特殊土地工程性质

特殊土的工程性质土的特性

①土与岩石一样是自然历史产物。土的性质由其地质成因、形成时间、地点、环境、方式，以及后生演化和现时产出的条件决定。如干旱区形成的黄土，湿热区形成的红土，静水区形成的淤泥，它们在性质上截然有别。②土是由固、液、气体多相组成的体系。固相是土的主要成分，称为土的骨架。土颗粒间的孔隙可被液体或气体充填。完全被水充满时，形成二相体系的饱水土，性质柔软；完全被气体充满时，则形成二相体系的干土，其性质有的松散，有的坚硬。土的孔隙中有液、气体共存时，则形成湿土，其性质介于饱水土和干土之间，属三相体系。土中各相系组成的质和量，以及它们之间的相互作用是控制土的工程性质的主要因素。③土是分散体系。根据土颗粒的大小（分散程度），土可分为粗分散体系(粒径大于2微米),细分散体系（粒径2～0.1微米），胶体体系（粒径0.1～0.01微米）,分子体系（粒径小于0.01微米）。土的工程性质随着分散程度的变化而改变。④土是多矿物组合体。一种土含有5～10种或更多的矿物,其中次生矿物是主要成分。土遇水产生胶体化学特性，土粒间形成受结合水控制的特殊联结。这是促使粘土产生复杂性质的根本原因。

土土的定义：土是地质历史最新时期在地壳表层广为分布的由固体矿物颗粒（固相）、水（液相）和气体（气相）组成的天然物质。土由：工程地质性质可分为：“一般土”和’特殊土”特殊土包括：黄土、膨胀土、软土、盐渍土、红粘土、填土等土的分类：按颗粒级配，土分为碎石类土、砂类土、粉土、粘性土按土的成因，土分为残积土、坡积土、冲积土、淤积土、风积土、崩积土等黄土定义：黄土是一种产生于第四纪地质历史时期干旱条件下的沉积物，它的内部物质成分和外部形态特征都不同于同时期的其它沉积物。一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土，原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的黄土称为次生黄土，它常具有层理和砾石夹层。特征：1.（1）颜色为黄色、浅灰黄色、灰黄、棕黄色、淡黄、褐黄颜色为黄色、浅灰黄色、灰黄、棕黄色、淡黄、黄色色或灰黄色。黄土中的古土壤夹层呈褐红色或灰色。色或灰黄色。黄土中的古土壤夹层呈褐红色或灰色。

（2）以粉土颗粒粉土颗粒（0.05~0.005mm）为主，约占60％~70％。（3）含有多种可溶盐，特别含碳酸盐，含量可达10%~30%。含有多种可溶盐，特别含碳酸盐，（4）结构疏松，孔隙多而大，孔隙度达33%~64%。（5）质地均一无层理，但有柱状节理和垂直节理，天然条件下稳定边坡近直立。

（6）含水量小，一般仅为8％~20％。（7）具有湿陷性

黄土黄土的分布黄土在全世界分布面积达1300万kmz，约占陆地总面积的9.3％。主要分布于中纬度干旱、半干旱地区。

我国黄土分布非常广泛，面积约64万km2，其中湿陷性黄土约占四分之三。以黄河中游地区最为发育，多分布于甘肃、陕西、山西地区，青海、宁夏、河南也有部分分布，其它如河北、山东、辽宁、黑龙江、内蒙古和新疆等省(区)也有零星分布。

①陇西地区：湿陷性强烈

②陇东陕北地区湿陷性大

③关中地区湿陷性中等

④山西湿陷性中等

⑤河南湿陷性较弱

⑥冀鲁湿陷性较弱或无

⑦北部边远地区湿陷性中等或弱

黄土的工程性质：1.黄土的粒度成分以粉粒为主，约占60%~70%，其次是砂粒和粘粒，各占1%~29%和8%~26%。2.黄土的相对密度和密度：黄土的相对密度一般在2.54~2.84之间，砂粒含量高的黄土相对密度低，约在2.69以下.密度较低，为1.5~1.8g/cm3，干密度约为1.3~1.6g/cm3。一般认为干密度小于1.5g/cm3的黄土具有湿陷性。3.黄土的含水率：含水率越低，湿陷性强，含水率增加，湿陷性减弱。一般含水率超过25%时就不再具有湿陷性。4.黄土压缩性：是指黄土受压时体积缩小变形的性质。一般用压缩系数（单位压力增加时孔隙比的变化值）反映压缩性的大小。5.黄土的抗剪强度6.黄土的湿陷性：是黄土的一种特殊的工程地质性质。黄土具有在自重或外部荷重下，受水浸湿后结构迅速破坏发生突然下沉的性质。引起湿陷的原因是因为黄土在干燥时可以承担一定荷重而变形不大，但浸湿后，土粒连结显著减弱，引起土结构破坏产生湿陷变形。黄土湿陷性对人类工程活动危害很大，常使建筑物、渠道、库岸造成破坏。因此，在湿陷性黄土地区进行建筑时，要特别注意防止水的渗入，并采取必要的人工土质改良或其他防治措施。1.湿陷性黄土地基应采取拦截、排除地表水的措施，防止地表水下渗，减少地基地层湿陷下沉。其地下排水构造物与地面排水沟渠必须采取防渗措施。若地基土层有强湿陷性或较高的压缩性，且容许承载力低于路堤自重力时，应考虑地基在路堤自重和活载作用下所产生的压缩下沉。除采用防止地表水下渗的措施外，可根据湿陷性黄土工程特性和工程要求，因地制宜采取换填土、重锤夯实、强夯实、预浸法、挤密法、化学加固法等措施对地基进行处理。

1.换填土—挖除一定深度湿陷性黄土，换以合乎要求的土或灰土分层填筑，分层夯实。

2.强夯法—用几十吨重锤从高处落下，反复多次夯击，对地基进行强力夯实，使浅层、深层得到不同程度的加固，强夯施工法振动大，对附近建筑物有影响，因此应注意施工附近建筑物安全。采用强夯法处理湿陷性黄土地区路基的地基，土的含水量宜低于塑限含水量1%~3%。

3.预浸法—通过钻孔注水，使其预先湿陷。可用于湿陷性土层厚度大于10cm，自重湿陷量不小于50cm的地段。4.挤密法—通过冲击，振动或爆破成孔，再灌以石灰或灰土分层捣实。5.化学加固法—用硅酸钠溶液，通过有孔的注射管压入土中，使其与土中水溶性盐相互作用，产生硅胶，把土胶结。地基陷穴处理方法对现有的陷穴、暗穴，可以采用灌砂、灌浆、开挖回填等措施，开挖的方法可以采用导洞、竖井和明挖等。湿陷性黄土地基的处理措施冻土冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土（数小时/数日以至半月）/季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（数年至数万年以上）。地球上多年冻土/季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻土面积占陆地面积的25%。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土在不断退化。冻土冻土分类对季节性冻土按冻胀变形量大小，结合对结构物的危害程度分为五类，以野外冻胀观测得出的冻胀系数为分类标准：Ⅰ类不冻胀土，冻胀系数＜1%，冻结时基本无水份迁移，冻胀变形很小，对各种浅埋基础都没有任何危害。Ⅱ类弱冻胀土，冻胀系数：1%＜≤3.5%，冻结时水分迁移很少，地表无明显冻胀隆起，对一般浅埋基础也没有危害。Ⅲ类冻胀土，冻胀系数：3.5%＜≤6%，冻结时水分有较多迁移，形成冰夹层，如结构物自重轻、基础埋置过浅，会产生较大的冻胀变形，冻深大时会由于切向冻胀力而使基础上拔。Ⅳ类强冻胀土，冻胀系数6%＜≤13%，冻结时水分大量迁移，形成较厚冰夹层，冻胀严重，即使基础埋深超过冻结线，也可能由于切向冻胀力而上拔。Ⅴ类特强冻胀土，冻胀系数＞13%，冻胀量很大，是使各类基础冻胀上拔破坏的主要原因。

冻土的工程性质：1.物理及水理性质a.未冻结水含量

WC=K·WP

b.总含水量

Wn=Wb＋Wc

c.相对含冰量

Wi=Wb/Wn2.力学性质：一般温度越低，含水量越大，强度越大。长期荷载作用下的冻土极限抗压强度比瞬时荷载下的抗压强度要小许多倍；冻土融化后的抗压强度与抗剪强度均显著降低。3.

冻土的变形性质：a．冻胀性影响冻胀性的因素：温度、土的颗粒大小、含水量等。一般来讲，土颗粒越粗，含水量越小，冻胀性就越小；反之越大。土的冻胀性的大小用冻胀率n来表示，即：按n值的大小，我们可将冻土分为四类：强冻胀土n＞6%

冻胀土

6%≥n＞3.5%

弱冻胀土3.5%≥n＞2%

不冻胀土n≤2%。4.融沉性冻土在融化后强度大为降低，压缩性急剧增大，使地基产生融化沉陷的现象简称融沉或融陷多年冻土按融沉情况分为：Ⅰ级：不融沉；Ⅱ级：弱融沉；Ⅲ级：融沉；Ⅳ级：强融沉；Ⅴ级：融陷。多年冻土的工程地质问题①

道路边坡及基底稳定问题开挖路堑，会使上限下降，若土为融沉性的，可使基底下沉，边坡滑塌；修筑路堤，会使上限上升，路堤内形成冻土结核，发生冻胀，融化后路堤外部沿上限局部滑塌。②桥梁、房屋等建筑物地基问题地基评价的根据：年平均地温的稳定性、冻土三大组成特征、冻土的冻胀性和融沉性、冻土区不良地质现象等冻土有瞬时高强度和低变形

必须确定其流变特征以及冻土的热融下沉③

冰丘和冰锥冻土病害的防治措施

⑴排水。

拦截和排除地表或地下水；降低地下水位，防止地下水向地基土中聚集。⑵保温，使多年冻土上界保持相对稳定。⑶改善土的性质。①粗颗粒土置换地基中的细颗粒冻胀土。②物理化学方法软土是淤泥（muck）和淤泥质土（muckysoil）的总称。主要是由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。软土的特征⑴颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有腐臭味；⑵粒度成分以粘粒为主，约占60～70%，其次为粉粒；⑶矿物成分多为伊利石，高岭石次之，含有机质，有时可高达8～9%；⑷具海绵状结构，孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性高、强度很低；⑸具层理构造，垂直方向沉积有明显的分选性。1.软土的分布：我国分布很广，主要是在沿海地带及平原低地、沼泽地区，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。2.软土的分类：沿海沉积型（滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相）、内陆湖盆沉积型、河滩沉积型、沼泽沉积软土的鉴别1.天然含水量的测定：天然含水量是土的基本物理性指标之一，它反映的土的状态，含水量的变化将使得土的稠度、饱和程度、结构强度随之而变化，其测定可采用公路土工试验规程规定试验方法测定，并将试验数据与35%、液限进行比较。2.天然孔隙比孔隙比，是土中孔隙体积与土粒体积之比，天然状态下土的孔隙比称之为天然孔隙比，是一个重要的物理性指标，可用来评价天然土层的密实程度。其测定方法可测定土粒比重、土的干密度、土的天然密度、土的含水量等指标通过计算而得。天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密度程度。一般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。3.十字板剪切强度：十字板剪切试验是原位测试技术中一种发展较早、技术比较成熟得方法。试验时将十字板头插入土中，以规定的旋转速率对侧头施加扭力，直到将土剪损，测出十字板旋转时所形成的圆柱体表面处土的抵抗扭矩，从而可算出土对十字板的不排水抗剪强度。软土的物理力学特性

1、高含水量和高孔隙性：软土的天然含水量一般为50%～70%，最大甚至超过200%。液限一般为40%～60%，天然含水量随液限的增大成正比增加。天然孔隙比在1～2之间，最大达3～4。其饱和度一般大于95%，因而天然含水量与其天然孔隙比呈直线变化关系。软土的如此高含水量和高孔隙性特征是决定其压缩性和抗剪强度的重要因素。

2、渗透性弱：软土的渗透系数一般在i×10-4～i×10-8cm/s之间，而大部分滨海相和三角洲相软土地区，由于该土层中夹有数量不等的薄层或极薄层粉、细砂、粉土等，故在水平方向的渗透性较垂直方向要大得多。由于该类土渗透系数小、含水量大且饱和状态，这不但延缓其土体的固结过程，而且在加荷初期，常易出现较高的孔隙水压力，对地基强度有显著影响。

3、压缩性高：软土均属高压缩性土，其压缩系数a0.1～0.2一般为0.7～1.5MPa-1,最大达4.5MPa－1(例如渤海海淤)，它随着土的液限和天然含水量的增大而增高。由于土质本身的因素而言，该类土的建筑荷载作用下的变形有如下特征：

(1)变形大而不均匀

(2)变形稳定历时长

4、抗剪强度低：软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关，不排水三轴快剪所得抗剪强度值很小，且与其侧压力大小无关。排水条件下的抗剪强度随固结程度的增加而增大。

5、较显著的触变性和蠕变形。浅层软基处理技术

（1）垫层法：通常用于路基填方较低的地段，要求在使用中软基的沉降值不影响设计预期目的。设置垫层时，可以根据具体情况采用不同的材料，常用的材料有砂或砂砾及灰土，也可用土工格栅、片石挤淤、砂砾垫层综合使用处理。（2）换填法：在高速公路施工中遇到含水量较高，软弱层较浅，且易于挖除不适宜材料时，一般采取挖除换填法，包括受压沉降较大，甚至出现变形的软基和泥沼地带。处理这种地基，开挖前要做好排水防护工作，将开挖出的不适宜材料运走或做处理，然后按要求分层回填，回填材料可视具体情况用砂、砂砾、灰土或其他适宜材料。（3）排挤法：当高速公路经过水溏、鱼池和较深的流动性强的淤泥地段时，常遇到含水量高、淤泥压缩性大、淤泥质粘土软基以及水下软基等，对这类软基可采用排挤法来处理。排挤法又可分为两种：一种是抛石排挤，另一种是爆炸排挤。（4）表层排水法：对土质较好因含水量过大而导致的软土地基，在填土之前，地表面开挖沟槽，排除地表水，同时降低地基表层部分的含水率，以保障施工机械通行。为了发挥开挖出的沟槽在施工中达到盲沟的效果，应回填透水性好的砂砾或碎石。（5）添加剂法对于表层为粘性土时，在表层粘性土内掺人添加剂，改善地基的压缩性能和强度特性，以保施工机械的行驶。同时也可达到提高填土稳定及固结的效果。添加材料通常使用的是生石灰、熟石灰和水泥。石灰类添加材料通过现场拌和或厂拌，除了降低土壤含水量、产生团粒效果外，对被固结的土随着时间的推移会发生化学性固结，使粘土成分发生质的变化，从而促进土体稳定。

软土的工程性质1.软土的天然含水量较高，持水性强，透水性差（竖向渗透系数小于水平向渗透系数）；2.地基承载力很低，抗剪强度也很低，长期强度更低，这与排水固结程度有密切的关系；3.软土孔隙比高，一般在1.0～1.8之间，有的可高达5.8（滇池淤泥）；4.

压缩性高，沉降量大；5.

具有触变性；6.

流变性。软土的工程地质问题和防治措施软土地基的变形破坏主要是承载力低，地基变形大或发生挤出，造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。在软土地基设计中，经常采取以下措施：1.轻基浅埋；

2.减小建筑物作用于地基的压力；

3.侧向约束地基土，在四周打板桩基础；

4.设置反压护道；5.若软土层＜2m，可采用换土法；6.另外，还有其它的一些方法，如：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。在软土地区修建铁路，主要存在地基的沉降和地基的稳定性问题。膨胀土是一种粘性土，含有较多的亲水性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化，失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显的胀缩性的土称为膨胀土。膨胀土的矿物成分主要是蒙脱石,为一种高塑性粘土，一般承载力较高，具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏，且往往成群出现，尤以低层平房严重，危害性很大，裂缝特征有外墙垂直裂缝，端部斜向裂缝和窗台下水平裂缝，内、外山墙对称或不对称的倒八字形裂缝等；地坪则出现纵向长条和网格状的裂缝。一般于建筑物完工后半年到五年出现。膨胀土的特征

（1）颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2）粒度成分中以粘土颗粒为主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；（3）矿物成分中粘土矿物占优势，多为伊利石、蒙脱石，高岭石含量很少；（4）胀缩强烈，膨胀时产生膨胀压力，收缩时