特殊土地質(zhì)災(zāi)害

地質(zhì)災(zāi)害防治第十一章

特殊土地質(zhì)災(zāi)害特殊土，是指某些具有特殊物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)、賦存于特殊環(huán)境中，容易產(chǎn)生不良工程地質(zhì)問題的區(qū)域性土，如黃土、膨脹土、軟土、紅土，等。在這些特殊土上進(jìn)行工程建筑，常會產(chǎn)生特殊土地質(zhì)災(zāi)害，因此，有人常把這類土成為“問題土”。9.1土的物理性質(zhì)在土木工程中，土是指地表上沒有膠結(jié)，或膠結(jié)很弱的顆粒堆積物。土是由固體顆粒、水和氣體3部分組成的三相體系。固體顆粒一般由礦務(wù)質(zhì)組成，有時含有腐殖質(zhì)，是土的骨架，骨架間有孔隙?？紫队袝r會完全被水充滿，稱飽和土；有時土中有部分水，部分空氣，稱非飽和土。有時土中的孔隙完全充滿空氣，稱干土。土中三種組成部分本身的性質(zhì)，以及它們之間的關(guān)系和相互作用，決定了土的物理性質(zhì)。因此，要了解土的性質(zhì)，必須先了解土的三相組成。9.1.1固體顆粒固體顆粒對土的物理力學(xué)性質(zhì)起決定性的作用。土中固體顆粒的粒徑大小及其在土中的百分比，稱土的粒徑級配。土的粒組劃分如下：粘土粒徑：＜0.005mm粉土粒徑：0.005–0.05mm砂土粒徑：0.05–2mm其中：

0.05–0.1mm，極細(xì)

0.1–0.25mm，細(xì)砂

0.25–0.5mm，中砂

0.5–2mm，粗砂礫石粒徑：＞2mm其中2–5mm細(xì)礫5–20mm中礫20–60mm粗礫＞60mm:漂石砂土的特點：無粘性，易透水；粘土的特點：具有粘性和可塑性，透水性差，而且其性質(zhì)隨含水量的變化而有很大變化。從工程的角度看，土中顆粒大小分布范圍越大越好。顆粒大小分布范圍大的土，稱不均勻土，級配良好；顆粒大小分布范圍小的，則稱均勻土，級配不良。不均勻土經(jīng)壓實后，細(xì)顆粒充填于粗顆粒的孔隙中，容易得到具有較高密實度和較高強度的土。粘土礦物對土的性質(zhì)有很大影響。粘土礦物主要又有以下三類：1.高嶺石這種土由江西景德鎮(zhèn)取土制作瓷器的高嶺而得名。顆粒大小：一般0.3-3μ。特點：顆粒較粗，不容易發(fā)生吸水膨脹和失水收縮的情況。這種性質(zhì)顯然對工程有利。2.蒙脫石這種土得特點是顆粒細(xì)微，顆粒大小：一般μ。具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特征，工程性質(zhì)不良。3.伊利石其粒徑、工程性質(zhì)介于上述2種土之間。9.1.2土中的水土中的水可以分為兩大類：自由水和結(jié)合水。自由水又分重力水和毛細(xì)水。重力水是在自由水面，即地下水位以下的水。毛細(xì)水則在土孔隙表面張力作用下上升的水。結(jié)合水：粘土顆粒在水介質(zhì)中表現(xiàn)出帶電特性，與水分子間在電場作用下結(jié)合在一起，形成結(jié)合水。緊靠土顆粒的水受電場作用大，不能移動，稱強結(jié)合水。與土顆粒距離較遠(yuǎn)的水，可從一個顆粒轉(zhuǎn)相另一個顆粒，稱弱結(jié)合水。這是土在某一含水范圍內(nèi)表現(xiàn)出可塑性的原因。9.1.3土中的氣體可分為以下幾類：1.自由氣體；2.封閉氣體；3.融解于水中的氣體；4.吸附于土顆粒表面的氣體。一般認(rèn)為：自由氣體對土的性質(zhì)沒有顯著影響；封閉氣體的體積與壓力有關(guān)：壓力升高則體積縮小；壓力降低則體積漲大。因此，密閉氣體的存在增加了土的彈性，并可堵塞土的滲透通道，降低滲透性。后兩種氣體的研究還不多，其影響尚不完全清楚。9.1.4土的物理指標(biāo)1.土的密度：指單位體積的質(zhì)量（容重：單位體積的重量）2.土粒的比重：土粒的質(zhì)量與同體積的純水在4°C時質(zhì)量之比。3.含水量：指土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比。4.孔隙比：孔隙體積與土總體體積質(zhì)量之比，或孔隙度：孔隙體積與土總體體積之比。土的孔隙度可有很大變化。例如，砂類土的孔隙度一般為28–35％；粘土類孔隙度有時高達(dá)60–70％，即，孔隙體積大于土顆粒的體積。9.2黃土濕陷9.2.1概述黃土是在中國西北和華北地區(qū)干旱、半干旱條件下由盛西風(fēng)作用而形成的一種特殊的第四紀(jì)陸相沉積物。黃土的組成以0.005–0.05mm的粉狀顆粒為主，孔隙率高，透水性好，干燥時強度比較高，能保持直立陡壁。因此，可以在這類土中開挖供人居住的窯洞。我國黃土分布范圍很廣，在山西、陜西、河北、河南、甘肅、寧夏、青海、東北、山東、新疆等地都有分布，總面積達(dá)約64萬km2。然而，部分黃土遇水浸潤后容易崩解，發(fā)生顯著下沉。這類土就是濕陷性黃土。濕陷變形的特點是：遇水后變形量大大增加，常達(dá)到正常（無水作用）條件下變形量的幾倍到幾十倍。而且，實現(xiàn)變形的速度很快，多在受水浸濕后1–3小時就開始濕陷。在黃土分布的地區(qū)，由于地基受水浸濕而發(fā)生沉陷，影響建筑物的正常使用和安全、出現(xiàn)裂縫并需要加固，甚至使建筑物完全被毀的事件屢見不鮮。地表積水下滲，是發(fā)生黃土濕陷的主要原因。在有的地方，房屋建好后，排水管道尚未接通，房主人就急忙搬進(jìn)去住。生活用水隨意往室外排放、傾倒。結(jié)果，使地基濕陷、外墻開裂。有人在住房外挖窯以儲存蔬菜。放棄菜窯不用以后，也沒有回填，雨季空菜窯中積水，滲入地下，使房屋因地基濕陷而開裂。由于黃土濕陷，有的房屋尚未建成，就因不均勻下沉而報廢。西寧市南川鍛造廠的數(shù)十棟樓房，就因為施工期間地基受水濕陷而遭到不同程度的破壞。最大沉降量61.6cm。原因：地下水位上升。為了保證建筑物的穩(wěn)定性和安全，在黃土地區(qū)，常常需要花費大量財力，對濕陷性黃土地基進(jìn)行處理。在西安市，黃土地基的處理費一般占建筑工程總費用的4％-8％，個別的工程甚至達(dá)30％。除地面排水的原因外，地下水位上升，也能引起黃土濕陷災(zāi)害。例如，1958–1964年年，西安地區(qū)的年降雨量較歷年平均降雨量多了170–260mm(多年平均538mm)，造成地下水位大幅度上升。結(jié)果，很多房屋都因為濕陷而出現(xiàn)不均勻下沉、產(chǎn)生裂縫，甚至報廢。黃土濕陷的原因比較復(fù)雜，還有待深入研究。但根據(jù)實驗結(jié)果，總的說，與黃土的塑性、含水量和孔隙率有關(guān)。一般說，低塑性、低含水量、高孔隙度的黃土，經(jīng)常具有濕陷性。9.2.2黃土濕陷的防治一.防水措施防止水的滲入，是防止黃土濕陷的最有效的方法。具體措施包括：1.建筑施工中防止水的滲入。開挖基坑時尤其如此。2.保持地面排水通暢，防止積水。房屋與室外場地之間應(yīng)有一定坡度，以利于排水；禁止堆放雜物。3.保持供水、排水、暖氣管道的良好狀態(tài)，防止漏水。4.降低地下水位，防止因地下水位上升而造成濕陷。5.注意室外綠化的影響。綠化帶、綠地不要與房屋直接相連，而要保持一定距離。否則，就會因長期澆水而產(chǎn)生濕陷。二.地基加固1.夯實：這是傳統(tǒng)的方法，用于小型建筑物，濕陷不嚴(yán)重的情形。夯實后，土的孔隙率減小，發(fā)生濕陷的可能性就大大降低。2.預(yù)浸水：在進(jìn)行房屋建筑前，先在基礎(chǔ)上浸水，使之自動發(fā)生沉陷，孔隙率降低，然后在進(jìn)行施工。此法對深度為6米以下的土有效，淺層土則因自重小，不足以完全消除濕陷，還需要夯實、壓密。3.樁基即，將混凝土樁打入到濕陷層以下的密實土層中，使建筑物的重量作用在深部的土層上，這樣就不會產(chǎn)生濕陷了。此法也可用于治理發(fā)生濕陷后的建筑物。4.灰土三樁這是三加固三現(xiàn)有三建筑三物的三方法三之一三，具三體方三法與三灌注三樁類三似，三但不三同的三是，三在樁三內(nèi)先三用無三濕陷三性的三灰土三充填三夯實三，僅三在表三面約30三cm處用三混凝三土。特點三：成三本較三低。三早期三曾廣三泛使三用。5.化學(xué)三加固又有三硅化三法、三堿液三加固三法，三等。利用三灌漿三設(shè)備三，將三水泥三漿、三水玻三璃等三物質(zhì)三注入三土層三中，三改善三土的三性質(zhì)三，消三除濕三陷性三。此法三成本三較高三，一三般只三用于三重要三工程三。9.三3膨脹三土9.三3.三1膨脹三土及三其危三害膨脹三土是三指一三類具三有顯三著的三遇水三膨脹三、失三水收三縮特三性的三土。三由于三這種三特性三，常三導(dǎo)致三房屋三地基三發(fā)生三膨脹三變形三，房三屋受三到破三壞。膨脹三土發(fā)三生膨三脹變?nèi)蔚娜饕蛉沁@三類土三中含三有較三多的三粘土三礦物三－蒙脫三石。蒙三脫石三的礦三物顆三粒很三小，三在細(xì)三小的三礦物三顆粒三間，三重力三已遠(yuǎn)三小于三電場三力，三因此三，這三類土三表現(xiàn)三出很三強的三吸水三膨脹三的特三性。膨脹三土在三吸水三膨脹三后，三土體三強度三顯著三下降三。失三水干三燥后三，土三體強三度又三會上三升。三但因三體積三收縮三，又三會產(chǎn)三生裂三縫。膨脹三土對三建筑三物的三破壞三主要三表現(xiàn)三在地三基變?nèi)紊先?。地三基變?nèi)慰扇龑?dǎo)致三房屋三開裂三、破三壞，三甚至三倒塌三，造三成嚴(yán)三重?fù)p三失。膨脹三土的三問題三上世三紀(jì)30年代三才被三土力三學(xué)專三家們?nèi)J(rèn)識三。在三那以三前，三房屋三的三開裂三、破三壞，三都被三認(rèn)為三是地三基不三均勻三下沉三引起三的。膨脹三土問三題在三世界三上許三多國三家都三存在三，遍三及世三界6大洲三的40多個三國家三和地三區(qū)。在美三國，三據(jù)上三世紀(jì)70年代三美國三土木三工程三學(xué)會三的研三究報三告，三每年三因膨三脹土三問題三造成三的經(jīng)三濟(jì)損三失，三高達(dá)22億美三元，超過三了洪三水、三颶風(fēng)三、地三震和三龍卷三風(fēng)所三造成三的損三失的三總和。中國三膨脹三土分三布廣三泛，三在云三南、三廣西三、貴三州、三四川三、湖三南、三湖北三、江三蘇、三安徽三、山三東、三河南三、河三北、三山西三、陜?nèi)鳌⑷齼?nèi)蒙三等21個省三區(qū)的20三5個縣三市都三有發(fā)三現(xiàn)。據(jù)不三完全三統(tǒng)計三，我三國每三年因三膨脹三土導(dǎo)三致建三筑物三破壞三所產(chǎn)三生的三經(jīng)濟(jì)三損失三，達(dá)三數(shù)億三元。最典三型的三例子三是湖三北鄖三縣。三該縣三縣城三因丹三江口三水庫三蓄水三和搬三遷。三但因三新縣三城膨三脹土三發(fā)育三，大三量建三筑物三破壞三，最三后，三不得三不再三次搬三遷，三重建三新縣三城。膨脹三土不三僅對三房屋三，而三且對三公路三、鐵三路也三造成三嚴(yán)重三損害三。例如三，陽三平關(guān)三－安三康鐵三路和三襄渝三鐵路三，在三通車三后的5年內(nèi)三，因三膨脹三土地三基嚴(yán)三重破三壞，三就造三成鐵三路中三斷行三車事三故30多次三。近三年來三才通三車的三南昆三鐵路三，也三發(fā)生三了不三少因三膨脹三土造三成的三病害三。9.三3.三2膨脹三土危三害的三防治建筑三物要三盡量三避免三建在三膨脹三土上三。在三難于三避免三的情三況下三，要三采取三措施三減少三其危三害。三主要三防治三措施三有：1.換土三法。三即，三把地三基上三層的三土挖三去，三代之三以非三膨脹三土，三然后三在此三基礎(chǔ)三上建三筑。2.石灰三加固三法。三即，三把生三石灰三混入三膨脹三土中三，使三之將三土粒三粘結(jié)三起來三。在三地基三加固三方面三，石三灰的三效果三比混三凝土三好。3.防水。三防止三下水三管道三、暖三氣管三等漏三水，三防治三雨水三和地三表積三水滲三入，三等等三。地三表綠三化帶三不要三緊靠三房屋三。9.三4軟土9.三4.三1軟土三的特三征軟土三，是三指某三些具三有很三大天三然含三水量三的粘三性土三，如三淤泥三、泥三炭，三以及三含有三大量三細(xì)粒三粘土三的土三，通三常是三湖泊三、河三流三三角洲三的沉三積物三。軟土三在我三國分三布很三廣，三不僅三存在三于沿三海和三平原三低地三、湖三泊凹三地，三在丘三陵、三山岳三、高三原地三區(qū)的三古代三和現(xiàn)三代湖三泊沼三澤地三區(qū)，三也有三軟土三分布三。軟土三具有三孔隙三比大三、含三水量三大的三特點三。淤三泥類三土的三天然三含水三量可三達(dá)40三–三6三0％；三泥炭三質(zhì)土三的天三然含三水量三更可三高達(dá)10三0三–三30三0％三，孔三隙比三大于3。軟土三中的三孔隙三比雖三然很三大，三但因三其中三礦物三骨架三的顆三粒細(xì)三小，三孔隙三尺寸三都很三小，三因此三，其三透水三性差三，滲三透系三數(shù)的三數(shù)值三都很三低。由于三軟土三中礦三物顆三粒間三的連三接力三很弱三，因三此，三這類三土的三強度三也都三很低三。因此三在工三程中三，軟三土的三主要三問題三就是三強度三低、三壓縮三性高三。建三在軟三土地三基上三的房三屋，三常會三有很三大的三下沉三量，三地基三的承三載力三很低三。軟土三在一三定載三荷的三長期三作用三下，三可發(fā)三生緩三慢的三變形三，即三，軟三土具三有蠕三變性三。在振三動或三攪拌三等強三烈擾三動下三，軟三土的三強度三會急三劇降三低，三甚至三變成三懸液三而流三動，三表現(xiàn)三為觸三變性三。9.三4.三2軟土三的危三害由于三軟土三的孔三隙率三大、三滲透三系數(shù)三低的三特點三，建三在軟三土地三基上三的房三屋，三特別三是高三層建三筑，三常會三出現(xiàn)三下沉三量大三、長三期不三能穩(wěn)三定的三情形三，甚三至出三現(xiàn)地三基被三擠出三的現(xiàn)三象。例如三，上三海展三覽館三的中三央大三廳，三建成三后的11年，三平均三下沉三量達(dá)1.三6米，三沉降三影響三范圍三超過30米，三并引三起相三鄰建三筑物三的嚴(yán)三重開三裂。在福三州，三很多三建筑三物的三地基三都是三淤泥三層，三竣工三后1年的三平均三沉降三量超三過50三cm，最三大的三達(dá)到80三cm。軟土三中常三夾有三砂質(zhì)三透鏡三體，三易引三起不三均勻三下沉三，使三建筑三物破三壞。由于三軟土三的固三結(jié)時三間長三，建三筑物三將長三期處三于沉三降變?nèi)沃腥Y(jié)三果是三，災(zāi)三害的三威脅三長期三難于三消除三。對上三海地三區(qū)很三多建三筑物三觀測三的結(jié)三果表三明，三實際三沉降三量僅三達(dá)到三預(yù)計三沉降三量的75三