签设中延，经殿常会扔遇到犁一种捏具有扣特殊猴变形路性质散的粘愤性土肥，它哄的体积肿随含响水量目的增须加而长膨胀秩，随岛含水谁量减锤少而门收缩，并间且这弦种作借用循环瓶可逆，具有类这种膨柜胀和收绢缩性的笔土，即常称为膨胀犁土。（一）分加布和成被因膨胀土微一般分厌布在盆地嫁内岗，山前哨丘陵地带贤和二、三废级阶地上。大多尿数是上更仅新世鲜及以很前的残坡拼积、马冲积微、洪苗积物，也穷有晚第三品纪至第量四纪的湖泊沉昂积及其风化层。（二山）成井分和令结构盼特征（1）从修岩性远上看啄，以市粘土方为主珠，具有黄赴、红、森灰、白悬等色，贼土中含散有较多耽的粘土员，粘土每占总数晌的98%，粘土说矿物多根为蒙脱伏石、伊尚利石和材高岭石遣。蒙脱征石含干量越志多，订膨胀陕性越禾强烈腐。（2）结慰构致偿密，呈坚惜硬～盈硬塑全状态台，强鼓度较要高，怒内聚傻力较著大。（3）裂隙馒发育，竖债向、牢斜交剥和水亦平三阔种均谢有，房诚可见营光滑怨镜面圾和擦爪痕。（4）富腾含铁才、锰耀结核牵和钙乌质结垦核。（5）化这学成炭分为Si慕O2(4梢5%桌~6烟6%页)、Al2O3(13贸%~3叨1%)、Fe2O3(3~忠15%控)、硅铝凡率K＝3～5。（三）佳一般工搜程地质卧特征膨胀侧土的趣液限丝式、塑降限和寇塑性捞指数虽都较却大：液限闸为40％～68％，塑垃限为17%～35％，屿塑性改指数绕为18～33。膨胀姓土的将饱和克度一次般较拴大，常在80％以上鼠，天然毅含水率蔬较小，17％～30％。膨胀土衣的胀缩忌性常为走该类仅地基钻的工掏程地轻质问殖题.（四）瓶膨胀土也的判别凡是访具有个前面搭所述播的特回征，纯且自酱由膨幕胀率Fs大于40％者，瘦应判定报为膨胀便土。“自柔由膨身胀率Fs”：系指勿人工术制备烦的烘求干土含，在痕水中驱增加嗽的体括积与灭原体获积的药比，哗以百缓分率梅表示残。四、之红粘档土红粘忘土是指碳酸盐盈类岩石（访石灰岩泳，白云烧岩，泥当质灰岩效等），凭在亚热带肿温湿气放候条件下斩，经风化而等成的残算积、扶坡积征或残蝴～坡酱积的孟褐红椅色、呢棕红匠色或竿黄褐仅色的高塑性岂粘土。（一）雷成因和欲分布成因婚类型粥：残积、禽坡积、宵和残～康坡积。冠上部为怜坡积，摩下部为孟残积的冷情况居笛多。主要分签布：云南溜、贵猪州、佳广西收、安浆徽、隔四川贡东部板等。（二循）成鱼分和恢结构奖特征红粘怖土的洽粘粒如组分（粒社径<0.闪005行mm）含量猛高，滋一般泻可达55～70％，稠粒度丢较均旷匀，讲高分病散性解。粘土颗载粒主要映是多娃以高稿岭石另和伊砖利石幼类粘历土矿验物为胜主。主要化表学成分易为：Si摄O2(3藏3.默5~仰68物.9迟%)、Al2O3(9.栋6~1爷2.7命%)、Fe2O3(1设3.黑4~磨36么.4邪%)、硅铝和率一光般均猫小于2。常呈云蜂窝按状结耍构，蚕常有珠很多换裂隙递（网邻状裂春隙）霜、结丹核和轧土洞菠。（三忘）工拐程地舍质性虑质的嚼基本战特点1、高什塑性液限怎一般鸽为50行~8边0%，塑限昂为30～60％，还塑性旺指数深一般隶为20～50。2、高含按水率、宇低密度天然含尤水率一席般为30％～60％，饱怠和度>8俗5％，抽密实类度低可，大支孔隙心明显修，孔池隙比>1真.0；液性律指数一凳般都小碎于0.厕4；坚硬免和硬塑揉状态。3、强度或较高，秩压缩性帽较低固结快捉剪:Φ值8º～18º，c值可达0.0昌4～0.券09浮MP禽a，多属封中压遵缩性决土或茫低压欢缩性碧土，虫压缩陈模量5～15愚MP河a。4、不具槽湿陷性傲，但收缩性做明显，到失水后幻玉强烈收公缩，原滔状土体梳缩率可激达25％。红粘土坚具有这吹些特殊竿性质，蔬是与其锯生成环鞠境及其驱相应的跃组成物滚质有关弦。（1）沿晌深度匆上，随着深贷度的加最大，红壳粘土的损天然含割水率、慢孔隙比律、压缩软系数都拍有较大搜的增高嫁，状态去由坚硬训、硬塑胆可变为诉可塑、掏软塑，魄而强度忙则大幅借度降低款。（2）在合水平麦方向伶上，由于勒地形亿地貌绣和下宋伏基拍岩起居伏变肺化，呆性质唐变化毯也很次大，地势仪较高粒的，由把于排芦水条线件好傲，天蜂然含线水率星和压妙缩性辫较低予，强异度较酿高，而地援势较婚低的则相伤反。五、扇人工饥填土人工填依土是一赤种特殊改性土。它是抖由于沫人类常活动戴任意出堆填虫而成抗的土湖。在我蛋国大呢多数古老城穿市的地惕表面绩，普醒遍覆奴盖一窃层人绵工杂馋填土栗堆积荣层。亩这种旺填土妥无论温其物驾质组恋成，词分布耽特征粥和工贤程性椒质均四相当际复杂象，且貌具有菜地区蔽性特押点。人工填顺土的工绒程性质妇与天然础沉积土统比较起唉来有很锈大不同伙：1．性摩质很昼不均膝匀，分布脏和厚依度变喂化上否缺乏圣规律铅性；2．物质估成分异剖常复杂膛。有天然抵土颗粒异，有砖急瓦碎片岁和石块