特殊土膨脹土PPT課件

1、第一節(jié)第一節(jié) 濕陷土黃土的性質及其地基處理濕陷土黃土的性質及其地基處理 二、黃土的基本性質和濕陷機理二、黃土的基本性質和濕陷機理 （一）黃土的物理性質（一）黃土的物理性質 黃土也是一種三相體。黃土顆粒中，粉粒占一黃土也是一種三相體。黃土顆粒中，粉粒占一半以上，干容重：半以上，干容重：11.416.9kN/m11.416.9kN/m3 3，大于，大于15.0kN/m15.0kN/m3 3時濕陷性較??；天然含水率：時濕陷性較小；天然含水率：3.3%40%3.3%40%，當含水率超過當含水率超過25%25%時不具有濕陷性。黃土的液限是時不具有濕陷性。黃土的液限是反映黃土力學性質的一個重要指標，當液限

2、超過反映黃土力學性質的一個重要指標，當液限超過30%30%時，黃土的濕陷性較弱且為非自重濕陷性，而時，黃土的濕陷性較弱且為非自重濕陷性，而液限小于液限小于30%30%時，則濕陷性較強。時，則濕陷性較強。第四章 特殊土地基第1頁/共44頁第一節(jié)第一節(jié) 濕陷土黃土的性質及其地基處理濕陷土黃土的性質及其地基處理 二、黃土的基本性質和濕陷機理二、黃土的基本性質和濕陷機理 （二）濕陷性黃土的力學性質（二）濕陷性黃土的力學性質 濕陷性黃土的力學性質主要包括壓縮性、濕陷濕陷性黃土的力學性質主要包括壓縮性、濕陷性、抗剪強度和透水性，其中濕陷性最為重要。黃性、抗剪強度和透水性，其中濕陷性最為重要。黃土一般具有中

3、等偏低壓縮性，但新近堆積的黃土壓土一般具有中等偏低壓縮性，但新近堆積的黃土壓縮性較高?？辜魪姸戎饕Q于土的含水量和密室縮性較高?？辜魪姸戎饕Q于土的含水量和密室程度，含水率越低，密室程度越高，抗剪強度越大。程度，含水率越低，密室程度越高，抗剪強度越大。此外土的顆粒組成、礦物成分、粘粒和可溶鹽的含此外土的顆粒組成、礦物成分、粘粒和可溶鹽的含量對抗剪強度也有影響。目前對黃土的透水性研究量對抗剪強度也有影響。目前對黃土的透水性研究不多，其滲透系數(shù)在不多，其滲透系數(shù)在1010-6-6cm/scm/s。第四章 特殊土地基第2頁/共44頁第一節(jié)第一節(jié) 濕陷土黃土的性質及其地基處理濕陷土黃土的性質及其地

4、基處理（三）黃土的濕陷性 1.濕陷的成因 黃土是由于土中的水分較少，顆粒間的相互粘結力較大，而上覆土層壓力的增加不足以克服增加的粘結力，因而處于疏松狀態(tài)，一旦水浸入較深，顆粒間的粘結力減少甚至消失，就產(chǎn)生了濕陷性。第四章 特殊土地基第3頁/共44頁第一節(jié)第一節(jié) 濕陷土黃土的性質及其地基處理濕陷土黃土的性質及其地基處理 （三）黃土的濕陷性 2.濕陷系數(shù)001ppppthheehe第四章 特殊土地基phph0h0epepe式中土樣在壓力p作用下沉穩(wěn)后的高度；上述加壓穩(wěn)定后的土樣在浸水作用下， 下沉穩(wěn)定后的高度；土樣的初始高度；土樣在壓力p作用下，下沉穩(wěn)定后的空隙比；上述加壓穩(wěn)定后的土樣浸水作用，下

5、沉穩(wěn)定后的空隙比；土樣的初始空隙比；第4頁/共44頁第一節(jié)第一節(jié) 濕陷土黃土的性質及其地基處理濕陷土黃土的性質及其地基處理 （三）黃土的濕陷性 濕陷系數(shù)是判別黃土濕陷性的依據(jù)，一般認為0.0150.03s第四章 特殊土地基0.015s0.030.07s0.07s非濕陷性弱濕陷性黃土中等濕陷性黃土強濕陷性黃土第5頁/共44頁第一節(jié)第一節(jié) 濕陷土黃土的性質及其地基處理濕陷土黃土的性質及其地基處理三、濕陷性黃土地基的處理 （1）重錘表層夯實法和強夯發(fā) （2）土夯法、灰土墊層 （3）土樁擠密法 （4）樁基礎 （6）化學加固法，主要用硅化加固法和氫氧化鈉溶液加固法。 （7）預浸水法 （8）熱加固法第四章

6、 特殊土地基第6頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 一、膨脹土的成因和分布 膨脹土是指粘粒成分主要由強親水性礦物組成，液限大于40%，且漲縮性能較大的粘性土。膨脹土在自然條件多呈硬塑或堅硬狀態(tài)，顏色為黃、紅、灰白色，裂隙發(fā)育，常見光滑面和擦痕。第四章 特殊土地基第7頁/共44頁中國膨脹土的分布圖第8頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 第四章 特殊土地基第9頁/共44頁第10頁/共44頁第11頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 二、膨脹土的性質及膨脹原理 膨脹土屬于粘性土，具有

7、一般粘性土所共有的物理力學性質外，最重要的特性是強親水性、多裂隙性、強膨脹性、強收縮性等。當含水量增加，表現(xiàn)出體積增大的能力，即具有強烈的膨脹性；若收到約束，產(chǎn)生的內力為膨脹力。相反則產(chǎn)生收縮力。具有脹縮特性，而且脹縮變形可隨環(huán)境溫度和濕度的變化往復發(fā)生。第四章 特殊土地基第12頁/共44頁膨脹土的主要物理力學特征： 粒度組成中，通常黏粒含量大于30%。 粘土礦物成分中，伊利石和蒙脫石等強親水性礦物占主導地位。 具有多裂隙性。 膨脹，收縮變形可隨環(huán)境變化往復發(fā)生，導致土的強度衰減。 多數(shù)屬于液限大于50%的高液限土。 表現(xiàn)出較強的超固結特性。第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及

8、其地基處理第13頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 二、膨脹土的性質及膨脹原理 （一）土的膨脹性指標 （1）膨脹含水率WHm第四章 特殊土地基WHHtmwmtm式中試樣的干土質量；膨脹穩(wěn)定后土中水分的質量；第14頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理（一）土的膨脹性指標（2）自由膨脹量（3）膨脹壓力V第四章 特殊土地基00100%tVVFV0V式中試樣的初始體積；膨脹穩(wěn)定后土的體積；（4-3）pGPAGA（4-4）式中施加的總平衡力；試樣面積；第15頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基

9、處理二、膨脹土的性質及膨脹原理 （二）膨脹土的判別 建筑、機械、水電等系統(tǒng)根據(jù)膨脹土地區(qū)建筑物的變形危害調查，提出膨脹土的臨界判別值為：自由膨脹率Fs40%；液限wL 40%。第四章 特殊土地基第16頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 二、膨脹土的性質及膨脹原理 （三）膨脹土的膨脹機理 由于粘土礦物顆粒的表面特性和水分子的極性，膨脹土與水分子相互作用時，在顆粒周圍形成水膜將顆粒推開，擴大粒間距離使土的體積膨脹。第四章 特殊土地基第17頁/共44頁 三、膨脹土地基的處理 （一）工程建設中的膨脹土問題1）在天然狀態(tài)下，膨脹土通常強度高，壓縮性較低，在地面以下

10、一定深度取樣時難以發(fā)現(xiàn)宏觀裂紋。但一旦在大氣中暴露，含水率發(fā)生變化時，很快出現(xiàn)裂紋，土體結構迅速崩解，透水性不斷增加，強度迅速減小直至為零。2）作為堤壩回填土時，因其干密度與含水率關系非常密切，很難壓實，壓實質量難以控制。3）當建筑物基礎直接與膨脹土層接觸時，即使基礎建基面位于地下水位以下，由于建筑物荷載變化，土體體積和強度仍然會不斷發(fā)生變化，給工程帶來負面影響。第四章 特殊土地基第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理第18頁/共44頁 三、膨脹土地基的處理（二）高速公路建設中的膨脹土問題 由于膨脹土分布的廣泛性，在膨脹土地區(qū)修筑高速公路這樣巨型帶狀工程時，不可避免地會

11、穿越膨脹土地區(qū)，尤其在南方降雨充沛的地區(qū)，存在明顯的干濕循環(huán)，因此在路面結構層中通常會出現(xiàn)裂縫，這些裂縫又隨之反映到路面上。反復的干濕循環(huán)效應還使得土體發(fā)生崩解，加之路基內部的含水率分布不均，使得路基內部產(chǎn)生不均勻的脹縮變形，在路面表現(xiàn)出來的就是波浪式的變形特征，影響公路的安全使用。第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理第19頁/共44頁 確定膨脹土的脹縮等級，確定合理的灰劑量，對合理灰劑量的改良土的一系列性質進行室內試驗驗證。1.改良膨脹土第四章 特殊土地基第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理三、膨脹土的地基處理 （1）防水措施 （2）換土與

12、改土 （3）支擋措施第20頁/共44頁 改良的幾種思路：1）通過物理、化學過程降低土粒分散程度，讓土?；ハ嗑奂纬山Y構較為牢固的團粒結構，增加土團間的連接力，提高土體水穩(wěn)定性。2）通過反離子層的陽離子置換，用高價陽離子替代原來的低價陽離子，從而使反離子層厚度即結合水膜厚度降低，減少其吸濕能力和膨脹能力。 3）通過化學反應，用鍵能較大的離子替代鍵能較小的離子，在土體中形成連接力較大的網(wǎng)狀空間結構化學生成物，使土體的結構強度和水穩(wěn)定性得到顯著的提高。第四章 特殊土地基第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第21頁/共44頁膨脹土的化學改良法機理 其主要礦物成分為蒙脫石和伊利石，土壤礦物表面帶有大量負電荷

13、，當土壤改良劑和它相遇后，改良劑帶正電荷的親水基和膨脹土就會緊密結合，疏水基一致向外，置換出膨脹土顆粒表面的親水金屬陽離子，降低了膨脹土顆粒表面的吸附水膜厚度，使土壤顆粒進一步靠近，封閉各土團之間的孔隙，減少了吸水性和脹縮性，使膨脹土的水穩(wěn)定性得到提高。第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理第22頁/共44頁膨脹土化學改良劑有： （一）無機類改良劑 1）石灰類改良劑 2）水泥類改良劑 3）工業(yè)廢渣類改良劑 4）水玻璃類改良劑 （二）有機類改良劑 1）丙烯酸鹽系列 2）聚液態(tài)丁二烯和銨類第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第23頁/共44頁2、膨脹土改良的試驗研究 擾動土改良

14、摻石灰、水泥等進行化學改良膨脹土改良 原狀土改良摻中性無毒液性有機化學改良劑第四章 特殊土地基第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第24頁/共44頁石灰改良膨脹土機理分析：石灰改良膨脹土機理分析：1）離子交換）離子交換2）凝硬反應）凝硬反應3）碳化作用）碳化作用4）膠結作用）膠結作用2.1 石灰改良膨脹土石灰改良膨脹土第四章 特殊土地基第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第25頁/共44頁 合理摻灰量研究合理摻灰量研究 改良土的強度性狀改良土的強度性狀 改良土的變形性狀改良土的變形性狀 改良土的水理特性改良土的水理特性 改良土的滲透性改良土的滲透性2.1 石灰改良膨脹土石灰改良膨脹土第四章 特殊土地基

15、第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第26頁/共44頁2.1.1 合理摻灰量研究合理摻灰量研究圖2-1-1 不同灰劑量改良土的擊實曲線1）擊實曲線第四章 特殊土地基第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第27頁/共44頁圖2-1-2 摻生石灰與消石灰的改良土界限含水率與灰劑量的關系曲線2）界限含水率第四章 特殊土地基第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第28頁/共44頁圖2-1-3 摻生石灰與消石灰的改良土自由膨脹率與灰劑量的關系曲線3）自由膨脹率第四章 特殊土地基第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第29頁/共44頁圖2-1-4 素土的線膨脹率與時間的關系（初始含水率為22.6%）圖2-1-5 改良土的膨脹率

16、與時間的關系（初始含水率為23%）表3-1 素土與不同灰劑量改良土的膨脹性第四章 特殊土地基第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理第30頁/共44頁2.1.2 石灰改良膨脹土施工工藝 在實際施工中必須保證摻灰均勻和有效壓實，需根據(jù)膨脹土特點結合現(xiàn)場施工條件選擇合適的石灰摻入方法摻入時機和碾壓機械組合工藝。一般膨脹土天然含水率高，透水性差，原狀土一般以較大的團塊存在，黏性較大，不宜粉碎。能否將石灰和土料拌和均勻是影響改良效果的主要因素之一，因此石灰改良膨脹土施工工藝中最重要的一環(huán)就是摻灰工藝。第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理第31頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其

17、地基處理膨脹土的性質及其地基處理石灰與膨脹土的拌和方法： （1）路拌法 （2）場拌法影響石灰改良土壓實效果和強度的因素： （1）土的種類 （2）土顆粒的大小 （3）石灰的摻入量 （4）摻入石灰的類型 （5）摻入石灰與壓實成型之間的等待時間 （6）石灰與土拌和的均勻程度 （7）碾壓前填土含水率 （8）碾壓工藝 （9）養(yǎng)護條件 （10）齡期第32頁/共44頁圖5-10 滲透改良膨脹土試驗裝置 2.2 CTMAB改良天然膨脹土 讓CTMAB溶于水，使溶液從土體表面自由入滲。試驗裝置見右圖 所示，入滲完成后，取不同深度的土進行一系列試驗，對試驗結果進行分析總結，判斷改良效果第四章 特殊土地基第33頁/

18、共44頁2.3 水泥石灰復合改良膨脹土技術水泥石灰復合改良的機理： 水泥土的強度主要來源于水泥本身的水化產(chǎn)物的膠結作用和水泥水化時產(chǎn)生的Ca(OH)2與土中活性物質之間的硬凝反應所產(chǎn)生的水化物的膠結作用。用水泥加固軟土時，水泥顆粒表面的礦物很快與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應，生成氫氧化鈣、含水硅酸鈣、含水鋁酸鈣及含水鐵酸鈣等化合物第四章 特殊土地基第34頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 四、一種特殊的膨脹土紅粘土 （一）紅粘土的分布和組成 紅粘土是石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽類巖石在亞熱帶溫濕氣候下經(jīng)風化作用而形成的褐紅色粘土。它主要分布在北緯33以南地區(qū)，

19、在我國貴州、云南、廣西最為典型，且分布較廣。紅粘土的化學成分以SiO2，F(xiàn)e2O3，Al2O3為主，礦物成分以石英、高嶺石為主。由于石英組成的骨架和鐵質膠結物的影響，紅粘土具有較好的水穩(wěn)定性。第四章 特殊土地基第35頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 四、一種特殊的膨脹土紅粘土 （二）紅粘土的物理力學性質 （1）天然含水率較高，以結合水為主，自由水較少。 （2）天然容重介于16.518.5kN/m3之間，天然空隙比大于1.0。 （3）由于粒間膠結作用，土體仍處于硬塑或堅硬狀態(tài)，其壓縮系數(shù)在0.10.4MPa-1之間，屬于中等偏低壓縮性。第四章 特殊土地基

20、第36頁/共44頁 四、一種特殊的膨脹土紅粘土紅粘土是較好的地基土，但需要注意以下問題：（1）紅粘土具有膨脹土的性質。（2）紅粘土厚度分布不均勻，容易產(chǎn)生不均勻沉降。（3）沿深度從上向下含水量增加，土質有由硬到軟的明顯變化。（4）由于地表水和地下水運動引起的沖蝕和潛蝕作用，在潛伏巖溶上的紅粘土層常有土洞存在，這對建筑物的穩(wěn)定不利。第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理第四章 特殊土地基第37頁/共44頁第二節(jié)第二節(jié) 膨脹土的性質及其地基處理膨脹土的性質及其地基處理 四、一種特殊的膨脹土紅粘土 （三）紅粘土地基的處理 （1）對土與基巖石芽交錯的地基，可去掉石芽作墊層，以減小差異沉降。 （2）當土質不均勻