土的工程地质性质

llccqq · 发表于 2011-5-12 18:37

4.4土的成因类型特征

根据土的地质成因，土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰积及冰水沉积土和风积土等类型。一定成因类型的土具有一定的沉积环境、具有一定的土层空间分布规律和一定的土类组合、物质组成及结构特征。但同一成因类型的土，在沉积形成后，可能遭到不同的自然地质条件和人为因素的变化，而具有不同的工程特性。

1. 残积土

形成原因：岩石经风化后未被搬运的原岩风化剥蚀后的产物，其分布主要受地形的控制，如在宽广的分水岭地带及平缓的山坡，残积土较厚。
工程特征：一般呈棱角状，无层理构造，孔隙度大；存在基岩风化层（带），土的成分和结构呈过渡变化。
工程地质问题：（1）建筑物地基不均匀沉降，原因土层厚度、组成成分、结构及物理力学性质变化大，均匀性差，孔隙度较大；（2）建筑物沿基岩面或某软弱面的滑动等不稳定问题，原因原始地形变化大，岩层风化程度不一。

2. 坡积土

形成原因：经雨雪水洗刷、剥蚀、搬运，及土粒在重力作用下顺着山坡逐渐移动形成的堆积物，一般分布在坡腰上或坡脚下，上部与残积土相接。
工程特征：具分选现象；下部多为碎石、角砾土；上部多为粘性土；土质（成分、结构）上下不均一，结构疏松，压缩性高，土层厚度变化大。
工程地质问题：建筑物不均匀沉降；沿下卧残积层或基岩面滑动等不稳定问题。

3. 洪积土

形成原因：碎屑物质经暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流挟带在山沟的出口处或山前倾斜平原堆积形成的洪积土体。山洪携带的大量碎屑物质流出沟谷口后，因水流流速骤减而呈扇形沉积体，称洪积扇。
工程特征：具分选性；常具不规划的交替层理构造，并具有夹层、尖灭或透镜体等构造；近山前洪积土具有较高的承载力，压缩性低；远山地带，洪积物颗粒较细、成分较均匀、厚度较大。
工程地质问题：洪积土一般可作为良好的建筑地基，但应注意中间过渡地带可能地质较差，因为粗碎屑土与细粒粘性土的透水性不同而使地下水溢出地表形成沼泽地带，且存在尖灭或透镜体。

4. 冲积土

形成原因：碎屑物质经河流的流水作用搬运到河谷中坡降平缓的地段堆积而形成，发育于河谷内及山区外的冲积平原中。根据河流冲积物的形成条件，可分为河床相、河漫滩相、牛轭湖相及河口三角洲相。
工程特征：古河床相土压缩性低，强度较高，而现代河床堆积物的密实度较差，透水性强；河漫滩相冲积物具有双层结构，强度较好，但应注意其中的软弱土层夹层；牛轭湖相冲积土压缩性很高、承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基；三角洲沉积物常常是饱和的软粘土，承载力低，压缩性高，但三角洲冲积物的最上层常形成硬壳层，可作低层或多层建筑物的地基。

5. 湖泊沉积物

形成原因：分湖边沉积物和湖心沉积物两类，湖边沉积物由湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的，近岸带多为粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带为细颗粒的砂土和粘性土；湖心沉积物由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成的，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层。
工程特征：湖边沉积物具有明显的斜层理构造，近岸带土的承载力高，远岸带则差些；湖心沉积物压缩性高，强度很低；若湖泊逐渐淤塞，则可演变为沼泽，形成沼泽土，主要由半腐烂的植物残体和泥炭组成的，含水量极高，承载力极低，一般不宜作天然地基。

6. 海洋沉积物

海洋沉积物可分为如下四类：
滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水平或缓倾的层理构造，其承载力较高，但透水性较大。
浅海沉积物：主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏松、含水量高、压缩性大而强度低。
陆坡和深海沉积物：主要是有机质软泥，成分均一。
海洋沉积物：在海底表层沉积的砂砾层很不稳定，随着海浪不断移动变化，选择海洋平台等构筑物地基时，应慎重对待。

7. 冰积土和冰水沉积土

冰积土和冰水沉积土是分别由冰川和冰川融化的冰下水进行搬运堆积而成，其颗粒以巨大块石、碎石、砂、粉土及粘性土混合组成。一般分迭性极差，无层理，但冰水沉积常具斜层理。颗粒呈棱角状，巨大块石上常有冰川擦痕。

8. 风积土

风积土是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土。颗粒主要由粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙大，结构松散。最常见的是风成砂及风成黄土，风成黄土具有强湿陷性。

4.5
特殊土的主要工程性质

特殊土是指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态或结构特征的土。我国的特殊土不仅类型多，而且分布广，如各种静水环境沉积的软土，西北、华北等干旱、半干旱气候区的湿陷性黄土，西南亚热带湿热气候区的红粘土，南方和中南地区的膨胀土，高纬度、高海拔地区的多年冻土及盐渍土、人工填土和污染土等。

1. 软土：

软土指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，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。

软土的分布

软土在我国沿海地区分布广泛，内陆平原和山区亦有分布。我国东海、黄海、渤海、南海等沿海地区，例如滨海相沉积的天津塘沽，浙江温州、宁波等地，以及溺谷相沉积的闽江口平原河滩相沉积的长江中下游、珠江下游、淮河平原、松辽平原等地区。内陆(山区)软土主要位于湖相沉积的洞庭湖、洪泽湖、太湖、鄱阳湖四周和古云梦泽地区边缘地带，以及昆明的滇池地区，贵州六盘水地区的洪积扇等。

2. 湿陷性黄土

湿陷性黄土：在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土。

湿陷性黄土的特征和分布

黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；颗粒组成以粉土粒为主，粒度大小较均匀，粘粒含量较少；含碳酸盐、硫酸盐及少量易溶盐；含水量小，；孔隙比大，且具有肉眼可见的大孔隙；具有垂直节理，常呈现直立的天然边坡。黄土按其成因可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。次生黄土一般具有层理，并含有砂砾和细砾。
我国黄土分布面积约64万km2，其中具有湿陷性的约27万km2，分布在北纬33°～47°之间。一般湿陷性黄土大多指新黄土，即晚更新世
马兰黄土和全新世
次生黄土，它广泛覆盖在老黄土之上的河岸阶地，颗粒均匀或较为均匀，结构疏松，大孔发育。

黄土湿陷性的形成及影响因素

（1）黄土湿陷性的形成原因
内在因素：黄土的结构特征及其物质组成。
外部条件：水的浸润和压力作用。
（2）黄土湿陷性的影响因素：黄土湿陷性强弱与其微结构特征、颗粒组成、化学成分等因素有关，在同一地区，土的湿陷性又与其天然孔隙比和天然含水量有关，并取决于浸水程度和压力大小。

我国湿陷性黄土的固有特征有：

1）黄色、褐黄色、灰黄色；2）粒度成分以粉土颗粒（0.05～0.005mm）为主，约占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有较多的可溶性盐类，例如：重碳酸盐、硫酸盐、氯化物；5）具垂直节理；6）一般具肉眼可见的大孔。

湿陷性黄土工程特征：

1）塑性较弱；2）含水较少；3）压实程度很差，孔隙较大；4）抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩交明显；5）透水性较强；6）强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。

3. 红粘土

红粘土的定义与形成条件

红粘土指碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土，液限一般大于50%，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。经再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45%小于50%的土称为次生红粘土。
形成条件：1）气候特点：气候变化大，年降水量大于蒸发量，潮湿的气候有利于岩石的机械风化和化学风化；2）岩
性：主要为碳酸盐类岩石，当岩层褶皱发育、岩石破碎时，更易形成红粘土。

红粘土的分布规律

红粘土主要为残积、坡积类型，也有洪积类型，其分布多在山区或丘陵地带。这种受形成条件所控制的土，为一种区域性的特殊性土。在我国以贵州、云南、广西分布最为广泛和典型，其次在安徽、川东；粤北、鄂西和湘西也有分布。一般分布在山坡、山麓、盆地或洼地中，其厚度的变化与原始地形和下伏基岩面的起伏变化密切相关。

红粘土的成分特点

红粘土的粒度成分中，小于0．005mm的粘粒含量为60％～80％，其中小于0．002 mm的胶粒占40％～70％，使红粘土具有高分散性。红粘土的矿物成分主要为高岭石、伊利石和绿泥石。红粘土的化学成分以SiO2、A12O3和Fe2O3为主，其次为CaO、MgO、K2O和Na2O。粘土矿物具有稳定的结晶格架，细粒组结成稳固的团粒结构，土体近于两相系且土中水多为结合水。

1）红粘土的物理力学性质：一是天然含水量、孔隙比、饱和度以及塑性界限（液限和塑限）都很高，但却具有较高的力学强度和较低的压缩性，二是各种指标的变化幅度很大。
2）红粘土的裂隙性与胀缩性
A.裂隙性：
处于坚硬和硬塑状态的红粘土层，由于胀缩作用形成了大量裂隙，且裂隙的发生和发展速度极快，在干旱气候条件下，新挖坡面数日内便可被收缩裂隙切割得支离破碎，使地面水易侵入，土的抗剪强度降低，常造成边坡变形和失稳。
B.胀缩性：红粘土的胀缩性能表现为以缩为主。即在天然状态下膨胀量微小，收缩量较大，经收缩后的土试样浸水时，可产生较大的膨胀量。

3）红粘土中的地下水特征
红粘土的透水性微弱，其中的地下水多为裂隙性潜水和上层滞水，它的补给来源主要是大气降水，基岩岩溶裂隙水和地表水体，水量一般均很小。在地势低洼地段的土层裂隙中或软塑、流塑状态土层中可见土中水，水量不大，且不具统一水位。红粘土层中的地下水水质属重碳酸钙型水，对混凝土一般不具腐蚀性。

4. 膨胀土

膨胀土的分布

膨胀土是指含有大量的强亲水性粘土矿物成分，具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的高塑性粘土。膨胀土的胀缩性会导致建筑物开裂和损坏，并造成坡地建筑场地崩塌、滑坡、地裂等严重的不稳定因素。

膨胀土的特征

（1）土体的现场工程地质特征
1）地形、地貌特征：膨胀土多分布于Ⅱ级以上的河谷阶地或山前丘陵地区，个别处于I级阶地。
2）土质特征：颜色呈黄、黄褐、灰白、花斑（杂色）和棕红等色；多为高分散的粘土颗粒组成，常有铁锰质及钙质结核等零星包含物；近地表部位常有不规则的网状裂隙。

膨胀土的物理、力学及胀缩性指标

1）粘粒含量多达35％～85％。 2）天然含水量接近或略小于塑限，故一般呈坚硬或硬塑状态。 3）天然孔隙比小，便其天然孔隙比随土体湿度的增减而变化，即土体增湿膨胀，孔隙比变大；土体失水收缩，孔隙比变小。 4）自由膨胀量一般超过40％，而各地膨胀土的膨胀率、膨胀力和收缩率等指标的试验结果的差异很大。 5）关于膨胀土的强度和压缩性。

膨胀土在天然条件下一般处于硬塑或坚硬状态，强度较高，压缩性较低。但会因干缩、裂隙发育及不规则网状与条带状结构等原因，破坏了土体的整体性，降低承载力，并可能使土体丧失稳定性。注意不能单纯从“平衡膨胀力”的角度，或小块试样的强度考虑膨胀土地基的整体强度问题。同时，当膨胀土的含水量剧烈增大或土的原状结构被扰动时，土体强度会骤然降低，压缩性增高。

影响膨胀土胀缩变形的主要因素及其评价

主要内在因素：土的粘粒含量和蒙脱石含量、土的天然含水量和密实度及结构强度等。

主要外部因素：引起地基土含水量剧烈或反复变化的各种因素，如气候条件、地形地貌及建筑物地基不同部位的日照、通风及局部渗水影响等。

膨胀土建筑场地与地基的评价，应根据场地的地形地貌条件、膨胀土的分布及其胀缩性能、等级地表水和地下水的分布、集聚和排泄条件，并按建筑物的特点、级别和荷载情况，分析计算膨胀土建筑场地和地基的胀缩变形量、强度和稳定性问题，为地基基础、上部结构及其他工程设施的设计与施工提供依据。

5. 填土

填土是一定的地质、地貌和社会历史条件下，由于人类活动而堆填的土。填土在堆填方式、组成成分、分布特征及其工程性质等方面，表现出一定的复杂性。在一般的岩土工程勘察与设计工作中，如何正确评价、利用和处理填土层，将直接影响到基本建设的经济效益和环境效益。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），填土可划分为素填土、杂填土、冲填土及压实填土四类。

（1）素填土

由碎石、砂土、粉土或粘性土等一种或几种材料组成的填土。

素填土作为地基应注意的工程地质问题如下：
1）素填土的密实度和均匀性；
2）素填土地基的不均匀性。

（2）杂填土

杂填土为含有大量杂物的填土，如建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土等。以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成份的杂填土，一般不宜作为建筑物地基；对以建筑垃圾或一般工业废料主要组成的杂填土，采用适当措施处理后可作为一般建筑物地基。
利用杂填土作为地基时应注意的工程地质问题如下：
1）不均匀性：颗粒成分、密实度和平面分布及厚度的不均匀性；
2）工程性质随堆填时间而变化；
3）结构松散、干或稍湿的杂填土一般具有浸水湿陷性；
4）含腐殖质及水化物问题。

（3）冲填土（吹填土）

冲填土由水力冲填泥砂形成的沉积土，即在整理和疏浚江河航道时，有计划地用挖泥船，通过泥浆泵将泥砂夹大量水分，吹送至江河两岸而形成的一种填土。在我国长江、上海黄浦江、广州珠江两岸，都分布有不同性质的冲填土。

冲填土的工程特性如下：
1）冲填土的颗粒组成和分布规律与所冲填泥砂的来源及冲填时的水力条件有关系。
2）冲填土的含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑或流塑状态。
3）冲填土一般比同类自然沉积饱和土的强度低，压缩性高。

4.6影响土的工程性质的其他因素

1. 矿物成分对土的工程性质影响

可溶盐,对土的工程性质影响的实质是：溶解后使土的粒间连接减弱，增大土的孔隙性，降低土的强度和稳定性，增大其压缩性。

粘土矿物,是主要的次生矿物，是组成粘粒的主要矿物成分。大多具有由硅氧四面体与铝氧八面体两个基本单位所组成的层状结晶格架。根据不同结晶格架，可形成很多种类的粘土矿物，其中分布较广且对土性质影响较大的是蒙脱石、高岭石和伊利石(或水云母)三种。高岭石晶层之间连结牢固，水不能自由渗入，故其亲水性差，可塑性低，胀缩性弱；蒙脱石则反之，晶胞之间连结微弱，活动自由，亲水性强，胀缩性亦强；伊利石的性质介于二者之间。

有机质,有机质对土的工程性质影响的实质是它比粘土矿物有更强的胶体特性和更高的亲水性。

2. 毛细水的工程地质意义

（1）毛细压力促使土的强度增高
；

（2）毛细水上升接近基础底面时，增大基底附加应力，增大建筑物的沉降；

（3）当地下水埋深浅，由于毛细管水上升，可助长地基土的冰冻现象；地下室潮湿；危害房屋基础及公路路面；促使土的沼泽化；

（4）腐蚀管道和混凝土。