巖土的物理性質(zhì)-特殊土的特性與處治（工程巖土課件）

第十三講軟土的特性與處治學(xué)習(xí)內(nèi)容一軟土的特征二軟土的處治方法1、軟土的概念軟土主要是靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積的以細(xì)顆粒為主的第四紀(jì)沉積物。通常在軟土形成過程中有生物化學(xué)作用參與。一、軟土的特征（1）軟土的顏色多為灰綠、灰黑色，手摸有滑膩感，能染指，有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)有腥臭味。（2）軟土的顆粒成分主要為粘粒及粉粒，粘粒含量達(dá)60％一70％。（3）軟土的礦物成分，除粉粒中的石英、長石、云母、伊利石、高嶺石。此外軟土中常有一定量的有機(jī)質(zhì)，可高達(dá)8％一9％。（4）軟土具有典型的海綿狀或蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其孔隙比大，含水量高，透水性小，壓縮性大。是軟土強(qiáng)度低的重要原因。（5）軟土具層理構(gòu)造，軟土和薄層粉砂、泥炭層等相互交替沉積，或呈透鏡體相間沉積，形成性質(zhì)復(fù)雜的土體。2、軟土的特征（1）軟土的孔隙比和含水量軟土的顆粒分散性高，連結(jié)弱，孔隙比大，含水量高，孔隙比一般大于1，可高達(dá)5.8。（2）軟土的強(qiáng)度軟土強(qiáng)度低，無側(cè)限抗壓強(qiáng)度在10-40kPa之間。（3）軟土的流變性在長期荷載作用下，變形可延續(xù)很長時(shí)間，最終引起破壞。3、軟土的工程性質(zhì)（5）軟土的觸變性軟土受到振動(dòng)，顆粒連結(jié)破壞，土體強(qiáng)度降低．呈流動(dòng)狀態(tài)，稱為觸變，也稱振動(dòng)液化。觸變可以使地基土大面積失效，導(dǎo)致建筑物破壞。觸變的機(jī)理是吸附在土顆粒周圍的水分子的定向排列被破壞，土粒懸浮在水中，呈流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)振動(dòng)停止，土粒與水分子相互作用的定向排列恢復(fù)，土強(qiáng)度可慢慢恢復(fù)。（4）軟土的透水性和壓縮性軟土孔隙比大，孔隙細(xì)小，粘粒親水性強(qiáng)，土中有機(jī)質(zhì)多，分解出的氣體封閉在孔隙中，使土的透水性很差，荷載作用下排水不暢，固結(jié)慢，壓縮性高。軟土在建筑物荷載作用下容易發(fā)生不均勻下沉和大量沉降，而且下沉緩侵，完成下沉的時(shí)間很長。軟土塌陷（三）軟土地基的加固與處理方法軟土地基變形破壞的主要原因是承載力低，地基變形大或發(fā)生擠出。建筑物變形破壞的主要形式是不均勻沉降，使建筑物產(chǎn)生裂縫，影響正常使用。修建在軟土地基上的公路、鐵路路堤高度受軟土強(qiáng)度的控制，路堤過高，將導(dǎo)致擠出破壞，產(chǎn)生坍塌。二、軟土地基處治方法1、強(qiáng)夯法2、淺層換填法3、砂礫墊層法4、拋石擠淤法5、反壓護(hù)道法6、深層擠密法7、袋裝砂井法8、土工織物法9、化學(xué)加固法1、強(qiáng)夯法強(qiáng)夯法采用10-20t重錘，從10-40m高處自由落下，夯實(shí)土層，強(qiáng)夯法產(chǎn)生很大的沖擊能，使軟土迅速排水固結(jié)，加固深度可達(dá)11-12m。適用于小于12m的軟土層。2、淺層換填法將軟土挖除，換填強(qiáng)度較高的粘性土、砂、礫石、卵石等滲水土，從根本上改善了地基土的性質(zhì)。適用于軟土深度不超過2m。3、砂礫墊層法在建筑物(如路堤)底部鋪設(shè)一層砂墊層，其作用是在軟土頂面增加一個(gè)排水面。在路堤填筑過程中，由于荷載逐漸增加，軟土地基排水固結(jié)，滲出的水可以從砂墊層排走。適用于軟土深度不超過2m，砂料較豐富地區(qū)。4、拋石擠淤法在路基底部從中間向兩邊拋投一定數(shù)量的片石，將淤泥擠出基底范圍，以提高地基強(qiáng)度適用于石料豐富區(qū)，軟土厚3~4m。5、反壓護(hù)道法在路堤兩側(cè)填筑一定寬度低于路堤的護(hù)道，以平衡路堤下的軟土的隆起之勢(shì)，從而保證路堤的穩(wěn)定性。適用于非耕作和取土不困難地區(qū)。6、深層擠密法在軟弱土中成孔，在孔內(nèi)填以水泥、砂、碎石、素土、石灰或其它材料（煤矸石、粉煤灰等），形成樁土復(fù)合地基（水泥砂樁或石灰樁），從而使較大深度范圍內(nèi)的松軟地基得以擠密和加固。適用于軟土層較厚地區(qū)。7、砂井排水法在軟土地基中按一定規(guī)律設(shè)計(jì)排水砂井，井孔中灌入中、粗砂，起排水通道作用，加快軟土排水固結(jié)過程，使地基土強(qiáng)度提高。適用于軟土層厚度大于5m、路堤高度大于極限高度的2倍或地處農(nóng)田和填料來源較困難的地區(qū)。砂井地基工程剖面圖8、土工織物法將具有較大抗拉強(qiáng)度的土工織物、塑料隔柵或筋條等材料鋪設(shè)在路堤的底部，以增加路堤的強(qiáng)度，擴(kuò)散基底壓力，阻止土體側(cè)向擠出，從而提高地基承載力和減小路基不均沉降。9、化學(xué)加固法通過氣壓、液壓等將水泥漿、粘土漿或其它化學(xué)漿液壓入、注入、拌入土中，使其與土粒膠結(jié)成一體，形成強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性良好的“結(jié)石體”，以增強(qiáng)土體強(qiáng)度。適用于軟土層較厚地區(qū)。第十四講膨脹土的特性與處治學(xué)習(xí)內(nèi)容一膨脹土的特征二膨脹土的處治方法一、膨脹土的特征

1、膨脹土的概念。膨脹土是一種富含親水性粘土礦物，并且隨含水量增減，體積發(fā)生顯著脹縮變形的高塑性粘土。

（1）膨脹土多為灰白、棕黃、棕紅、褐色等，顆粒成分以粘粒為主，含量在35％-50％以上，粉粒次之，砂粒很少。粘粒的礦構(gòu)成分多為蒙脫石和伊利石，這些粘土顆粒比表面積大，有較強(qiáng)的表面能，呈現(xiàn)強(qiáng)親水性。二者吸水后強(qiáng)烈膨脹，失水后收縮，長期反復(fù)多次脹縮，強(qiáng)度衰減，可能導(dǎo)致工程建筑物開裂、下沉、失穩(wěn)破壞。

（2）天然狀態(tài)下，膨脹土結(jié)構(gòu)緊密、孔隙比小，干密度達(dá)1.6~1.8g／cm3；塑性指數(shù)為18~23，天然含水量接近塑限，一般為18％~26％，土體處于堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，有時(shí)被誤認(rèn)為良好地基。2、膨脹土的工程性質(zhì)3．裂隙發(fā)育。膨脹土中裂隙發(fā)育，是不同于其他土的典型特征，膨脹土裂隙可分為原生裂隙和次生裂隙兩類。原生裂隙多閉合，裂面光滑，常有蠟狀光澤，次生裂隙以風(fēng)化裂隙為主，在水的淋濾作用下，裂面附近蒙脫石含量增高，呈白色，構(gòu)成膨脹土中的軟弱面，膨脹土邊坡失穩(wěn)滑動(dòng)常沿灰白色軟弱面發(fā)生。

膨脹土的裂隙4．天然狀態(tài)下膨脹土抗剪強(qiáng)度和彈性模量比較高，但遇水后強(qiáng)度顯著降低，凝聚力一般小于0.05MPa，有的c值接近于零，Φ值從幾度到十幾度。5．超固結(jié)性。超固結(jié)性是指膨脹土在歷史上曾受到過比現(xiàn)在的上覆自重壓力更大的壓力，因而孔隙比小，壓縮性低，一旦被開挖外露，卸荷回彈，產(chǎn)生裂隙，遇水膨脹，強(qiáng)度降低，造成破壞。6.強(qiáng)烈脹縮性。膨脹土對(duì)水及其敏感，表現(xiàn)為遇水急劇膨脹，失水明顯收縮。在天然狀態(tài)下，膨脹土吸水膨脹量為23%以上；在干燥狀態(tài)下，吸水膨脹量為40%以上；失水收縮率達(dá)50%以上。（1）膨脹土用作路基填料由于膨脹土具有很高的粘聚性，當(dāng)含水量較大時(shí)，一經(jīng)施工機(jī)械攪動(dòng)，將粘結(jié)成塑性很高的巨大團(tuán)塊，很難晾干。隨著水分的逐漸散失，土塊的力學(xué)強(qiáng)度逐步增大，從而使土塊堅(jiān)硬,難于擊碎、壓實(shí)。如果含水量高的膨脹土直接被用作路基填料，將會(huì)增加施工難度，延長工期，并且質(zhì)量難以保證。膨脹土路基遇雨水浸泡后，土體膨脹，輕者表面出現(xiàn)厚10cm左右的蓬松層，重則在50-80cm深度范圍內(nèi)形成“橡皮泥”。在干燥季節(jié)，土體將嚴(yán)重干縮龜裂,雨水通過裂縫灌入土體，使土體深度膨脹濕軟，喪失承載能力。路基將嚴(yán)重的崩解，局部坍塌、隆起或裂縫。3、膨脹土對(duì)公路工程的危害（2）膨脹土用作各種穩(wěn)定土材料膨脹土用作穩(wěn)定土基層材料時(shí)，若遇陰雨或積雪，路面積水通過裂縫灌入土基，經(jīng)過行車碾壓，路面就會(huì)出現(xiàn)翻漿沉陷，最終導(dǎo)致路面崩潰。同時(shí)膨脹土的高粘聚性決定膨脹土在通常情況下以堅(jiān)硬的塊狀存在，碾壓成型后，這些膨脹土小碎塊，遇水后會(huì)迅速膨脹崩解，從而使基層表面出現(xiàn)大量的泥漿小坑窩，經(jīng)過車輪荷載的反復(fù)作用，路面將出現(xiàn)車轍、網(wǎng)裂或龜裂，最終導(dǎo)致路面破壞。二、膨脹土的處治1.膨脹土路基處理2.膨脹土邊坡處理（三）膨脹土病害的防治措施1.膨脹土路基處理（1）填高不足1米的路堤，必須換填非膨脹土，并按規(guī)定壓實(shí)。（2）使用膨脹土作填料時(shí)，為增加其穩(wěn)定性，采用石灰處治，石灰劑量范圍10%-12%，要求摻灰處理后的膨脹土，其脹縮總率接近零為佳。采用土工織物處理路基（三）膨脹土病害的防治措施（3）路堤兩邊邊坡部分及路堤頂面要用非膨脹土作封層，必要時(shí)須鋪一層土工布，從而形成包心填方。

（4）路塹邊坡不要一次挖到設(shè)計(jì)線，沿邊坡予留厚度30-50cm一層，待路塹挖完后，再削去予留部分，并以漿砌花格網(wǎng)護(hù)坡封閉。（5）施工時(shí)應(yīng)避開雨季作業(yè)、路基開挖后各道工序要緊密銜接，連續(xù)施工，時(shí)間不宜間隔太久。路堤、路塹邊坡按設(shè)計(jì)修整后，應(yīng)立即漿砌護(hù)墻、護(hù)坡，防止雨水侵蝕。2.膨脹土邊坡處理（3）骨架護(hù)坡：采用漿砌片石方形及拱形骨架護(hù)坡，骨架內(nèi)植草效更好。（4）支擋措施：采用抗滑檔墻、抗滑樁、片石垛等。（1）地表水防護(hù)：防止水滲入土體，沖蝕坡面，設(shè)截排水天溝、平臺(tái)縱向排水溝、側(cè)溝等排水系統(tǒng)。（2）植物防護(hù)：植草皮、小喬木、灌木，形成植物覆蓋層防止地表水沖刷。第十五講黃土的特性與處治學(xué)習(xí)內(nèi)容一黃土的特征二黃土的處治方法我們印象中的“黃土高坡”一、黃土的特征1、什么是黃土？黃土是以粉粒為主，含碳酸鹽，具大孔隙，質(zhì)地均一，無明顯層理而有顯著垂直節(jié)理的黃色陸相沉積物，在干旱氣候條件下形成，一般分布在沙漠下風(fēng)處。（3）顏色為淡黃、褐黃和灰黃色。（4）以粉土顆粒（0.075mm-0.005mm）為主，約占60%-70%。二、黃土2、黃土的特征（1）含各種可溶鹽，主要富含碳酸鈣，含量達(dá)10%-30%，對(duì)黃土顆粒有一定的膠結(jié)作用，常以鈣質(zhì)結(jié)核的形式存在，又稱姜石。（2）結(jié)構(gòu)疏松，孔隙多且大，孔隙度達(dá)33%-64%，肉眼可見蟲孔、植物根孔等。姜石（5）無層理，具柱狀節(jié)理和垂直節(jié)理，天然條件下穩(wěn)定邊坡近直立。（6）具有濕陷性。只具備部分特征的黃土稱為黃土狀土。根據(jù)黃土形成的地質(zhì)年代和成因上的不同，可以將黃土分成以下類型。砂黃土全新世Q4風(fēng)積黃土分布在黃土高原平坦的頂部和山坡上，厚度大，質(zhì)地均勻，無層理。新黃土晚更新期Q3坡積黃土多分布在山坡坡腳及斜坡上，厚度不均，基巖出露區(qū)常夾有基巖碎屑。老黃土中更新期Q2殘積黃土多分布在基巖山地上部，由表層黃土及基巖風(fēng)化而成。洪積黃土主要分布在山前溝口地帶，一般有不規(guī)則的層理，厚度不大。紅色黃土早更新期Q1沖積黃土主要分布在大河的階地上，如黃河及其支流的階地上。階地越高，黃土厚度越大，具有明顯層理，常夾有粉砂、粘土、砂卵石等，大河階地下部常有厚數(shù)米及數(shù)十米的砂卵石層3、黃土的分類（1）黃土的壓縮土的壓縮性用壓縮系數(shù)a表示：a＜0.1MPa-1低壓縮性土；a＝0.1-0.5MPa-1

中壓縮性土；a＞0.5MPa-1

高壓縮性土。黃土多為中壓縮性土；近代黃土為高壓縮性土；老黃土壓縮性較低。（2）黃土的抗剪強(qiáng)度：一般黃土的內(nèi)摩擦角Φ＝15-25°，凝聚力c＝30-40KPa，抗剪強(qiáng)度中等。3、黃土的工程性質(zhì)（3）黃土的濕陷性：天然黃土在一定的壓力作用下，浸水后產(chǎn)生突然的下沉現(xiàn)象，稱為濕陷。黃土濕陷性評(píng)價(jià)多采用浸水壓縮試驗(yàn)的方法，計(jì)算相對(duì)濕陷性系數(shù)，根據(jù)相對(duì)濕陷性系數(shù)分為：非濕陷性黃土、輕微濕陷性黃土、中等濕陷性黃土、強(qiáng)濕陷性黃土。黃土的濕陷性引起邊坡塌陷（4）黃土陷穴：黃土地區(qū)常常有天然或人工洞穴，由于這些洞穴的存在和不斷發(fā)展擴(kuò)大，往往引起上覆建筑物突然塌陷，稱為陷穴。黃土陷穴的發(fā)展主要是由于黃土濕陷和地下水的潛蝕作用造成的。黃土的濕陷性引起公路路基塌陷二、黃土的處治方法由于黃土結(jié)構(gòu)疏松，具大孔隙、抗水性能差、易崩解、潛蝕、沖刷和濕陷性等特征，使之在黃土地區(qū)的工程出現(xiàn)多種病害，如路塹邊坡的剝落、沖刷、崩塌、滑坡；路堤和房屋建筑不均勻沉陷、變形開裂等。因此，在工程中必須采取相應(yīng)的措施，以保證安全。1、防水措施2、邊坡防護(hù)3、地基處理方法1.防水措施水的滲入是黃土地質(zhì)病害的根本原因，只要能做到嚴(yán)格防水，各種事故是可以避免或減少的。防水措施包括：場(chǎng)地平整，以保證地面排水暢通；做好室內(nèi)地面防水措施，室外散水，排水溝，特別是施工開挖基坑時(shí)要注意防止水的滲入；切實(shí)做到上下水道和暖氣管道等用水設(shè)施不漏水。（1）捶面護(hù)坡在西北黃土地區(qū)，為防治坡面剝落和沖刷，可用石灰爐渣灰漿、石灰爐渣三合土、四合土等復(fù)合材料在黃土路塹邊坡上捶面防護(hù)。這種方法適用于年降雨量稍大地區(qū)和坡率不陡于1：0.5的邊坡。防護(hù)厚度為10-15cm，一般采用等厚截面；只有當(dāng)邊坡較高時(shí)，才采用上薄下厚截面，基礎(chǔ)設(shè)有漿砌片石墻腳。2、邊坡防護(hù)此外，在黃土地區(qū)公路邊坡還可以采用植物防護(hù)、噴漿防護(hù)等邊坡防護(hù)方式。2.邊坡防護(hù)（2）砌石防護(hù)因黃土路塹邊坡普遍在坡腳1-3m高范圍內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重沖刷和應(yīng)力集中現(xiàn)象，可采用砌石防護(hù)，分為干砌和漿砌兩種。這種防護(hù)