第十章 特殊土地基土木工程系肖进10.1 软土n10.1.1 软土及其特征n我国软土成因类型主要有：沿海沉积型(滨海相、泻湖相、溺谷相、三角洲相)；内陆湖盆沉积型；河滩沉积型；沼泽沉积型我国软土有下列持征：n（1）软土的颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时有腥臭味 n（2）软土的颗粒成分主要为粘粒及粉粒，粘粒含量高达60一70n（3）软土的矿物成分，除粉粒中的石英、长石、云母外，粘土矿物主要是伊利石，高岭石次之此外软土中常有一定量的有机质，可高达8一9n（4）软土具有典型的海绵状或蜂窝状结构，其孔隙比大，含水量高，透水性小，压缩性大是软土强度低的重要原因n（5）软土具层理构造，软土和薄层粉砂、泥炭层等相互交替沉积，或呈透镜体相间沉积，形成性质复杂的土体10.1.2 软土的工程性质n（1）软土的孔隙比和含水量：软土的颗粒分散性高，连结弱，孔隙比大，含水量高，孔隙比一般大于1，可高达5.8，沉积年代久，埋深大的软土，孔隙比和含水量降低n（2）软土的透水性和压缩性：软土孔隙比大，孔隙细小，粘粒亲水性强，土中有机质多，分解出的气体封闭在孔隙中，使土的透水性很差：荷载作用下排水不畅，固结慢，压缩性高。
软土在建筑物荷载作用下容易发生不均匀下沉和大量沉降，而且下沉缓侵，完成下沉的时间很长n（3）软土的强度：软土强度低，无侧限抗压强度在10一40 kPa之间不排水直剪试验的2一5，c1015kPa；排水条件下10一15，c20kPa所以在确定软土抗剪强度时，应据建筑物加载情况选择不同的试验方法n（4）软土的触变性：软土受到振动，颗粒连结破坏，土体强度降低呈流动状态，称为触变，也称振动液化触变可以使地基土大面积失效，导致建筑物破坏触变的机理是吸附在土颗粒周围的水分子的定向排列被破坏，土粒悬浮在水中，呈流动状态n（5）软土的流变性：在长期荷载作用下，变形可延续很长时间，最终引起破坏，这种性质称为流变性破坏时土强度低于常规试验测得的标准强度软土的长期强度只有平时强度的40一8010.1.3 10.1.3 软土的变形破坏和地基加固软土的变形破坏和地基加固n（1）软土的变形破坏n软土地基变形破坏的主要原因是承载力低，地基变形大或发生挤出建筑物变形破坏的主要形式是不均匀沉降，使建筑物产生裂缝，影响正常使用n（2）软土地基的加固措施n软土地基采用以下加固措施 砂井排水：在软土地基中按一定规律设计排水砂井(见图4-1)，井孔直径多在0.42.0 m，井孔中灌入中、粗砂，砂井起排水通道作用加快软土排水固结过程，使地基土强度提高。
n砂垫层：在建筑物(如路堤)底部铺设一层砂垫层(见图4-2)，其作用是在软土顶面增加一个排水面在路堤填筑过程中，由于荷载逐渐增加，软土地基排水固结，渗出的水可以从砂垫层排走n生石灰桩在软土地基中打生石灰桩的原理是，生石灰水化过程中强烈吸水，体积膨胀，产生热量，桩周围温度升高，使软土脱水压密强度增大n强夯法是目前加固软土常用的方法之一强夯法采用10一20 t重锤，从10一40 m高处自由落下，夯实土层，强夯法产生很大的冲击能，使软土迅速排水固结，加固深度可达1112m n 旋喷注浆法n将带有特殊喷嘴的注桨管置入软土层的预定深度，以20 MPa左右压力高压喷射水泥砂浆或水玻璃和氯化钙混合液，强力冲击土体，使浆液与土搅拌混合，经凝结固化，在土中形成固结体，形成复合地基提高地基强度，加固软土地基n换填土n将软土挖除，换填强度较高的粘性土、砂、砾石、卵石等渗水土这一方法从根本上改善了地基土的性质此外还有化学加固、电渗加固、侧向约束加固、堆载预压等加固方法10.2 黄土n10.2.1 10.2.1 黄土的特征及分布黄土的特征及分布n黄土黄土：是以粉粒为主，含碳酸盐，具大孔隙，质地均一，无明显层理而有显著垂直节理的黄色陆相沉积物。
n特征特征：（1）颜色为淡黄、褐黄和灰黄色2）以粉土颗粒（0.075mm0.005mm）为主，约占60%70%3）含各种可溶盐，主要富含碳酸钙，含量达10%30%，对黄土颗粒有一定的胶结作用，常以钙质结核的形式存在，又称姜石4）结构疏松，孔隙多且大，孔隙度达33%64%，有肉眼可见的大孔隙、虫孔、植物根孔等5）无层理，具柱状节理和垂直节理，天然条件下稳定边坡近直立6）具有湿陷性n分布分布：广泛，在欧洲、北美、中亚等地均有分布，在全球分布面积达13106 km2，占地球表面的2.5以上我国是黄土分布面积最大的国家，总面积约64104 km2西北、华北、山东、内蒙及东北等地均有分布黄河中游的陕、甘、宁及山西、河南等省黄土面积广、厚度大，属黄土高原n成因成因：黄土按生成过程及特征可划分为风积、坡积、残积、洪积、冲积等成因类10.2.3 黄土的工程性质n（1）黄土颗粒成分：粉粒约占60一70，其次是砂粉和粘粒，各占1一29和8一26n（2）黄土的密度：土粒密度在2.542.84gcm3之间，黄土的密度为1.51.88gcm3，干密度为l.31.6 gcm3；干密度反映了黄土的密实程度，干密度小于1.5 gcm3的黄土具有湿陷性。
n（3）黄土的含水量：黄土天然含水量一般较低含水量与湿陷性有定关系含水量低，湿陷性强，含水量增加，湿陷性减弱，当含水量超过25时就不再湿陷了n（4）黄土的压缩性：黄土多为中压缩性土；近代黄土为高压缩性土；老黄土压缩性较低n（5）黄土的抗剪强度：一般黄土的内摩擦角1525，凝聚力c3040KPa，抗剪强度中等n（6）黄土的湿陷性和黄土陷穴：天然黄土在一定的压力作用下，浸水后产生突然的下沉现象，称为湿陷这个一定的压力称为湿陷起始压力在饱和自重压力作用下的湿陷称为自重湿陷；在自重压力和附加压力共同作用下的湿陷，称为非自重湿陷n此外，黄土地区常常有天然或人工洞穴，由于这些洞穴的存在和不断发展扩大，往往引起上覆建筑物突然塌陷，称为陷穴10.2.4 黄土地质病害的防治n（1）防水措施n水的渗入是黄土地质病害的根本原因，只要能做到严格防水，各种事故是可以避免或减少的防水措施包括：场地平整，以保证地面排水畅通；做好室内地面防水措施，室外散水，排水沟，特别是施工开挖基坑时要注意防止水的渗入；切实做到上下水道和暖气管道等用水设施不漏水n（2）地基处理n地基处理是对基础或建筑物下一定范围内的湿陷性黄土层进行加固处理或换填非湿陷性土，达到消除湿陷性，减小压缩性和提高承载力的目的。
在湿陷性黄土地区，国内外采用的地基处理方法有重锤表层夯实、强夯、换填土垫层、土桩挤密、预浸水、硅化加固、碱液加固和桩基等方法10.3 冻土n冻土是指温度等于或低于零摄氏度，并含有冰的各类土冻土可分为多年冻土和季节冻土多年冻土是冻结状态持续三年以上的土季节冻土是随季节变化周期性冻结融化的土10.3.1 季节冻土及其冻融现象n季节冻土对建筑物的危害表现在冻胀和融沉两个方面冻胀是冻结时水分向冻结部位转移、集中、体积膨胀，对建筑物产生危害融化时，地基土局部含水量增大，土呈软塑或塑流状态，出现融沉，严重时使建筑物开裂变形分类土的名称冻胀融化后土的状态冻结期内胀起/cm为2m冻土层厚的百分数/%不冻胀土碎石砾石层、胶结砂砾层 固态外部特征不变稍冻胀土小碎石、砾石、粗砂、中砂37以下1.53.5以下致密的或松散的，外部特征不变中等冻胀土细砂、粉质粘土、粘土1020以下510以下致密的或松散的，可塑结构常被破坏极冻胀土粉土、粉质黄土、粉质粘土、泥炭土3050以下1520以下塑性流动，结构扰动，在压力下变为流砂土的冻胀性分类土的冻胀性分类10.3.2 多年冻土及其工程性质n1)多年冻土的分布及其特征n分布分布n我国多年冻土可分为高原冻土和高纬度冻土。
n高原冻土主要分布在青藏高原及西部高山(天山、阿尔泰山、祁连山等)地区；n高纬度冻土主要分布在大、小兴安岭，满洲里-牙克石-黑河以北地区多年冻土分布剖面图多年冻土分布剖面图n多年冻土具有以下特征：n(1) 组成特征n冻土由矿物颗粒、冰、未冻结的水和空气组成其中矿物颗粒是主体，它的大小、形状、成分比表面积、表面活动性等对冻土性质及冻土中发生的各种作用都有重要影响冻土中的冰是冻土存在的基本条件，也是冻土各种工程性质的形成基础n(2) 结构特征 n冻土结构有整体结构、网状结构和层状结构三种n (3) 构造特征n多年冻土的构造是指多年冻土层与季节冻土层之间的接触关系，见图4-4n衔接型构造是指季节冻土的下限，达到或超过了多年冻土层的上限的构造这是稳定的和发展的多年冻土区的构造n非衔接型构造是季节冻土的下限与多年冻土上限之间有一层不冻土这种构造属退化的多年冻土区1-季节冻土层；2-季节冻土最大冻结深度变化范围；3-融土层；4-多年冻土层；5-不冻层4）多年冻土的工程地质问题n(1) 道路边坡及基底稳定问题：在融沉性多年冻土区开挖道路路堑，使多年冻土上限下降，由于融沉可能产生基底下沉，边坡滑塌；如果修筑路堤，则多年冻土上限上升，路堤内形成冻土结核，发生冻胀变形，融化后路堤外部沿冻土上限发生局部滑塌。
n(2) 建筑物地基问题：桥梁、房屋等建筑物地基的主要工程地质问题包括冻胀、融沉及长期荷载作用下的流变，以及人为活动引起的热融下沉等问题n(3) 多年冻土区主要不良地质现象冰丘和冰锥：多年冻土区的冰丘和冰锥与季节冻土区的类似，但规模更大，而且可能延续数年不融它们对工程建筑有严重危害，基坑工程和路堑应尽量绕避10.3.3 冻土病害的防治措施n（1 1）排水）排水：水是影响冻胀融沉的重要因素，必须严格控制土中的水分在地面修建一系列排水沟、排水管，用以拦截地表周围流来的水，汇集、排除建筑物地区和建筑物内部的水，防止这些地表水渗入地下在地下修建盲沟、渗沟等拦截周围流来的地下水，降低地下水位，防止地下水向地基土集聚n（2 2）保温）保温：应用各种保温隔热材料，防止地基土温度受人为因素和建筑物的影响，最大限度地防止冻胀融沉如在基坑、路堑的底部和边坡上或在填土路堤底面上铺设一定厚度的草皮、泥炭、苔藓、炉渣或粘土，都有保温隔热作用，使多年冻土上限保持稳定n（3）改善土的性质换填土用粗砂、砾石、卵石等不冻胀土代替天然地基的细颗粒冻胀土，是最常采用的防治冻害的措施一般基底砂垫层厚度为0.8一1.5m，基侧面为0.2一0.5m。
在铁路路基下常采用这种砂垫层，但在砂垫层上要设置0.20.3m厚的隔水层，以免地表水渗入基底n物理化学法10.4 膨胀土n膨胀土膨胀土：一种富含亲水性粘土矿物，并且具有吸水膨胀、失水收缩两种变形特性的高塑性粘土其粘土矿物主要是蒙脱石和伊利石，长期反复多次胀缩，强度衰减，可能导致工程建筑物开裂、下沉、失稳破坏n分布：分布：全世界分布广泛，美国50个州中就有40个州有膨胀土，我国也是世界上膨胀土分布广、面积大的国家之一，广西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山东等20多个省市自治区都有分布n成因成因：洪积、冲积、湖积、坡积、残积等10.4.1 膨胀土的工程性质n（1）膨胀土多为灰白、棕黄、棕红、褐色等，颗粒成分以粘粒为主，含量在35一50以上，粉粒次之，砂粒很少n（2）天然状态下，膨胀土结构紧密、孔隙比小，干密度达1.6一1.8gcm3；塑性指数为1823，天然含水量接近塑限，一般为18一26，土体处于坚硬或硬塑状态，有时被误认为良好地基n（3）膨胀土中裂隙发育，是不同于其他土的典型特征，可分为原生裂隙和次生裂隙两类n（4）天然状态下膨胀土抗剪强度和弹性模量比较高，但遇水后强度显著降低，凝聚力一般小于0.05MPa，有的c值接近于零，值从几度到十几度。
n（5）膨胀土具有超固结性10.4.2 膨胀土的胀缩性指标n1）膨胀率（Ssw）n在室内试验， 是烘干土在一定压力(Psw)下，而且不允许侧向膨胀的条件下浸水膨胀测定的，膨胀变形仅反映在高度上的变化 可用下式计算：（10-2）2）自由膨胀率(Fs)n自由膨胀率是烘干土粒全部浸水膨。