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1、特殊条件下的岩土工程,主讲人：李显忠 研究员,第一节 特殊性岩土,复习要点： 熟悉软土、湿陷性土、膨胀性岩土、红粘土、填土、盐渍岩土、多年冻土、混合土、分化岩和残积土等特殊性岩土的基本特征、勘察要求、试验方法和分析评价； 掌握特殊岩土的工程设计计算及工程处理方法。,一、软土,1软土的基本特征 天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土称之为软土。它包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土。天然含水量大，细粒含量多是软土特性的根本所在。 软土具有如下工程特征： 触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性、不均匀性。,2软土勘察工作量的布置 1）软土地区勘察宜采用钻探取样与静力触探结合的手
2、段。勘察点的布置应根据土的成因类型和地基复杂程度确定。当土层变化较大或有暗埋的塘、浜、沟、坑、穴时，应加密。 2）软土取样应用薄壁取土器。 3）钻进方式应采用回转方式钻进、泥浆护壁。 4）软土原位测试宜采用静力触探、十字板剪切试验和旁压试验、扁铲侧胀试验和螺旋板载荷试验。,二、湿陷性土,湿陷性土包括：湿陷性黄土和湿陷性碎石土、湿陷性砂土及其它需要现场测定湿陷性的土。 一般分布于干旱和半干旱地区,1湿陷性黄土的基本特征 黄土按成因分为原生黄土和次生黄土，一般认为不具层理的风成黄土为原生黄土。原生黄土经过流水冲刷、搬运和重新沉积而形成的为次生黄土，具有层理，并含有砂砾和细砾。 1）黄土的结构由骨架
3、颗粒、黏胶粒及碳酸盐组合而成，结构强度明显。 2）孔隙比变化在0.851.24之间，孔隙愈大，湿陷性愈强 3）天然含水量低时，结构强度较高，湿陷性强烈，随着含水量增大，结构强度降低，湿陷性减弱。 4）压缩系数一般介于0.11.0MPa-1之间，新近堆积黄土一般具有高压缩性。,2湿陷性黄土的勘察 1）采取不扰动土试样必须保持其天然湿度好结构（级土试样）。探井中取样竖向间距一般为1m，土样直径不应小于10cm。 2）为评价地层均匀性和土的力学性质，勘探点中应有一定数量的静力触探孔，并可采用标准贯入试验或旁压试验等原位测试手段。 3）室内测定湿陷系数的压力，应自基础底面算起，10m以内应用200kP
4、a; 10米以下，应用其上覆土的饱和自重压力。湿陷起始压力可采用室内试验（单线法、双线法）和现场载荷试验（单线法、双线法、饱和曲线法）进行。,三、膨胀岩土,1.含有大量亲水粘土矿物，湿度变化时，有较大体积变化，膨胀变形受约束时，产生较大内应力的岩土称为膨胀性岩土。 2结构特征 膨胀土多呈坚硬硬塑状态，结构致密，或棱形土块者常具有膨胀性。棱形土块越小，膨胀性越强，土内分布有裂隙，斜交剪切裂缝越发育，膨胀性越严重。,四、红粘土,红粘土的基本特征 碳酸盐系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色，液限等于或大于50%的高塑性粘土称为红粘土。红粘土经搬运、沉积后仍保留其基本特征，且液限大于45%
5、的土，称为次生红粘土。 1）土的天然含水量、孔隙比、饱和度以及液限、塑限很高，但却具有较高的力学强度和较低的压缩性。 2）各种指标的变化幅度很大，具有高分散性。 3）具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的特征。 4）透水性微弱，多为裂隙潜水和上层滞水。,五、其它特殊土,除前述四种特殊性岩土，还有填土、盐渍岩土、多年冻土、混合土、风化岩和残积土。 (从略),第二节 岩溶与土洞,复习要点： 了解岩溶与土洞的发育条件与规律； 了解岩溶与土洞的塌陷机理； 掌握岩溶地区不同勘察阶段的勘察评价方法； 掌握岩溶与土洞的处理方法。,一、岩溶与土洞的发育条件与规律 铁路工程地质勘察规程条文说明 5.6.1 岩溶又称
6、喀斯特是可溶性岩层如碳酸盐类的石灰岩、白灰岩以及碳酸盐类的石膏等受水的化学和物理作用产生沟槽、裂隙和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用的总称。 岩溶发育条件 1）具有可溶性岩层 2）具有溶解能力（含CO2）和足够流量的水； 3）地表水由下渗，地下水有径流的途径。 三者缺一不可。,二. 岩溶的类型和形态,铁路工程地质勘察规程 5.6.2 根据岩溶埋藏条件可分为裸露型岩溶、覆盖型岩溶好埋藏型岩溶；根据岩溶发育强度可分为强烈发育、中等发育、弱发育和微弱发育的岩溶。 铁路工程不良地质勘察规程 8.1.3 岩溶的分类和分级应符合附录E的规定。内容略。 公路工程地质勘察规程 A.
7、3.1 岩溶公路工程地质分类（见表A.3.1从略） A.3.2 岩溶地貌分类,3.岩溶与土洞的塌陷机理 （从略）,4.岩溶地区不同勘察阶段的勘察,岩土工程勘察规范 5.1.2 岩溶勘察宜采用工程地质测绘和调查、物探、钻探等多种手段结合的方法进行，并应符合下列要求： 1 可行性研究勘察应查明岩溶裂隙、土洞的发育条件，并对其危害程度和发育趋势做出判断，对场地的稳定性好工程建设的适宜性做出初步评价。 2初步勘察应查明岩溶洞隙及其伴生土洞、塌陷的分布、发育程度和发育规律，并按场地的稳定性和适宜性进行评价。 3详细勘察应查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、埋深，岩溶堆填物性状和地下水
8、特征，对地基基础的设计和岩溶的治理提出建议。 4施工勘察应针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。当采用大直径嵌岩桩时，尚应进行专门的桩基勘察。,5.1.3 岩溶场地的工程地质测绘和调查，除应遵守本规范第8章的规定外，尚应调查下列内容： 1.岩溶洞隙的分布、形态和发育规律； 2岩面起伏、形态和覆盖层厚度； 3地下水赋存条件、水位变化和运动规律； 4岩溶发育与地貌、构造、岩性、地下水的关系； 5土洞和塌陷的分布、形态和发育规律； 6土洞和塌陷的成因及发展趋势； 7当地治理岩溶、土洞和塌陷的经验。,5.1.4 可行性研究和初步勘察宜采用工程地质测绘和综合物探为主，勘探点的间距不应大于本规范第
9、4章的规定，岩溶发育地段应予加密。测绘和物探发现的异常地段，应选择由代表性的部位布置验证性钻孔。控制性勘探孔的深度应穿过表层岩溶发育带。 5.1.5详细勘察的勘察工作应符合下列规定： 1勘探线应沿建筑物轴线布置，勘探点间距不应大于本规范第4章的规定，条件复杂时每个独立基础均应布置勘探点； 2勘探孔深度除应符合本规范第4章的规定外，当基础底面下的土层不符合本节5.1.10条第1款的条件时，应有部分或全部勘探孔钻入基岩。 3当预定深度内有洞体存在，且可能影响地基稳定时，应钻入洞底基岩面下不少于2m，必要时应圈定洞体范围； 4对一柱一桩的基础，应逐柱布置勘探孔； 5在土洞和塌陷发育地段，可采用静力触
10、探、轻型动力触探、小口径钻探等手段，详细查明其分布。,6.当需查明断层、岩组分界、洞隙和土洞形态、塌陷等情况时，应布置适当的探槽或探井； 7物探应根据物性条件采用有效方法，对异常点应采用钻探验证，当发现或可能存在危害工程的洞体时，应加密勘探点； 8凡人员可以进入的洞体，均应土洞勘察，人员不能进入的洞体，宜采用井下电视等手段探测。,5.1.6 施工勘察工作量应根据岩溶地基设计好施工要求布置。在土洞、塌陷地段，可在已开挖的基槽内布置触探或钎探。对重大或荷载较大的工程，可在槽底采用小口径钻探，进行检测。对大直径嵌岩桩，勘探点应逐桩布置，勘探深度应不小于底面以下3倍并不应小于5m，当相邻桩底的基岩面起
11、伏较大时，应适当加深。,5.1.7 岩溶发育地区的下列部位宜查明土洞和土洞群的位置： 1土层较薄、土中裂隙及其下岩体洞隙发育部位； 2岩面张开裂隙发育，石芽或外露的岩体与土体交接部位； 3两组构造裂隙交汇处和宽大裂隙带； 4隐伏溶沟、溶槽、漏斗等，其上有软弱土分布的负岩面地段； 5地下水强烈活动于岩土交界面的地段和大幅度人工降水地段； 6低洼地段和地表水体近旁,5.1.8岩体勘察的测试和观测宜符合下列要求： 1当追索隐伏洞隙的联系时，可进行联通试验； 2评价洞隙稳定性时，可采取洞体顶板岩样和充填物土样作物理力学性质试验，必要时可进行现场顶板岩体的载荷试验； 3当需查明土的性状与土洞形成的关系时
12、，可进行湿化、涨缩、可溶性和剪切试验； 4当需查明地下水的动力条件、潜蚀作用，地表水与地下水联系，预测土洞和塌陷的发生。发展时，可进行流速、流向测定和水位、水质的长期观测。,5.1.12岩溶勘察报告除应符合本规范第14章的规定外，尚应包括下列内容： 1岩溶发育的地质背景和形成条件； 2洞隙、土洞、塌陷的形态、平面位置好顶底标高； 3岩溶稳定性分析； 4岩溶治理和监测的建议。,铁路工程地质勘察规范 5.6.4 岩溶地段工程地质测绘应符合下列要求： 1应采用遥感图像地质解译和现场核对，判定岩溶分布范围和状态，查明地层岩性、地质构造特征，岩溶发育与构造裂隙的关系及岩溶分布范围； 2查明溶洞的分布层数
13、，分析侵蚀基准面的变化特征； 3查明地表水和地下水的分布特征和排泄情况及地表水和地下水的补给关系； 4调查岩溶地貌和岩溶形态，查明岩溶与建筑物的相对位置； 5查明线路附近岩溶、暗河等的顶板及洞内填充情况，评价场地的稳定性； 6覆盖型岩溶区还应查明覆盖层情况、可溶岩的古地貌形态、地下水层数及水力联系和开采情况，调查地面塌陷史，预测地面塌陷的可能及对建筑物的影响。,5.6.5岩溶地段工程勘探、地质测试应符合下列要求： 1宜采用物探、钻探、挖探、测试等相结合的综合勘探方法； 2勘探点布置、深度及地质剖面布置应根据建筑物需要确定； 3应取岩样作物理力学性质、矿物化学分析，以及水的侵蚀性试验； 4必要时
14、作岩洞联通试验； 5岩溶发育且形态复杂时，施工阶段应对岩溶进行勘探复查； 6必要时应选择一定数量的钻孔与岩溶泉（井），进行不少于一个水文年的水文地质动态观测。,5.6.6岩溶地段工程地质资料编制应包括以下内容： 1工程地质说明； 2岩溶地区综合工程地质图（必要时作），比例为：1：100001：50000，可将岩溶地貌图及岩溶水文地质图的内容合并绘入； 3工程地质图（必要时作），比例为1：5001：5000，并标出岩溶分布位置、各类岩溶形态及与铁路工程之间的相互关系； 4工程地质纵断面图（必要时作），比例为横1：2001：2000，竖1：1001：500； 5 工程地质断面图，比例为1：2001
15、：500； 6洞穴或暗河的纵、横剖面图（必要时作），比例尺视需要确定，纵横比例尺宜一致； 7勘探、测试及洞穴、暗河调绘记录，其它原始资料。,五、岩溶地区岩土工程评价,岩土工程勘察规范 5.1.9 当场地存在下列情况之一时，可判定为未经处理不宜作为地基的不利地段： 1浅层洞体或溶洞群，洞径大，且不稳定的地段； 2埋藏的漏斗、槽谷等，并覆盖有软弱土体的地段； 3土洞或塌陷成群发育地段； 4岩溶水排泄不畅，可能暂时淹没的地段；。,5.1.10 当地基属于下列条件之一时，对二级和三级工程可不考虑岩溶稳定性的不利影响： 1基础底面以下土层厚度大于独立基础宽度的3倍或条形基础宽度的6倍，且不具备形成土洞或
16、其它地面变形的条件； 2基础底面与洞体顶板间岩土厚度虽小于本条第1款的规定，但符合下列条件之一时： 1）洞隙或岩溶漏斗被密室的沉积物填满且无被水冲蚀的可能； 2）洞体为基本质量等级为级或级岩体，顶板岩石厚度大于或等于洞跨； 3）洞体较小，基础底面大于洞的平面尺寸，并有足够的支撑长度； 4）宽度或直径小于1.0m的竖向洞隙、落水洞近旁地段。,5.1.11 当不符合本规范5.1.10条的条件时，应进行洞体地基稳定性分析，并符合下列规定： 1顶板不稳定，但洞内为密室堆积物充填且无流水活动时，可认为堆填物受力，按不均匀地基进行评价； 2当能取得计算参数时，可将洞体顶板视为结构自承重体系进行力学分析； 3有工程经验的地区，可按类比法进行稳定性评价； 4在基础近旁有洞隙和临空面时，应验算向临空面倾覆或沿裂面滑移的可能； 5当地基为石膏、岩盐等易溶岩时，应考虑溶蚀继续作用的不利影响； 6对不稳定的岩溶洞隙可建议采用地基处理或桩基础。,六、岩溶与土洞的处理方法,公路路基设计规范 6.4.1 一般规定 6.4.1
