第九章第九章特殊土与地基处理特殊土与地基处理 *19.1 湿陷性黄土地基 9.2 膨胀土、盐渍土和冻土地基2.3 基础底面接触压力2.4 地基附加应力2.5 地基的变形计算2.6 饱和土的有效应力和一维渗透固结主要内容Date29.1 湿陷性黄土地基 黄土应具 备的特征 （1）为风力搬运沉积，无层理； （2）颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色； （3）颗粒组成以粉粒为主，含量一般在60%以上； （4）没有粒径大于0.25mm的颗粒； （5）富含碳酸钙盐类； （6）垂直节理发育； （7）一般有肉眼可见的大孔隙 。当缺少其中 的一项或几 项特征时称 黄土状土或 次生黄土 满足前述所 有特征时称 为原生黄土 或典型黄土一、黄土及其分布 Date39.1 湿陷性黄土地基 黄土的分布世界我国大约有1300万Km2 大约有63万Km2 分布在我国的黄河流域的甘、陕、晋大部分 地区以及豫、冀、鲁、宁夏、内蒙等省区 。以甘肃的陇西、陇东地区，陕西的陕北地 区、关中地区的黄土性质最为典型。 Date4黄土的性质一般在天然含水状态下具有较高的强 度和较小的压缩性，但遇水浸湿后， 有的即使在自身重力作用下也会发生 剧烈而大量的变形，强度也随之迅速降低。 湿陷定义黄土在一定压力下受水浸湿后结构 迅速破坏而发生附加下沉的现象 浸水后发生湿陷的黄 土称为湿陷性黄土 自重湿陷性黄土非自重湿陷性黄土类型9.1 湿陷性黄土地基 Date59.1 湿陷性黄土地基 铜川新区某场地湿陷性 黄土的电镜扫描图Date6年代黄土名称成因备注全新世 Q4近期新黄土新近堆 积黄土次生 黄土以水成 为主一般有湿陷性， 常具有高压缩性早期一般湿 陷性黄 土一般具有湿陷性 晚更新世Q3马兰 黄土老黄土原生 黄土风成为 主中更新世Q2离石 黄土非湿陷 性黄土一般无湿陷性早更新世Q1午城 黄土黄土地层的划分和确定 9.1 湿陷性黄土地基 Date7因其标准剖面首先在山西隰县午城镇找到而得名午城黄 土因其标准剖面首先在山西离石县找到而得名离石黄 土因其标准剖面首先在北京的马 兰山谷阶地上找到而得名马兰黄 土9.1 湿陷性黄土地基 Date8颗 粒 组 成 湿陷性黄土的颗粒组成以粉土颗粒为主，一般占总质量的60%以上。 而粉土中又以0.050.01mm的粗粉土颗粒为多，小于0.005mm的粘土 颗粒含量较少，大于0.1mm的细砂颗粒含量在5%以内，大于0.25mm 的中砂以上的颗粒则很少见到。此外黄土中还含有大量的碳酸盐、硫 酸盐和氯化物等可溶盐类。 矿物成分 粗颗粒的主要矿物成分是石英和长石，粘土颗粒的主要成分是中 等亲水性的伊里石，以及一些水溶性盐类物质，这些盐类物质呈 固态或半固态分布在各种颗粒的表面。可溶盐浓缩沉淀而成为胶结物，形成以粗粉粒为主体骨架的蜂窝 状大孔隙结构。黄土的结构 二、湿陷性黄土的基本性质 9.1 湿陷性黄土地基 Date9黄土结构示意图（1-砂粒；2-粗粉粒；3-结物；4-大孔隙） 黄土柱状构 造的成因黄土因失去大量水分而 体积收缩，在土体中形 成许多竖向裂隙，使黄 土具有了柱状构造。9.1 湿陷性黄土地基 Date10（7） 塑性指数：6.717.5，多数为912；（1）土粒相对密度：2.692.74，多数为2.702.72；（2）密度：1.331.81gcm3，多数为1.401.60gcm3；（3）干密度：1.141.69gcm3，多数为1.251.33 gcm3；（4）天然含水量：3.3%25.3%，塬、梁、峁上的黄土，多数6.0% 10%，低级阶地上的黄土，多数为11.0%21%；（5）孔隙比：0.781.50，多数为0.851.24；（6）液限：20.0%35%，多数为25%31%；湿陷性黄土的物理性 质 9.1 湿陷性黄土地基 Date11压缩变形 定义黄土在天然含水状态下受外力作用所产生的变形， 它不包括受力状态下黄土受水浸湿后的湿陷变形。 压缩性质指标 压缩系数、压缩模量和变形模量 压缩性 高压缩性土 a 12 0.5MPa-1 中等压缩性土 0.5MPa-1 a 12 0.1MPa-1 低压缩性土 a12 0.1MPa-1 黄土最为主要的力学性态 湿陷性还包括压缩变形和 强度性质 包括 湿陷性黄土的力学性质9.1 湿陷性黄土地基 Date12压缩模量 变形模量和压缩 模量之间的关系 变形模量 w为沉降影响系数方形压板取0.88，圆 形压板取0.79；b为承压板边长（方形 ）或直径（圆形）；p1 为比例极限； s1为p1与对应的地基沉降。土的泊松比 m =0.250.4，随液性指数的增大而增 大。 抗剪强度指标 抗剪强度指标主要取决于土的含水量和密实程度。含水 量越低，密实度越高，则其抗剪强度就越大。 9.1 湿陷性黄土地基 Date13湿陷性黄土的渗透性 Kv1.63.010-6Kh8.010-71.010-6三、黄土的湿陷原因和影响因素 内因蜂窝状大孔隙结构，黄土组成物质中的水溶性盐类胶结物质 地基土浸水受湿（自重湿陷性黄土），或是由于浸水受湿 和压力的共同作用（非自重湿陷性黄土）。竖向渗透系数水平渗透系数外因9.1 湿陷性黄土地基 Date14湿陷现象的 内在过程 当黄土受水浸湿或在一定外部压力作用下受水浸湿时， 结合水膜增厚并楔入颗粒之间，于是结合水联系减弱， 盐类溶于水中，各种胶结物软化，结构强度降低或失效 ，使黄土的骨架强度降低，土体在上覆土层的自重压力 或在自重压力与附加压力共同作用下，其结构迅速破坏 ，大孔隙塌陷，导致黄土地基产生附加的湿陷变形。 影响黄土湿陷性的主要因素 黄土的物质组成情况黄土的物理性质作用压力黄土的微观结构9.1 湿陷性黄土地基 Date15湿陷系数 定义单位厚度的黄土土样在给定的工程压力作用下，受水浸 湿后所产生的湿陷量，其值由室内压缩试验测定。 衡量黄土是否具有湿陷性及湿陷性大小的指标是湿陷系数s 黄土的湿陷量与 所受的压力大小 有关 ds= ds0.015时，应定其为湿陷性黄土ds0.015时，应定其为非湿陷性黄土 四、湿陷性黄土地基的评价 1. 湿陷系数和自重湿陷系数湿陷系数ds：9.1 湿陷性黄土地基 Date16非自 重湿 陷性 黄土 自重 湿陷 性黄 土 定义定义作用压力超 过自重应力 才发生湿陷 的黄土。 zs0.015时，为自重湿 陷性黄土。zs0.015时，为非自重非湿 陷性黄土。仅在自重应力（上覆 土的饱和自重压力） 作用下就发生湿陷的 黄土被称为自重湿陷 性黄土。自重湿陷系数：9.1 湿陷性黄土地基 Date17湿陷起始压力定义只有当压力超过某个界限值时，黄土才开始产生湿陷 变形（ds0.015），这个界限压力值被称为湿陷起始 压力Psh 确定方法室内压缩试验 或野外载荷试验 双线法单线法2. 湿陷起始压力 双线法黄土的湿陷起始压 力随着土的密度、 湿度、胶结物含量 以及土的埋藏深度 等的增加而增加 9.1 湿陷性黄土地基 Date18自重 湿陷 量计 算zs7cm时，为非自 重湿陷性黄土场地 zs7cm时，为自重 湿陷性黄土场地zsi为第i层土在上覆土的饱和（Sr0.85）自重应力作用下的湿陷系数； hi为第i层土的厚度，cm；b0为因地区土质而异的修正系数。 Ds=b dsihi si和hi分别为第i层土的湿陷系数和厚 度（cm）；b为考虑黄土地基侧向挤 出和浸水几率等因素的修正系数湿陷 类型 划分 依据3. 建筑场地的湿陷类型和地基的湿陷等级总湿陷量：9.1 湿陷性黄土地基 Date19（很严重（严重）s60（严重）或（中等）30s60（中等)（轻微）s30zs357zs35zs7自重湿陷性场地非自重湿陷性场地湿陷类型计算自重总湿陷量 湿陷量湿陷性黄土地基的湿陷等级9.1 湿陷性黄土地基 Date20当湿陷性黄土地基的压缩变 形、湿陷变形或强度指标无 法满足建筑物的设计要求时为防止地基浸水湿陷危 害建筑物安全或正常使用 减小地基的沉降量、 提高地基的承载力应考虑对软弱地层的处理以 部分或全部消除建筑物地基 的湿陷性并达到减小地基沉 降和提高地基承载力的目的 五、湿陷性黄土地基的工程措施9.1 湿陷性黄土地基 Date21地 基 处 理 的 方 法应 根 据建筑物的类别湿陷性黄土的特性施工技术条件当 地 材 料施 工 工 期气 候 条 件 确 定具 体 方 法 有强夯化学加固预浸水深层重锤夯实土或灰土挤密桩强力深层强夯重锤表面夯实压实垫层换土垫层1. 地基处理 9.1 湿陷性黄土地基 Date22垫层法的 垫层厚度B为需处理土层的底度；b 为基础的宽度；z 为地基 处理厚度；c为考虑施工 机具影响而增设的附加宽 度，q 为地基压力扩散线 与垂直线的夹角 湿陷 性黄 土产 生湿 陷的 必备 条件地基 土浸水因此做好建筑物防排水工作并 考虑其在试用期间的防水 措施无疑也可减少或避免 地基的浸水湿陷事故 2. 防水措施 9.1 湿陷性黄土地基 Date23措施 预留适应沉降的净空 设置圈梁等以增强建筑物的整体刚度 采用有利于抗衡不均匀沉降的基础型 式（如片筏基础、交叉梁基础等） 选择适宜的结构体系 3. 结构措施 9.1 湿陷性黄土地基 Date249.2 膨胀土、盐渍土和冻土地基膨胀土 定义粘粒成分主要由亲水性矿物蒙脱石和伊里石组成、 具有强烈的吸水膨胀和失水收缩特性的粘性土。 膨胀土地区的 地面变形特征 膨胀土地区易产生边坡开裂、崩塌和滑动；土方开 挖工程中遇雨易发生坑底隆起和坑壁侧胀开裂；地 下洞室周围易产生高地压和洞室周边土体大变形现 象；地裂缝发育，对道路、渠道等易造成危害。 膨胀土地区的 建筑物变形 浅埋基础的建筑物变形特征直接反映了地基的变形。 平坦场地上建筑物的变形特征，主要反映地基土含水量 改变的方向、大小和均匀性及其发生的时间和延续期。一、膨胀土地基 Date25影响因素膨胀土的矿物成分 离子交换量微观结构 粘粒含量干密度初始含水量 膨胀土 的特征地形地貌特征 地面变形特征建筑物变形植被问题9.2 膨胀土、盐渍土和冻土地基Date26膨 胀 土 的 判 别 方 法通过测定粘性 土蒙脱石含量 的对其归属加 以确定的方法 指标判定法 综合判定法 指标判定法自由膨胀率 为自由膨胀率， 为试样在水 中膨胀后的体积(m1)； 试样原体 积，试验时一般取10ml。9.2 膨胀土、盐渍土和冻土地基Date27膨胀率 deq为某荷载下的膨胀率；hw 为试样在该荷载作用下浸水膨 胀稳定后的高度； hp为试样 在该荷载作用下压缩变形稳定 后的高度；h0试样原始高度。 收缩系数 其中活性数 定义式Ip为土的塑性指数；m为土中小于2mm 的微小颗粒百分含量（去掉百分号） 9.2 膨胀土、盐渍土和冻土地基Date28综合判别法膨 胀 土 的 特 点 膨胀岩 （A）多分布在二级或二级以上阶地、山前丘陵和盆地 边缘，地形平缓，无明显自然陡坎；（B）常见浅层滑 坡、地裂，新开挖的路堑、边坡、基槽易发生坍塌；（ C）裂缝发育，方向不规则，常有光滑面和擦痕，裂缝 中常充填灰白、灰绿色粘土，干时坚硬，遇水软化，自 然条件下呈坚硬或硬塑状态；（D）自由膨胀率一般大 于40；（E）未经处理的建筑物成群破坏，低层较多 层严重，刚性结构较柔性结构严重，建筑物开裂多发生 在旱季，裂缝宽度随季节变化。 （A）多见于粘土岩、页岩、泥质砂岩。 伊利石含量大于20；（B）具有膨 胀土中的第(B)项至第(E)项的特征。9.2 膨胀土、盐渍土和冻土地基Date29膨胀地基土的等级划分膨胀 土地 基变 形量 当离地表1.0m出地基土的天然含水量等于或接近于最小 值时，或地面有覆盖切无蒸发可能时，以及建筑物在试 用期间经常有水浸湿的地基，可按膨胀变形量计算