第四章特特殊土的工程程地質特征第一節概概述一、特殊土的的概念我國幅員廣大大，地質條件件復雜，分布布土類繁多，，工程性質各各異。有些土類，由由于地理環境、氣氣候條件、地地質成因、物物質成分及次次生變化等原原因而各具有與一般土類顯顯著不同的特殊工程性性質，當其作作為建筑場地地、地基及建建筑環境時，，如果不注意意這些特點，，并采取相應應的治理措施施，就會造成成工程事故。。——具有一定分布布區域或工程程意義上具有有特殊成分、、狀態和結構構特征的土稱稱特殊性土.黃土紅粘土軟土（包括淤泥和和淤泥質土））凍土膨脹土鹽漬土混合土填土污染土根據工程特性性二、特殊土的的分布在我國，特殊殊土都有一定定分布區域：：沿海及內陸地地區各種成因因的軟土：主要分布于西西北、華北等等干旱、半干干旱氣候區的的黃土；西南亞熱帶濕濕熱氣候區的的紅粘土；主要分布于南南方和中南地地區的膨脹土；高緯度、高海海拔地區的多年凍土一、淤泥類土土(軟土)（一）形成條條件和成分結結構特點淤泥類土是指指在水流緩慢慢、不通暢、、缺氧和飽水水的環境中沉沉積，有微生生物參與作用用的條件下，，含較多的有有機質，疏松松軟弱的土。。第二節特殊殊土的工程地地質特性天然孔隙比大大于1,含水量大于液液限.其中：孔隙比大于1.5的稱為淤泥.孔隙比大于1而小于1.5的稱為淤泥質土.當土中有機質質含量[5%，10%]，稱有機質土；當有機質含量量（10%，60%]時稱泥炭質土；當有機質含量量（60%，）時，稱泥炭。泥炭是未充分分解解的植物遺體體堆積而成的的一種高有機機土，呈深褐-黑色。其含水量極高，，壓縮性很大大且不均勻，往往以夾層層或透鏡體構構造存在于一一般粘性土或或淤泥質土層層中，對工程極為不不利。軟土的物質組組成和結構特特點：1．粒度上主要是粘粒和和部分粉粒。。2．含大量粘土土礦物和部分石英、、長石、云母母；有機質含含量較多（5％～15％）。3．呈灰、灰綠綠和灰黑等暗暗淡的顏色，污染手指并并有臭味。4．結構常為蜂蜂窩狀、疏松松多孔，定向排列明明顯、層理較較發育，常具具薄層狀構造造。我國淤泥類土土基本上可以以分為兩大類類：一類是沿海沉沉積淤泥類土土；一類是內內陸和山區湖湖盆地及山前前谷地沉積的的淤泥類土。。沿海沉積的淤淤泥類土，分布較穩定定，厚度較大大，土質較疏疏松軟弱；大大致可分為四四個類型：1．瀉湖相沉積積2．溺湖相沉積積3．濱海相沉積積4．三角洲相沉沉積分布在內陸平平原區地淤泥泥類土主要有有：（1）湖泊（2）河漫灘（3）牛軛湖河漫灘相沉積積物：一般為粘性土土，有時有粉粉土和粉、細細砂夾層，土土層厚度較大大，分布也較較穩定。牛軛湖相是由含有大量量有機質的粘性土和粉、、細砂組成的，并常常有泥炭層分布，土層的工程性性質較差，也也較復雜。（二）工程地地質性質的基基本特點1、高孔隙比、、飽水、天然然含水率大于于液限孔隙比常見值值為1.0～2.0；液限一般為40％～60％;飽和度一般>90％;天然含水率多多為50～70％。未擾動時，處處于軟塑狀態態，一經擾動動，結構破壞壞，處于流動動狀態。2、透水性極弱弱：一般垂直方向向的滲透系數數較水平方向向小。3、高壓縮性：：a1~2一般為0.7～1.5Mpa－1，且隨天然含水水率的增大而增大大。4、抗剪強度很很低，且與加加荷速度和排排水固結條件件有關不排水：三軸快剪,0o左右；直剪，，2o～5o，c＝0.02Mpa；在排水條件下下，抗剪強度隨隨固結程度提提高而增大，，固結快剪的10o～15o，c＝0.02Mpa。5、較顯著的觸觸變性和蠕變變性二、黃土黃土在一定壓壓力作用下受受水浸濕，土土結構迅速破破壞而發生顯顯著附加下沉沉，具有這種種特性的黃土土，稱濕陷性黃土。1、分布與特征征作為濕陷性土土的典型代表表——黃土，在全世世界的分布比比較廣泛的，，據某些學者者估計，黃土的覆蓋面面積在整個歐歐洲約占10％，亞洲約占占30％；我國黃土分布布面積達60萬平方公里，，其中有濕陷陷性的約為43萬平方公里。。主要分布在黃黃河中游的甘肅、陜西西、晉、寧、、河南、青海海等省區。地地理位置屬于于干旱與半干干旱氣候地帶帶。其物質主主要來源于沙沙漠與戈壁。。我國濕陷性黃黃土的固有特特征有：1）黃色、褐黃色、灰灰黃色；2）粒度成分以粉土顆粒（（0.05～0.005mm）為主，約占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大大；4）含有較多的可可溶性鹽類：重碳酸鹽、、硫酸鹽、氯氯化物；5）具垂直節理；6）一般具肉眼可見的大大孔。黃土結構示意意圖濕陷黃土的工工程特征：1）塑性較弱；2）含水較少；3）壓實程度很差，孔隙較較大；4）抗水性弱，遇水強烈崩崩解，膨脹量量較小，但失失水收縮量較較明顯；5）透水性較強；6）壓縮中等，抗剪強度較高。2、成因我國黃土的粒粒度成分具有有自西北向東東南逐漸變細細的規律，并并可大致分三三個弧形帶。。從物質的主導導來源而言，，應認為絕大部分黃土土是風成的。。3、地質年代黃土在整個第第四紀的各個個世中均有堆堆積，而各世中黃土土由于堆積年年代長短不一一，上覆土層層厚度不一，，其工程性質質不一。一般黃土（全新世早期期～晚更新期期）與新近堆堆積黃土（全全新世近期））具有濕陷性性。而比上兩者堆堆積時代更老老的黃土，通通常不具濕陷陷性。4、濕陷性評價價在黃土地區勘勘察中，濕陷陷性評價正確確與否直接影影響設計措施施的采取。黃土的濕陷性性計算與評價價，按一般的的工作次序，，其內容主要要有：（1）判別濕陷性性與非濕陷性性黃土；（2）判別自重與與非自重濕陷陷性黃土；（3）判別濕陷性性黃土場地的的濕陷類型；；（4）判別濕陷等等級；（5）確定濕陷起起始壓力等。。（1）濕陷性與非非濕陷性黃土土的判別黃土的濕陷性性試驗是在室內的固固結儀內進行行的，其方法法是：分級加加荷至規定壓壓力，當下沉沉穩定后，使使土樣浸水直直至濕陷穩定定為止，其濕濕陷系數的計計算式是：式中：h0：原狀土樣的的原始高度，，cmhp：原狀土樣在在規定壓力下下，下沉穩定定后的高度，，cmhp,：上述加壓穩穩定后的土樣樣，在浸水作作用下，下沉沉穩定后的高度度，cm利用濕陷系數數的值，可判判定黃土是否否有濕陷性:當δs<0.015時，為非濕陷性黃土土δs≥0.015時，為濕陷性黃土，且該值越大大，濕陷性越越強烈。工程實際中還還規定(一般壓力為200kPa作用下)：濕陷系數為0.015～0.03時，濕陷性輕微，0.03～0.07時，濕陷性中等；>0.07時，濕陷性強烈。。（2）自重與非自自重濕陷性黃黃土的判別自重濕陷性：：當某一深度處處的黃土層被被水浸濕后，，僅在其上覆覆土層的飽和自重壓力力下產生濕陷變變形的，稱自自重濕陷性。。非自重濕陷性性黃土：當某一深度處處的黃土層浸浸水后，除上上覆土的飽和和自重外，尚尚需要一定的的附加荷載（（壓力）才發發生濕陷的，，稱非自重濕濕陷性。測定方法：也是在室內固固結儀上進行行，即分級加加荷至上覆土土層的飽和自自重壓力，當當下沉穩定后后，使土樣浸浸水濕陷達穩穩定為止。自重濕陷系數數的計算公式式：式中：h0：土樣的原始高高度，cmhz：原始土樣加壓壓至上覆土的的飽和自重壓壓力時，下沉沉穩定后的高高度，cm；hz,：上述加壓穩定定后的土樣，，在浸水作用用下，下沉穩穩定后的高度度，cm當<0.015時，定為非自重濕陷性性黃土。≥0.015時，為自重濕陷性黃黃土。黃土的濕陷性性一般是自地表以下逐逐漸減弱，埋深七、八八米以上的黃黃土濕陷性較較強。不同地區，不不同時代的黃土是不同同的，這與土土的成因，固固結作用、所所處的環境等等條件有關。。三、膨脹土在工程建設中中，經常會遇遇到一種具有有特殊變形性性質的粘性土土，它的體積隨含水量量的增加而膨膨脹，隨含水水量減少而收收縮，并且這種作作用循環可逆，具有這種膨膨脹和收縮性性的土，即稱稱為膨脹土。（一）分布和成成因膨脹土一般分分布在盆地內崗，山前丘陵地帶和二、三級階地地上。大多數是上更新世及以以前的殘坡積、沖積積、洪積物，也有晚第三紀至第第四紀的湖泊沉積及其風化層。（二）成分和和結構特征（1）從巖性上看看，以粘土為為主，具有黃、紅、、灰、白等色色，土中含有有較多的粘土土，粘土占總總數的98%，粘土礦物多多為蒙脫石、、伊利石和高高嶺石。蒙脫石含量越越多，膨脹性性越強烈。（2）結構致密，，呈堅硬～硬塑塑狀態，強度度較高，內聚聚力較大。（3）裂隙發育，豎向、斜交交和水平三種種均有，可見見光滑鏡面和和擦痕。（4）富含鐵、錳錳結核和鈣質質結核。（5）化學成分為SiO2(45%~66%)、Al2O3(13%~31%)、Fe2O3(3~15%)、硅鋁率K＝3～5。（三）一般工工程地質特征征膨脹土的液限限、塑限和塑塑性指數都較較大：液限為40％～68％，塑限為17%～35％，塑性指數數為18～33。膨脹土的飽和和度一般較大大，常在80％以上，天然然含水率較小小，17％～30％。膨脹土的脹縮縮性常為該類地基基的工程地質質問題.（四）膨脹土土的判別凡是具有前面面所述的特征征，且自由膨膨脹率Fs大于40％者，應判定定為膨脹土。。“自由膨脹率率Fs”：系指人工制備備的烘干土，，在水中增加加的體積與原原體積的比，，以百分率表表示。四、紅粘土紅粘土是指碳酸鹽類巖石（石灰巖巖，白云巖，，泥質灰巖等等），在亞熱帶溫濕氣氣候條件下，經風化而成的殘積、坡積積或殘～坡積積的褐紅色、、棕紅色或黃黃褐色的高塑性粘土。（一）成因和和分布成因類型：殘積、坡積、、和殘～坡積積。上部為坡坡積，下部為為殘積的情況況居多。主要分布：云南、貴州、、廣西、安徽徽、四川東部部等。（二）成分和和結構特征紅粘土的粘粒粒組分（粒徑<0.005mm）含量高，一般般可達55～70％，粒度較均均勻，高分散散性。粘土顆粒主要是多以高高嶺石和伊利利石類粘土礦礦物為主。主要化學成分分為：SiO2(33.5~68.9%)、Al2O3(9.6~12.7%)、Fe2O3(13.4~36.4%)、硅鋁率一般均均小于2。常呈蜂窩狀結結構，常有很很多裂隙（網網狀裂隙）、、結核和土洞洞。（三）工程地地質性質的基基本特點1、高塑性液限一般為50~80%，塑限為30～60％，塑性指數數一般為20～50。2、高含水率、、低密度天然含水率一一般為30％～60％，飽和度>85％，密實度低低，大孔隙明明顯，孔隙比比>1.0；液性指數一一般都小于0.4；堅硬和硬塑塑狀態。3、強度較高，，壓縮性較低低固結快剪:Φ值8o～18o，c值可達0.04～0.09MPa，多屬中壓縮性性土或低壓縮縮性土，壓縮縮模量5～15MPa。4、不具濕陷性性，但收縮性明顯，，失水后強烈烈收縮，原狀狀土體縮率可可達25％。紅粘土具有這這些特殊性質質，是與其生生成環境及其其相應的組成成物質有關。。（1）沿深度上，，隨著深度的加加大，紅粘土土的天然含水水率、孔隙比比、壓縮系數數都有較大的的增高，狀態態由堅硬、硬硬塑可變為可可塑、軟塑，，而強度則大大幅度降低。。（2）在水平方向向上，由于地形地貌貌和下伏基巖巖起伏變化，，性質變化也也很大，地勢較高的，由于排水條條件好，天然然含水率和壓壓縮性較低，，強度較高，，而地勢較低的的則相反。五、人工填土土人工填土是一一種特殊性土土。它是由于人類類活動任意堆堆填而成的土土。在我國大多數數古老城市的地表面，普普遍覆蓋一層層人工雜填土土堆積層。這這種填土無論論其物質組成成，分布特征征和工程性