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1、第十二章第十二章 特殊性土特殊性土 地地 基基12.1 12.1 概述概述 概念：概念：人们把具有特殊工程性质的土类叫做人们把具有特殊工程性质的土类叫做特殊土特殊土。 特殊土主要包括：湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、软土、特殊土主要包括：湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、软土、 冻土和盐渍土等。冻土和盐渍土等。 它们各自具有一些特殊的成分、结构和性质，如黄土的湿它们各自具有一些特殊的成分、结构和性质，如黄土的湿陷性、膨胀土的胀缩性、软土的高压缩性、冻土的冻胀变陷性、膨胀土的胀缩性、软土的高压缩性、冻土的冻胀变形、盐渍土的融陷和腐蚀性等。形、盐渍土的融陷和腐蚀性等。当其作为建筑物地基时，如果不注意这些特性
2、，可能会造当其作为建筑物地基时，如果不注意这些特性，可能会造成事故。应根据其特点和工程要求，因地制宜，综合治理成事故。应根据其特点和工程要求，因地制宜，综合治理 12.1 12.1 概述概述一、我国特殊土的成土环境：一、我国特殊土的成土环境：成土环境包括以下几个方面：成土环境包括以下几个方面：1.1.岩性岩性不同性质的母岩上发育的土的性质不一样不同性质的母岩上发育的土的性质不一样2.2.气候环境气候环境影响母岩的物理风化和化学风化的程度影响母岩的物理风化和化学风化的程度3.3.地形地貌环境地形地貌环境影响土的发育情况影响土的发育情况4.4.搬运和沉积环境搬运和沉积环境影响土的力学性质影响土的力
3、学性质我国广大的山区、丘陵地带，广泛分布着工程地质、我国广大的山区、丘陵地带，广泛分布着工程地质、水文地质条件更为复杂的山区地基水文地质条件更为复杂的山区地基二、我国特殊土类及其分布：二、我国特殊土类及其分布：其分布具有区域性特点其分布具有区域性特点土类名称土类名称主要分布区域主要分布区域自然环境与成自然环境与成土环境土环境主要工程特性主要工程特性软土软土东南沿海、内陆湖泊东南沿海、内陆湖泊地区地区滨海，水流搬滨海，水流搬运沉积运沉积强度低，压缩性强度低，压缩性高，渗透性小高，渗透性小黄土黄土西北内陆地区西北内陆地区干旱，风搬运干旱，风搬运沉积沉积湿陷性湿陷性红土红土云、川、贵、桂等云、川、贵
4、、桂等温湿气候，残温湿气候，残坡积为主坡积为主不均匀，结构性不均匀，结构性裂隙发育裂隙发育膨胀土膨胀土云、川、贵、桂、豫云、川、贵、桂、豫温湿多雨，化温湿多雨，化学分化学分化膨胀和收缩膨胀和收缩盐渍土盐渍土西北内陆地区西北内陆地区干旱，蒸发量干旱，蒸发量高高盐胀性、溶陷性盐胀性、溶陷性和腐蚀性和腐蚀性冻土冻土青藏，东北青藏，东北寒冷寒冷冻胀性，融陷性冻胀性，融陷性工程地质成因演化论看地壳表层沉积物的变化工程地质成因演化论看地壳表层沉积物的变化在内外动力作用下，由于地貌、气候环境在内外动力作用下，由于地貌、气候环境的分区特征，地壳表层的沉积物自北向南的分区特征，地壳表层的沉积物自北向南呈现有规律
5、的变化：由沙漠、黄土、膨胀呈现有规律的变化：由沙漠、黄土、膨胀土、红土到东南沿海的淤泥质软土。土、红土到东南沿海的淤泥质软土。12.1 12.1 概述概述三、我国特殊土的研究现状：三、我国特殊土的研究现状：我国现已建立了一套规范、规程、细则等技术文件我国现已建立了一套规范、规程、细则等技术文件特殊土基本上是非饱和土，不能简单套用饱和土的研究成果，特殊土基本上是非饱和土，不能简单套用饱和土的研究成果，而必须建立其自身的规律。而必须建立其自身的规律。教材着重介绍了教材着重介绍了5 5类特殊土类特殊土黄土是我国地域分布最广的一种特殊性土类。它是第四纪的一黄土是我国地域分布最广的一种特殊性土类。它是第
6、四纪的一种特殊堆积物。种特殊堆积物。含有大量的可溶性碳酸盐类含有大量的可溶性碳酸盐类 ，具有肉眼可见的大孔隙，具有肉眼可见的大孔隙 ；颗；颗 粒粒成以粉粒（成以粉粒（0.0750.0750.005mm0.005mm）为主的黄色或褐黄色粉状土。）为主的黄色或褐黄色粉状土。 第二节第二节 黄土地基黄土地基 一、黄土的成因特征及其分布一、黄土的成因特征及其分布黄土是一种在第四纪时期形成的、往往具有肉眼可见的大孔隙。黄土是一种在第四纪时期形成的、往往具有肉眼可见的大孔隙。以风力搬运堆积，又未经次生扰动，不具层理的称为原生黄土，以风力搬运堆积，又未经次生扰动，不具层理的称为原生黄土，原生黄土具有风沉积的
7、全部特征。黄土沉积后，经后期其它地质原生黄土具有风沉积的全部特征。黄土沉积后，经后期其它地质作用改造再沉积的类似黄土的沉积物，称为次生黄土，作用改造再沉积的类似黄土的沉积物，称为次生黄土，它常具有层理或砾石夹层。它常具有层理或砾石夹层。黄土因沉积的地质年代不同而在性质上有很黄土因沉积的地质年代不同而在性质上有很大的差别。黄土形成年代越久，大孔结构退大的差别。黄土形成年代越久，大孔结构退化，土质越趋密实，强度增高，压缩性减化，土质越趋密实，强度增高，压缩性减小，湿陷性减弱，甚至不具有湿陷性；反之小，湿陷性减弱，甚至不具有湿陷性；反之形成年代越近，黄土特性越明显。形成年代越近，黄土特性越明显。 1
8、2.2 12.2 黄土地基黄土地基我国黄土广泛分布于北纬我国黄土广泛分布于北纬 3435之间、之间、面积达面积达 60多万平方公里的干旱和半干旱地区，多万平方公里的干旱和半干旱地区，其中以黄土高原的黄土分布最为集中，其中以黄土高原的黄土分布最为集中，沉积最为典型。沉积最为典型。 黄土高原位于北纬黄土高原位于北纬黄土高原位于北纬黄土高原位于北纬34344141、东经、东经、东经、东经103103114114之间，北界长之间，北界长之间，北界长之间，北界长城，南抵渭河盆地北缘，东起吕梁山西麓，西迄陇西盆地西缘，城，南抵渭河盆地北缘，东起吕梁山西麓，西迄陇西盆地西缘，城，南抵渭河盆地北缘，东起吕梁山
9、西麓，西迄陇西盆地西缘，城，南抵渭河盆地北缘，东起吕梁山西麓，西迄陇西盆地西缘，包括陇西、宁南、陇东、陕北、晋西等地，呈近东西向展布，地包括陇西、宁南、陇东、陕北、晋西等地，呈近东西向展布，地包括陇西、宁南、陇东、陕北、晋西等地，呈近东西向展布，地包括陇西、宁南、陇东、陕北、晋西等地，呈近东西向展布，地势西北高、东南低，总面积约势西北高、东南低，总面积约势西北高、东南低，总面积约势西北高、东南低，总面积约2323万平方公里。万平方公里。万平方公里。万平方公里。 黄黄土土高高原原地地区区黄黄土土厚厚度度分分布布不不一一，从从西西往往东东厚厚度度变变薄薄，兰兰州州九九州州台台剖剖面面黄黄土土厚厚度
10、度达达318m318m；陇陇东东地地区区厚厚度度170m170m左左右；陕北右；陕北130m130m左右。左右。中国黄土土壤地层对比中国黄土土壤地层对比1 1红粘土；红粘土；2 2砂砾石；砂砾石；3 3古土壤；古土壤；4 4黄土；黄土；5 5湖相粘土、粉砂湖相粘土、粉砂 所谓所谓湿陷性湿陷性，就是黄土浸水后在外荷载或自重，就是黄土浸水后在外荷载或自重的作用下发生下沉的现象。的作用下发生下沉的现象。黄土湿陷的黄土湿陷的原因原因通常认为是由于黄土的结构特通常认为是由于黄土的结构特性和胶结物质的水理特性决定的。性和胶结物质的水理特性决定的。 12.2 12.2 黄土地基黄土地基二、黄土的湿陷性及其评
11、价二、黄土的湿陷性及其评价1. 1. 黄土的结构和构造黄土的结构和构造12.2 12.2 黄土地基黄土地基黄土是在干旱或半干旱的气候黄土是在干旱或半干旱的气候条件形成的，可溶盐逐渐浓缩条件形成的，可溶盐逐渐浓缩沉淀而成为胶结物，这些因素沉淀而成为胶结物，这些因素增强了土粒之间抵抗滑移的能增强了土粒之间抵抗滑移的能力，阻止了土体的自重压密。力，阻止了土体的自重压密。黄土中的粉粒和集粒共同构成了黄土中的粉粒和集粒共同构成了支承结构的骨架，较大的砂粒则支承结构的骨架，较大的砂粒则“ “浮浮” ”在结构体中。在结构体中。 黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之黄土受水浸湿时，结合水膜增厚楔入颗粒之间，
12、可溶性盐类溶解和软化，骨架强度降低，间，可溶性盐类溶解和软化，骨架强度降低，土体在上覆土层的自重压力或附加压力共同作土体在上覆土层的自重压力或附加压力共同作用下土的结构迅速破坏，土粒滑向大孔，粒间用下土的结构迅速破坏，土粒滑向大孔，粒间孔隙减少，这就是黄土湿陷的机理。孔隙减少，这就是黄土湿陷的机理。12.2 12.2 黄土地基黄土地基2. 2. 黄土湿陷性评价黄土湿陷性评价12.2 12.2 黄土地基黄土地基（1）湿陷性的判定：）湿陷性的判定： 由于黄土的湿陷量与所受的压力大小有关，所以湿陷性的有无、强弱，由于黄土的湿陷量与所受的压力大小有关，所以湿陷性的有无、强弱，应按某一给定的压力作用下土
13、体浸水后的湿陷系数值来衡量。应按某一给定的压力作用下土体浸水后的湿陷系数值来衡量。 湿陷系数：湿陷系数：保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力p时，下沉稳定后时，下沉稳定后 的高度的高度(cm)； 上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉稳定后的高度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)； 土样的原始高度土样的原始高度(cm)。 非湿陷性黄土非湿陷性黄土 湿陷性黄土湿陷性黄土 测定湿陷系数的压力，应自基础底面算起。测定湿陷系数的压力，应自基础底面算起。 10m以内的土层以内的土层应取应取200kPa；10m以下取以下取300k
14、Pa 。图图12-3 建筑场地的湿陷类型，应按实测自重湿陷量建筑场地的湿陷类型，应按实测自重湿陷量 或按室内压或按室内压缩试验累计的计算自重湿陷量缩试验累计的计算自重湿陷量 判定。判定。 实测自重湿陷量实测自重湿陷量 是根据现场试坑浸水试验确定。是根据现场试坑浸水试验确定。 计算自重湿陷量计算自重湿陷量 是按室内压缩试验测定不同深度的土样是按室内压缩试验测定不同深度的土样在饱和自重压力下计算的自重湿陷量。其计算公式如下：在饱和自重压力下计算的自重湿陷量。其计算公式如下： 当实测自重湿陷量当实测自重湿陷量 或计算自重湿陷量或计算自重湿陷量 小于小于7cm时，时，为非自重湿陷性黄土场地；大于为非自
15、重湿陷性黄土场地；大于7cm时，为自重湿陷性黄土时，为自重湿陷性黄土场地。场地。三、黄土地基的湿陷性等级三、黄土地基的湿陷性等级12.2 12.2 黄土地基黄土地基地基湿陷等级判定地基湿陷等级判定 湿陷性黄土地基的湿陷等级，应按基底下各土层累计的总湿湿陷性黄土地基的湿陷等级，应按基底下各土层累计的总湿陷量和计算自重湿陷量的大小等因素按下表确定。陷量和计算自重湿陷量的大小等因素按下表确定。 湿陷性黄土地基的湿陷等级湿陷性黄土地基的湿陷等级 总湿陷量可按下式计算：总湿陷量可按下式计算：12.2 12.2 黄土地基黄土地基四、黄土地基的承载力四、黄土地基的承载力12.2 12.2 黄土地基黄土地基（
16、一）（一） 载荷试验方法确定承载力载荷试验方法确定承载力Pj称为极限荷载称为极限荷载在工程中：用在工程中：用s/b=0.02所对应的所对应的荷载作为承载力基本值荷载作为承载力基本值f0S(cm)P(kPa)0P0Pj黄土地基黄土地基载荷试验曲线载荷试验曲线12.2 12.2 黄土地基黄土地基（二）（二） 经验方法确定承载力经验方法确定承载力1.一般湿陷性黄土承载力经验公式一般湿陷性黄土承载力经验公式2.新近堆积黄土的承载力经验公式新近堆积黄土的承载力经验公式五、黄土地基的工程措施五、黄土地基的工程措施（一）（一） 地基处理地基处理序号处理方法适用范围处理厚度（m）1垫层法地下水位以上局部或整片
17、处理132夯实法的湿陷性土强夯法36 重锤夯实法123挤密法地下水位以上局部或整片处理5154桩基基础荷载大，有可靠持力层不限5预浸水法湿陷程度很严重的自重湿陷性黄土可消除地面下6m以内深部土的湿陷性，上部尚需采用垫层法处理6单液硅化或碱液加固法一般用于加固地下水位以上的已有建筑物地基10m单液硅化法可达20m原理：破坏大孔结构以降低其湿陷性原理：破坏大孔结构以降低其湿陷性（二）（二） 防水措施防水措施防水措施包括以下三个方面：防水措施包括以下三个方面：1.场地防水措施场地防水措施2.单体建筑物的防水措施单体建筑物的防水措施3.施工阶段的防水措施施工阶段的防水措施（三）（三） 结构措施结构措施
18、结构措施包括以下三个方面：结构措施包括以下三个方面：1.加强建筑物的整体性和空间刚度加强建筑物的整体性和空间刚度2.选择适宜的结构和基础形式选择适宜的结构和基础形式3.加强砌体和构件的刚度加强砌体和构件的刚度12.2 12.2 黄土地基黄土地基膨胀土的定义膨胀土的定义：膨胀土应是土中粘粒成分主要由亲水性矿物组：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土。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土。第四节第四节 膨胀土地基膨胀土地基 一、膨胀土的成因及其分布一、膨胀土的成因及其分布成岛状分布，据现有的资料，广西、云南、湖北、安徽、成
19、岛状分布，据现有的资料，广西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山东等四川、河南、山东等2020多个省、自治区、市均有膨胀土。多个省、自治区、市均有膨胀土。国外也一样，如美国，国外也一样，如美国，5050个州中有膨胀土的占个州中有膨胀土的占4040个州，个州，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区，此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区，也都有不同也都有不同程度的分布。程度的分布。碳酸盐为主的矿物在温湿环境下化学风化，不断分解，形成伊利石碳酸盐为主的矿物在温湿环境下化学风化，不断分解，形成伊利石和伊利石蒙脱石混合矿物为主的粘性土。和伊利石蒙脱石混合矿物为主的粘性土。膨胀土具有胀
20、缩性、崩解性、多裂隙性、超固结膨胀土具有胀缩性、崩解性、多裂隙性、超固结性、易风化性、强度衰减性等不利的工程特性：性、易风化性、强度衰减性等不利的工程特性： 膨胀土的危害：膨胀土的危害：膨胀土对工程造成的危害是十分严重的，主要表现在以下几面：膨胀土对工程造成的危害是十分严重的，主要表现在以下几面：（1）对建筑物的影响）对建筑物的影响 膨胀土一般强度较高，压缩性低，易被误认为是建筑性能较膨胀土一般强度较高，压缩性低，易被误认为是建筑性能较好的地基土。好的地基土。 建造在膨胀土地基上的建筑物，随季节气候变化会反复不断建造在膨胀土地基上的建筑物，随季节气候变化会反复不断地产生不均匀的抬升和下沉。地产
21、生不均匀的抬升和下沉。12.4 12.4 膨胀土地基膨胀土地基二、膨胀土的工程特性及对工程的危害二、膨胀土的工程特性及对工程的危害（2）对道路交通工程的影响）对道路交通工程的影响膨胀土地区的道路，由于路幅内土基含水率的不均匀变化，膨胀土地区的道路，由于路幅内土基含水率的不均匀变化，从而引起不均匀收缩，并产生幅度很大的横向波浪形变形。从而引起不均匀收缩，并产生幅度很大的横向波浪形变形。雨季路面渗水，路基受水浸软化，在行车荷载下形成泥浆，雨季路面渗水，路基受水浸软化，在行车荷载下形成泥浆，并沿路面的裂缝和伸缩缝溅浆冒泥。并沿路面的裂缝和伸缩缝溅浆冒泥。（3）对边坡稳定的影响）对边坡稳定的影响膨胀土
22、地区的边坡坡面最易受大气风化的作用。膨胀土地区的边坡坡面最易受大气风化的作用。在干旱季节蒸发强烈，坡面剥落；雨季坡面冲蚀，在干旱季节蒸发强烈，坡面剥落；雨季坡面冲蚀，坡面变得支离破碎。坡面变得支离破碎。膨胀土地区的滑坡，一般呈浅层的牵引式滑坡，膨胀土地区的滑坡，一般呈浅层的牵引式滑坡，滑体厚度一般为滑体厚度一般为13m左右。左右。12.4 12.4 膨胀土地基膨胀土地基三、膨胀土的承载力三、膨胀土的承载力12.4 12.4 膨胀土地基膨胀土地基1各个地区及不同成因类型膨胀土的基本承载力是不同的，各个地区及不同成因类型膨胀土的基本承载力是不同的，而且差异性比较显著。而且差异性比较显著。2与膨胀土
23、强度衰减关系最密切的含水量因素，同样明显与膨胀土强度衰减关系最密切的含水量因素，同样明显地地影响着地基承载力的变化。其规律是：对同一地区的同类影响着地基承载力的变化。其规律是：对同一地区的同类膨胀土而言，膨胀土的膨胀土而言，膨胀土的含水量愈低，地基承载力愈大含水量愈低，地基承载力愈大；相反，膨胀土的含水量愈高，则地基承载力愈小。相反，膨胀土的含水量愈高，则地基承载力愈小。3不同地区膨胀土的基本承载力与含水量的变化关系，不同地区膨胀土的基本承载力与含水量的变化关系，在不同地区无论是变化数值或变化范围都不一样。在不同地区无论是变化数值或变化范围都不一样。膨胀土基本承载力有以下特点膨胀土基本承载力有
24、以下特点：四、建筑施工注意事项四、建筑施工注意事项12.4 12.4 膨胀土地基膨胀土地基1. 场址应选择在排水通畅、地形条件简单、土质较均匀、场址应选择在排水通畅、地形条件简单、土质较均匀、 胀缩性较弱以及坡度小于胀缩性较弱以及坡度小于14，设低档墙；，设低档墙；2. 种植草皮，采用蒸发量小的树木绿化；种植草皮，采用蒸发量小的树木绿化；3. 提高建筑物适应地基变形的能力；提高建筑物适应地基变形的能力；4. 扩大地基断面，增大地基承载力扩大地基断面，增大地基承载力5. 换土或改良土换土或改良土6. 采用桩基或墩基采用桩基或墩基7. 合理选用施工方法，宜采用分段快速作业法合理选用施工方法，宜采用
25、分段快速作业法 ，最好在，最好在旱季施工旱季施工 ，同时做好地表排水等，同时做好地表排水等 8. 消除局部热源和水源的影响。消除局部热源和水源的影响。 冻土的定义：冻土的定义：温度为温度为00或负温，含有冰且与土颗粒呈胶结状或负温，含有冰且与土颗粒呈胶结状态的土称为冻土。态的土称为冻土。第六节第六节 冻土地基冻土地基 一、冻土的特征及分布一、冻土的特征及分布冻土的分类冻土的分类：根据冻土冻结延续时间可分为：根据冻土冻结延续时间可分为季节性冻土季节性冻土和和多年多年冻土冻土两大类，土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间两大类，土层冬季冻结，夏季全部融化，冻结延续时间一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为一般不超过一个季节，称为季节性冻土层，其下边界线称为冻深线或冻结线；土层冻结延续时间在三年或三年以上称为冻深线或冻结线；土层冻结延续时间在三年或三年以上称为多年冻土。多年冻土。季节性冻土在我国分布很广，东北、华北、西北是季节性季节性冻土在我国分布很广，东北、华北、西北是季节性冻结层厚冻结层厚0.5m0.5m以上的主要分布地区；以上的主要分布地区；多年冻土主要分布在黑龙江的大小兴安岭一带、内蒙古纬度较大多年冻土主要分布在黑龙江的大小兴安岭一带、内蒙古纬度较大地区，地区，青藏高原青藏高原部分地区与甘肃、新疆的高山区。部分地区与甘肃、新疆的高山区。
