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第四纪沉积土及其工程地质特性

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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楼歪歪楼脆脆8层 55m,直径 (底部 )16斜 1173~ 1350 采用地基应力解除法从另一侧掏土,使北侧地基高度下降从地基下掏土 加拿大 仓,建于 1913年。高 31m,宽 23m。 地基破坏 后,西侧下陷 东侧抬高 倾斜 27度 。后用 388个 50位置较原先下降 4m 。 苏州虎丘塔 ,建于公元 959~ 961年期间, 7级 8角形砖塔, 顶 1957年位移 1978年 重心偏 离基础轴线 1981孔注浆、壳体基础及地基防水、塔墩砖砌体补换等综合治理措施,成功地解决了塔基不均匀沉降等一系列难题,使其倾斜之势得到有效的控制。成都国际金融中心基坑工程823天容易入地难打牢根基是关键 武汉地质条件复杂,有 粘土、粉土、粉细砂、卵石 , 还有岩层 。上软下硬的地层,是隧道挖掘的“大敌”。 隧道两岸大部分为粉细砂 地层,一旦透水,后果不堪设想。大坝道路土乃万物之基边坡地铁、隧道桥梁建筑土孙 秀 丽四纪沉积土及其工程地质特征土固相 液相 气相颗粒的大小矿物组成结构和构造土体工程特性力学特性?物理特性§ 的组成及其结构与构造一、土的固相土粒的大小、分为若干粒组,为了表示土粒的大小及组成情况,通常以土中各个粒组的相对含量(即各粒组占土粒总量的百分数)来表示,称为土的 颗粒级配试验方法筛分法: 适用于 d≤60适用于 d< 从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛,称出留在各筛上的土质量,然后计算其占总土粒质量的百分数利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量比重计法颗粒粒径级配曲线纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比 ,横坐标表示土粒的粒径 (对数坐标)粒级配的描述工程上常用 不均匀系数 示土粒愈不均匀。工程上把 5的土视为 级配不良 的土; 10的土视为 级配良好 的土曲率系数 明某粒组是否缺失情况6010230对于 砾类土 或 砂类土 ,同时满足 和 ~ 3时,由岩石经过物理风化形成,其矿物成分与母岩相同次生矿物: 岩石经化学风化后所形成的新的矿物,其成分与母岩不相同例: 石英、云母、长石 等特征 : 矿物成分的 性质较稳定 ,由其组成的土具有 无粘性 、 透水性较大、压缩性较低 的特点例: 粘土矿物有 高岭石、伊利石、蒙脱石 等特征 : 性质较不稳定 ,具有 较强的亲水性 , 遇水易膨胀 的特点二、土中的水土中水的含量明显地影响土的性质 (尤其是粘性土 )。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外,紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体弱结合水 :紧靠强结合水的外围形成的结合水膜,质和普通水无异,能传递水压力,冰点为 0℃ ,有溶解能力以两种形式存在: 毛细水、重力水粘粒弱结合水 自由水强结合水三、土中气体土中气体 存在于土孔隙中未被水占据的部分,受外荷作用时被挤出土体外,受外荷作用,不能逸出,被压缩或溶解于水中,压力减小时能有所复原,对土的性质有较大的影响,使土的渗透性减小,弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时四、土的结构在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式,与组成土的颗粒大小、颗粒形状、 粗矿物颗粒 在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构,其特点是土粒间存在 点与点 的接触。根据形成条件不同,可分为疏松状态和密实状态粗粒土:单粒结构力学 特性 :土粒相互支撑,内摩擦力大,受压时土体积变化较小,透水性强,孔隙水易排出工程特性 : 建筑物结构封顶,地基沉降即告完成,颗粒间 点与点接触 ,由于彼此之间 引力大于重力 ,接触后,不再继续下沉,形成链环单位 ,很多链环联结起来,细微粘粒大都 呈针状或片状 ,质量极轻,在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时,土粒表面的弱结合水厚度减薄,粘粒互相接近,凝聚成絮状物下沉,形成孔隙较大的絮状结构粉 土:蜂窝结构分散结构:淡水 絮凝结构:海水工程特性 : 压缩性大,排水困难,压缩过程缓慢,水稳性差4. 土的结构变化( 1) 砂土的振动密实和液化1964年 6月 16日日本新瀉 2) 粘性土 的结构性和灵敏度灵敏度2~ 4,中等灵敏; 4~ 8,灵敏; 8~ 16,特别灵敏; >16,超灵敏触变性原状土与重塑土的强度比五、土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性 ,即层理构造和裂隙构造, 土粒在沉积过程中 ,由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同 , 土体被许多不连续的小裂隙所分割 ,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物§ 的三相图气水土粒m sm sV m 体积 :单位体积土的质量工程中常用重度 来表示单位体积土的重力g 重力加速度,近似取 10m/s(土粒比重) :土粒质量与同体积的 4℃ 时纯水的质量之比 土粒相对密度变化范围不大:细粒土(粘性土)一般 土一般为 中有机质含量增加,土粒相对密度减小V sV w VV m 体积 V : 土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示%100%100 土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大,与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。测定方法:通常用烘干法,亦可近似用酒精燃烧法 三、换算指标气水土粒sV w V VV m 体积 V e : 和度 土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比,以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土 ,饱和土00%。砂土根据饱和度分为三种状态 : 孔隙率 n : 土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示%100 v%1 0 00%稍湿; 50%< 0%很湿; 80% 土体中孔隙完全被水充满时的土的密度干密度 ρd : 单位体积中固体颗粒部分的质量a t  Vm 浮密度 ρ : 土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差 土的三相比例指标中的质量密度指标共有 4个,土的密度 ρ ,饱和密度 ρ密度 ρd,浮密度 ρ (kg/相应的重度指标也有 4个,土的重度 ,饱和重度 重度 d,浮重度 (kN/水土粒sV w V VV m 体积 V 四、指标间的换算气水土粒G sρ w V s=1 1+m 体积 V 土的三相指标中,土粒比重含水量 ω和密度 ρ 是通过试验测定的,可以根据三个基本指标换算出其余各指标V v=s(1+ω)ρ 1)1(  11  1  )1(11则令§ 的物理状态指标 一、 无粘性土的密实度土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少,天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的不同物理状态。于同一种土,当孔隙比小于某一限度时,处于密实状态。孔隙比愈大,rm i nm a xm a 当 时, e=示土处于最疏松状态 ;当 e=1/3 疏松状态1/3< < 密实状态天然砂土的密实度,可按原位标准贯入试验的锤击数然碎石土的密实度,可按原位重型圆锥动力触探的锤击数 实度按 密 中密 密实N≤10< N≤155< 015< N≤3010< 0N> 20 二、 是粘性土最主要的物理状态特征粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限液塑限测定根据 《 土工试验规程 》 (定,采用液塑限联合测定仪进行测定。0固态或半固态 流动状态ω可塑状态塑限 ωP 液限 ω强结合水弱结合水自由水 液 性指数 和 液性指数塑性指数 省去 %),即土处在可塑状态的含水量变化范围说明: 塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力 ,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多 ,塑性指数就越高说明:液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当 时 ,ω≤ωP,土处于坚硬状态 ;当 1时 ,ω> ωL,土处于流动状态。根据  液性指数 的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比I 状态液性指数坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑 0< 1土的压缩性高低,常用压缩性指标定量表示。压缩性指标,通常由工程地质勘察取天然结构的原状土样,进行室内压缩试验测定。§ 的力学性质§ 的压缩性1室内压缩试验(1)试验仪器(2)试验方法:侧限压缩试验(3)试验结果(土的压缩曲线图片)(4)试验结果(孔隙比)的推导  11 000000 1 )1( 000  1)/)(1( 0 的压缩性指标(1)土的压缩系数d/d1221ta  * 为了便于比较,通常采用压力段由 00加到 00的压缩系数  )土的压缩指数)/lo g (/lo g 121221c (3)土的压缩模量)1( 1s 公式:11211 推导:1111(4)土的回弹再压缩曲线及回弹再压缩模量土体抵抗剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性质之一。地基 外荷载 剪应力剪切变形 剪阻力被完全发挥 剪切破坏§ 伦强度理论库伦公式1773年 ta   ta n 粘性土:式中: -土的抗剪强度, 切滑动面上的法向总应力, 的粘聚力 (内聚力 ), 的内摩擦角,度。以上两式统称为库伦公式或库伦定律, 、 称为抗剪强度指标或抗剪强参数。fcc  根据 有效应力概念  ta   ta -土的抗剪强度, 切滑动面上的法向总应力, 的粘聚力 (内聚力 ), 的内摩擦角度。fc莫尔-库伦强度理论)( 莫尔包线 2c 131  2s 1 莫尔-库伦破坏准则 — 土的极限平衡条件• 极限平衡状态时,大、小主应力之间的关系,称为莫尔-库伦破坏准则。• 将抗剪强度包线与莫尔应力圆画在同一张坐标图上。它们之间的关系有以下三种情况。§ (岩)的工程分类 一、分类的目的和原则土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别,目的在于通过通用的鉴别标准,便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流分类原则:要能综合反映土的主要工程性质,又要测定方法简单,二、分类体系与方法分类体系:究对象为原状土,例如: 《 建筑地基基础设计规范 》 (基土分类方法侧重把土作为建筑材料,用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土,例如: 《 土的分类标准 》(程用土的分类和 《 公路土工试验规程 》(的工程分类分类方法:1.《 建筑地基基础设计规范 》 (2002)根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土(岩)分为岩石、碎石土、砂土、呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石,坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度 硬岩 较硬岩 较软岩 软岩 极软岩30< 060 15< 0 5< 5 0%0%的土,且粒径大于 0%的土称为砂土土的名称漂石块石卵石碎石圆砾角砾颗粒形状圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主颗粒级配粒径大于 2000%粒径大于 200%粒径大于 20%注:0%,塑性指数 0的土称为粉土土的名称砾砂粗砂中砂细砂粉砂颗粒级配粒径大于 25% ~ 50%注:定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于 0%粒径大于 0%粒径大于 5%粒径大于 0%0%,塑性指数 10的土称为粘性土,粘性土根据塑性指数细分土的名称粘土粉质粘土塑性指数注:塑性指数由相应于 761710< 质成分较杂乱 ,均匀性较差,根据其物质组成和成因 ,可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土2.《 土的分类标准 》 (90)根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、0土中巨粒含量多于 50%,属于巨粒土;若土中巨粒含量在15%~ 50%之间,5%,剔除巨粒后,0%,属于粗粒土。0%,且粗粒含量少于 25%的土属于细粒土。细粒土按塑性图进行细分1、成因 :岩石经 物理风化 和 化学风化 作用后残留在原地的碎屑物称 残积物 或残积土,又称残积层。2、特征 : ①由大小不等的岩石碎块或颗粒组成 ,层理不明显②表层为强风化岩屑,下为碎块 ,再下是半风化岩层 ,最基层是未经风化基岩③残积物的组成和性质与基岩有直接关系分布 :在位置较高,或比较平缓的丘陵山地,是搬运与堆积作用较少的地段。§ 的成因及类型一、残积土3、残积物工程地质特征1)表层土壤孔隙率大,压缩性高,强度低;2)下部常为夹石或砂的粘土层、粘土充填的碎石土和砂砾土,强度较高。1、成因 :坡积体是山坡靠上部的 风化产物 ,在 重力和水流 的联合作用下发生移动,在山坡中部或山麓处堆积的物质。2、特征 :①颗粒分选程度差,岩屑磨圆程度不高,山坡下部有与坡面平行的层次② 呈间歇性堆积③ 性状与坡上岩性有关,与基岩无关④ 结构较复杂,可见古土壤埋藏剖面分布 : 坡积物在气候湿润的山区较为常见,尤其在上坡植被稀少易受冲刷和下坡地势较平缓的山地最为常见。有的山坡常见残积体上复盖着坡积物,称坡积-残积体。二、坡积土3、坡积物工程地质特征:厚度变化大。陡坡地段薄,破脚厚。性质由原斜坡岩性决定。三、洪积物1、成因 : 洪水 将山上的风化碎屑搬运到地势平缓的山谷出口处 ,水流由集中变为分散,所携带的物质因流速的降低而沉积。沉积面积大的称 洪积扇 ,面积小的称 洪积锥 。2、特点 : ① 在流水出口的中心堆积物最多,向外逐渐减少② 由扇顶到扇缘总的趋势是沉积物质由粗变细③ 在扇顶沉积层次不明显。在扇缘为较细的细砂粉砂3、洪积物工程地质特征:1)上部多为砾石、卵石,强度高,压缩性小;2)中部和下部以砂土为主,一般为良好地基;四、冲积物2、特征:① 层界清晰而整齐 ,磨圆度高 ,粗细均一② 距河床愈近沉积物愈粗,越远越细③范围大小不一 ,有时可达几万平方公里④是构成广大平原的主要物质1、成因:是风化的碎屑物质经 河流 常年性流水的侵蚀、搬运、沉积在河流两岸的沉积物。在较大山地的河流出口处 ,因携带泥砂沉积所造成的扇形堆积,称 冲积扇 。与洪积扇的成因相同。冲积物 按其与河流的关系分为 河床沉积物 、 河漫滩沉积 物 、牛轭湖沉积 物 以及 三角州沉积 物 四类。3、冲积物工程地质特征:1)古河床 冲积物压缩性低,强度高,为良好地基,现代河床相反;2)河漫滩 一般为较好地基,但要考虑软夹层及振动液化;3)牛轭湖 常为淤泥或泥炭质,压缩性高,不能作为地基;4)三角洲 土层常呈饱和状态,承载力低,但表层有硬壳层时可考虑作为天然地基。3、分布 :河流沉积物与冲积扇沉积物交互沉积所形成的一系列交接洼地 和 湖泊洼地 上。1、成因 :一是湖周流水向湖心汇集的过程中,所携泥砂因流速下降而在湖心沉积;二是湖中藻类等生物残体的累积。2、特征 :① 分选度高,湖边向湖心颗粒由粗到细② 垂直剖面中有腐殖质或泥炭夹层③ 铁与磷酸结合使湖泥呈蓝灰或青灰色④属静水沉积物五、湖积物4、湖积物工程地质特征:1)近岸土层承载力高,远岸压缩性高,强度低;六、海洋沉积物2、特点 :①层次深厚,层理分明,并含有一定的盐分。②盐分类型主要是氯化物。1、成因 :海潮的涨落而形成的。有被河流搬运的泥砂,海洋剥 蚀下来的碎石。3、海洋沉积物工程地质特征:1)滨海沉积物一般都具有较高承载力,但透水性强;2)浅海含砂土、粘性土和淤泥,疏松、含水量高强度低;3)大陆斜坡和深海沉积物以生物软泥、粘土和粉细砂为主,一般不考虑作为地基。§ 国主要特殊土的基本特征( 1)黄土成因和分布 :干旱和半干旱气候条件,北纬 33~47度。成分和结构 :粉土为主,细粒矿物伊利石和蒙脱石为主。残积、坡积黄土不等粒,大孔隙;冲积黄土相反。孔隙率高达 40%~50%,大孔隙存在使其具有 湿陷性 。工程地质特征 :压缩性 早中晚抗剪强度 w 过饱和 ( 2)红粘土分布规律 :山区和丘陵地带。贵州、云南、广西成分特点 :矿物成分主要为高岭石、伊利石和绿泥石。工程地质特征 :天然含水量、孔隙比、饱和度很高 ;强度较高压缩性较小;各种指标的变化幅度较大。( 3)软土含水量大、压缩性高、承载力低的软塑到流塑状态粘性土。包括 淤泥、淤泥质土、高压缩性饱和粘土、粉土 。成因类型 :滨海沉积、湖泊沉积、河滩沉积、沼泽沉积软土分布 :工程性质 :触变、流变、高压缩、低强度、低透水、不均匀( 4)膨胀土对湿热变化非常敏感的土。膨胀性主要受 蒙脱石 控制。分布 :北京 成都一线东南,杭州 多以残 积、洪积、湖积为主。工程地质特征 :强度较高,压缩性偏低。含水量增加和扰动后力学性质明显减弱。全世界每年因膨胀土造成的经济损失约为 50亿美元以上。( 5)冻土是指温度等于或低于摄氏零度且含有冰的各类土。冻土分类:季节性冻土、多年冻土力学性质:融化压缩、冻胀量、冻胀力、冻结力、抗剪强度季节性冻土多年冻土:不融陷土、弱融陷土、中融陷土、强融陷土、极融陷土 作业:
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