特殊土的工程性质

特殊土的工程性质3.1黄土-湿陷3.2冻土-冻胀与融沉3.3软土-含水多，透水性差3.4膨胀土—涨缩都是水惹的祸-红颜祸水，内因才是主要的•水，实在是太重要了，所以大家每次做实验，都要求测含水量。•尤其是重度、浮重度，很多情况下专家都争论不休，其实，有条件的话最好实验检验。•问题1.密闭箱中鸟2.自重压力3.不透水层上的建筑物。黄土•中华民族的发源地，基本都是黄土地•一首西北风民歌中唱到：“我家住在黄土高坡”确实，我家就在黄土高坡。保定土壤也属于黄土。•脸朝黄土背朝天的俺爹俺娘。--慈父手中锤，临行重重砸。焦波拍摄的《俺爹俺娘》特殊土的工程性质3.1黄土一、黄土的特征与分布1.定义:黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。2.颜色:多呈淡黄色、灰黄色或褐黄色；3.分布：黄土在我国分布很广，面积约64万km2。其中湿陷性黄土约占3／4，遍及甘、陕、晋的大部分地区以及豫、宁、冀等部分地区。此外，新疆和鲁、辽等地也有局部分布。黄河中游的陕、甘、宁及山西、河南等黄土面积广、厚度大，属黄土高原。粉粒约占60~70%，其次是砂粒和粘粒。黄土的粒度成分特殊土的工程性质3.1黄土二、黄土的工程性质1.颗粒成分:粘粒含量大于20%的黄土，湿陷性明显减小或无湿陷性，原因是土中的粘土颗粒（粘粒）起胶结作用，含量越多，土骨架连接越强。---一般情况。d3d/5.1cmg2.密度；黄土的干密度为1.3－1.6g/cm3，干密度反映了黄土的密实程度，的黄土不具有湿陷性。3.含水量：黄土的含水量一般较低，含水量与湿陷性有一定关系，含水量越高，湿陷性越弱，当含水量大于25%时就不再湿陷了。烧过了的灰不怕烧，泡过的土不怕泡。4.黄土的抗剪强度：一般黄土内摩Φ=15°－25°，凝聚力c=30－40kPa，抗剪强度中等。----大家可以看出实验的用途了吧。特殊土的工程性质3.1黄土二、黄土的工程性质5.黄土的湿陷性和黄土陷穴1)湿陷系数判别黄土是否具有湿陷性，可根据室内无侧限压缩试验，在一定压力下测定的湿陷系数来判定。---大于0.015的为湿陷性黄土。122hhhsh2－保持天然湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度。h′2－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)。h1－土样的原始高度(cm)。特殊土的工程性质3.1黄土二、黄土的工程性质5.黄土的湿陷性和黄土陷穴2）自重湿陷系数计算黄土的湿陷量，以判定黄土场地的类型。0hhhzzzshz－天然湿度下，逐级加压至试样上覆土的饱和自重压力（85%）时变形稳定后的试样高度。hz′－浸水饱和条件下变形稳定后的试样高度；h0－土样的原始高度(cm)。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。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•6.含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核（姜结石）；•7.孔隙多且大，结构疏松；•8.层理不明显，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；••钙质结核主要是碳酸钙组成的结核状自生沉积物.-黄土中的钟乳石。•层理不明显•沉积岩一般都应该具有层理，因为任何成因的沉积岩的形成都必须经过沉积物逐步堆积的过程。黄土既然也属于沉积岩的范畴，为什么层理却不明显或不清楚呢？•很多学者把黄土无层理或层理不明显，作为黄土风成的标志，而有层理的黄土则认为是水成的依据。如今，有人提出黄土无论是风成的，还是水成的都应具有层理，其层理之所以不明显，•1.由于在观察过程中，人们的注意力主要集中在黄土的孔隙性和垂直节理的显著特征上，忽视了对层理的研究；•2.黄土的组成物质主要是尘土质物质，它在渐次堆积过程中，形成非常薄的层理，用肉眼观察是很不明显的；•3.黄土崖壁经过不断的雨水淋洗后，常常使表层黄土成泥浆糊状物涂于整个崖壁表面，因而从外观来看，就再也看不清层理了，就像砖砌的墙壁经过泥浆的粉刷再也看不到砖缝一样。•我国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原•华北的黄土平原是世界上规模最大的黄土平原。黄土竖向节理、坡表纹沟发育黄土窑洞-介绍几句黄土陷穴与黄土桥•千沟万壑，防治水土流失，植树造林，梯田，大家或许听说过“工业学大庆，农业学大寨”大寨就在山西，梯田就是其特色。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特殊土的工程性质3.1黄土三、黄土的处理方法湿陷性黄土地基处理的根本原则是：破坏土的大孔结构，改善土的工程性质，消除或减少地基的湿陷变形，防止水浸入建筑物地基。1、强夯法又叫动力固结法。是利用起重设备将80－400kg的重锤起吊到10－40m高处，然后使重锤自由落下，对黄土地基进行强力夯击，以消除其湿陷性，降低压缩变形，提高地基强度，但强夯法适用对地下水位以上饱和度Sr≤60%的湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的深度在3－12m。土的天然含水率对强夯法处理至关重要，天然含水量低于10%的土，颗粒间摩擦力大，细土颗粒很难被填充，且表层坚硬，夯击时表层土容易松动，夯击能量消耗在表层土上，深部土层不易夯实，消除湿陷性黄土的有效深度小，夯填质量达不到设计效果。--最优含水量黄土处置特殊土的工程性质3.1黄土三、黄土的处理方法2、换填垫层法当软弱土地基的承载力或变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时，将基础地面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土、灰土、矿渣、粉煤灰）或其它性能稳定、无侵蚀性等材料，并压（夯、振）实质要求的密度为止，这种地基处理方法称为换填垫层法，简称换填法。换填垫层法适用于地下水位以上，对湿陷性黄土地基进行局部或整片处理，可处理的湿陷性黄土层厚度在1－3m。--机械碾压：振动压路机—效果好，心脏不好受，效果与时间和功率有关，据说装甲车压过人的脚没事，求证。黄土处置特殊土的工程性质3.1黄土三、黄土的处理方法3.土桩挤密法按预定平面位置，采用沉管、冲击或爆破等方法成孔，然后在孔中填以素土（粘性土）或灰土，分层捣实，形成土桩。土桩与挤密后的桩间土组成复合地基，共同承受基础所传递的荷载。此法常用于处理湿陷性黄土地基、杂填土地基和填土地基，处理深度一般为5－10米，自50年代开始，最大处理深度可达15米以上。处理后的地基承载力一般提高5－100％。土桩（包括灰土桩）挤密地基的桩径、桩距和孔深通过试验求得。桩孔直径一般为30－50厘米，桩距（桩孔的中心距离S）约为桩孔直径的2－3倍。自50年代开始，中国应用土桩挤密法对西北地区某些建筑物的湿陷性黄土地基进行处理，获得了良好的技术经济效果。自70年代起，这种方法已用于民用建筑物的地基处理。特殊土的工程性质3.1黄土三、黄土的处理方法4.预浸水法湿陷性黄土地基预浸水法是利用黄土浸水后产生自重湿陷的特性，在施工前进行大面积浸水使土体预先产生自重湿陷，以消除黄土土层的自重湿陷性，它只适用于处理土层厚度大于10m，自重湿陷量计算值不大于500mm的黄土地基。预浸水法用水量大、工期长，一般应比正式工程至少提前半年到一年进行，浸水前沿场地四周修土埂或向下挖深50cm，并设置标点以观测地面及深层土的湿陷变形，浸水期间要加强观测，浸水初期水位不易过高，待周围地表出现环形裂缝后再提高水位，湿陷性变形的观测应到沉陷基本稳定为止。预浸水法用水量大，对于缺水少雨、水资源贫乏地区，不易采用，当土层下部存在隔水层时，预浸时间加大，工期延长，都将是影响工程的因素。由于浸水时场地周围地表下沉开裂，并容易造成“跑水”穿洞，影响建筑物的安全，所以空旷的新建地区较为适用。特殊土的工程性质3.1黄土三、黄土的处理方法5.硅化加固法打入带孔的金属灌注管，在一定的压力下，将硅酸钠（俗称水玻璃）溶液注入土中；或将硅酸钠及氯化钙两种溶液先后分别注入土中。前者称为单液硅化；后者称为双液硅化。单液硅化适用于加固渗透系数为0.1－2.0米/日的湿陷性黄土。加固湿陷性黄土时，溶液由浓度为10－15％的硅酸钠溶液掺入2.5％氯化钠组成。溶液入土后,钠离子与土中水溶性盐类中的钙离子（主要为硫酸钙）产生离子交换的化学反应,在土粒间及其表面形成硅酸凝胶,可以使黄土的无侧限极限抗压强度达到0.6－0.8兆帕。此法需耗用硅酸钠或氯化钙等工业原料，成本较高。其优点是能很快地抑制地基的变形，土的强度也有很大提高，对现有建筑物地基的加固特别适用。但是，对已渗有石油产品、树胶和油类及地下水pH值大于9的地基土，不宜采用硅化法加固。特殊土的工程性质3.1黄土三、黄土的处理方法6.碱液加固法碱液对土的加固作用不同于其他的化学加固方法，它不是从溶液本身析出胶凝物质，而是碱液与土发生化学反应后，使土颗粒表面活化，自行胶结，从而增强土的力学强度及其水稳定性。为了促进反应过程,可将溶液温度升高至80－100°C再注入土中。加固湿陷性黄土地基时，一般使溶液通过灌注孔自行渗入土中。黄土中的钙、镁离子含量较高，采用单液即能获得较好的加固效果。特殊土的工程性质3.2冻土-非重点，笑话定义：温度等于或低于零摄氏度，并含有冰的各类土。-四相，电分类：多年冻土－冻结状态持续三年以上的土季节冻土－随季节变化周期性冻结融化的土。危害：对建筑物表现为冻胀和融沉两个方面分布：高原冻土（青藏高原与西部高山）高纬度冻土（黑龙江）一、季节冻土二、多年冻土工程地质问题（1）道路边坡及基底稳定问题—一般要求基底位于冻深线以下，保定0.6m（2）建筑地基问题－冻胀、融沉和长期荷载作用下的流变季节性冻土的主要工程地质问题一般来说，土中粉粒或粘粒含量越高，含水量越大，冻胀性越强。冻融泥流冻结时膨胀，融化时下沉。1/11不是主要问题，就好像领导的坏榜样会造成土体开裂、路面下凹、翻浆冒泥等。季节性冰丘冰丘——在地下水埋藏较浅时，季节冻结区不断得到水的补充，地面明显冻胀隆起，形成的冰胀山丘，称冰丘。多年冻土的工程性质整体结构融陷性不大融陷很大1.多年冻土的特征冻土由土颗粒、冰、水和气体四相组成。根据土中冰的分布位置、形状特征，冻土结构可分为：网状结构层状结构波涛汹涌，过山车。特殊土的工程性质3.2冻土三、冻土病害的防治措施1、排水2、保温3、改善土的性质（1）换填土（2）物理化学－降低土中水的冰点，使水分转移受到影响，从而削弱和防止土的冻胀。特殊土的工程性质3.3软土-重点，上海最典型，宽基浅埋一、软土及其特征软土：天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的呈软塑-流塑状态的粘性土。软土是一类土的总称。分为：软粘性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。特征：颜色多为灰绿色、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时有腥臭味；颗粒成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量高达60%－70%；具有典型的海绵状或蜂窝状结构，其孔隙比大，含水量高，透水性小，压缩性大，是软土强度低的重要原因；特殊土的工程性质3.3软土二、软土的工程性质1.软土的孔隙比和含水率软土颗粒联结弱，彼此分散，孔隙比大（一般大于1，高者可达5.8），含水量高、沉积年代久的软土，孔隙比（e）和含水量会降低。2.软土的透水性和压缩性透水性差，压缩性高。3.软土的强度不排水直接剪切试验：φ=2°－5°，c=10-15KPa排水直接剪切试验：φ=10°－15°，c=20KPa对比特殊土的工程性质3.3软土二、软土的工程性质4.软土的触变性软土受到振动，颗粒联结破坏，土体强度降低，呈流动状态，称为触变，也称振动液化。机理：吸附在土颗粒周围的水分子的定向排列被破坏，土粒悬浮在水中，呈流动状态。当振动停止，土颗粒与水分子相互作用的定向排列恢复，土强度可慢慢恢复。--类似于打仗的队形，不会全部恢复。触变用灵敏度Sτ表示：ffS