第六章第三节ppt课件.ppt

第三节 特殊土的工程地质特性,特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构，而工程地质性质也较特殊的土。这些特殊土一般都是在一定的生成条件下形成的，或是由于所处自然环境逐渐变化形成的。本节主要叙述淤泥类土、膨胀土、黄土类土、盐渍土、冻土和人工填土。 一、淤泥类土 1形成条件和成分、结构特点 淤泥类土是指在水流缓慢的沉积环境中和有微生物参与作用的条件下沉积形成的含较多有机质，疏松软弱(天然孔隙比大于1，天然含水率大于液限)的含较多粉粒的粘性土。淤泥类土是近代未经固结的在滨海、湖泊、沼泽、河湾、,废河道等地区沉积的一种特殊土类。淤泥类土是在水流不通畅、缺氧、饱水条件下的静水盆地中形成的近代沉积物。由于形成条件近似，不同成因形成的淤泥类土的性质是很相似的。物质组成和结构特点：物质组成：主要是粉质亚粘土；除部分石英、长石、云母矿物外，还含有大量粘土矿物(其中常以伊利石和蒙脱石占多数)，并含有少量的水溶盐类矿物，有机质含量较多(一般含量为5一15，个别较大些)。外观：常呈灰色、灰蓝、灰绿和灰黑等暗淡的颜色，污染手指，并有臭味。结构形式：蜂窝状或海绵状，疏松多孔；被扰动后，结构,易被破坏，强度降低。淤泥类土定向排列明显，层理较发育，常具薄层状构造，常含粉砂夹层或泥炭透镜体。 按形成和分布情况，我国淤泥类土基本上可以分为两大类：一类是沿海沉积的淤泥类土；一类是内陆和山区湖盆地及山前前谷地沉积的淤泥类土。一般说，前者分布较稳定，厚度较大，土质较硫松软弱；后者常零星分布，沉积厚度较小，性质变化大。我国主要不同成因类型的淤泥类土如图63所示，其工程地质指标对比，见表65(摘自软土地区工程地质勘察规范JGJ8391)。我国沿海沉积的淤泥类土，大致可分为四个类型： (1)泻湖相沉积：浙江温训、宁波等地区的淤泥类土属于这一类型。它的特征是地层比较单一，厚度大，沉积物颗粒微细、均匀，孔隙比大，强度低，分布范围宽阔，常,形成滨海平原。 (2)溺谷相沉积：福建福州闽江口地区属于这一类型。表层为耕土或人工填土，以及较薄的、较致密的粘土或亚粘土；以下为厚几米至十多米的高压缩性和低强度的淤泥类土；其下基岩或一般十层起伏变化较大。但淤泥类土分布范围较窄。,(3)滨海相沉积：天津塘沽新港和江苏连云港等地区淤泥类土属这种类型。表层为数米厚的河褐黄色亚粘土，以下为厚层(数十米)的淤泥类土，常夹粉砂薄层或透镜体。这种粉砂夹层是由粘土和粉砂交错形成的，呈细微条带状构造。这种有夹层的淤泥类土较前两类沉积物的工程地质性质稍好。但在较深水处沉积的，特别是年代较新的淤泥类土，其工程地质性质很差。 (4)三角洲相沉积：长江三角洲、珠江三角洲等地区淤泥类土属于此类型。其特点是海相与陆相交替沉积。总体来说，软土层分布宽阔，厚度比较稳定、均匀，由于受海流与波浪的破坏，分选程度较差，多交错斜层理或不规则的透镜体夹层。比起前面三种类型的淤泥类土，这种淤泥类土的性质较好。,内陆平原区的淤泥类土主要有湖泊、河漫滩和牛轭湖相等类型： (1)湖相沉积：滇池东部、洞庭湖、洪泽湖、太湖等地区淤泥类土属于此类。其特点是颗粒微细均匀，富含有机质，淤泥成层较厚，不夹或很少夹砂层，但往往有厚度不等的泥炭夹层或透镜体。厚度各处不一，一般厚一二十米，其中所夹泥炭的性质很差。 (2)河漫滩相沉积：长江、松花江中、下游河谷附近，淤泥类土常夹于上层粘性土之中，常为袋状或透镜体，产状、厚度、性质变化大，般厚度小于l0m，下层常为砂层。由于淤泥类土是局部淤积的，其成分、厚度、性质变化较大，会造成地基的不均一性。 (3)牛轭湖相沉积：土的性质与湖相沉积相近，但分布,范围较窄，常有泥炭夹层，一般呈透镜体掩埋于冲积层之下，需慎重对待。 在我国广大山区沉积有“山地型”淤泥类土。它主要是由于当地的泥灰岩、各种页岩和泥岩的风化产物和地面的有机物质，经水流搬运沉积在原始地形低洼处长期泡水软化，间有微生物的作用而形成的，以坡洪积、湖积和冲积三种类型为主，其特点是分布而积不大，厚度变化悬殊，多分布在冲沟、谷地、河流阶地和各种洼地中。2工程地质性质的基本特点 (1)高孔隙比，饱水，天然含水率大于液限。我国淤泥类土孔隙比的常见值为1.0一2.0，个别者达2.4，液限一段为40一60，饱和度一般都超过95，天然含水率,多为50一70或更大。由于有一些连结，在未受扰动时，土常处于软塑状态；但一经扰动，结构破坏，土就处于流动状态。 (2)透水性极弱，一般渗透系数为i105一108cms。由于常夹有极薄层的粉砂、细砂层，故垂直方向的渗透系数较水平方向要小些。 (3)高压缩性，压缩系数a12一般为0.7一1.5MPa-1，且随天然含水率的增大(也即孔隙的增大)而增大。这是由于淤泥类土的结构疏松，矿物亲水性强，透水性弱，排水不易，沉积年代晚，故压密程度很差。表观变形量大而不均匀，变形稳定历时长。 (4)抗剪强度低，且与加荷速度和排水固结条件有关。,在不排水条件下进行三轴快剪试验时，角接近于零，直剪试验，一般只有2一5，C值一般小于0.02MPa。在排水条件下，抗剪强度随固结程度增加而增大，固结快剪的值可达10一15，C值在0.02MPa左右。因此，要提高淤泥类土的强度，必须控制加荷的速度。 (5)具较显著的触变性和蠕变性，强震下易震陷。我国的淤泥类土常属于中灵敏性，有的属高灵敏性。因此，淤泥类土在取样、施工和作为地基使用过程中，应尽量避免扰动，或采取一定的措施。同时，必须考虑长期作用的影响，其长期强度往往还不足标准强度的一半。某些淤泥类土动强度很低，在较大的震动力作用下易出现震陷，例如，厚度大于3m的淤泥在度地震裂度时可能被震陷150mm左右。,习惯上还将天然含水率大于液限，孔隙比大于1.5(相当于天然含水率大于55)的淤泥类土称为“淤泥”，即典型的淤泥类土，其压缩性很高，强度低，灵敏度较大；而将天然含水率大于液限，孔隙比为1.0一1.5(相当于天然含水率为36一55)的淤泥类土称为“淤泥质土”。它的特性介于典型淤泥和一般粘性土之间，其形成条件和成分与典型淤泥相近；但压密程度较好，含水率较低，故强度略高。 决定淤泥类土性质的根本因素是它的成分和结构。有机质或粘粒含量众多，土的亲水性愈强，压缩性就愈高；但更重要的是，与结构有关的孔隙比的大小，孔隙比愈大，天然含水率愈多，故压缩性就愈高，强度愈低，灵敏度愈大，性质就愈恶劣。,淤泥类土的强度主要取决于内聚力。它与含水率和孔隙比，也即稠度和密实状态有关。由于抗剪强度很低，沉降量大或不均匀沉降明显，实质上，承载力取决于压缩性，主要是考虑变形不应超过某个限度。 在工程实践中，将天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水率大于液限的细粒土称为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，其压缩系数大于0.5MPa1，不排水抗剪强度小于30kPa。二、膨胀土 1分布和成因类型 一种具特殊变形性质，体积随含水率的增加而膨胀，随含水率的减少而收缩。具有明显的膨胀性和收缩性的,土，称为膨胀性土(简称膨胀土)。 膨胀土在我国分布较广，云南、广西、贵州、湖北、河北、河南、山东、山西、四川、陕西、安徽等十多个省(自治区)均不同程度地分布省膨胀土；其中，尤以云南、广西、贵州、湖北、河南等省分布较多而有代表性。 膨胀土一般分布在盆地内垅岗、山前丘陵地带和二、三级阶地上，大多数是上更新世Q3及以前的残坡积、冲积、洪积物，也有晚第三纪至第四纪的湖相沉积及其风化层；个别分布在全新世Q4冲积一级阶地上。国外有些膨胀土属于冰湖沉积或海相沉积。 2成分和结构特征外观：膨胀土一般呈红、黄、褐、灰白等不同颜色，具班状结构。常含有铁锰质或钙质结核(这与淋滤沉淀有关)。,土体常具有网状开裂，有蜡状光泽的挤压面，类似劈理。土层表层常出现各种纵横交错的裂隙和龟裂现象，这与失水土体强烈收缩有关。这些裂隙破坏了土体的完整性和强度，常形成软弱的结构面，使土体丧失稳定性。 膨胀土所以具有胀缩特性，主要是因土中含有较多的粘粒，一般粘粒含量高达35以上；更主要的是这些粘粒大部分为亲水性很强的蒙脱石和水云母等粘土矿物，膨胀收缩能力较强；易溶盐、中溶盐、有机质含量一般均较低，常见碳酸钙或铁锰质结核。 天然状态下，膨胀土一般致密坚硬，孔隙比一般0.8，但某些残坡积红粘土型却可达1.0以上。膨胀土物质成分一般在水平方向比较均一，但裂隙、微层理或隐层理却较发育。,3一般工程地质性质 膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大液限为40一68，塑限为17一35，塑性指数为1833。膨胀土的饱和度一般较大，常在80以上，但天然含水率较小大部分为17一30，一般在20左右所以土常处于硬塑或坚硬状态，强度较高，内聚力较大，内摩擦角普遍较高，压缩性一般中等偏低，故常被简单认为是很好的地基。但在水量增加或结构扰动时、其力学性质向不良方向转化较明显。 4膨胀土的判别和胀缩性分级 根据膨胀土地区建筑技术规定GBJlll87的规定，膨胀土应是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。,具有下列工程地质特征的地区，且自由膨胀率大于或等于40的土，应判定为膨胀土：裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色钻土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；多出露于二级或一级以上阶地及山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；常见浅层塑性滑坡、地裂，新开控坑(槽)壁易发生坍塌等；建筑物裂缝随气候变化而张开相闭合。膨胀土的膨胀潜势可按表G8分为三类。,在我国，膨胀土基本上可分为三种类型：第一类是湖相沉积及其风化层，粘土矿物成分以蒙脱石为主自由膨胀率、掖限、塑性指数都较大，土的膨胀和收缩性最显著；第二类是冲积、冲洪积、坡积物等，分布在河流阶地上，粘土矿物成分以水云母为主，自由膨胀率和液限较大，土的膨胀与收缩性也显著；第三类是碳酸盐类岩石的残积、坡积及洪积的红粘土，液限高，但自由膨胀率经常小于40，常被判定为非膨胀性土；然而，其收缩性很显著，建筑物也受损害。故不能只按自由膨胀率判定，应根据当地经验综合判别。膨胀土工程地质分类如表69所示。 影响土的膨胀性和收缩性的主要因素有：土的粒度和矿物成分、土的天然含水率、结构状态及水溶液的介质等。,粘粒含量愈多，亲水性强的蒙脱石和水云母含量愈多，土的膨胀性和收缩性愈大。天然含水率愈小，可能吸水量愈大，故膨胀率可能愈大，但失水收缩则愈小。同一成分的土，吸水膨胀率将随天然孔隙比增大而减小，而收缩率则随着其增大而增大。因此，排列形式和胶结物类型都决定着土的胀缩特性。但是，土体发生膨胀或收缩变形是由于含水量的变化所致。这受自然条件或人为条件影响而发生变化，故土体产生膨胀或收缩变形的性质还与地形地势、土层分布、厚度、特性、气候条件、植物吸水及人为渗漏水等外部条件有关。 三、红土 1红上的成因类型和分布,红土是一种具有特殊工程地质性质的区域性特殊土，形成条件特殊，种类繁多，性质差别较大。 红土是在湿热气候条件下经历了定红土化作用而形成的一种含较多粘粒，富含铁、铝氧化物胶结的红色粘性土。红土化作用是化学风化最终阶段的一种作用。任何岩土，经过红土化作用(其中的盐基成分大量淋失，铁、铝显著累积)都可以形成硅铝比较小，粘土矿物以高岭石为主，活动性较低的红土。由于物质来源的差异及经历了不同程度的红土化作用，形成的红土类型不同：一类是各种岩石的残积(或局部坡积)风化壳上部的原生残积红土(经过再搬运而改造形成的，称次生红土)；一类是非残坡积成因，在氧化环境中经过搬运、沉积、红土化作用而形成的红土。,分布最广的红土有如下几类： (1)花岗岩残积红土：华南各地广泛分布着燕山期花岗岩类，发育着巨厚的红色风化壳，表层全风化带为残积土。根据其成分和结构特征，可分为均质红土、网纹红土和杂色粘性土，前两者统称残积红土。 (2)玄武岩残积红土：雷州半岛和海南岛北部，第四纪期间多期大面积喷发的玄武岩，经风化后，形成厚薄不等的风化壳，其表层的红色粘性土就是残积红土。南方其它地方也有零星分布。 (3)红层残积红土：华中、华南等地分布着第三系或侏罗-白至系的内陆盆地沉积的红色岩层，主要是砂岩、粉砂岩和泥岩等，所形成的红色风化壳的表层为土状带，其中粘性土即为残积红土。,(4)红粘土：在我国，红粘土是特指碳酸盐类岩石在亚热带温湿气候条件下，经残积或局部坡积所形成的褐红、棕红等色的粘性土，以贵州、云南、广西分布最广，川南、两湖、广东、江西也有分布，厚度变化很大；除残坡积成围外，还有洪积、冲积等不同成因的次生红粘上。 (5)冲积网纹红土：在我国华中、华南地区零星分布着一种以河流冲积相为主的中更新世地层(Q2al)。它是在高温湿润气候条件下地表浅部沉积物受红土化作用面形成的，一般是一套具有二元结构的棕红色粘性土和砂砾石层，红色粘性土即一般所谓的网纹红土或花斑土。 2红土的工程地质特性 各类红土都是热带、亚热带湿热气候条件下的产物，,风化程度高，矿物、化学成分变化强烈。碎屑矿物主要是石英和少量未风化长石；粘粒含量较多，粘土矿物以高岭石类为主，伊利石含量较少；含一定量的针铁矿和赤铁矿，部分含有三水铝石。化学成分以SiO2、A12O3、Fe2O3为主，其它RO、R2O3含量很少，硅铝比小，pH值低，有机质和可溶盐含量极少，比表而积及阳离子交换容量较低游离氧化物含量较高，尤其是游离氧化铁含量占全铁的50一80。总之，红土是以亲水性较弱的高岭石和石英为主，活动性较低，有铁质胶结的红色粘性土。 红土的粒度成分与母岩关系密切，砂岩、砾岩、花岗岩残积红土的粒度粗，砂砾含量多，粘粒含量较少(20一40)；碳酸盐类岩石和玄武岩残积红土，粒度细，粘粒含量多(40一80)。,红土的基本特性一般如下： (1)液限较大，含水较多，饱和度常大于80，土常处于硬塑至可塑状态； (2)孔隙比一般较大，变化范围也大，尤其是残积红土的孔隙比常超过0.9，甚至达2.0；前期固结压力和超固结比很大，除少数软塑状态红土外，均为超固结土，这与游离氧化物胶结有关；一般常具有中等偏低的压缩性； (3)强度变化范围大，一般较高，内聚力一般为l060kPa，内摩擦角为l 0 30 或更大； (4)膨胀性极弱，但某些土具有一定收缩性，这与粒度、矿物、胶结物情况有关；某些红土化程度较低的“黄层”收缩性较强，应划入膨胀土范畴； (5)浸水后强度一般降低。部分含粗粒较多的红土，,湿化崩解明显。 综上所述，红土是一种处于饱和状态、孔隙比较大、以硬塑和可塑状态为主、中等压缩性；较高强度的粘性土，具有一定收缩性。 3各类红土的不同特性及评价 各主要类型红土的工程地质特性。 (1)花岗岩残积红土：粒度粗，含较多砂砾，粘粒含量为10一40，主要矿物为石英和高岭石，含少量伊利石、针铁矿、三水铝石等。硅铝比小，亲水性弱，游离氧化物含量较多(8一14)。塑性不很强(液限为30一60，塑性指数为l0一25)，孔隙比大(0.7一1.1)，常处硬塑状态，胀缩性弱；压缩性中等，超固结比很大(2一13)，,内摩擦角大(20 35)，强度较高。 (2)玄武岩残积红土：粒度很细，粘粒含量较多(4070)，主要矿物为高岭石类、三水铝石、针铁矿或赤铁矿等。硅铝比很小，亲水性较弱，游离氧化物很多(11 20)，红土化程度高。塑性强(液限为35 85，塑性指数为1535)，孔隙比很大(多数大于l，最大可达2)，中等收缩性；由于含水情况不同，强度参数变化很大，值一般为1030 ；C值为10 60kPa。 (3)碳酸盐岩残积红土：红粘土分散度高(粘粒含量为40 80)，液、塑限大(液限为45 120，塑限为20 60)。碎屑矿物主要为石英、褐铁矿，粘土矿物为高岭石、绿泥石、伊利石等，有时合少量蒙脱石。,硅铝比最大，活性较高，含游离氧化物为4一10，低密实度(孔隙比为0.92.2)。天然含水率高，近饱和状态，稠度状态，贮层硬下层软，具有一定收缩性。裂隙发育，土体呈碎块状，中等压缩性，强度相对不低(值一般为10一20，C值为20一50kPa)。具有一定的结构强度，超固结比较大(2一l0)。由于母岩性质、地形地貌、气候条件的不同，各地红粘土的工程特性有差别(表610)。 (4)红层残积红土：砂岩残积红土，粒度较粗，粘粒较少，而泥质岩残积红土，粒度较细，粘粒较多。碎屑矿物为石英、长石，粘土矿物主要为高岭石和伊利石，一般粘粒含量为20一50。塑性中等(液限为30一60，塑性指数为1129)。孔隙比较低，含水较少，常处可塑和,硬塑状态，中等压缩性。砂岩残积红土，内摩擦角较大，内聚力小，一般无胀缩性，其特性接近花岗岩残积红土，而泥质岩残积红土，内摩擦角较小，内聚力稍大些，有弱膨胀性，其特性接近泥质灰岩残积红土。 (5)冲积网纹红土：湖南、江西等地的网纹红土(Q2al)是一种典型的老粘性土，自下而上逐渐由粗变细，粘粒含量一般为20一60，下部常为粉质亚粘土，处可塑状态；上部为粉质粘土，含水较少，为硬塑或坚硬状态。网纹红土胶结较好，抗水性较强，孔隙比较小，较密实，中等偏低压缩性，强度较高(C、值都较大)，前期固结压力很大，超固结比可达8或更大。 综合成因和工程特性，可将红土分为残坡积和非残坡,积(冲洪积)两大类。 残坡积红土的性质与其粒度、矿物成分密切相关，一种是粒度粗，石英含量多，塑性较弱，以亚粘土为主，强度较高，极弱胀缩性，如花岗岩残积红土、砂砾岩等碎屑岩残积红土；一种是粒度细，石英含量少，塑性较强，以粘土为主，强度稍低，具有弱中等胀缩性，部分应划入膨胀土范畴，如碳酸盐岩残积红土、玄武岩残积红土、凝灰岩残积红土及泥质岩残积红土。非残坡积红土的性质与其形成年代、胶结物及粒度关系密切，一种是年代较老的红土，如Q2一Q 3时期形成的网纹红土，胶结力强，强度高，无胀缩性，其性质接近典型老粘性土；一种是年代较新的红土，如Q4时期形成的红土化程度较低的冲洪积土及经过改造再沉积的次生红土，胶结力弱，连结差，强度,较低，可能有一定的胀缩性，其性质更接近一般粘性土。不能将红土土体视作均质体。应根据其所处的地形地貌单元、土的物质组成和土体结构，所处稠度状态及与下伏基岩的关系等，划分不同的土质单元。对不同土质单元采用不同指标进行评价，尤其是碳酸盐类岩石残坡积形成的红粘土，这个问题更为突出，表现在： (1)随着深度的加大，红粘土的天然含水率、孔隙比、压缩系数都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑可变为可塑、软塑，而强度则大幅度降低。 (2)由于地形地貌和下伏基岩的起伏变化，红粘土的性质变化也很大。地势较高者，由于排水条件好，天然含水率和压缩性较低，强度较高；而地势较低者则相反。下,伏基岩顶面起伏不同，也使红粘土的性质不同，相距很近就有很大变化，含水较多者一般位于溶沟溶槽等洼部，这些地方易积水，有时土处于软塑状态。 (3)不同成因类型的土也有差别。残积红粘土在地貌上呈溶蚀残丘或缓斜平台，土质较致密，但厚度变化悬殊；坡积红粘土多处于坡麓，较松散，结构性较差，下部有时夹软塑至流塑状粘土。 (4)强烈的失水收缩，使红粘土表层的裂隙很发育，破坏了土体的整体性，降低了土体强度，增强了透水性，这对于浅埋基础或边坡的稳定性都有影响。四、黄土类土,1分布和标志 黄土类土是一种特殊的第四纪大陆松散堆积物，在世界各地分布很广，性质特殊。我国黄土类土基本上分布在西北、华北和东北地区，这些地区位于我国大陆的内部西北沙漠区的外围东部地区，干旱少雨，具有大陆性气候的持点。 黄土类土是第四纪的产物，从早更新世Q1开始堆积，经历了整个第四纪，直到目前还没有结束。按地层时代及其基本特征，黄土类土可分为三类(表611)： (1)老黄土：一般没有湿陷性，土的承载力较高。其中，Q1午城黄土主要分布在陕甘高原，覆盖在第三纪红土层或基岩上；而Q2离石黄土分布较广，厚度也大，形成,黄土高原的主体，主要分布在甘肃、陕西、山西及河南西部等地。 (2)新黄土：广泛覆盖在老黄土之上，在北方各地分布很广，与工程建筑关系密切，一般部具有湿陷性。分布面积约占我国黄土的60，尤以Q3马兰黄土分布更广，构成湿陷性黄土的主体。 (3)新近堆积黄土：分布在局部地方，是第四纪最近沉积物，厚仅数米但土质松软，压缩性高，湿陷性不一，土的承载力较低。 各地区黄土类土的总厚度不一，一般说来，高原地区较厚，且以陕甘高原最厚，可达100 200m，而其他高原地区一般只有30100m。河谷地区的黄土总厚度一般只有几米到30米，且主要是新黄土，老黄土常缺失。,黄土类土的成因：尚未最终解决。般认为，黄土类土是在一定的自然条件下，由不同的物质来源，受不同的地质作用，分布在不同的地貌单元上的多种成因的堆积物。我国黄土类土主要是风积成因类型，也有冲积、洪积、坡积、冰水沉积等成因类型。 黄土类土的颜色主要呈黄色或褐黄色，以粉粒为主，富含碳酸钙，有肉眼可见到的大孔、垂直节理发育，浸湿后土体显著沉陷(称湿陷性)。具有上述全部特征的土即为“典型黄土”，与之相类似但有的特征不明显的土就称为“黄土状土”。典型黄土和黄土状土统称为“黄土类土”，习惯上常简称为“黄土” 。不管是典型黄土或黄土状土，作为黄土类土的主要标志是以黄色为主，粉质，富钙，大孔性，垂直节理发育和具有湿陷性。尤其是湿陷性对建筑物,有直接影响，因而，具湿陷性的黄土类土一般又称为“湿陷性黄土”。 2成分和结构特征 黄土在干燥时具有较高的强度，而遇水后表现出明显的湿陷性，这是由黄土本身特殊的成分、结构所决定的。黄土中含六十多种矿物，以碎屑矿物为主并含部分粘土矿物。碎屑矿物中主要为石英，长石(以正长石为主)，碳酸盐，还有少量云母类矿物和重矿物粘土矿物绝大多数为水云母，并有少量蒙脱石和高岭石等。易镕盐、中溶盐和有机物的含量较少，一般都不超过3。 黄土化学成分中含量最多的是SiO2(50一60)、Al2O3(8一15)和CaO(4一12)、这与黄土的主要矿物,是石英、长石、云母、碳酸钙有关。其次是Fe2O3、MgO、FeO、K2O、Na2O，其含量一般都小于6，这与含少量辉石、角闪石、铁矿类矿物有关。 黄土颗粒组成：由小于0.25mm的颗粒组成的，尤以0.10.01mm的颗粒占主要地位。粉粒含量常超过一半以上，甚至达到60 70，且其中主要是0.050.0lmm的粗粉粒；砂粒含量较少，一般很少超过20，甚至只有百分之几，且其中主要的是0.1一0.05mm的极细砂粒；粘粒含量变化较大，(从5到35)，最常见为15一25。 黄土结构体系：骨架颗粒，包括单个颗粒相颗粒集合体，它们的形态和连结形式影响到综构体系的胶结强度，它们的排列方式决定着结构体系的稳定性。湿陷性黄土,一般都形成粒状架空点接触或半胶结形式，湿陷程度与骨架颗粒的强度、排列紧密情况、接触面积和胶结物的性质和分布情况有关。 从结构排列和连结情况看，黄土是由石英和长石(还有少量的云母、重矿物和碳酸钙)的极细砂粒和粗粉粒构成基本骨架，其中，砂粒基本上互相不接触，分散在以粗粉粒所组成的架空结构中。以石英和碳酸钙等的细粉粒作为填充料，聚集在较粗颗粒之间。以水云母为主(还有少量的腐殖质和其他胶体)的粘粒和所吸附的结合水以及部分水溶盐作为胶结材料，依附在上述各种颗粒的周围，将较粗颗粒胶结起来，形成大孔和多孔的结构形式(图64)。,综上所述，黄土的成分和结构的基本特点是：以石英和长石组成的粉粒为主，矿物亲水性较弱，粒度细而均一，连结虽较强但不抗水；未经很好压实，结构琉松多孔，大孔性明显。所以，黄土具有明显的遇水连结减弱，结构趋于紧密的倾向。,3工程地质性质的基本特点 在天然状态下，黄土表现出如下一些特点： (1)塑性较弱。液限一般为2333、塑限常为1520，塑性指数多为813； (2)含水较少。天然含水率一般为1025，常处于半固态或硬塑状态，饱和度一般为3070； (3)压实程度很差。孔隙较大，孔隙率大，常为45一55(孔隙比为0.81.1)，干密度常为1.31.5gcm，； (4)抗水性弱。遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩较明显，遇水湿陷较明显； (5)透水性较强。由于大孔和垂直节理发育，故透水性比粒度成分相类似的一般粘性土要强得多，常具有中等,透水性(渗透系数超过10-3cms)，但具有明显的各向异性，垂直方向比水平方向要强得多，渗透系数可大致几倍至数十倍； (6)强度较高。尽管孔隙率很高。但压缩性仍属中等，抗剪强度较高(一般值为15 25，C值为0.030.06MP3)。但新近堆积黄土的土质松软，强度较低，压缩性较高。击实后的黄土，其强度增高，湿陷性减弱。 黄土的强度取决于土的类型、孔隙和含水情况。在含水率较小时，随着粘粒含量(或者塑性指数)的增大或均匀分布的碳酸钙含量的增多，土体强度增大。对同一成分的黄土，随着含水率的增大或孔隙的增多，土体强度降低。 天然状态下，黄土的主要特点是密实度低和含水少，透水强和强度高。但遇水后性质发生急剧变化，土体强度急剧降低，土体产生强烈沉陷变形。,4湿陷性的本质和湿陷系数 黄土在一定压力作用下，受水浸湿后结构迅速破坏而产生显著附加沉陷的性能，称为湿陷性，可以用浸水压缩试验求得的湿陷系数评价。天然黄土样在某压力P作用下压缩稳定后(这时土样高度为hp)，不增加荷重而将土样浸水饱和，土样产生附加变形(这时测得土样的高度hp )， hp和hp 之差愈大，土的湿陷愈明显。一般用hp和hp 之差(湿陷值)与土样原始高度h0之比来衡量黄土的湿陷程度，这个指标叫“湿陷系数”即,s值愈大，说明黄土的湿陷性愈强烈。但在不同压力下，黄土的是不一样的，一般以0.2MPa压力作用下的s作为评价黄土湿陷性的标准。黄土的湿陷系数s 0.015时，则认为该黄土为湿陷性黄土，且该值愈大，黄土湿陷性愈强烈。工程实践中还规定， s为0.015一0.03时，湿陷性轻微； s为0.03一0.07时，湿陷性中等；s 0.07时，湿陷性强烈。 s 0.015时则为非湿陷性黄土，可按一般土对待。 湿陷是在一定压力作用下，由于水的渗入而使土的连结显著减弱的种特殊变形。一般压缩变形是随荷重的增加变形量增大，而水的连结阻力的减小是不显著的，压缩变形是逐渐进行的，而且过程较长；而湿陷变形是在荷重没有变化的情况下，由于水的渗入而使连结阻力显著减,弱，致使浸湿前后连结变化很大，所以湿陷变形往往在较短时间内形成，且变形量很大。 黄土具有明显的遇水连结减弱、结构趋于紧密的有利于湿陷的特殊成分和结构，这是黄土产生湿陷的最根本原因。一般说，低塑性、低含水率、低密实度的黄土常具有湿陷性。 压力的大小、水的数量和质量、水流方向和速度等都影响着黄土的湿陷性，它们影响变形的大小和快慢。 渗入黄土中的水，使胶结土粒的凝胶变为溶胶，部分中、易溶盐被溶解带走，使结合水膜加厚。因此，胶结连结部分被破坏，水连结减弱，结构被严重破坏，甚至渗透水流速度较大时，会带走某些细颗粒。同时，水的渗入，,可以增大土的自重，使压力增加，因而影响黄土的湿陷量。 在不同的压力作用下土的湿陷系数是不一样的。当压力较小时，湿陷量较小随着压力的增大，湿陷量逐渐增加；当压力超过某值时，湿陷量急剧增大，结构迅速地、明显地破坏。这个开始出现明显湿陷的压力，称为湿陷起始压力ps。在浸水压缩试验后所作的湿陷系数s与压力p关系曲线上，找出与s0.015对应的压力，作为湿陷起始压力。在该压力下浸水，土呈明显的湿陷现象。表612是我国西北三个地区黄土湿陷起始压力与土的特征的关系。,5黄土的自重湿陷和非自重湿陷 工程实践中发现，在某些黄土地区出现如下现象：由于洼地积水造成地面下沉，或因水管漏水波及建筑物地基使建筑物发生很大裂缝，以及路基发生局部严重坍塌等；而在另一些地区则没有这种现象发生。这就必须区分这两种不同湿陷情况的黄土，即自重湿陷和非自重湿陷黄土。,黄土受水浸湿后，在上部土层的饱和自重压力作用下而发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土的湿陷起始压力较小，低于其上部土层饱和自重压力； 受水湿陷后，在上部土层饱和自重力作用下不发生湿陷的黄土，称为非自重湿陷性黄土。非自重湿陷性黄土的湿陷起始压力一般较大，高于其上部土层的饱和自重压力。 划分非自重湿陷性和自重湿陷性黄土，可取土样在室内作浸水压缩试验，在土的饱和自重压力下测定土的自重湿陷系数zs，即：,式中：hz保持天然含水率和结构的土样，加压至土的 饱和自重压力时，下沉稳定后的高度，cm hz 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； h。土样的原始高度，cm。 测定自重湿陷系数用的自重压力，自地面算起，至该土样顶面为止的上覆土的饱和Sr85)自重压力。当zs0.015时，应定为非自重湿陷性黄土；当zs 0.015时，应定为自重湿陷性黄土。 6我国某些地区黄土特性及其湿陷性 黄土的湿陷性一般是自地表向下逐渐减弱，埋深七八米,以上的黄土湿陷性较强。不同地区、不同时代的黄土是不同的，这与土的成因、成岩作用、所处环境等条件有关。,五、盐渍土 1形成条件 地表土层易溶盐含量大于0.5的土称为盐渍土。由于它发育在地表，与道路等表层建筑有密切关系。 盐渍土，按地理分布可分为滨海盐渍土、冲积平原盐渍土和内陆盐渍土等类型。我国盐渍土分布很广，主要分布在江苏北部和渤海西岸，华北平原的河北、河南、山西等省，东北松辽平原西部和北部，西北和内蒙古等省、自治区，尤以西北地区最发育。 盐渍土的形成及其所含盐的成分和数量与当地的地形地貌，气候条件，地下水的埋藏深度和矿化度，土壤性质和人类活动有关。滨海盐渍土主要是海水浸入到沿岸地,区，经过蒸发，盐分残留地面而形成。冲积平原盐渍土主要是由于河床淤积抬高或水库渠道渗漏等使沿岸地下水位升高，地下水通过毛细上升作用不断将盐分输送到地表土层，经过蒸发，盐分集聚而形成。内陆盐渍土主要是由内陆洼地矿化潜水蒸发残留盐分形成的，或是封闭盆地中水分蒸发盐分沉积而成。 盐渍土的厚度并不很大，一般分布在地表以下24m，内陆盐湖区盐渍土厚度则可达数十米，这与地形地貌、气候条件、地下水埋藏深度和土的毛细上升高度有关。土的含盐量主要是近地表处较多，向深处盐分逐渐减少。但季节变化很大，旱季盐分向地表大量聚积，表层含盐量增高；雨季盐分被水冲洗淋滤下渗，表层含盐量减少。,盐渍土的特点是干旱时具有较高的强度，潮湿时强度减弱、压缩性增强，具有溶陷性而且与所含盐的成分和数量有关。 2类型及其特性 盐渍土的性质与所含盐的成分和含盐量有关。土中的盐类主要是氯盐、硫酸盐和碳酸盐三类。这几类盐有不同特性，对土的影响不相同。 氯盐主要有NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2等，具有很大的溶解度(330一750 gdm3)，易随水分流动而迁移；具有强烈的吸湿性，能从空气中吸收水分以含氯盐为主的盐渍土，在干燥时具有良好的工程地质性质：强度高，且因吸湿面保持了一定的水分，填土易于压实；但是，当,潮湿时，氯盐很易溶解而土被泡软，盐渍土具有很大的塑性和压缩性，强度大大削减，稳定性被破坏。含氯盐盐渍土，由于吸湿性而常处于潮湿状态，故称为“湿盐土”。 硫酸盐主要有Na2SO4和MgSO4也具有很大的溶解度(110一350 gdm3)，且随温度的变化显著。硫酸盐结晶时具有结合一定数量水分子的能力。含硫酸盐的盐渍土，有时由于昼夜温差变化而产生胀缩现象。例如，晚上温度较低，硫酸盐结晶而膨胀，盐渍土体积也随之膨胀；白天温度较高，硫酸盐又脱水成粉末状固体或溶于水溶液中，体积缩小。这种周期性的变化，使土的结构被破坏，产生松胀现象，故以含硫酸盐为主的盐渍土又称为“松胀盐土”。干燥时，土层松散；潮湿时，土被泡软，失去承载力。,碳酸盐主要有NaHCO3：和Na2CO3，也具有较大的溶解度(如Na2CO3的溶解度为215gdm3计)，其水溶液具有较大的碱性反应。含碳酸盆的盐渍土具有明显碱性反应，故又称为“碱土”。干燥时，致密坚硬，强度较高；潮湿时，具有很大的亲水性，塑性、膨胀性、压缩性都很大，稳定性很低，不易排水，很难干燥，道路工程因而泥泞不堪。 此外，土中还含有少量的中溶盐和难溶盐CaSO4和CaCO3，其溶解度较低，在土中一般起胶结作用和凝聚作用，相对于易溶盐具有较好的性质，干时土致密坚硬，潮湿时也不疏松。 由上述可见，盐渍土中所含盐分及其数量对土的工程地质性质影响很大，从工程地质观点(主要考虑到道路工,程)，盐渍土可按含盐成分及含量进行分类(表616)。 盐渍土中易溶盐含量小于0.5时，对土性质的影响较小；超过此量时，盐分对于土的性质影响就很明显。它改变了土的成分，影响了土的结构，从而影响了有关的性质，在干燥时，随着盐分的增多，土的强度增大而承载能力提高，但浸湿时压缩性增大而强度降低，稳定性很差，由于溶陷作用而增大土体变形量。此外，盐渍土及其中的地下水对地下建筑结构材料有腐蚀性。超盐渍土一般不能作为路堤填料。在水分缺乏地区，超盐渍土作为材料效果很好，甚至加大氯盐含量效果更好。,六、人工填土 人工填土是指由于人类活动而堆填的土。对人工填土作如下分类： (1)素填土：主要由粘性土、砂或碎石组成夹有少量碎砖、瓦片等杂物，有机质含量不超过10。素填土，按其堆积年限分为新素填土和老素填土两类。当年限不易确定时，可根据其孔隙比指标判定其类别。粘性老素填土，堆积年限在10 a以上，或孔隙比1.10；非粘性老素填土：堆积年限在5a以上，或孔隙比1.00；新素填土：堆积年限少于上述年限或指标不满足上列数 值的素填土。经分层辗压或夯实的填土称为压实填土。,(2)杂填土：主要为建筑垃圾、生活垃圾或工业废料等，它们各自的特征是： 建筑垃圾杂填土：主要由房渣土组成，其中碎砖、瓦片等杂物约占40以上。碎砖、石、砂等含量愈多，土质愈松散。 生活垃圾杂填土：主要由炉灰、煤渣和莱皮等有机杂物组成，其中含有未分解的有机质，组成物杂乱和松散。 工业废料杂填土：主要为矿渣、炉渣、金属切削丝和其它工业废料所组成。 (3)冲填土：用水力冲填法将水底泥砂等沉积物堆积而成的。按冲填堆积年限可分为老冲填土(冲填时间在5a以上者)和新冲填土。,人工填土的最基本特点：不均匀性、低密实度、高压缩性和低强度，有时具有湿陷性。 人工填土的不均匀性表现在颗粒成分的不均匀、压实度的不均匀，以及分布和厚度等的不均匀。人工填土的颗粒成分很复杂，排列又无规律，瓦砾、石块间常有很大空隙，且无充填物充填，所以直接影响到密实度的不均匀性。 人工填土的孔隙比很大，压缩变形强烈，强度低。这与组成物质、排水情况、堆填年限、松密程度等因素有关。 某些干的或稍湿的人工填土具有浸水湿陷的待性。,七、冻土 1. 冻土的形成条件 在寒冷地区、当气温低于0时，土中液态水冻结为固态冰冰胶结了土粒形成的一种特殊连结的土，称为冻土。当温度升高时，土中的冰融化为液态水，这种融化了的土称为融土，其中所含水分比未冻结前的土中水分增加很多。所以，冻土的强度较高压缩性很低；而融土的强度剧烈变低，压缩性大大增强。冻结时，土中水分结冰膨胀，土体积随之增大，地基被隆起；融化时，土中的水分融化，土体积缩小，地基沉降。土的冻结和融化，土体膨胀和缩小，常给建筑物带来不利的影响，导致破坏。,土中水结成冰与冰融化为水是土中温度降低与升高的结果，是土体的热动态变化促使土中的水的物理状态的变化使土的力学性质剧烈变化。土体的热动态与当地气候条件有关，故土的冻结情况各地不同。冬季冻结，春季融化冻结和融化具有季节性，这是最常见的现象，这种冻结的土叫“季节冻土”。多年冻结(3a以上)而不融化的冻土称为“多年冻土”。 土在冻结过程中，不单纯是土层中原有水分的冻结。 还有未冻结土层中水向冻结土层迁移而冻结。所以，土的冻胀不仅仅是水结冰时体积增加的结果，更主要的是水分在冻结过程中由下部向上部迁移富集再冻结的结果。结合水的存在，毛细水不断的补给，合适的冻结温度和一定的时间，是大量水迁移的必要条件。土中水的迁移取决,于当地的土质条件和水文地质条件。只有在一定的低温、合适的土质条件和地下水埋藏较浅的情况下，土的冻胀才最强烈。此外，地形、植物及雪覆盖情况，也影响到温度的变化，对土的冻胀也有影响。2土的冻胀性及其危害 土的冻胀是冻土区各种建筑物破坏的主要原因。冻胀使地基隆起，融化使地基沉降。由于冻胀和融化在建筑物地基下面各处并不均一，往往使建筑物造成严重的破坏。此外，冻结过程中土与基础连在一起基础可能因土的冻胀而被抬起、开裂和变形。土冻胀愈明显，对建筑物的危害可能性