理论教育 特殊土:概念、种类与性质

特殊土:概念、种类与性质

时间:2023-10-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:我国的特殊土主要有湿陷性黄土、膨胀土、红黏土、软土、盐渍土及冻土等。膨胀土一般强度高、压缩性低,因此易被误认为是良好的地基。目前膨胀土的工程问题,已成为世界性的研究课题。此外,由于红黏土具有较高孔隙比、高含水率、高分散性及呈饱和状态,致使红黏土有很高的收缩量,因此,红黏土的胀缩性表现为以收缩为主。

特殊土:概念、种类与性质

在我国辽阔的地域上,分布着各种各样的土。由于受不同的地理环境、气候条件、地质历史及物质成分等因素的影响,使一些土类具有不同于一般土的特殊的成分、结构和工程性质。通常把这些具有特殊成分、结构和性质的土类称为特殊土,这些特殊土在分布上也存在一定的规律,表现出明显的区域性,所以也称为区域性特殊土。

当作为地基时,如果不注意土的这些特殊性,很容易造成工程事故。我国的特殊土主要有湿陷性黄土、膨胀土、红黏土、软土、盐渍土及冻土等。

1.湿陷性黄土地基

黄土在天然含水量时往往具有较高的强度和较小的压缩性,但遇水浸湿后有的就会发生湿陷及剧烈而大量的变形,强度迅速降低。天然黄土在一定压力作用下,受水浸湿后,土的结构迅速破坏,发生显著的湿陷变形,强度也随之下降的,称为湿陷性黄土。

湿陷性黄土除了具备黄土的一般特征,如呈黄色或黄褐色;成分以粉土颗粒为主,约占50%以上;具有肉眼可见的孔隙;呈松散多孔结构状态,孔隙比常在1.0以上,天然剖面上具有垂直节理,含水溶性盐(碳酸盐、硫酸盐类等)较多。垂直大孔性、松散多孔结构、土颗粒间的加固凝聚力遇水即降低或消失,是湿陷性黄土的特征。

湿陷性黄土分为自重湿陷性和非自重湿陷性两种类型。在上覆土层自重压力作用下受水浸湿后即发生湿陷的黄土,称为自重湿陷性黄土;在上覆土层的自重压力下,土层受水浸湿不发生湿陷,而在自重应力和由外荷引起的附加应力共同作用下,受水浸湿才发生湿陷的黄土,称为非自重湿陷性黄土。

黄土(原生黄土和次生黄土的统称)在我国特别发育,地层全、厚度大,从东向西分布在黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东、河北、河南、山西、陕西、甘肃、宁夏和新疆等地,大致以昆仑山祁连山秦岭为界(其南很少,分布零星)。

黄土的湿陷性会对结构物带来不同程度的危害:使结构物大幅度沉降、倾斜甚至严重影响其安全和使用。所以,黄土地区的工程地质问题应予重视,在黄土地区修筑桥涵等结构物,对湿陷性黄土地基应有可靠的判定方法和全面的认识,在设计施工中要因势利导,选择合理而经济的方案,防止或消除它的湿陷性。

黄土由于环境、成因的不同以及颗粒矿物成分、结构的差异,有湿陷性和非湿陷性的分别。湿陷性黄土地基中,自重湿陷性黄土地基与非自重湿陷性黄土地基在湿陷量大小、承载能力等方面也有较大差别。不同地区的自重或非自重湿陷性黄土也因上述原因,其湿陷性、湿陷敏感程度等都有明显不同。因此,对黄土是否属湿陷性应有统一的判定方法和标准,地基湿陷类型、湿陷程度也应评定正确、恰当。

2.膨胀土

膨胀土是指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黏性土。

膨胀土是一种特殊的黏性土,其黏粒含量很高,黏土矿物成分中含有较多的蒙脱石、伊犁石和多水高岭石等亲水性矿物,这类矿物具有较强的与水结合的能力,具有吸水膨胀性。膨胀土的塑性指数IP>17,一般在22~35之间。膨胀土的含水率接近或略小于塑限,液性指数常小于零。

膨胀土一般呈灰白、灰绿、灰黄、棕红、褐黄等颜色,常出现于二级或二级以上的河谷阶地、山前丘陵和盆地的边缘,膨胀土所处地形平缓,无明显自然陡坎。在天然状态下,膨胀土常呈坚硬或硬塑状态,结构致密,裂隙发育,遇水则软化。

膨胀土一般强度高、压缩性低,因此易被误认为是良好的地基。实际上,由于膨胀土具有明显的膨胀和收缩特征,在工程建设中,如不采取一定的工程措施,很容易导致土体变形、基础沉降、建筑物开裂倒坍、公路路基发生破坏以及堤岸、路堑产生滑坡等严重的工程事故。

我国过去修建的公路一般等级较低,膨胀土引起的工程问题不太突出,所以尚未引起广泛关注。然而,近年来由于高等级公路的兴建,在膨胀土地区新建的高等级公路,也出现了严重的病害,已引起了公路交通部门的重视。(www.daowen.com)

据现有的资料,广西、云南、湖北、安徽、四川、河南、山东等20多个省、自治区、直辖市均有膨胀土。国外也一样,如美国,50个州中有膨胀土的占40个州,此外在印度、澳大利亚、南美洲、非洲和中东广大地区,也都有不同程度的分布。目前膨胀土的工程问题,已成为世界性的研究课题。

3.红黏土

红黏土是指石灰岩白云岩等碳酸盐类岩石,在湿热气候条件下经长期的风化作用而形成的高塑性黏土,其液限一般大于50%,通常带红色,由此得名为红黏土。红黏土经搬运之后仍保留红黏土的特征,液限大于45%的土称为次生红黏土。红黏土一般堆积于洼地和山麓坡地,具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的特征,有时还呈棕红、黄褐等颜色。

红黏土的形成及分布与气候条件密切相关,一般气候变化大,潮湿多雨地区有利于岩石的风化,易形成红黏土。因此,红黏土在我国以贵州、云南、广西分布最为广泛和典型,在安徽、四川、湖南、湖北等省也有分布。

红黏土的矿物成分以石英和高岭石为主。由于矿物成分亲水性不强,以及相对较高的起始含水率等因素,使得天然状态下红黏土的膨胀性很小,具有较好的水稳定性。此外,由于红黏土具有较高孔隙比、高含水率、高分散性及呈饱和状态,致使红黏土有很高的收缩量,因此,红黏土的胀缩性表现为以收缩为主。呈坚硬、硬塑状态的红黏土由于收缩作用形成了大量孔隙,并且裂隙的发育速度极快,当地面水进入裂隙,导致土的抗剪强度降低时,常常造成边坡变形和失稳。

红黏土常处于饱和状态,它的天然含水率几乎与塑限相等,但液性指数却较小,故土中以含结合水为主。因此,虽然红黏土的含水率较高,但一般仍处于硬塑或坚硬状态,具有较高的强度和较低的压缩性。

红黏土由地表向下是从硬变软,土的强度逐渐降低,压缩性逐渐增大。红黏土厚度分布不均匀,当下卧基岩的溶沟、溶槽、石芽等发育时,上覆红黏土厚度变化极大,造成地基的不均匀性。

4.冻土

凡是温度等于低于零摄氏度、含有冰且与土颗粒呈胶结状态的土称为冻土。根据冻土冻结延续时间可分为季节性冻土和多年冻土两大类。

冬季冻结,春(夏)季全部融化,冻结延续时间一般不超过一个季节的冻土称为季节性冻土。其冻结的最下边界线称为冻深线或冻结线。

冻结状态持续两年以上的冻土称为多年冻土。其表层受季节影响而发生年周期冻融变化的土层称为季节融化层。最大融化深度的界面线称为多年冻土的上限。当修筑建筑物后所形成的新上限,称为人为上限。

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0.5m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、内蒙古纬度较大地区、青藏高原部分地区与甘肃、新疆的高山区,其厚度从不足一米到几十米,冰冻期长达七个月。

冻土地区建筑物产生冻害的影响因素是很复杂的,但主要可以归结为温度、土质、水和压力四个要素。温度和压力的变化是外因,土质和水是内因。其中水是一个很重要的因素,水结冰,强度剧增;冰融成水,承载力几乎为零。同时还伴随着复杂的物理化学变化。这些特点会使多年冻土和季节性冻土对结构物带来不同的危害,因而,对冻土区的地基和基础进行设计和施工要有特殊的要求。

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