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第4章土的工程性质与分类三、特殊土的工程性质（一）软土（二）黄土（三）红粘土（四）膨胀土第4章土的工程性质与分类（一）软土软土——在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑－流塑状态的粘性土，如淤泥等。淤泥质土第4章土的工程性质与分类软土的特征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。第4章土的工程性质与分类软土的分布软土在我国分布很广，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。第4章土的工程性质与分类软土的分类沿海沉积型内陆湖盆沉积型河滩沉积型沼泽沉积型滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相第4章土的工程性质与分类软土的工程性质1.高含水量和高孔隙性，天然含水量一般在50-70℅；天然孔隙比在1～2之间，有的可高达5.8（滇池）；2.透水性低(渗透系数一般在i×10-4—i×10-8cm∕s)；3.压缩性高:变形大而不均匀；变形稳定历时长4.抗剪强度低，这与排水固结程度有密切的关系；5.具有明显的触变性和流变性。第4章土的工程性质与分类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。第4章土的工程性质与分类淤泥土中桩基破坏第4章土的工程性质与分类淤泥土中建筑物不均匀沉降第4章土的工程性质与分类在软土地基设计中，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。第4章土的工程性质与分类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。第4章土的工程性质与分类黄土是在干旱、半干旱气候条件下形成的第四纪的一种松散的特殊土。（二）黄土黄土地第4章土的工程性质与分类1.黄土的特征I.颜色为淡黄、褐色或灰黄色；II.粒度成分以粉土为主，约占有60%~70%，一般不含＞0.25mm的颗粒；III.含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核（姜结石）；IV.孔隙多且大，结构疏松；V.无层理，但有垂直节理和柱状节理。天然条件下能保持近于垂直的边坡；VI.具有湿陷性。第4章土的工程性质与分类具有(Ⅰ～Ⅴ)项特征的为标准黄土，只有其中部分特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土。第4章土的工程性质与分类2.黄土的分布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。第4章土的工程性质与分类黄土高原的自然景象第4章土的工程性质与分类黄土的分类——按生成年代分类下更新世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Q42第4章土的工程性质与分类黄土的分类——按生成过程分类风积坡积残积洪积冲积等第4章土的工程性质与分类黄土的分类——按塑性指数IP分类黄土质粘土IP＞17黄土质砂粘土7＜IP≤17黄土质粘砂土1＜IP≤7黄土质砂土IP≤1第4章土的工程性质与分类黄土的分类——按湿陷性分类湿陷性非湿陷性自重湿陷性非自重湿陷性第4章土的工程性质与分类划分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，对工程建设有明显的现实意义。在自重湿陷性黄土地区修筑的渠道与渠道平行的裂缝；管道漏水后管道断裂；路基受水后局部严重坍塌；地基土很大的裂缝或倾斜第4章土的工程性质与分类3.黄土的工程性质1.颗粒以粉土粒为主，粘粒较少2.含碳酸盐、硫酸盐及少量易溶盐3.含水量小，孔隙比大，具肉眼可见的大孔隙；具垂直节理4.有较高的强度或中偏低的压缩性5.常具有湿陷性第4章土的工程性质与分类粉粒约占60~70%，其次是砂粒和粘粒。黄土的粒度成分第4章土的工程性质与分类黄土的天然含水量一般为1~38.6%，有的干燥地区则为1~12%。天然含水量低的黄土湿陷性较强一般认为：天然含水量25%时，无湿陷性。黄土的含水量第4章土的工程性质与分类黄土的抗剪强度中等。一般c=30～40kPa，j=15˚～25˚，我国北部黄土的j可达27˚～28˚。黄土的透水性黄土的压缩性黄土的抗剪强度黄土的透水性比一般粘性土大。黄土的压缩性中等。第4章土的工程性质与分类第4章土的工程性质与分类第4章土的工程性质与分类天然黄土在一定压力的作用下，受水浸湿后土体结构受到破坏而发生的下沉现象，称为黄土湿陷。黄土的湿陷性第4章土的工程性质与分类第4章土的工程性质与分类影响黄土湿陷性的因素1.黄土中骨架颗粒的越大越多、胶结物含量较少，粒间连结脆弱，湿陷性越强；2.粘土粒的含量越多，土的湿陷性越弱；3.易溶盐成分多湿陷性强；4.天然孔隙比越大，天然含水量越小，则湿陷性越强；第4章土的工程性质与分类影响黄土湿陷性的因素5.浸湿程度和压力越大而增大，压力达到一定值后，湿陷量减少；6.从根本上与堆积年代和成因有关。第4章土的工程性质与分类黄土湿陷性的判定方法黄土的相对湿陷系数dsh=（h2－h2’）/h2dsh＜0.015，非湿陷性黄土0.015≤dsh≤0.03，轻微湿陷性黄土0.03＜dsh≤0.07，中等湿陷性黄土dsh＞0.07，强烈湿陷性黄土第4章土的工程性质与分类自重湿陷性黄土的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。第4章土的工程性质与分类当Dzś≤7cm时非自重湿陷性黄土场地；当Dzś＞7cm时自重湿陷性黄土场地。根据野外无载荷试坑浸水试验，得出兰州地区黄土明显或强烈的自重湿陷性；西安、太原黄土绝大多数为非自重湿陷性。第4章土的工程性质与分类黄土的湿陷起始压力湿陷起始压力——对非自重湿陷性黄土，其湿陷性需在一定的荷载压力作用下才会表现出来，这一使得黄土开始表现出湿陷性所需的压力即为黄土的湿陷起始压力。密度越大粘粒含量越高土层的埋深越大湿陷起始压力愈大第4章土的工程性质与分类湿陷起始压力的确定室内压缩试验野外载荷试验（单双线法）现场常用野外简化方法。第4章土的工程性质与分类防治黄土湿陷的措施①采用物理、化学等方法，提高黄土强度，降低孔隙度，加强其内部联结；Ⅰ强夯法；Ⅱ挤密法②防排水。包括排除地表水和地下水。③换填法。在湿陷性黄土层不厚(1～3m)，下面又是硬土层或基岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层15cm，填后浇水再夯实。④预浸水法⑤深层浸水法第4章土的工程性质与分类黄土陷穴黄土陷穴的防治措施有：①开挖回填、夯实、灌浆；②做好地表排水工程。防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。天然洞穴人工洞穴这些洞穴使上覆土层陷落第4章土的工程性质与分类（三）红粘土1.概念：红粘土:亚热带湿热气候条件下，碳酸盐类岩石及其间夹的其他岩石，经红土化作用形成的高塑性粘土。次生红粘土:经流水搬运后仍保留其基本特征,液限大于45℅的坡积、洪积粘土。其力学性质低于红粘土第4章土的工程性质与分类第4章土的工程性质与分类红粘土的分布分布广泛：中国南方地区较多:主要分布在云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区，位置一般在低山丘陵顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚处。第4章土的工程性质与分类云南东川的红粘土景观●红粘土地貌第4章土的工程性质与分类云南东川的红粘土景观●红粘土地貌第4章土的工程性质与分类灰岩基岩红粘土●红粘土地貌第4章土的工程性质与分类云南元谋的红粘土土林●红粘土地貌—土林第4章土的工程性质与分类2.红粘土的成分红粘土是碳酸盐类岩石及其间夹的其他岩石风化后期的产物，多为Al2O3和Fe2O3矿物成分为石英、多水高岭石、水云母、胶体二氧化硅及赤铁矿、三水铝土矿，无或极少有机质。以上矿物特征：多水高岭石与水结合很弱，石英、胶体二氧化硅及赤铁矿、三水铝土矿都不溶于水。性质稳定。第4章土的工程性质与分类红粘土物理力学特征1天然含水量很高，40—60%；2密度小，天然孔隙比很大1.4—1.7；3高塑性，塑性指数为20—50；4一般处于坚硬或硬可塑状态；5强度高，压缩性低；6不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很小，但失水后收缩剧烈。第4章土的工程性质与分类红粘土天然含水量高孔隙比却具有较高的强度和较低的压缩性１.红粘土粘粒含量特别多，在地表高温条件下很快失水而相互凝聚胶结，较好地保存了絮状结构；２.呈现高分散性，表面能很大，吸附的大量水分子，主要是强结合水，虽然很多，却只接近于塑限，土体仍处于坚硬或硬可塑状态；第4章土的工程性质与分类３.红粘土的Fe、Al、Si氧化物性质稳定、互相胶结，特别在风化后期，有些变成结晶的物质，它们是抗水的、不可逆的，粒间连接强度更大，而颗粒周围吸附Fe3+、Al3+，结合水膜很薄，加强了粒间连接强度。４.分布地区地表温度高，又处于地壳上升阶段，水的排泄条件好，所含水量也只接近于塑限，土体呈坚硬或硬可塑状态。第4章土的工程性质与分类红粘土的物理力学性质变化规律1.随深度的加大，天然含水量、孔隙比和压缩性都有较大的增高，强度大幅度降低；2.水平方向上，地势较高的部位，排水条件好，天然含水量、孔隙比和压缩性均较低，强度较高；3.平面分布上，次生坡积红粘土经过搬运，结构松散，强度比原生残积红粘土差。4.红粘土近地表往往裂隙发育，破坏了土体的整体性和连续性，土体强度显著降低。第4章土的工程性质与分类确定红粘土地基承载力的原则问题1按地区的不同，随埋深变化的湿度和上部结构情况，分别确定。2为了有效利用红粘土作为天然地基，针对其强度具有随深度递减的特征。一般情况下，基础宜尽量浅埋。第4章土的工程性质与分类确定红粘土地基承载力的原则问题3红粘土强度高，压缩性低。对于一般建筑物，地基承载力往往由地基强度控制，而不考虑地基变形。4计算红粘土地基承载力，必须考虑垂直向变化，按多层地基处理。第4章土的工程性质与分类（四）膨胀土膨胀土——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。第4章土的工程性质与分类2）膨胀土的工程地质特性1）低含水量，呈坚硬－硬塑状态；2）孔隙比小，密度大；3）高塑性，含黏粒及粉粒为主；4）具膨胀力,自由膨胀量40%；5）天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然降低。3）影响胀缩变形的主要因素第4章土的工程性质与分类第4章土的工程性质与分类第4章土的工程性质与分类膨胀土的特征（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，收缩时形成收缩裂隙。长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5）各种成因的大小裂隙发育；（6）早期生成的膨胀土具有超固结性。第4章土的工程性质与分类膨胀土的分布膨胀土分布很广，全世界都有分布，在我国的分布也很广。外界条件的改变土中水份的变化地基产生体积变形基础破坏，建筑物、地坪开裂第4章土的工程性质与分类膨胀土的季节性湿度变化常引起道路隆起、路轨移动，泵站、电站地基基