特殊岩土体地质.ppt
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1、第九章 特殊岩土体地质考试大纲,第九章 特殊岩土体地质考试大纲,熟练掌握软(岩)土、湿陷性土、膨胀(岩)土、分散性土、红粘土、填土、盐渍土及冻土等特殊岩土的定义、特性指标、判别方法及工程地质特性。 掌握水利水电工程中特殊岩土的试验研究内容及评价方法。 了解特殊岩土常用的处理措施及适用条件。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶发育规律和控制因素 1、岩石(体)的可溶性、透水性和水的溶蚀能力、流动性是岩溶发育的基本条件 2、岩溶发育的影响因素:地层岩性、地质构造、气候条件、地下水的补给排泄条件,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶地貌特征与岩溶形态类型 1、岩溶地区具有特殊的地貌特征,如浑圆的溶
2、丘、封闭的洼地,神奇的峰林和洞穴,伏流、暗河和岩溶大泉、深切岩溶峡谷等地貌景观; 2、主要的地表岩溶形态有岩芽、石林、溶隙、溶洞、溶蚀准平原、溶槽、溶蚀洼地、溶蚀槽谷、溶蚀平原、溶碟、漏斗、溶蚀谷地、峰丛、峰林、落水洞、竖井、干谷、盲谷、孤峰; 3、主要的地下岩溶形态有溶孔、落井、溶潭、伏流、溶穴、溶泉、天窗、暗河、溶洞 。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶发育的基本规律 1、对可溶岩体,岩溶发育具有明显的分选性。厚层、质纯、粒粗的石灰岩中,岩溶发育强烈,洞体规模大;随组分中杂质(硅铝等)含量增加、岩层变薄,结构致密而发育程度渐弱,规模渐小。 2、岩体中各类结构面是岩溶水流动的集中通道,有
3、利岩溶发育。地质构造线往往控制岩溶发育的延伸方向。 3、河流水系是岩溶水的排泄基准面。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶发育的基本规律 4、水平状洞穴系统在竖向分布上具有成层性,某一高程水平的洞穴与既定的排水基准相适应,两者高程相当,水平洞穴是这一基准面岩溶水长期作用的结果,地壳或基准面升降,也可以出现数级水平洞穴,其发育程度及规模与地壳、基准面相对稳定时间有关。 5、向深处,岩溶发育程度与规模有减弱、渐小的趋势。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶水文地质结构及岩溶水文地质单元 1、岩溶水文地质结构 背斜型、向斜型和单斜型及水平型等。 2、岩溶水文地质单元 相应的划分为背斜分流型、向斜
4、汇流型、单斜顺层型和水平层流型。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶水文地质的调查方法 1、岩溶水文地质测绘:重点调查岩溶水文地质方面的内容,如以岩溶层组、岩溶层、隔水层等划分地层单元,查明岩溶渗漏区的岩溶水文地质结构。 2、水文地质钻探是确定河间地块、河弯地块及两岸地下水位、地下水分水岭的重要手段。利用钻孔进行水文地质试验(抽水或压水)、连通试验、取水样分析、水温测量,并留作地下水动态长期观测等。对于揭穿有隔水层分隔的两个岩溶含水层,应进行分层观测水位。钻孔深度应穿过岩溶强烈发育带,可能严重渗漏层组内的钻孔不应少于2个。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶水文地质的调查方法 3、硐探主要
5、用于岩溶洞穴追索,了解洞穴的规模,延伸方向,充填情况等,也可用于地下暗河的追索,了解岩溶系统的延伸方向,补给情况,水源点高程等。 4、地球物理勘探主要的方法有地震法、声波法、电磁波法、电磁测深、电法、地质雷达等,可用于确定岩溶含水层的地下水位、流向、岩溶发育情况,岩溶的规模和延伸方向等。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶水动态研究 1、观测网布置:岩溶区选择地下水露头点进行地下水动态观测。对部分重要的和具有代表性的钻孔、井、泉、地下暗河出口和地下暗河天窗做为固定观测点,进行定期观测。 2、长期观测钻孔应分层安装观测管,观测各含水层的地下水动态变化规律。 3、观测项目主要有水位、水温、水质(
6、水的化学成分包括二氧化碳的含量)和水的颜色、气味等。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,岩溶水动态研究 4、观测时间间隔视各地区的具体条件,具体项目和要求确定,一般每14周观测一次。第一个水文年观测应加密,以后可以适当延长时间间隔;洪水季节水位变动较大时,应加密观测次数,其它季节可以适当减少。洪水期,暴雨之后,应加密观测,至少每天观测一次,直至恢复正常变化为止。 5、观测资料整理:除记录外还应提供下列分析图件:各时期各含水层的地下水等水位线图;各观测点地下水位变化过程曲线图;地下水位、水量、水温、水质变化与水文、气象因素变化关系曲线图。,第九章 特殊岩土体地质岩溶地质,连通试验 1、连通试验是岩
7、溶勘察研究中常用的重要手段,主要用来判断岩溶地下通道的连通情况,确定各岩溶洞穴、水点之间的水力联系;确定岩溶地下水的补、排关系,运行方向及流速;论证隔水层或相对隔水层的可靠性。 2、连通试验主要的方法有水位传递法和示踪剂法两种。水位传递法主要利用抽水、压水、放水、闸水、灌水等手段抬高或降低地下水位,观测有关点的水位水量的变化,以判断相互连通关系。示踪剂法采用向流动水流投入示踪剂,通过观测其流经点和流出点来判断洞穴之间的连通情况和流向流速等。,第九章 特殊岩土体地质软土,一、软(岩)土的定义 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为软土,包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。
8、软土的工程性质:触变性、流变性、不均匀性、低强度、低透水性、高压缩性。,第九章 特殊岩土体地质软土,二、软土的工程性质 1、触变性:当受到振动时,软土的结构连接被破坏,强度随之降低或变成稀释状态,这就是触变性,其大小常用灵敏度St来表示,软土的St一般在36之间。 2、流变性:在剪应力作用下,土体会发生缓慢而长期的剪切变形。 3、高压缩性:a1-20.5Mpa-1,大部分压缩变形发生在垂直压力为100kPa左右。,第九章 特殊岩土体地质软土,4、低强度:不排水抗剪强度小于30kPa。 5、低透水性:垂向渗透系数在i(10-610-8)cm/s之间,对排水固结不利。 6、不均匀性:软土中常夹有厚
9、薄不等的粉土、粉砂、细砂等,在水平和垂直向分布有差异。,第九章 特殊岩土体地质软土,三、软土的试验要求 1、根据建筑物荷重和上覆土自重压力确定固结试验最后一级压力。 2、固结系数v、前期固结压力c试验的最后一级荷载、加荷级数及稳定标准,应按土的特性、上覆压力和建筑物的性质确定。固结系数的测定一般包括垂向和水平向,压力范围可采用在自重压力至自重压力与附加压力之和的压力范围内选定。,第九章 特殊岩土体地质软土,3、软土的静弹性模量可用应力控制式三轴剪力仪,在围压固结条件下,采用垂向反复加、卸荷法确定。 4、软土的剪切试验应按地基应力状态的变化,加荷、卸荷速度,排水条件等选用合适的方法。 当土体加荷
10、或卸荷速率超过土中孔隙水压力消散的速度时,宜采用自重压力预固结的不固结不排水三轴压缩试验或快剪试验;当土体排水速度快且施工过程较慢时,宜采用固结不排水三轴压缩试验或,第九章 特殊岩土体地质软土,固结快剪;对土体可能发生较大应变的工程,应测定残余抗剪强度。 5、土压力计算所需的抗剪强度参数,应区别总应力强度和有效应力强度参数,后者可用固结不排水剪测孔隙水压力试验(CU)求得。,第九章 特殊岩土体地质软土,软土的工程地质评价 1、地基的稳定性 2、持力层的选择:分析评价软土地基的均匀性,选择适宜的持力层。 3、地基强度:软土地基承载力,不宜采用单一的方法计算确定,应采用原位测试、理论计算及地区建筑
11、经验相结合的综合分析的方法确定。当地基沉降计算范围内有软弱下卧层时,应验算下卧层的强度。 4、地基变形:地基的沉降量一般用分层总和法计算,也可考虑土的固结应力历史的沉降计算法。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,一、基本概念 黄土是干旱、半干旱气候条件下形成的,颜色以黄色为主,色调有深浅差异,颗粒组成以粉粒为主,级配均匀,具有大孔隙,富含碳酸盐的第四纪粘性土。 黄土的成因多种多样,即有风积,也有冲积、洪积。一般将风成黄土称为原生黄土,原生黄土无层理;原生黄土经流水冲刷、搬运、再沉积形成次生黄土,次生黄土具层理,常含有砂、砾等。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,天然黄土在一定压力作用下,被水浸
12、湿后土结构受到破坏而发生下沉的现象,称为湿陷性。 具有这种性质的黄土叫做湿陷性黄土; 不具备这种性质的黄土称为非湿陷性黄土。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,二、黄土的湿陷机理 黄土是在干旱和半干旱条件下形成的,在干燥少雨的条件下,由于蒸发量大,水份不断减少,盐类析出,胶体凝结,产生了加固粘聚力,在土湿度不很大的情况下,上覆土层不足以克服土中形成的加固粘聚力,因而形成欠压密状态,一旦受水浸湿,加固粘聚力消失,就产生湿陷。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,三、湿陷性黄土的物理力学性质 1、颗粒组成均一,粉粒占绝对优势,粘粒含量较低; 2、天然含水率一般较低; 3、孔隙比较大,一般在0.851
13、.24之间,大多数在1.01.1之间,随深度增大而减小。 4、液限:一般当液限小于30%时,湿陷性较强;当液限大于30%时,湿陷性较弱。 5、抗剪强度,常见的黄土的粘聚力1225KPa,内摩擦角1525。 6、湿陷性黄土的压缩系数介于0.11.0MPa-1之间,除土的天然含水率的影响外,地质年代是一个重要因素。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,四、湿陷性黄土勘察的特殊要求 1、试样必须保持其天然湿度、密度和结构。取样勘探点中,必须有足够数量的探井,其数量应为总量的1/31/2。 2、勘探点深度应大于压缩层深度,并应符合下列规定: 对非自重湿陷性黄土场地,还应大于基础底面下10m。 对自重湿陷
14、性黄土场地,对陇西、陇东陕北晋西地区,应大于基础底面下15m;其他地区大于基础底面下10m。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,五、湿陷性黄土试验 1、室内压缩试验 测定黄土的湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力。 测定湿陷系数的压力,应自基础底面(初步勘察时,自地面下1.5m)算起,10m以内应用200kPa,10m以下至非湿陷土层顶面,应用其上覆土的饱和自重压力(当大于300kPa时,仍应用300kPa)。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,对于压缩性较高的新近堆积黄土,基底以下5m以内时,试验压力宜应用100150kPa;510m和10m以下至非湿陷性黄土层顶面,应分别用200kPa和上
15、覆土的饱和自重压力。 a.湿陷系数s应按下式计算: s= (hphp)/ h0 式中:hp保持天然湿度和结构的土样,加压至一定压力下,下沉稳定后的高度(cm);,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,hp上述加压稳定后的土样,在浸水作用下,下沉稳定后的高度(cm); h0土样的原始高度(cm)。 b.当采用上覆土的饱和自重压力作为试验压力时,用上式计算出的是自重湿陷系数zs 。 c.通过单线法压缩试验或双单线法压缩试验测定黄土的湿陷起始压力。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,2、现场静载荷试验 现场测定黄土湿陷起始压力。 单线法和双线法。 3、现场试坑浸水试验 对重要建筑物或有特别要求的建筑物,
16、通过试坑浸水试验实测自重湿陷量。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,六、自重湿陷量计算 1、计算公式 式中zsi第i层土的自重湿陷系数; hi第i层土的厚度(cm); 0因土质地区而异的修正系数,在缺乏实测资料时,可按下列规定取值: 1)陇西地区可取1.5; 2)陇东陕北晋西地区可取1.2;,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,3)关中地区可取0.9; 4)其他地区可取0.5。 2、计算自重湿陷量zs,应自天然地面算起(当挖、填方的厚度和面积较大时,应自设计地面算起),至其下非湿陷性黄土层的顶面为止,其中自重湿陷系数zs小于0.015的土层不累计。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,七、总湿陷量
17、计算 1、计算公式 式中si第i层土的湿陷系数; hi第i层土的厚度(cm); 考虑基底下地基土的受水浸湿可能性和侧向挤出等因素的修正系数,在缺乏实测资料时,可按下列规定取值:,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,1)基底下05m深度内,取1.5; 2)基底下510m深度内,取1.0; 3)基底下10m以下至非湿陷性黄土层顶面,在自重湿陷性黄土场地,可取工程所在地区的0值。 2、总湿陷量的计算深度,应自基础底面(如基底标高不确定初步勘察时,自地面下1.5m)算起。在非自重湿陷黄土场地,累计至基底下10m(或地基压缩层)深度止;在自重湿陷性黄土场地,累计至非湿陷性土层的顶面止。其中湿陷系数s (1
18、0m以下为 zs)小于0.015的土层不累计。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,八、湿陷性判别 1、湿陷性判别初判与复判。 2、初判主要是根据黄土的年代、在剖面图上的位置、土层结构等进行湿陷性判别。属初步判别,定性判别。 3、复判,属进一步判别,定量判别。内容包括:黄土的湿陷性质、建筑物场地的湿陷类型、黄土地基的湿陷量和湿陷等级等。,第九章 特殊岩土体地质湿陷性黄土,九、黄土湿陷性初判(GB50287) 1、早更新世Q1黄土不具有湿陷性;中更新世Q21黄土不具有湿陷性;中更新世Q22顶部部分黄土具有湿陷性;上更新世Q3与全新世Q4黄土具有湿陷性; 2、在完整的黄土地层剖面中,自地表向下依次第
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