工程地质第9-章-特殊土ppt课件

*9.5 9.5 特殊土特殊土红 黏 土*9.5 特殊土红红 黏黏 土土*红 黏 土*红红 黏黏 土土 红黏土作为一种特殊土类，最早报道见于红黏土作为一种特殊土类，最早报道见于在印度西部马拉巴尔地区，该地区约在印度西部马拉巴尔地区，该地区约6060分布分布此黏土，因颜色为红色，称之为红土此黏土，因颜色为红色，称之为红土(laterite or lateritic soil)laterite or lateritic soil)，因此，一般，因此，一般认为印度西部马拉巴尔地区是红土工程性质研认为印度西部马拉巴尔地区是红土工程性质研究的发源地。究的发源地。*红 黏 土 红黏土作为一种特殊土类红红 黏黏 土土u 定义定义 红黏土是指由石灰岩、白云岩等碳酸盐红黏土是指由石灰岩、白云岩等碳酸盐类在亚热带温热气候条件下经风化作用而形类在亚热带温热气候条件下经风化作用而形成的褐红色的黏性土。成的褐红色的黏性土。*红 黏 土 定义 红黏土是指由石灰岩、白红红 黏黏 土土u 物质组成物质组成 矿物成分以黏土矿多水高岭石为主，其他包括伊利石、绿矿物成分以黏土矿多水高岭石为主，其他包括伊利石、绿泥石、水铝石、蛙石等，也有少量特殊红黏土中含蒙脱石。泥石、水铝石、蛙石等，也有少量特殊红黏土中含蒙脱石。氧化物含量也较高，其化学成分主要为硅、铝、铁氧化物，氧化物含量也较高，其化学成分主要为硅、铝、铁氧化物，SiO2(33.5%68.9%),Al2 O3(9.6%12.7%),Fe2O3(13.4%36.4%)等。其中等。其中,Fe2O3含量占含量占5%15%时，红黏土颜色为褐黄、时，红黏土颜色为褐黄、黄色；黄色；Fe2O3含量达含量达15%25%时，则红黏土呈现为褐红、棕红时，则红黏土呈现为褐红、棕红色。碎屑矿物较少，水溶盐和有机质较少见。色。碎屑矿物较少，水溶盐和有机质较少见。*红 黏 土 物质组成 矿物成分以黏土矿多红红 黏黏 土土u 分类分类 地质成因地质成因原生红黏土：原生红黏土：颜色为棕红或褐黄，覆盖于盐酸颜色为棕红或褐黄，覆盖于盐酸 盐系之上，其液限大于或等于盐系之上，其液限大于或等于 50%的高塑性黏土的高塑性黏土次生红黏土：次生红黏土：原生红黏土经搬运、沉积，仍保留原生红黏土经搬运、沉积，仍保留 其基本特征，且其液限大于其基本特征，且其液限大于45%的的 黏土黏土 含水比含水比（贯入阻力）（贯入阻力）坚硬红黏土坚硬红黏土硬塑红黏土硬塑红黏土可塑红黏土可塑红黏土流塑红黏土流塑红黏土*软塑红黏土软塑红黏土红 黏 土 分类 地质成因原生红黏土：颜色为棕红或褐黄，覆红红 黏黏 土土u 成因成因 残积说：残积说：认为红黏土是岩石就地剥蚀、风化堆积而成的红色认为红黏土是岩石就地剥蚀、风化堆积而成的红色 风化壳。已被大多数学者否定，因为红黏土不符合风化壳。已被大多数学者否定，因为红黏土不符合 残积作用的一般特点。残积作用的一般特点。水成说：水成说：主张红黏土是岩石风化剥蚀后经流水搬运至低洼处主张红黏土是岩石风化剥蚀后经流水搬运至低洼处 或河湖两岸堆积的河湖相或冲积相沉积物。或河湖两岸堆积的河湖相或冲积相沉积物。风成说：风成说：强调红黏土与其上覆第四纪黄土一样都是风尘堆积强调红黏土与其上覆第四纪黄土一样都是风尘堆积 产物。产物。*红 黏 土 成因 残积说：认为红黏土是岩石红红 黏黏 土土u 成因成因 对于其成因，仍存在很大争议，不仅局限于前面三种观点对于其成因，仍存在很大争议，不仅局限于前面三种观点，同时许多学者也提出了，同时许多学者也提出了“早起水成，晚期风成早起水成，晚期风成”、“与地下与地下水作用有关水作用有关”、“风成堆积为主的多成因类型风成堆积为主的多成因类型”、“岩溶堆积岩溶堆积成土观点成土观点”、“喀斯特成土作用说喀斯特成土作用说”、“碳酸盐岩黏土化观点碳酸盐岩黏土化观点”等假说。目前对红黏土的成因的认识多限于沉积学和地球化等假说。目前对红黏土的成因的认识多限于沉积学和地球化学方面的证据。目前急待开展红黏土地层系统的生物地层学研学方面的证据。目前急待开展红黏土地层系统的生物地层学研究。究。*红 黏 土 成因 对于其成因，仍存在很红红 黏黏 土土u 形成条件形成条件红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件：红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件：气候条件：气候条件：气候变化大，年降水量大于蒸发量，因而气气候变化大，年降水量大于蒸发量，因而气 候潮湿，有利于岩石的机械风化和化学风候潮湿，有利于岩石的机械风化和化学风 化，风化的结果便形成红黏土。化，风化的结果便形成红黏土。岩性条件岩性条件：在碳酸盐类岩石分布区内，经常夹杂着一些在碳酸盐类岩石分布区内，经常夹杂着一些 非碳酸盐类岩石，它们的风化物与碳酸盐类非碳酸盐类岩石，它们的风化物与碳酸盐类 岩石的风化物混杂在一起，构成了红黏土的岩石的风化物混杂在一起，构成了红黏土的 物质来源。物质来源。*红 黏 土 形成条件红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个红红 黏黏 土土u 分布分布 主要分布在北纬主要分布在北纬30 与南纬与南纬30 之间的热带与亚热带地区，之间的热带与亚热带地区，我国的红黏土主要分布于华南、西南、华东以及华中部分地区，我国的红黏土主要分布于华南、西南、华东以及华中部分地区，如贵州、广西、云南、广东以及湖南等省份。在北方，红黏土如贵州、广西、云南、广东以及湖南等省份。在北方，红黏土零星分布在一些较温湿的岩溶盆地，如陕南、鲁南和辽东等地。零星分布在一些较温湿的岩溶盆地，如陕南、鲁南和辽东等地。其分布区域的地形地貌具有典型特征，主要发育于地形舒缓、其分布区域的地形地貌具有典型特征，主要发育于地形舒缓、波状起伏的剥蚀夷平台地、岩溶断陷盆地及岩溶谷地两侧的高波状起伏的剥蚀夷平台地、岩溶断陷盆地及岩溶谷地两侧的高原丘陵坡脚。原丘陵坡脚。*红 黏 土 分布 主要分布在北纬30 与红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 一、物理力学性质：一、物理力学性质：*红 黏 土 工程地质特征 一、物理力学性质：*红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 一、物理力学性质的基本特点：一、物理力学性质的基本特点：p 颗粒组成的高分散性，其中小于颗粒组成的高分散性，其中小于0.005mm0.005mm的黏粒含量为的黏粒含量为 60%60%80%80%；小于；小于0.002mm0.002mm的胶粒含量占的胶粒含量占40%70%40%70%p 天然含水率、饱和度、塑性界限（液限、塑限、塑性指数）和天然含水率、饱和度、塑性界限（液限、塑限、塑性指数）和天然孔隙比都很高，且具有较高的力学强度和较低的压缩性天然孔隙比都很高，且具有较高的力学强度和较低的压缩性p 有很多指标变化幅度很大，如天然含水率、液限、塑限、天然有很多指标变化幅度很大，如天然含水率、液限、塑限、天然孔隙比孔隙比p 土中裂隙的存在，使土体与土块的力学参数尤其是抗剪强度指土中裂隙的存在，使土体与土块的力学参数尤其是抗剪强度指标相差很大标相差很大*红 黏 土 工程地质特征 一、物理力学性质的基本特点：红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 厚度分布：厚度分布：红黏土的厚度变化与所处地形地貌、基岩岩性及岩溶发育程红黏土的厚度变化与所处地形地貌、基岩岩性及岩溶发育程度有关。一般情况下，分布在盆地或洼地时，其厚度变化大体是度有关。一般情况下，分布在盆地或洼地时，其厚度变化大体是边缘较薄，向中间逐渐增厚；在厚层及中厚层石灰岩、白云岩分边缘较薄，向中间逐渐增厚；在厚层及中厚层石灰岩、白云岩分布区，由于岩体表面岩溶化强烈，岩面起伏大，导致红黏土厚薄布区，由于岩体表面岩溶化强烈，岩面起伏大，导致红黏土厚薄不一；当下伏基岩的溶沟、溶槽、石芽等较发育时，上覆红黏土不一；当下伏基岩的溶沟、溶槽、石芽等较发育时，上覆红黏土厚度变化极大，常有咫尺之隔，最大厚度相差厚度变化极大，常有咫尺之隔，最大厚度相差10 m之多，所以平之多，所以平面上的变化亦不均匀。面上的变化亦不均匀。*红 黏 土 工程地质特征 厚度分布：红红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 上硬下软：上硬下软：红黏土具有典型的红黏土具有典型的“上硬下软上硬下软”特征。表现为坚硬特征。表现为坚硬硬塑硬塑可可塑塑软塑软塑流塑状态，土的强度逐渐降低，压缩性逐渐增大。以流塑状态，土的强度逐渐降低，压缩性逐渐增大。以坚硬、硬塑状态红黏土为主，在地表广泛发育。可塑坚硬、硬塑状态红黏土为主，在地表广泛发育。可塑软塑、流软塑、流塑状只占小部分，主要发育于近下伏基岩面的溶蚀沟、槽底部，塑状只占小部分，主要发育于近下伏基岩面的溶蚀沟、槽底部，多呈透镜体状小范围产出。盆地、谷地（洼地）中心的次生红黏多呈透镜体状小范围产出。盆地、谷地（洼地）中心的次生红黏土土层多为可塑或软塑状态。土土层多为可塑或软塑状态。*红 黏 土 工程地质特征 上硬下软：红红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 胀缩性胀缩性：由于多数红黏土中不含非水稳性矿物蒙脱石，却含有亲水性由于多数红黏土中不含非水稳性矿物蒙脱石，却含有亲水性不强的亚水稳性矿物蛭石，使得天然状态下的红黏土具有弱膨胀不强的亚水稳性矿物蛭石，使得天然状态下的红黏土具有弱膨胀性，其自由膨胀率一般为性，其自由膨胀率一般为35%55%。而红黏土具有高孔隙比、高。而红黏土具有高孔隙比、高含水率、高分散性及饱和状态，致使具很高的收缩量。因此，红含水率、高分散性及饱和状态，致使具很高的收缩量。因此，红黏土的胀缩性表现为以失水后强烈收缩为主，天然状态下的膨胀黏土的胀缩性表现为以失水后强烈收缩为主，天然状态下的膨胀率仅为率仅为0.1%一一2.0%，但线缩率一般为，但线缩率一般为2.5%8.0%，最大可达，最大可达14%。*红 黏 土 工程地质特征 胀缩性：红红 黏黏 土土u 工程地质特征工程地质特征 胀缩性的危害胀缩性的危害：红粘土的地质和工程灾害也不少见。最为普遍和突出的是胀缩性红粘土的地质和工程灾害也不少见。最为普遍和突出的是胀缩性红黏土的失水强收缩引起的裂隙，有网状和线状两类。通常把由于收红黏土的失水强收缩引起的裂隙，有网状和线状两类。通常把由于收缩引起的线状裂缝称为缩引起的线状裂缝称为“地裂地裂”。当地裂在房屋建筑中穿过或在附近。当地裂在房屋建筑中穿过或在附近产生时，往往对建筑物产生较大危害。产生时，往往对建筑物产生较大危害。红黏土中的土洞可由地表、地下水的作用和生物作用形成。在红黏土中的土洞可由地表、地下水的作用和生物作用形成。在地下水位高于基岩面的场地，由于自然和人为因素，常使地下水水位地下水位高于基岩面的场地，由于自然和人为因素，常使地下水水位的岩土交界面附近作频繁的升降变化，地下水对土体不断产生潜蚀甚的岩土交界面附近作频繁的升降变化，地下水对土体不断产生潜蚀甚至吸蚀作用，容易形成土洞，土洞继续向上发展，便形成地表塌陷。至吸蚀作用，容易形成土洞，土洞继续向上发展，便形成地表塌陷。*红 黏 土 工程地质特征 胀缩性的危害：冻冻 土土u 定义定义冻土是指具有负温或零温度并含有冰的土（岩）冻土是指具有负温或零温度并含有冰的土（岩）u 分类分类冻结状态冻结状态 持续时间持续时间多年冻土多年冻土隔年冻土隔年冻土季节冻土季节冻土 易溶盐含量易溶盐含量（泥炭化程度）（泥炭化程度）盐渍化冻土盐渍化冻土泥炭化冻土泥炭化冻土体积压缩系数体积压缩系数（总含水量）（总含水量）坚硬冻土坚硬冻土塑性冻土塑性冻土松散冻土松散冻土*冻 土 定义冻土是指具有负温或零温度并含有冰的土（岩）冻冻 土土u 成土条件成土条件气候：全年结冰日长达气候：全年结冰日长达200200多天，而且降水较少，蒸发量多天，而且降水较少，蒸发量 也较小；也较小；植被：以苔藓、地衣为主组成的苔原植被，生长缓慢，矮植被：以苔藓、地衣为主组成的苔原植被，生长缓慢，矮 小且畸形，各种植物的年生长量均不大；小且畸形，各种植物的年生长量均不大；地形、母质：分布区的地形主要是陡峭的山坡，角锋、刃地形、母质：分布区的地形主要是陡峭的山坡，角锋、刃 脊、第四纪和近代冰川所形成的冰斗和冰碛脊、第四纪和近代冰川所形成的冰斗和冰碛 垅堤，宽谷，湖盆的湖积平原等垅堤，宽谷，湖盆的湖积平原等*冻 土 成土条件气候：全年结冰日长达200多天，而且降水较冻冻 土土u 分布分布n 中国多年冻土又可分为高纬度多年冻土和高海拔多年冻土，中国多年冻土又可分为高纬度多年冻土和高海拔多年冻土，前者分布在东北地区，后者分布在西部高山高原及东部一些较高前者分布在东北地区，后者分布在西部高山高原及东部一些较高山地。山地。*冻 土 分布 中国多年冻土又可分为高纬度多冻冻 土土u 物理性质物理性质n 总含水量：是指冻土中所有冰和未冻水的总质量与冻总含水量：是指冻土中所有冰和未冻水的总质量与冻 土骨架质量之比土骨架质量之比n 相对含冰量：指冰的质量与冻土中全部水的质量之比相对含冰量：指冰的质量与冻土中全部水的质量之比n 质量含冰量：指冻土中冰的质量与冻土中干土质量之比质量含冰量：指冻土中冰的质量与冻土中干土质量之比n 体积含冰量：指冻土中冰的体积与冻土总体积之比体积含冰量：指冻土中冰的体积与冻土总体积之比n 未冻水含量：在一定负温条件下，冻土中未冻水质量与干未冻水含量：在一定负温条件下，冻土中未冻水质量与干 土质量之比土质量之比*冻 土 物理性质 总含水量：是指冻土中所有冰和未冻水的总冻冻 土土u 力学性质力学性质 融化下沉系数：冻土融化过程中，在自重作用下产生的相对融化下沉量融化下沉系数：冻土融化过程中，在自重作用下产生的相对融化下沉量融化压缩系数：指冻土融化后，在单位荷重下产生的相对压缩变形量融化压缩系数：指冻土融化后，在单位荷重下产生的相对压缩变形量冻胀率：指单位冻结深度的冻胀量冻胀率：指单位冻结深度的冻胀量冻胀力：指土的冻胀受到约束时产生的力，包括法向冻胀力、切向冻胀力冻胀力：指土的冻胀受到约束时产生的力，包括法向冻胀力、切向冻胀力冻结力：土中水在负温下变成冰的同时，将土和地基胶结在一起。这种胶冻结力：土中水在负温下变成冰的同时，将土和地基胶结在一起。这种胶 结力称为冻结力结力称为冻结力抗剪强度：是指冻土在外力作用下，抵抗剪切滑动的极限强度抗剪强度：是指冻土在外力作用下，抵抗剪切滑动的极限强度*冻 土 力学性质 融化下沉系数：冻土融化过程中，在自重作用冻冻 土土u 热学性质热学性质比热：又称重量热容量，是使单位质量的土温度升高比热：又称重量热容量，是使单位质量的土温度升高1C所需所需 的热量的热量容积热容量：是指单位体积的土体温度变化容积热容量：是指单位体积的土体温度变化1C所吸收或释放的所吸收或释放的 热量热量导热系数：是表示冻土在温度梯度作用下传导热能能力的指标导热系数：是表示冻土在温度梯度作用下传导热能能力的指标导温系数：冻土热惯性指标，表示土中某一点在相邻点温度变化导温系数：冻土热惯性指标，表示土中某一点在相邻点温度变化 的作用下改变自身温度的能力，在数值上等于导热系的作用下改变自身温度的能力，在数值上等于导热系 数与容数与容 积热容量的比值积热容量的比值*冻 土 热学性质比热：又称重量热容量，是使单位质量的土温度冻冻 土土u 融沉性融沉性 土的冻胀是由于土温度降至冰点以下，土体原孔隙中的部土的冻胀是由于土温度降至冰点以下，土体原孔隙中的部分水结冰体积膨胀，以及更主要的是在土壤水势梯度作用下未分水结冰体积膨胀，以及更主要的是在土壤水势梯度作用下未冻区的水分向冻结缘迁移聚集，并冻结膨胀所致。冻区的水分向冻结缘迁移聚集，并冻结膨胀所致。u 冻胀性冻胀性 冻土融化时，由于孔隙水的排出，使土体产生下沉叫做冻土融化时，由于孔隙水的排出，使土体产生下沉叫做融沉。融沉。*冻 土 融沉性 土的冻胀是由于土温度降至冰 例题：例题：铁路路基通过多年冻土区，地基土为粉质黏土铁路路基通过多年冻土区，地基土为粉质黏土，土粒相对密度为，土粒相对密度为2.7，冻土总含水量为，冻土总含水量为40%，起始融沉含水量为，起始融沉含水量为21%，塑限含水量为，塑限含水量为20%，冻土融化前后的密度均为，冻土融化前后的密度均为2.0g/cm3，试确定试确定该冻土的融沉等级。该冻土的融沉等级。例题：24