《岩土的工程性质》PPT课件.ppt

工程地质学基础EngineeringGeology,4.岩、土体工程性质4.1概述4.2岩石的工程性质4.3岩体的工程性质4.4土的工程性质,4.1概述1.岩石、岩体、土岩石和土都是矿物的集合体，是自然地质作用的产物。并在地质作用下相互转化。(1)岩石矿物颗粒之间具有牢固的连接，这既是岩石重要的结构特征，也是岩石区别于土并赋予岩石优良工程地质性质的主要原因。,(2)岩体是由岩石块体组成的结构体，其工程性质由岩石块体和地质界面共同决定。岩体的结构比土复杂。岩体中存在着断层、节理等结构面（带），使得岩体完整性遭到破坏、导致岩体的力学性质变差或严重不均匀。(3)岩体中具有较高的地应力，这是岩体在长期的地质历史过程中，遭受地质构造作用的结果。而土体中仅有自重应力的存在。,2、岩、土体工程性质的三个方面工程性质包括物理性质、水理性质及力学性质。物理性质：重量、空隙性、热学性岩石（土）重量：比重：是单位体积岩石（土）固体部份的重量与同体积水的重量(4C)之比。容重：岩石（土）容重是单位体积岩石（土）的重量。按岩石（土）的含水状况不同，容重可分为天然容重、干容重和饱和容重；天然容重和饱和容重又可称湿容重。,岩石（土）空隙性：岩石（土）孔隙性和裂隙性的统称，常用空隙率表示。空隙率：岩石（土）空隙体积与岩石（土）总体积之比，以百分数表示。岩石的热学性岩石的热学性，在深埋隧道，地热利用、高寒地区工程建设方面，有很重要的实际意义。比热容：指单位质量的岩石物质温度上升1所需要的热量。,岩石水理性质岩石与水相互作用时所表现的性质，包括：吸水性、透水性、软化性、抗冻性。吸水性:岩石在一定试验条件下的吸水性能称岩石吸水性。取决于空隙数量、大小、开闭程度和分布情况。吸水率:一个大气压下吸入水重量与岩石干重之比。饱水率:高压(一般为150个大气压)下或在真空中吸入水重与岩石干重之比。饱水系数:岩石吸水率与饱水率之比，饱水系数反映了岩石中大开型空隙之相对数量。,软化性:岩石浸水后强度降低的性能。用软化系数衡量。软化系数=岩石饱水状态的抗压强度/岩石干燥状态的抗压强度通常认为，岩石软化系数0.75，软化性弱，抗水、抗风化和抗冻性能强；软化系数0.75，工程地质性质较差。,透水性:岩石允许水透过的性能。用渗透系数衡量。,抗冻性岩石抵抗冻融破坏的性能。用强度损失率和重量损失率表示岩石的抗冻性能。强度损失率:饱和岩石在一定负温度(一般为-25C)条件下，冻融一定次数(一般为1025次，有的要求冻融100200次或更高)，冻融前后的抗压强度之差与冻融前抗压强度的比值。重量损失率:在上述条件下，冻融前后干试样重量之差与冻融前干试样重量的比值，以百分数表示。,力学性质岩石、土在各种静力、动力作用下所表现的性质。岩石、土在应力作用下，首先发生变形，然后破坏。力学性质包括变形和强度两方面。,变形指标弹性模量：是应力与弹性应变的比值。变形模量：是应力与总应变的比值。泊松比：是横向应变与纵向应变比值。,强度指标岩石抵抗外荷而不破坏的能力称为岩石强度。按外荷的作用方式不同，岩石强度可分为抗压强度、抗剪强度和抗拉强度。抗压强度：岩石单向受压时抵抗破坏的能力。抗拉强度：岩石单向受拉时抵抗破坏的能力。抗剪强度：岩石抵抗剪切破坏的能力。,4.2岩石的工程性质本节首先了解各种内、外因素如何影响岩石的工程性质，在此基础上，分析常见岩石的工程性质。岩石的工程性质好坏，主要决定于两方面：内部因素：矿物成份、结构、构造、成因、产状等外部因素：地质构造、水的作用、风化作用等,1.影响岩石工程性质的内部因素矿物成份：比重：辉长岩（辉石和角闪石）花岗岩（石英和正长石的）强度和抗风化的能力：石英岩（石英）大理岩（方解石）注意：a.含有高强度矿物的岩石，其强度不一定就高。如果强度较高的矿物在岩石中互不接触，则应力的传递必然会受中间低强度矿物的影响，岩石不一定就能显示出高的强度。b.应该特别注意那些可能降低岩石强度的矿物成份。花岗岩中的黑云母，石灰岩、砂岩中粘土类矿物,结构：结晶联结的岩石（大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩），结合力强，孔隙度小，具有较高的强度和稳定性。结晶联结的岩石，颗粒越细、粒度越均匀强度越高。抗压强度：粗粒花岗岩（120MPa）铁质泥质胶结（80MPa）。胶结形式：基底胶结：强度和稳定性完全取决于胶结物。孔隙胶结：强度与碎屑和胶结物的成分都有关。接触胶结：一般孔隙度大、容重小、吸水率高、易透水，强度低。,构造：构造反映矿物分布的不均匀性，如变质岩的片理构造，使岩石的物理力学性质在局部发生很大变化。岩石受力破坏和岩石遭受风化，首先都是从岩石的这些缺陷中开始发生的。,2.影响岩石工程性质的外部因素地质构造：层理、裂隙和各种成因的孔隙，使岩石连续性与整体性受到一定程度的影响，从而使岩石的强度和透水性在不同的方向上发生明显的差异。层理、节理和破碎带使岩石破碎并且扩大了岩石与空气、水的接触面积，大大促进了岩石风化作用。,水：水沿着岩石中的孔隙、裂隙侵入，削弱矿物颗粒间的联结，使岩石的强度受到影响。实验资料所证实:石灰岩和砂岩被水饱和后，其极限抗压强度会降低25%45%左右。水对岩石强度的影响，在一定程度上是可逆的，但是，如果出现化学溶解、结晶膨胀等作用，则岩石强度的降低，就转化成为不可逆的过程了。,物理风化的结果：破坏岩体的完整性。化学风化的结果：改变岩石的成分。,岩体的工程性质发生如下几方面变化：孔隙比变大；亲水性变大，透水性增强；力学强度降低，压缩性变大。,岩石风化的工程问题,岩石遭受风化后，其工程性质都有不同程度的变坏。对于工程建筑来说，必须认真研究由于岩石风化而产生的几个重要的工程地质问题：风化程度问题、风化深度问题和风化速度问题。,3.常见岩石的工程性质评述岩石各项工程性质指标的优劣与岩石的成因、产状、结构、构造、矿物成分、节理发育程度及风化程度有极密切的关系，岩石这七项地质特性就成为评述其工程性质的基础。,岩浆岩侵入岩：岩浆在地下缓慢冷凝结晶生成的，矿物结晶良好，颗粒之间连接牢固，多呈块状构造。因此，侵入岩孔隙度低、抗水性强、力学强度及弹性模量高，具有较好的工程性质。从矿物上看多石英、长石、角闪石及辉石的含量越多，岩石强度越高，云母含量增加使岩石强度降低。从结构上看，晶粒均匀细小的岩石强度高，粗粒结构及斑状结构岩石强度相对较低。细粒花岗岩抗压强度为260MPa，粗粒花岗岩仅为120MPa。,喷出岩喷出岩是岩浆喷出地表后迅速冷凝生成的，由于地表条件复杂，使喷出岩具有很不相同的地质特征。具有隐晶质结构、致密块状构造的粗面岩、安山岩，玄武岩等，工程性质良好，其强度甚至稍大于花岗岩。但当这类岩石具有明显的流纹、气孔构造或含有原生节理时，工程性质变差，孔隙度增加，抗水性降低，力学强度及弹性模量减小。,在具体评述岩浆岩的工程性质时，还必须充分考虑它的节理发育程度及风化程度。下表为花岗闪长岩不同风化程度时，物理力学性质指标降低的情况。,沉积岩：碎屑岩：工程性质主要取决于胶结物成分、胶结方式。从胶结物成分看，按硅质、钙质、铁质，石膏质、泥质的顺序强度依次降低；从胶结方式看，基底式胶结胶结紧密，强度较高，受胶结物成分控制；孔隙式胶结工程性质与碎屑颗粒成分形状及胶络物成分有关，变化很大；接触式胶结胶结程度最差，孔隙度大多透水性强，强度低。,粘土岩粘土岩是工程性质最差的岩石之一,粘土岩有较多节理、裂隙时，一旦遇水浸泡，工程性质迅速恶化，常产生膨胀、软化或崩解。在常见的三类粘土矿物中，富含蒙脱石的粘土岩工程性质最差，含高岭石的相对较好，而含伊利石的介于中间。此外，若粘土岩节理、裂隙很少时，它是很好的隔水层，这在某些情况下对工程建筑有利。,化学岩和生物化学岩石灰岩和白云岩类岩石一般情况下工程性质良好，有足够高的强度和弹性模量，有一定的韧性，不象多数岩浆岩那样硬脆，是较好的建筑材料和道碴材料。但是要特别注意它们是否已被溶蚀，形成了对工程建筑不利的溶蚀裂隙和空洞。石膏岩或碳酸盐类岩石中的石膏夹层、石膏成分，工程性质都是很差的。它们强度较低，吸水膨胀，可溶性较大，溶于水后生成有害的硫酸。生物化学岩中常见的煤层及常与之共生的煤系地层，工程性质较差，要注意地下工程中常常遇到的瓦斯问题和煤层突出问题。,所有沉积岩都有个共同的显著特征层状构造，特别是中薄层沉积岩及层理发育的沉积岩。层状及层理对沉积岩工程性质的影响主要表现为各向异性。因此，沉积岩的产状及其与工程建筑物位置的相互关系对建筑物的稳定性影响很大。,变质岩具有片理构造的变质岩该类岩石片理构造发育，工程性质具有各向异性。千枚岩、滑石片岩、绿泥石片岩、石墨片岩等类岩石强度低，抗水性很差，特别是沿这些岩石的片理或节理面、抗剪、抗拉强度很低，遇水容易滑动，沿片理、节理容易剥落。片麻岩片理构造不如上述各种岩石发育，当石英、正长石含量较多时，工程性质比上述岩石良好。,具块状构造变质岩该类岩石常见的是石英岩和大理岩，除大理岩微溶于水外，它们都是结晶连接、矿物成分稳定或比较稳定的单矿物岩石。强度高，抗风化能力强，有良好的工程性质。,4.3岩体的工程性质1.岩体概述从工程地质学的角度看，岩体是指与工程活动有关的那部分地壳。按照岩体对工程所起的作用，可以把岩体分为三大类：地基岩体：是指房屋、桥梁、路基等建筑物基础下面的岩体。边坡岩体：是指路堑边坡等人工开挖暴露出来的斜坡岩体。周围岩体：是指隧道等地下工程周围的岩体。,岩石:1天然生成的具一定结构构造的矿物集合体。2其工程性质主要取决于它的矿物成分、结构与构造。3岩石可看作连续的、均质的、多为各向同性的。4其特征完全可以通过手标本进行描述和试验。岩体：1包含各种结构面的地质体，由各种岩石块体组合而成的“岩石结构物”。2工程性质不仅取决于组成它的岩石，更重要的是取决于它的不连续性面-结构面的性质。3主要特点是不连续性，非均质性和各向异性。4其特征不能只用一块手标本进行描述和试验，而需要进行大量现场观测和多方面的室内外试验才能确定。,2.岩体结构从力学角度看,岩体可以看作是由各种不连续面切割成的岩石块体组成的结构物。这些不连续面被称为岩体的结构面，岩块被称为结构体，结构面与结构体的组合就是岩体结构。岩体的工程性质及其稳定性取决于结构面和结构体两者的工程性质及两者的组合特征即岩体结构特征。,结构面：岩体中没有或只有较低抗拉强度的力学不连续面，是存在于岩体中的各种地质界面的总称。如：节理、弱层面、弱片理面、软弱带和断层等。按成因分为：,结构面特征能够表征结构面地质特征的参数，包括产状、间距、持续性、粗糙度、结构面壁强度、裂缝开度、充填物、渗透、节理组数及岩块尺寸十项。产状：结构面在空间的分布状态，以倾向和倾角表示。间距（密度）：同一组相邻结构面之间的垂直距离。持续性：在一个暴露面上能见到的结构面迹线的长度。粗糙度：相对于结构面平均平面的平整光滑程度。,结构面壁强度：结构面相邻岩壁的等效抗压强度。裂缝开度：张开结构面相邻岩壁间的垂直距离。充填物：充填于结构面相邻岩壁间的物质。渗透：水沿岩石孔隙和导水结构面的流动。节理组数：组成交叉节理系的节理组的数目。岩块尺寸：节理交叉切割成的岩块的形状、大小。,结构体岩体中被结构面切割而成的岩石块体。结构体的形状及大小：结构体大小由结构面组数及各组间距决定。结构体尺寸可以用典型岩块的平均尺寸描述，也可以用岩体单位体积中通过的总节理数目表示。结构体形状取决于结构面组数及其产状。,结构体形状,结构体与工程的相对位置尽管结构体的形状和大小相同，当其产状不同时在同一个工程部位有不同的稳定性；当产状也相同而处于不同的工程部位时，也有不同的稳定性。,岩体结构类型岩体结构由结构面和结构体组合而成。根据上述结构面及结构体的不同特征，可划分成不同的岩体结构类型。不同岩体结构类型可采用不同的力学介质类型来表示，例如整体块状岩体近似于弹性体，层状及碎裂岩体可视为弹塑性体，散体岩体则与塑性体接近。,3.不同结构类型岩体的工程性质整体块状结构岩体的工程性质整体块状结构岩体结构面稀疏、延展性差，结构体块度大且常为硬质岩石。故整体强度高、变形特征接近于各向同性的均质弹性体，变形模量、承载能力与抗滑能力均较高，抗风化能力一般也较强。所以这类岩体具有良好的工程地质性质，往往是较理想的各类工程建筑地基、边坡岩体及洞室围岩。,层状结构岩体的工程性质：层状结构岩体中结构面以层面为主，结构面多闭合，结构体块度较大且保持着母岩岩块性质，故这类岩体总体变形模量和承载能力均较高。作为工程建筑地基时，其变形模量和承载能力一般均能满足要求。因层面结合力不强，一般沿层面方向的抗剪强度明显地比垂直层面方向的更低，特别是当有软弱夹层或层间错动面存在时，更为明显。该类岩体作为边坡岩体时，应注意岩层产状特征对其工程地质性质效应的影响，一般地说，倾向坡外时要比倾向坡里时的工程地质性质差。,碎裂结构岩体的工程性质：碎裂结构岩体中节理发育，组数多，常有泥质充填物，结合力不强，其中层状岩体还常有平行层面的软弱结构面发育。结构体块度不大，岩体完整性破坏较大。岩体变形模量、承载能力均不高，工程地质性质较差。,风化岩体的工程性质：强风化岩体:总体工程地质特性仅比散体结构岩体略好，变形模量、承载能力等均较低。弱风化岩体：具碎裂结构，结构面性质差，总体力学特性比母岩明显减弱。而岩块仍具新鲜岩石特性。一般作为工业与民用建筑地基是可以的，但对重大的水工建筑物地基需加以很好处理。微风化岩体：保持或基本保持母岩的岩体结构特征，力学特性、水理性质、抗风化能力等工程地质特性仅比其新鲜母岩岩体略减。岩体工程性质与新鲜岩体相近，一般可作为各类工程建筑物的良好地基。但对边坡、洞室围岩仍应注意其结构面的不利组合。,整体块状结构：整体强度高。层状结构：强度和变形特性具各向异性特点。碎裂结构：岩体完整性破坏大。散体结构：工程性质差。风化岩体：视风化程度而定。,4.岩体稳定性评价岩体的稳定性：岩体在工程施工和运营期间发生的变形和破坏特性。如果在工程施工和运营期间，岩体发生了不能容许的变形和破坏就称为岩体失稳，反之则是稳定的。岩体稳定问题是工程地质学研究的最主要内容，所有野外勘测，室内外试验及各种理论研究都可围绕这个核心问题展开。岩体工程地质力学认为，岩体稳定问题主要是一个岩体结构问题。应力状态也很重要，但它的作用还是要通过岩体结构的力学效应表现出来。,影响岩体稳定性的因素：岩体所在位置周围地质环境的稳定性对该环境内的岩体稳定性有宏观控制作用。地质环境的稳定性包括区域稳定性、山体稳定性和地面稳定性。岩体本身的特征和岩体中地下水的作用是决定岩体是否稳定的内在因素，是岩体稳定性评价最重要的根据。岩体中初始应力状态及所受工程荷载是决定工程岩体是否稳定的主要外部因素，是进行岩体稳定性评价的重要边界条件。岩体稳定性还与工程施工及运营管理水平有密切关系。,意义：对各类岩体质量予以定性或定量的评价，为工程设计和施工提拱地质依据。,岩体质量的影响因素岩块的坚固性：岩块对变形和破坏的抵抗能力，如弹性模量、变形模量和抗压强度等。结构面的抗剪性：结构面对剪切破坏的抵抗能力，常以结构面的抗剪强度和磨擦系数表示。岩体的完整性：岩体的开裂或破碎程度，常以结构面间距和RQD表示。,4岩体质量分级,RQD：RockQualityDesignation大于10cm的岩芯累积长度与钻孔进尺长度之比的百分率。根据岩石质量指标RQD，岩石可分为：好的（RQD90）、较好的（RQD为7590）、比较差的（RQD为5075）、差的（RQD为2550）极差的（RQD25）。,4.4土的工程性质,土：各种岩石矿物颗粒组成的松散集合体.,土在工程上的作用：作为建筑物的地基；作为建筑材料；作为建筑物周围的介质或环境；,1土的形成地表岩石破坏搬运沉积,土的成因类型：残积土坡积土洪积土冲积土湖积土海积土冰积土风积土,2.土的特征（成分、结构、构造）成分岩石的风化产物，由碎石、砂和次生矿物、有机物、某些化学物质组成。碎石和砂仍保留着原岩的矿物成分，如石英、长石和云母等，颗粒较粗，性质较稳定。次生矿物是化学风化作用形成的新矿物，主要有粘土矿物，次生SiO2、A12O3，和Fe3O4等，是粘粒的主要矿物成分。有机质是土中动植物残骸和微生物，以及它们的各种分解和合成产物。,结构指土粒或土粒集合体的大小、形状、表面特征、相互排列及粒间连结关系。一般分为单粒结构、蜂窝状结构和絮状结构三种典型类型。单粒结构碎石土与砂土的结构类型颗粒之间为点与点的接触，粒间几乎没有相互连结作用。分成疏松的与紧密两种:,疏松单粒结构土粒磨圆度差，骨架不够稳定，在动力作用下，土体土易下沉，须经处理后方能用作建筑物地基。紧密单粒结构土粒浑圆，土粒排列紧密，在动、静荷载作用下都不会产生较大的沉降，是良好的天然地基。,蜂窝状结构粘性土的结构类型土粒粒径在0.020.002mm左右时，粒间的相互作用力大于其重力;孔隙一般远大于土粒本身的尺寸，因此这种土结构疏松、强度低、压缩性高.除粘土外，某些粉土也具有这种结构特征。,絮状结构粘性土的结构类型当土粒小于0.002mm时，土粒能在水中长期悬浮，粘粒以边-面或面-面接触，相互凝聚而下沉，形成海绵状的多孔结构;这种情况土的孔隙比较大。,构造土体的不同部分间相互组合的表现。碎石土常呈块状构造、假斑状构造，粗碎屑之间有细碎屑或土充填，粗碎屑含量多时，其力学强度较大，但透水性也较大；当粗碎屑由土包围，则其工程性质与土有关。砂类土中常见有水平层理和交错层理构造，但有时与粘性土互层，构成夹层。,粘性土的构造分为原生构造与次生构造。原生构造是土在沉积时形成的，多表现为层状、页片状、条带状等，其工程地质性质常表现出各向异性。次生构造是土层形成后经成壤作用形成的。如块状、团粒状、柱状、片状、鳞片状等。此外，粘性土体中还常因其物质成分的不均一性，干燥后出现各种裂隙，导致土体强度降低，透水性增强，造成土体工程地质性质的各向异性。,3.常见土的工程性质砾石类土：颗粒粗大，主要由岩石碎屑或石英、长石等原生矿物组成，呈单粒结构及块石状，具有孔隙大、透水性强、压缩性低、抗剪强度大的特点。总的说来，砾石类土一般构成良好地基，但由于透水性强，常使基坑涌水量大，坝基、渠道渗漏。,砂类土：砂类土一般颗粒较大，主要由石英、长石、云母等原生矿物组成。一般呈单粒结构及伪层状构造，并有透水性强、压缩性低、压缩速度快、内摩擦角较大、抗剪强度较高等特点。通常粗中砂土的上述特征明显，且一般构成良好地基，为较好的建筑材料，但可能产生涌水或渗漏。粉细砂土的工程性质相对差，特别是饱水粉、细砂土受振动后易液化。,粘性土：粘性土中粘粒含量较多，常含亲水性较强的粘土矿物，具有水胶连结和团聚结构，有时有结晶连结，孔隙微小而多。常因含水量不同呈固态、塑态和流态等不同稠度状态，压缩速度小而压缩量大，抗剪强度主要取决于凝聚力，内摩擦角较小。工程地质性质主要与粘粒含量、稠度、孔隙比有关。粘性土是工程最常用的土料。粘性土的研究，通常以室内试验为主，以野外鉴定为辅。,4.特殊土的工程性质特殊土:具有一定的形成条件和地域分布特征，从而有某些特殊的物质成分、结构、工程地质特性。,特殊土的种类有：黄土（西北、华北干旱气候区）冻土（高纬度、高海拔寒冷气候区）软土（沿海及内陆静水沉积）膨胀土（南方和中南地区）盐渍土（西北、华北干旱气候区）人工填土,黄土：干旱气候条件下形成的，以粉粒为主，富含碳酸钙，肉眼可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡。,分布:我国西北及华北地区,面积约63万km2。工程特性：天然含水较少，坚硬硬塑状态压实程度差，孔隙比高，孔隙大透水性较强，且呈各向异性，垂直方向强抗水性弱，遇水强烈崩解，湿陷性明显强度较高，压缩性中等，塑性较弱。,黄土,黄土分类按成因分：原生黄土和次生黄土按形成年代分：老黄土和新黄土按湿陷性分：湿陷性黄土和非湿陷性黄土,黄土的工程地质问题黄土湿陷黄土潜蚀和陷穴黄土冲沟发展及黄土泥流黄土路堑边坡的冲刷防护边坡稳定性及边坡设计等,黄土湿陷性：受水浸润后,在一定压力下，结构迅速破坏而产生显著沉陷的性质。湿陷系数：由室内浸水压缩试验测得的黄土样在某种规定压力下的湿陷量与土样原始高度的比值。s0.015为湿陷性黄土。湿陷类型：自重湿陷与非自重湿陷。实测或计算自重湿陷量7cm时,为自重湿陷性黄土场地.,通常，黄土的天然含水量愈小，所含可溶盐特别是易溶盐愈多，孔隙比愈大，干容重愈小，则湿陷性愈强。并非所有黄土都具有湿陷性，一般老黄土无湿陷性，新黄土有湿陷性。湿陷性黄土多位于地表以下数米至十余米，很少超过20m厚。,防治黄土湿陷的措施：可分两个方面，一方面可采用机械的或物理化学的方法捉高黄土的强度，降低孔隙度，加强内部联结；另一方面则应注意排除地表水和地下水的影响。,黄土陷穴黄土地区地下常有各种洞穴，这些洞穴容易使上覆土层陷落，故称为黄土陷穴。洞穴成因：黄土自重湿陷、地下水潜蚀、人工洞穴。地下水在黄土中的潜蚀作用：地下水在流动过程中，一方面能溶解黄土中易溶盐；另一方面把黄土中粉土颗粒及部分粘土颗粒冲动带走，在土中造成空洞。黄土中易溶盐含量越高，大孔越多：地下水流量、流速越大，就越有利于潜蚀作用进行。,对于埋藏不深的小规模陷穴，一般用简易勘探方法，如洛阳铲、小螺纹钻等探测。对于大面积普查地下较深范围内较大洞穴的分布，可采用地震、等物探方法结合钻探方法进行探测。防治黄土陷穴：针对已查明的陷穴可采用开挖回填，夯实等方法，洞穴较小也可用灌注砂或水泥砂浆充填。针对地下水，要在工程建筑物附近作好地表排水工程，不许地表水渗入建筑物地下，以防止潜蚀作用继续发展。,冻土：温度0并含有冰的土层。分布:高纬度和高寒地区.类型:多年冻土和季节性冻土。,冻土的冻胀融沉现象:冻胀性：土在冻结时，由于水分结冰膨胀，土的体积随之增大，地基隆起、开裂和变形。融沉性：冻土在溶化后，体积缩小，地基沉降，强度降低，还伴随下部未冻结土层中的水分向冻结土层迁移，使溶化后土质更差。,季节冻土冬季冻胀使路基隆起，春季融化使路基下沉，甚至发生翻浆冒泥。,多年冻土的结构与构造结构:冻土内水(冰)的分布状况,整体结构：冻结快，土中冰晶均匀分布，冰与土成整体状态。这种冻土有较高的强度，工程性质好。,网状结构：冻结过程中水分转移和聚集，形成交错网状冰晶，原有土体结构受到严重破坏。这种冻土冻胀融沉严重，工程性质不良。,层状结构：土粒与薄冰互层，原有结构完全被冰层分割破坏。这种冻土冻胀融沉严重，工程性质差。,构造：季节冻土层与多年冻土层之间的接触关系。,多年冻土的工程性质:冻土具有明显的流变性，长期荷载作用下冻土的持久强度大大低于瞬时加荷的强度。只有土中所含水量超过某个界限值时，冻结过程中才出现冻胀现象，这个界限含水量称为起始冻胀含水量。冻土融化下沉由两部分组成，一部分是在外力作用下的压缩变形，另一是在负温变为正温时的自身融化下沉。,多年冻土的工程地质问题：路基基底稳定问题：在地表修筑路堤，使多年冻土上限上升，在路堤内形成冻土结核，产生冻胀，夏季融化后可能引起沿上限局部滑塌。开挖路堑，则使多年冻土上限下降，若此多年冻土为融沉或强融沉性的，则可能造成严重下沉，路堑边坡滑动。因此，在路基基底表面设置保温层，尽量防止多年冻土上限上下波动，是一项重要措施。保温材料最好就地取材，例如泥炭层，塔头草或其它草皮，炉渣等都是比较有效的材料。,建筑物地基问题：多年冻土作为建筑物地基，冻土具有瞬时的高强度，但更重要的是确定外压力长期作用下冻土的流变性及人为活动下热流作用造成的冻土下沉性。因此，选择建筑物场地时，应尽量避开冰丘、冰椎发育地区，选择坚硬岩石或粗碎屑颗粒土分布地段，地下水埋藏较深，冰融时工程性质变化较小的地基。,冻土地区病害处理的基本原则：排水：防止地表水渗入建筑物地基，拦截地下水，不使其向地基中集聚。保温：保持冻土上限相对稳定。改善地基土性质：用粗颗粒土换掉细粒土，甚至采用桩基。,软土在静水或水流缓慢的环境中沉积，并有微生物的参与，含有较多有机质的疏松软弱粘性土。分布:沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相；内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相。,分类：孔隙比e1.5时称淤泥;1.5e1.0时称淤泥质土;有机质含量5%-10%时称有机质土;有机质含量10%-60%时称泥炭质土;有机质含量60%时,称泥炭.,一般特征粒度成分主要为粉粒和粘粒;矿物成分主要为石英、长石、白云母及大量粘土矿物，含有少量水溶盐,特别是含有大量的有机质。具有蜂窝状或絮状结构，疏松多孔，薄层状构造。,工程特性：含水量高，天然含水量液限，软塑流塑状态。透水性低。压缩性大，强度低，欠压密状态。显著的蠕变和触变性(高灵敏度)。蠕变：在一定荷载下，土的剪切变形随时间增长的特性。触变：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。,工程问题：软土地基承载力很低，抗剪强度也很低，长期强度更低，往往由于地基丧失强度而破坏。软土压缩性很高，沉降量大，常出现由于地基下沉引起基础变形或开裂，直至建筑物不能使用。由于软土含水量大，持水性强，透水性差，对地基的固结排水不利，强度增长缓慢，沉降延续时间很长，影响了工期和工程质量。软土成分及结构复杂，平面分布及垂直分布均具有不均匀性，易使建筑物产生不均匀沉降。受到某种振动时，软土很容易触变而丧失强度，在建筑物施工及使用过程中要防止软土发生触变。,在软土地区不宜建筑重型建筑物。对一般建筑物和铁路路基基底应采取相应的处理：降低应力：控制路堤高度，减轻建筑物自重或加大承载面积，以减小软土单位面积所受压力。换填与排淤：软土埋藏浅、厚度小时，可采用开挖换填砂卵石，碎石，或抛石排淤，爆破排淤的方法，使建筑物基础置于软土下面的坚实土层上。排水固结提高软土强度：根据不同要求及条件，可分别采用预压固结，分期分层填筑路堤、路堤底部设排水砂垫层，在软土地基中设置排水砂井，石灰砂桩等方法加速排除软土中水分，完成预期沉陷，提高软土承载力。,软土地基的加固措施,堆载预压法强夯法砂垫层砂井石灰桩旋喷注浆法其他还有化学加固，井点排水，加筋土等方法改良土质。,反压护道：为防止软土地基塑流，可采用反压护道法，在软土地基周围打板桩围墙的方法，有时也可采用电化学加固法，防止软土被挤出。,膨胀土富含亲水性粘土矿物,随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑性粘土。,特征：呈黄褐、灰白、花斑等颜色.粘粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等粘土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常含铁锰或钙质结核，结构致密。表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤压面。,分布:云南、广西、贵州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地区或河谷高阶地上。,工程特性：低含水量，呈坚硬硬塑状态孔隙比小，密度大高塑性，含粘粒及粉粒为主具膨胀力,自由膨胀量40%天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差.浸水后或被扰动时,强度骤然降低.,胀缩性指标判别土胀缩性的标准不统一，直观指标主要有膨胀力、膨胀率和体缩率；间接指标主要有活动性指数、压实指数、膨胀性指数和吸水性指标等。,工程地质问题：路基:边坡变形和基床变形：由于膨胀土体抗剪强度的衰减及基床土承载力的降低，造成边坡溜塌，路基长期不均匀下沉，翻浆冒泥等病害更加突出，常使铁路形成“逢堑必滑，无堤不塌”的现象，造成路基失稳，影响行车安全。在膨胀土地区修筑铁路，首先必须掌握该地区膨胀土的特征，然后进行正确的路基设计，确定其边坡形式，高度及坡度，并采取必要的防护措施。边坡防护措施主要包括排水系统，坡面防护及支挡工程。对于路堤还可采用换填土的方法，对于路基基床下沉或翻浆冒泥，主要应采取土质改良，加固基布及排除基床水的措施。,地基:膨胀土地基问题既有地基承载力问题，又有引起建筑物变形问题。其特殊性在于：地基承载力较低，还要考虑强度衰减；不仅有土的压缩变形，还有湿胀干缩变形。必须注意建筑物周围的防水排水。建筑场地应尽量选在地形平坦地段，避免挖填方改变土层自然埋藏条件。建筑物基础应适当加深，以便相应减小膨胀土的厚度，并增加基础底面以上土的自重，加大基础侧面摩擦力。可用增加基础附加压力的方法克服土的膨胀。必要时也可以采用换土、土垫层、桩基等。,