《基础工程》 课件 第7章 特殊土地基

基础工程第七章特殊土地基知识要点湿陷性黄土地基膨胀土地基红黏土地基岩溶与溶洞软土地基其它特殊土地基第七章特殊土地基第七章特殊土地基—7.1概述定义：某些土类，由于不同的地理环境、气候条件、地质成因、历史过程、物质成分和次生变化等原因，而各具有与一般土类显然不向的特殊性质。几种典型特殊土：特殊土黄土膨胀土软土

第七章特殊土地基—7.2湿陷性黄土地基定义：黄土是指一种产生于第四纪（地质历史）干旱条件下，具有独特内部物质成分和外部形态特征的沉积物。黄土高坡美景黄土

第七章特殊土地基—1.黄土的特征和分布①颜色：主要呈黄色或褐黄色；②粒径：粉粒(0.075～0.005mm)为主，同时含有砂粒和粘粒；③孔隙：肉眼可见，但e≈1.0~1.1；④可溶性盐含量：一般比较多；⑤工程特性：通常具有湿陷性。黄土特征

第七章特殊土地基—1.黄土的特征和分布黄土是我国地域分布最广的一种特殊土类，遍布在我国甘、陕、晋大部分地区以及豫、冀、鲁、宁夏、辽宁、新疆等部分地区，占地64万km2，其中湿陷性黄土约占3/4，多分布黄河中游地区黄土分布第七章特殊土地基—1.黄土的特征和分布在一定压力下受水浸湿，土结构迅速破坏，并发生显著附加下沉的黄土在上覆土的自重应力下受水浸湿，就发生显著附加下沉的湿陷性黄土分类第七章特殊土地基—2.黄土湿陷原因及影响因素欠压密理论：干旱少雨→水分蒸发→土粒间盐析出→胶凝形成固化黏聚力→阻止被压密→欠压密黄土。若水浸入→固化黏聚力消失→湿陷。溶盐假说：黄土中存在大量易溶盐，含水量较低时易溶盐处于微晶状态，附于颗粒表面，起胶结作用。受水浸湿后，易溶盐溶解，胶结作用丧失，产生湿陷。黄土湿陷原因黄土湿陷现象第七章特殊土地基—2.黄土湿陷原因及影响因素结构学说：由集粒和碎屑组成的骨架颗粒相互联结形成了一种架空结构体系。该体系在干燥时，因颗粒间的连接强度可自稳，但在水和外载共同作用下，连接强度降低、连接点破坏，结构体系失稳。图7.1黄土结构示意图1

砂粒;

2

粗粉粒;

3

胶结物;

4

大孔隙黄土湿陷原因第七章特殊土地基—2.黄土湿陷原因及影响因素黏粒含量：一般黏粒含量越多湿陷性越小。在我国，从西北→东南，湿陷性递减。土中盐类：碳酸盐、硫酸盐、氯化物等含量越多湿陷性越强。黄土湿陷影响因素孔隙比：孔隙比越大，湿陷性越强。含水量：含水量越小，湿陷性越强。饱和度≥80%的黄土称为饱和黄土，湿陷性已退化。外加压力：外加压力越大，湿陷量显著增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减小。第七章特殊土地基—2.黄土湿陷原因及影响因素黄土湿陷影响因素孔隙比：孔隙比越大，湿陷性越强。含水量：含水量越小，湿陷性越强。饱和度≥80%的黄土称为饱和黄土，湿陷性已退化。外加压力：外加压力越大，湿陷量显著增加，但当压力超过某一数值后，再增加压力，湿陷量反而减小。第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价湿陷性黄土的判别浸水荷载试验：在200kPa压力下浸水荷载试验的附加湿陷量与承压板宽度之比大于等于0.023的土，判定为湿陷性黄土，否则为非湿陷性黄土。第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价湿陷性黄土的判别室内浸水压缩试验测定：在压缩仪中将原状试样(高为h0)逐级加压到规定压力p，当压缩稳定后测得试样高度hp，再加水至饱和测得下沉稳定后试样高度hp′，则

s为：黄土湿陷性评价：10m以内的土层应采用200kPa；10m以下至非湿陷性土层顶面采用上覆土的饱和自重压力(≤300kPa)p取土样上覆土层饱和自重应力时，则测得的

s为自重湿陷系数

zs。轻微中等强烈不湿陷00.0150.030.07

s第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价湿陷性黄土的判别

—保持天然湿度和结构的土样，加压至土的饱和自重压力时，下沉稳定后的高度，cm；—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；—土样的原始高度，cm。自重湿陷性黄土与非自重湿陷性黄土判别：当δzs＜0.015时，为非自重湿陷性黄土；当δzs≥0.015时，为自重湿陷性黄土。第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价湿陷起始压力psh定义：黄土产生湿陷的界限压力值。兰州：psh=20~50

kPa；

洛阳：psh≥120kPa。测定方法①双线法：同一取土点取2个试样分别测定不浸水试样的p-hp曲线和浸水试样的p-hp′曲线，计算各级荷载下s，并绘制p-

s曲线。②单线法：同一取土点至少取5个试样。做试验绘制p-

s曲线。第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价应按照自重湿陷量的实测值Δzs′或计算值Δzs判定：—因地区土质而异的修正系数。对陇西地区可取1.5；对陇东和陕北地区可取1.2；对关中地区可取0.7；对其他地区可取0.5。现场试坑的浸水试验场地湿陷类型第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价应按照自重湿陷量的实测值Δzs′或计算值Δzs判定：—为第i层土在上覆的饱和自重压力下的自重湿陷系数。现场试坑的浸水试验场地湿陷类型第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价应按照自重湿陷量的实测值Δzs′或计算值Δzs判定：现场试坑的浸水试验

—应自天然地面算起（当挖、填方的厚度和面积较大时，应自设计地面算起），至其下全部湿陷性黄土层的底面为止，其中自重湿陷系数δzs＜0.015的土层不累计场地湿陷类型第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价湿陷类型判断：当实测或计算自重湿陷量小于或等于7cm时，为非自重湿陷性黄土场地；当实测或计算自重湿陷量大于7cm时，为自重湿陷性黄土场地。场地湿陷类型第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价地基湿陷等级判定湿陷性黄土地基的总湿陷量Δs，应按下式计算：

—考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数，基底以下0~5m，取β=1.50；基底下5~10m，取β=1；基底下10m以下至非湿陷性黄土的顶面，在非自重湿陷性黄土场地，可不计算，在自重湿陷性黄土场地，可取工程所在地区的βo值。β

第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价地基湿陷等级判定第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价陕北某黄土场地详勘资料如下表示层号层厚/m自重湿陷系数δzs湿陷系数δs14.00.0240.03225.00.0160.02535.00.0080.02142.00.0070.02053.00.0060.01868.00.0010.010建筑物为丙类建筑，基础埋深2.5m。该地基的湿陷等级（）AI级BII级CIII级DIV级第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价解：1.计算自重湿陷量Δzs

陕北地区取β0=1.2本场地属于自重湿陷性场地第七章特殊土地基—3.黄土地基湿陷性评价

2.计算总湿陷量Δs

①修正系数β，自2.5m至7.5m，取β=1.5；7.5至12.5m，取β=1.0；12.5以下取β=1.2。

②基底下0～10m取湿陷系数，10m以下取自重湿陷系数，计算总湿陷量Δs3.确定地基的湿陷等级：BII级第七章特殊土地基—4.湿陷性黄土地基防护措施地基处理：常用换填、夯实、挤密、桩基础、预浸水、单液硅化或碱液加固等方法。防水措施：做好防水、排水系统，防止地基受水浸湿。结构措施：选取合适结构和基础形式，加强上部结构整体刚度，预留沉降净空等。施工及维护措施：防止施工时用水和场地雨水流入建筑物地基引起湿陷；使用时，经常性检修防水、排水设施，确保防水措施有效发挥。第七章特殊土地基—7.3膨胀土地基7.3

膨胀土地基定义：土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，且具有明显吸水膨胀和失水收缩变形特性的黏性土，称为膨胀性土。第七章特殊土地基—7.3膨胀土地基定义：土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，且具有明显吸水膨胀和失水收缩变形特性的黏性土，称为膨胀性土。膨胀土的特征：出露于二级及其以上的河谷阶地、山前和盆地边缘及丘陵地带；具黄、红、灰白等色，常呈斑状，并含有铁锰质或钙质结核；结构上多呈坚硬-硬塑状态，结构致密，呈棱形土块者常具有胀缩性且棱形土块愈小，胀缩性愈强；裂隙发育，常见光滑面或擦痕；第七章特殊土地基—1.膨胀土地基概述分布：在我国常呈岛状分布，主要在黄河以南地区分布。第七章特殊土地基—膨胀土地基概述膨胀土的危害：致使房屋开裂、倾斜，路堤、路堑滑坡，涵洞、桥梁等刚性结(构)筑物沉降不均匀，等等。膨胀土地基上建(构)筑物破坏特征：开裂破坏呈地区性成群出现，裂缝随气候变化不停地张开和闭合；建筑物在水平和垂直方向受弯扭，故转角处先开裂，墙上常出现八字、X形裂缝；膨胀土边坡易产生浅层滑坡。第七章特殊土地基—2.影响膨胀土胀缩变形的主要因素内因矿物成分：膨胀土含大量蒙脱石、伊利石等亲水性粘土矿物，它们比表面积大，有强烈的活动性，既易吸水又易失水。微观结构：矿物的空间联结状态也会影响膨胀土的胀缩性质。电镜分析表明，面-面连接的分散结构是膨胀土普遍结构形式，此结构比团粒结构具有更大的吸水膨胀和失水收缩的能力。蒙脱石第七章特殊土地基—2.影响膨胀土胀缩变形的主要因素蒙脱石

伊利石

高岭石

白色蒙脱石高岭石蒙脱石第七章特殊土地基—2.影响膨胀土胀缩变形的主要因素外因水分迁移是控制膨胀土胀、缩特性的关键外在因素。因为只有土中存在着可能产生水分迁移的梯度和进行水分迁移的途径，才有可能引起土的膨胀或收缩。而土中水分变化与各种环境因素有关，比如：①气候条件：雨季土中水份增加，干旱季节减少。②地形地貌：高地临空面大，水分蒸发条件好，含水量变化幅度大，地基土的胀缩变形越剧烈。③日照环境：向阳面土中水份较少，背阳面较多。④水文地质条件：在炎热干旱地区，由于建筑物周围的阔叶树树根的吸水作用，会使土中的含水量减少。第七章特殊土地基—3.膨胀土的工程特性指标自由膨胀率

ef（无压力条件下）将制备的磨细烘干土样，经无颈漏斗注入量杯，量其体积(V0)，然后倒入盛水的量筒中，经充分吸水膨胀稳定后，测其体积(Vw)。则：膨胀率

ep（有压力条件下）原状土在侧限压缩仪中，在压力p作用下，浸水膨胀稳定后，土样增加的高度与原高度之比即为膨胀率

ep：

，当ep=0时，此时对应的作用压力pe称为膨胀力。hwh0p第七章特殊土地基—3.膨胀土的工程特性指标线缩率

xs指含水量降至wi时土的竖向收缩变形量与原状土样高度之比：根据不同时刻的

xs及相应的含水量wi可绘制出收缩曲线图。收缩系数

s指原状土样在直线收缩阶段内，含水量每减少1%时所对应的线缩率改变量：第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价膨胀土的判别

凡自由膨胀率

ep≥40%，一般具有上述膨胀土野外特征和建筑物开裂破坏特征，且为膨胀性能较大的粘性土和泥质岩石，则应判别为膨胀土。自由膨胀率

ef

/(％)膨胀潜势破坏程度40≤

ef＜65弱轻微65≤

ef＜90中中等

ef≥90强严重膨胀土的膨胀潜势第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价膨胀土地基的胀缩等级

根据建筑物地基的胀缩变形量对低层砖混结构房屋的影响程度，对膨胀土地基评价时，其胀缩等级按分级胀缩变形量Se大小进行划分。

经验系数，可取0.7第i层土的计算厚度可取基底宽度0.4倍自重应力+附加应力作用下的膨胀率垂直收缩系数土在收缩过程中可能发生的含水量变化平均值(小数表示)第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价其中：式中：Δwi为底i层土的含水量变化值（以小数表示）；

Δw1为地表下1m处的含水量变化值（小数示）；

Ψw为土的湿度系数，在自然气候影响下，地表下1m处土层含水量可能达到的最小值与其塑限之比。第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价地基分级变形量se/mm级别破坏程度15≤se＜35Ⅰ轻微35≤se＜70Ⅱ中等se≥70Ⅲ严重膨胀土地基的胀缩等级表第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价[例]某膨胀土场地土湿度系数为0.8，拟修建单层库房，基础埋深为0.5m，场地地下1.0m处土层含水量为最小值，试验资料如下表所示，该场地的胀缩等级为（）取样深度/m1.52.53.5膨胀率（P=50kPa）0.0130.0110.010AI类BII类

CIII类DIV类

解：①确定计算深度：由膨胀场地湿度系数0.8，可取计算深度为3.5m。②由于场地地下1.0m处土层含水量为最小值，该场地应计算膨胀变形量Se，取膨胀变形量经验系数Ψc=0.6

第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价[例]某膨胀土场地土湿度系数为0.8，拟修建单层库房，基础埋深为0.5m，场地地下1.0m处土层含水量为最小值，试验资料如下表所示，该场地的胀缩等级为（）取样深度/m1.52.53.5膨胀率（P=50kPa）0.0130.0110.010AI类BII类

CIII类DIV类

解：可判断该场地胀缩等级为I级第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价[例]某建筑场地为膨胀土场地，地表1.0m处地基土的天然含水量为29.2%，塑限含水量为WP=22.0%，土层的收缩系数为0.15，基础埋深为1.5m，土的湿度系数为0.7，试计算地基土的收缩变形量（）解：天然含水量为29.2%，大于塑限含水量的1.2倍，1.2×22%=26.4%，故按照收缩变形量计算。1.确定计算深度，湿度系数为0.7，计算深度为4.0m2.确定计算土层中点的深度第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价[例]某建筑场地为膨胀土场地，地表1.0m处地基土的天然含水量为29.2%，塑限含水量为WP=22.0%，土层的收缩系数为0.15，基础埋深为1.5m，土的湿度系数为0.7，试计算地基土的收缩变形量（）解：3.确定计算土层内含水量的变化值①地表下1m处含水量的变化值ΔW1②计算土层中点含水量的变化量ΔWi第七章特殊土地基—4.膨胀土地基的评价[例]某建筑场地为膨胀土场地，地表1.0m处地基土的天然含水量为29.2%，塑限含水量为WP=22.0%，土层的收缩系数为0.15，基础埋深为1.5m，土的湿度系数为0.7，试计算地基土的收缩变形量（）解：4.地基土的收缩变形量Ss

第七章特殊土地基—5.膨胀土地基防治措施设计措施选址尽量避免类似的不良地质条件的地段；建筑物力求体型简单、长度适中，必要时设置沉降缝；加强建筑物整体刚度，承重墙宜采用拉结良好的实心砖墙；加大基础埋深，且不应小于1m；采用地基处理方法，比如换填法、土性改良法、复合地基法。施工措施施工时尽量防止地基中含水量的变化。定义：指碳酸盐(石灰岩、白云岩等)出露区岩石在炎热湿润气候下，经长期成土化学风化(红土化)作用形成的棕红、褐黄等颜色的粘土。第七章特殊土地基—7.4红黏土地基第七章特殊土地基—7.4红黏土地基分布：主要分布在我国长江以南（即北纬33°以南）地区。西起云贵高原，经四川盆地南缘，鄂西、湘西、广西向东延伸到粤北、湘南、皖南、浙西等丘陵山地。工程特性：①矿物主要为石英和高岭石(或伊利石)，含SiO2、Fe2O3、Al2O3为主；②黏粒含量较高，孔隙比大，天然含水量、液限、塑限都很高，但液性指数较小(-0.1~0.4,硬塑~坚硬状态)，强度较高、压缩性较低；③厚度分布不均，上硬下软，岩溶现象一般较发育，有些地区的红粘土具有胀缩性。第七章特殊土地基—7.4红黏土地基第七章特殊土地基—7.4红黏土地基（一）

红粘土的状态分类状态含水比aw坚硬硬塑可塑软塑流塑aw≤0.550.55＜aw≤0.700.70＜aw≤0.850.85＜aw≤1.00aw＞1.00注：含水比为含水量与土的液限之比。红黏土的分类：第七章特殊土地基—7.4红黏土地基（二）

按裂隙发育特征的结构分类土体结构裂隙发育特征致密结构巨块结构碎块结构偶见裂隙（＜1条/m）较多裂隙（1~2条/m）富裂隙（＞5条/m）红黏土的分类：第七章特殊土地基—7.4红黏土地基类别Ir与Ir′关系复浸水特征IIIIr≥Ir′Ir＜Ir′收缩后复浸水膨胀，能恢复到原位收缩后复浸水膨胀，不能恢复到原位注：Ir=wL/wp，Ir′=1.4+0.0066wL。（三）红粘土的复浸水性特征分类红黏土的分类：第七章特殊土地基—7.4红黏土地基某红黏土地基详勘时资料如下：w=46,wp=32,wL=58,该红黏土的状态及复浸水类别分别为（）A软塑、I类B可塑、I类

C软塑、II类D可塑、II类

解：为可塑状态。液塑比：界限液塑比：复浸水特性类别为I类第七章特殊土地基—7.4红黏土地基防护措施：①充分利用红粘土地基上硬下软的特性，基础尽量浅埋，注意防排水；②岩溶区红黏土地基，可采用换土、填洞、加强基础和上部结构等措施。第七章特殊土地基—7.5岩溶与土洞形态1-石芽、石林;2-漏斗;3-落水洞;4-溶蚀裂隙;5-塌陷洼地;6-溶沟溶槽;7-暗河;8-溶洞;9-钟乳石第七章特殊土地基—7.5岩溶与土洞形态地下暗河落水洞第七章特殊土地基—7.5岩溶与土洞形态溶沟、溶槽溶洞第七章特殊土地基—7.5岩溶与土洞危害地面塌陷路基塌陷第七章特殊土地基—7.5岩溶与土洞危害桩基破坏第七章特殊土地基—7.5岩溶与土洞处理充填洞顶支撑洞底支撑梁板跨越第七章特殊土地基—7.6软土地基软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的软塑到流塑状态的黏性土；《规范》定义：天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细颗粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。软土一般是指在静水或缓慢水流环境中以细颗粒为主的近代沉积物。第七章特殊土地基—1.软土及其分布

滨海环境沉积、海陆过渡环境沉积（三角洲沉积）河流环境沉积、湖泊环境沉积和沼泽环境沉积山地型的软土，软岩风化产物和地表的有机物质经水流搬运，沉积于低洼处，长期饱水软化或间有微生物作用而形成。分布第七章特殊土地基—2.软土的工程特性及其评价触变性流变性高压缩性低强度低透水性不均匀性

判定地基产生滑移和不均匀变形的可能性选择适宜的持力层和基础型式分析对相邻建筑物的不利影响。工程特性评价第七章特殊土地基—3.软土地基的工程措施利用表层密实的粘性土(“硬壳层”)作为持力层减小基底附加应力地基处理采用换土垫层或桩基础等采用砂井预压，加速土层排水固结采用高压喷射、深层搅拌、粉体喷射等处理方法使用期间，对大面积地面堆载划分范围，避免荷载局部集中、直接压在基础上软土地基工程措施第七章特殊土地基—7.7其他特殊土地基定义：凡温度≤0

C，且含有固态冰的土，称为冻土。冻土

具有负温或零度并含有冰的土（岩）体。冻土是矿物颗粒、冰、未冻水、气体组成的复杂的多相体系。季节性冻土：是指地壳表层冬季冻结而在夏季又全部融化的土。在我国主要分布在华北、西北和东北地区，对地基稳定性影响较大。多年冻土：指冻结状态持续2年或2年以上的土。分布在黑龙江大小兴安岭一带，内蒙古大纬度区，青藏高原和甘肃、新疆的高山区多年冻土剖面图第七章特殊土地基—7.7其他特殊土地基冻土第七章特殊土地基—7.7其他特殊土地基中国冻土分布冻土区占国土面积2/3非冻土区季节冻土占国土面积48%多年冻土占国土面积70%多年冻土占国土面积22%第七章特殊土地基—7.7其他特殊土地基冻害冻胀融沉道路翻浆第七章特殊土地基—7.7其他特殊土地基冻土融土冻结过程水分迁移水分补给冰分凝冻胀冻胀的基本原理第七章特殊土地基