黏性土和软土地基的岩土工程评价资料.docx

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黏性土和软土地基的岩土工程评价资料

第15章黏性土和软土地基的岩土工程评价

15.1黏性土的工程分类及其基本特征

黏性土

塑性指数大于10的土定名为黏性土。

黏性土再根据塑性指数分为粉质黏土和黏土。

塑性指数大于10，且小于或等于17的土定名为粉质黏土，

塑性指数大于17的土定名为黏土。

塑性指数应由相应于76g圆锥仪沉入土中深度为10mm时测定的液限计算而得。

不同沉积年代黏性土的工程地质特征

一、老黏性土

第四系上更新统（Q3）及其以前沉积的黏性土。

一般分布于山麓、山坡、河谷高阶地或伏于现代沉积（Q4）之下。

由于它沉积年代较久，因而具有较高的结构强度和较低的压缩性。

其承载力标准值一般大于350kPa，压缩模量Es大于15MPa，标准贯入击数N大于15。

通常，老黏性土的承载能力明显地大于具有相同物理性质指标的一般黏性土。

但应注意，有些年代在Q3及其以前的沉积层由于受所处地形等其他条件的影响，其工程性质也可能较差。

二、一般黏性土

第四纪全新世（Q4）沉积的工程性质一般的黏性土。

广泛分布于河谷各级阶地（主要在低阶地）、山前及平原地区，厚度变化视成因类型而异。

多呈褐黄色或黄褐色，有时含铁锰质粒状结核，但圆度较差，亦较硫松。

承载力标准值一般为120~300kPa，压缩摸量Es为4~15MPa，标准贯入击数N为3~15。

三、新近沉积黏性土

沉积年代较新的、即在近代文化期沉积的黏性土。

多分布于湖、塘、沟、谷和河漫滩地段以及超河没滩低阶地、古河道、洪积冲积锥（扇）和山前斜地的顶部。

一般未经很好的压密固结作用，结构强度较小。

新近沉积黏性土的物理指标与一般黏性土的指标相近，但工程性质与—般黏性土有明显差别。

15.2软土的生成环境与工程特性

软土是指天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土。

软土为在静水或缓慢流水的环境中沉积，并经生物化学作用形成的土。

软土包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。

淤泥：

天然含水量大于液限、且天然孔隙比大于或等于1.5

（w＞wL、且e≥1.5），

淤泥质土：

天然含水量大于液限、且天然孔隙比小于1.5但大于或等于1.0（w＞wL、且1.5＞e≥1.0）。

土的有机质含量Wu：

Wu＜5％，无机土，

5％≤Wu≤10％，有机质土，

10％＜Wu≤60％，泥炭质土，

Wu＞60％，泥炭。

一、淤泥和淤泥质土的生成环境与组成成分

静水或缓慢流水的环境：

水流不通畅的饱和缺氧条件

湖泊、沼泽、大河流的入海处的三角洲、溺谷等沉积环境。

淤泥和淤泥质土的组成成分，是由其生成环境决定的。

1．粒度成分（塑性指数）

黏粒（粒径d＜0.005mm）含量一般达30％~60％，大量黏粒的存在，是使淤泥大量容水的内在因素之一。

2．矿物成分

黏土矿物中以蒙脱石和水云母类占多数。

这种矿物组成也反应了软土的生成环境是缺氧的碱性环境，这些黏土矿物与水的作用非常强烈，比高岭石类及其他成分的黏土颗粒的吸水性更大，因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜，使得淤泥和淤泥质土的天然含水量很大。

3．富含大量微生物和各种有机质

是淤泥和淤泥质土的最大特点。

大量有机质的存在，使软土具一系列特殊的性质：

颗粒比重小、重度小、天然含水量大（水容量很大）、水很难排出等。

这是由于有机质这种胶体颗粒的结合水膜厚度比一般黏土矿物颗粒更大的缘故。

因此，土中有机质的分解程度愈高、含量愈大，则土的含水量愈大、工程性质愈差。

二、淤泥和淤泥质土的结构性和状态特征

淤泥和淤泥质土的结构性是指具有一定强度的粒间联结的性质。

当土被扰动，破坏了它的粒间联结，则土体强度就会剧烈降低。

粒间联结的因素构成：

1．静电引力和分子引力作用

黏粒之间的静电引力和分子引力的作用，使黏粒在水下沉积过程中相互联结成蜂窝状或絮状结构。

2．水胶联结作用

水胶联结是黏土颗粒间水分子（极性分子）在不同电荷作用下定向排列造成的。

受吸附力愈大，其分子排列愈紧密，就愈具有较大的黏滞度和抗剪强度，从而形成一定强度的粒间联结。

3．灰质联结作用

水中大量的微生物一淤泥细菌作用的结果。

这类细菌可以制造CO2，CO2与土中的CaCO3可形成Ca（HCO3）2，到一定深度后，细菌大量死亡，则CO2减少，CaCO3又沉淀下来，从而形成黏粒间某种程度的灰质联结。

三、淤泥和淤泥质土的物理力学特性

软土的主要工程特性：

1．天然含水量大（一般大于36%）、孔隙比大（大于1.0）、饱和度大；

2．渗透性差（垂直渗透系数为10-6～10-8cm/s）；

3．压缩性高且完成固结时间长；

4．强度低、地基承载力低；

5．具触变性且灵敏性高；

6．具流变性；

7．在较大的地震力作用下，可能发生震陷。

四、不同成因的淤泥和淤泥质土的工程地质特征

我国淤泥和淤泥质土的形成和分布，基本上可以分为两大类别：

第一类是属于海洋沿岸的淤积；

第二类是内陆和山区河、湖盆地及山前谷地的淤积。

大体上说，第一类分布较稳定，厚度较大；第二类常零星分布，沉积厚度较小。

1．沿海软土

大致可分为四种类型：

1）泻湖相沉积：

温州、宁波等地区。

其特征是土层比较单一，厚度大，分布范围宽阔，形成海滨平原。

2）溺谷相沉积：

闽江口地区。

其高压缩性和低强度等特点更甚于前者，但分布范围略窄。

3）滨海相沉积：

天津的塘沽新港地区以及连云港等地区。

其淤积厚度达60m以上，间夹粉砂薄层或透镜体，整个土体呈“千层饼’样的细微条带层状构造。

工程性质一般较泻湖相和溺谷相者稍好，但在深水处的年轻海淤则比其他各成因类型者更差。

4）三角洲相沉积：

长江三角洲、珠江三角洲地区。

其主要特点是海相与陆相交替沉积形成，分布宽阔，厚度比较均匀、稳定，但分选程度差，多交错的斜层理或不规则透镜体夹层。

具有薄粉砂夹层或粉砂、砂质粉土透镜体，为水平渗流提供了良好的条件。

因此，比沿海其他成因类型软土的物理力学性能相对较好。

2．内陆平原地区软土

主要有湖泊相、沼泽相、河漫滩相、牛轭湖相等。

1）湖泊相、沼泽相沉积：

滇池东部及其周围地区，洞庭湖、洪泽湖盆地，太湖流域的杭嘉湖地区等。

其组成和构造特点是组成颗粒微细、均匀，富有机质。

淤泥成层较厚，不夹或很少夹砂、且往往具有厚度和大小不等的肥淤泥与泥炭夹层或透镜体。

因此，其工程性质往往比一般滨海相沉积者差。

2）河漫滩、牛轭湖相沉积

⑴河漫滩相沉积的工程地质特征是具有明显的二元结构。

上部为粉质黏土、砂质粉土，具微层理，但比滨海相的间隔厚些；下部为粉、细砂。

⑵）牛轭湖相沉积物一般由淤泥、淤泥质黏性土及泥炭层组成，处于流动或潜流状态，工程性质与—般内陆湖相相近，但其分布范围略狭，一般呈透镜状掩埋于冲积层的下部，故需慎重对待。

3．内陆山区软土

成因主要是由于当地的泥灰岩、炭质页岩、泥砂质页岩等风化产物和地表的有机物质经水流搬运沉积于原始地形低洼处，长期饱水软化，间有微生物作用而形成。

分布上总的特点是，分布面积不大、厚度变化悬殊。

15.3黏性土和软土地基承载力的综合评价

一、影响黏性土和软土地基承载力的因素

软土的主要工程性质特点是强度低、压缩性高、排水固结过程缓慢。

地基土的承载力不仅与地基的特性有关，还与基础、上部建筑和地基土之间的相互作用有关。

地基土的特性随着施工程序、方法、加荷的方式变化。

地基土的承载力，要考虑强度和变形两方面，既要保证地基不发生强度破坏丧失稳定性，又要保证建筑物不产生影响建筑物安全与正常使用的过大沉降或不均匀沉降。

对于软土地基来说，强度与变形两者之间，起控制作用的是变形。

软土地基承载力的影响因素：

1、上部结构与基础的整体刚度、基础对不均匀沉降的敏感性

其他条件相同，上部结构连同基础的整体刚度愈大，建筑物的差异沉降就愈小，地基土的承载力可以适当地用得高一些。

但应注意，上部结构与基础的刚度增大、地基承载力用高后，结构中所产生的内应力也随之增大。

2、加荷方式、加荷速率及加荷的大小

室内试验及现场观测均表明不同加荷方式、不同加荷速率，以及加荷的大小对软基变形均有影响。

图15-8表示不同的加荷方式对沉降的影响。

两者均最终加荷到125kPa，一种加荷方式是间歇地5次加荷，每加25kPa后待沉降稳定后再加下一级荷载；另一种则为连续加荷。

由图可见间歇加荷的最终沉降比连续加荷的为小。

而连续加荷的沉降主要集中在前期，延续时间长。

图15-9为不同加荷速率室内固结试验的成果。

图中1——加荷时间间隔为30min；2——加荷时间间隔为1h。

加荷快的，其初期沉降较之加荷慢的为小，而最终沉降则比较大。

加荷的大小：

根据福州地区经验，当基底压力小于40～70kPa时变形较小，随着压力的增大，每增大10～20kPa，沉降就要增加0.5～1倍以上，而且变形速率较高，延续时间也长。

上海地区淤泥质土当基底压力小于70～80kPa时变形就较小，基底压力超过这一数值，沉降就会增大一倍甚至几倍。

从理论上来分析，软土地基在加荷过程中，始终存在着剪应力与抗剪强度这一对矛盾。

当地基土受荷载作用后，如加荷速率控制适当，使排水固结占主导地位，地基土的强度逐渐增长，并能适应外加荷载所产生的剪应力的增长，地基的变形就小，承载力也就得到提高。

反之，如加荷速率过快，由于软黏土排水固结比较缓慢，则地基土的强度的增长不适应由于外加荷载所产生不断增长的剪应力时，地基土会发生局部的塑性变形，使变形大为增加，甚至发生剪切破坏。

3、土的结构扰动

软土灵敏度高，土的结构遭到扰动或破坏后，强度就会急剧降低。

例如江苏某大型厂房，采用箱形基础，宽63.3m，高6m，由于理深大，开挖基坑未采取措施，基坑底部因挖土卸重，地下水流动，由于长期大量抽水，施工操作时基坑底土层被践踏，加上直接在基坑边堆土，使基底软黏土受挤扰动，土的天然结构遭到严重破环，土的压缩性大大增加，以致厂房建成后沉降甚剧，大大超过了原设计的沉降值。

软土中要避免深挖，深挖不可避免时，施工措施对软土的承载力有很大的影响。

4、充分利用软土之上的“硬壳层”，采用浅埋基础

我国软土分布地区，表层均有一层“硬壳层”，一般为可塑的中压缩性的黏性土，其力学性质较之以下的软黏土为好，因此，充分利用软土之上的“硬壳层”，采用浅埋基础，使基底与软土层的间距增加，减少软黏土的附加压力，从而减少地基的变形，可提高地基承载力。

软土地区，应当查明硬壳层的分布、厚度、软土稠度状态沿深度的变化，在评价地基承载力时应结合这些具体地基条件进行综合分析。

5、微地貌对软土受荷变形的影响

如原始地面高低不平，近期人工整平。

原来高的地方挖土后，等于预压土，而低的地方，则为新填土，见图15-12。

如设计时基底附加压力均为p0。

，实际上，高处的附加压力仅为p0-γh2，γh2为挖去的土重）低处的附加压力则为p0+γh1，γh1为新填土的土重），因此虽然土层分布是均匀成层的，两者的沉降却是不同的。

综合以上的讨论，影响软土地基承载力的因素是复杂的，多方面的。

从工程地质勘察来看，在评价软土地基承截力时要注意以下方面：

（1）软土地基成层特性、软硬土层的分布规律，特别是地表的硬壳层应当仔细查明，尽管硬壳层一般厚度并不大，也不密忽视，要考虑充分发挥硬壳层的作用。

（2）基础的类型、形状、大小、埋深和刚度，上部建筑的结构类型、刚度，对不均匀沉降的敏感性，以及相邻建筑的影响。

（3）荷载性质、大小、加荷速率对地基土的变形特性有很大影响。

在对软黏土的变形规律进行深入试验研究时，对这些因素要有充分的考虑，否则会导致不正确的结论。

有时还要联系到地基土早先的受荷历史来研究。

（4）深开挖基坑时的施工条件的影响。

二、确定黏性土和软土地基承载力的方法

1、常规法

按国家标准《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）以室内试验确定黏性土和软土地基的承载力标准值时，应按表15-5和表15-