土的工程分类

土的工程分类（共3篇）

土的工程分类 篇1

摘要：研究了传统无机结合料石灰固化滨海盐渍土物理力学性质的变化规律及影响因素,为相关滨海地区公路工程建设中利用盐渍土作为建筑材料,提供一定的科学依据。

关键词：滨海盐渍土,填筑材料,固化

滨海盐渍土是一种近代浅海沉积物,它是由河流的搬运作用与海水的顶托和浸渍作用以及洋流、潮汐、海浪等因素共同作用下形成的[1]。主要分布在长江以北,江苏、山东、天津等省的滨海平原[2],以氯化钠、氯化钾为主,硫酸盐次之,碳酸盐含量较少,主要呈现碱性,PH值通常为7.5～8.5,含盐量通常小于5%,主要为弱或中的氯盐渍土[3,4]。盐渍土在工程方面称为特殊土,三相组成上与一般土不同,具有很强的环境敏感性,工程特性随外界环境而异。

研究了采用传统无机结合料石灰固化前后滨海盐渍土物理力学性质的变化规律及影响因素,为相关滨海地区公路工程建设中利用盐渍土作为建筑材料,提供一定的科学依据。

1 滨海地区盐渍土的基本特性

天津滨海地区内多条不同等级的公路穿越沿线的盐渍土分布区,滨海地区代表性盐渍土土样的基本统计结果参见图1。滨海盐渍土一般在A线上方,B线左侧,为低液限粘土。根据界限含水量、颗分试验及盐渍土的化学分析结果,所取代表性土样主要为中等或弱氯盐渍土。

2 滨海盐渍土固化研究

借鉴已有石灰固化稳定土的研究成果[5],采用生石灰改良滨海盐渍土,生石灰质量II级,掺灰剂量以2%递增,初始配比3%,终了配比15%。土中掺入石灰后,石灰与土之间发生了强烈的化学及物理-化学作用,化学作用主要有离子交换、火山灰、氢氧化钙结晶,物理-化学作用主要包括化学作用下引起的凝聚与絮凝作用以及颗粒的嵌挤作用,从而使滨海盐渍土的性质发生根本的变化[6]。

2.1 石灰固化滨海盐渍土的塑性特征

滨海盐渍土经石灰稳定后,其塑性特征参见图2。石灰改良氯盐渍土的塑性指标,相对素盐渍土有明显改善,随着掺灰剂量的增加,塑限含水量提高,液限含水量降低,塑性指数降低。掺灰剂量3%～9%时,剂量的变化对塑性指标的影响比较明显,在掺灰量增加到10%之后,石灰剂量的变化对塑性指标的影响减弱。各塑性指标含水量趋于稳定,液限由素盐渍土的31.2,降低到27.5左右,塑性由初始19.3,提高到26.4左右。塑性指数由最初11.9,降低到1.4左右。随着龄期的增加,相对原始塑性指标含水量,14d龄期的变化量大于7d龄期。石灰对氯盐渍土塑性特征的改善,主要是由于石灰与土之间发生的石灰中钙、镁离子置换土中钠、钾等一价离子的离子交换作用使得胶体吸附层减薄,进而促使粘土胶状颗粒发生凝聚与絮凝,粘、胶粒的亲水性减弱,细颗粒产生絮凝和集聚,形成较大的集粒或团聚体。此外,火山灰、氢氧化钙结晶以及碳酸化作用,结果使固化后的盐渍土的塑性特征发生变化。已有研究成果表明,在塑性指标中液限指标是反映细粒土粒度、矿物、交换阳离子成分的灵敏指标,此也是塑性图中重复使用液限指标进行细粒土分类的原因之一[7]。

2.2 石灰固化滨海盐渍土的塑性图特征

素滨海盐渍土在塑性图上为B线左侧,A线之上,为低液限粘土,参见图1。经石灰改良后的盐渍土,塑性指标(wL、wp、Ip)与粒度成分皆发生了一定的变化。其塑性图参见图3及图4。与图1相比,随着掺灰剂量的提高,分布相对集中在A线上下附近,掺灰剂量3%之前,仍分布在A线之上,说明小于3%的石灰掺量,对滨海盐渍土的固化稳定作用甚微,3%～7%的掺灰量,石灰改良的盐渍土介于粘性土与粉性土之间,剂量9%之后分布在A线之下,粉土化趋势明显。依塑性图定名,剂量9%后固化的盐渍土大部分为低液限粉土。同时,结合掺灰剂量9%之后,固化盐渍土的粒度成分(50%≥F>15%),准确的定名应为粉土质砂。随着龄期的增加。同一掺灰剂量的盐渍土逐渐移向A线,但并不明显,7d与14d的结果基本相似。

2.3 石灰固化滨海盐渍土的强度特征

滨海氯盐渍土经石灰工程改性后,塑性特性、粒度成分得到明显的改善,塑性降低、砂化作用显著,由细粒土转化为砂性土,粒度成分既含有一定量的粗颗粒,又含有一定数量的细颗粒,粒径分布范围大,级配适宜,作为路基填筑材料,比较容易获得较大的密实度,路用填筑性能显著提高。

相比素盐渍土,石灰改性后的盐渍土强度得到显著改善,参见图5与图6。石灰剂量对石灰改性后氯盐渍土的强度影响显著。龄期一定时,随着石灰剂量的增加,无侧限抗压强度增加,掺灰剂量3%～9%范围内,强度提高明显,随剂量增长速率快,剂量9%之后,强度随剂量的增长速率变缓,且随剂量的增加,改性后的盐渍土强度有下降的趋势,即存在一最佳剂量。同时,改性后盐渍土的物理性质分析表明,在此剂量3%～9%范围内,其塑性特征及粒度成分也得到明显的改善。剂量9%之后,影响减弱,趋于平稳。这体现了土的理物理性质在一定程度上决定着土的工程性质的土力学基本规律。

龄期对改性后石灰盐渍土的强度影响也是比较明显的。随着龄期的延长,强度持续增长,只是剂量一定时,石灰盐渍土的早期强度低,增长速率比较快,后期强度仍在提高,只是增长速度趋缓。这同石灰与素盐渍土之间发生复杂的物理化学反应的时间效应不无关系。

对比分析浸水与未浸水的无侧限抗压强度值,不难得出,随着龄期和石灰剂量的增加,石灰盐渍土的水稳定性逐渐得到提高。同龄期时,掺灰剂量的增加,有利于改善盐渍土的水稳定性,掺灰剂量3%～8%范围内,浸水前后强度损失比较大,3%掺灰量时,龄期为7d、14d及28d,浸水后强度为0,参见图6。剂量在8%之后,强度损失逐渐减小,但存在最佳剂量。同剂量时,龄期的延长,有益于水稳定性的改善,且随着时间的增长,强度损失愈来愈少,掺灰量3%时,90d龄期,浸水后强度不再为0。因为随着时间的延长,石灰与土颗粒发生复杂的物理化学反应更加彻底,絮凝、集聚、胶结作用加强,石灰盐渍土的板体性、整体性增强。

随着龄期的增长,无侧限抗压强度仍在持续增长,速度增长幅度放缓,在龄期7d内,石灰盐渍土的强度已发挥90d龄期强度的50%左右, 14d龄期强度已达90d龄期强度的70%～80%。

3 小结

随着沿海经济的高速发展,滨海地区正在大量的修建道路,然而可供直接利用的土质土源却比较紧缺,因此,如何合理利用当地盐渍土作为道路修筑材料,是亟待解决的工程问题。通过室内研究生石灰对滨海氯盐渍土工程改性,主要得到如下几点结论。

(1)滨海氯盐渍土经石灰改性后,其塑性特征得到明显改善,随着掺灰剂量的增加,塑限含水量提高,液限含水量降低,塑性指数降低。掺灰剂量3%～9%时,剂量的变化对塑性指标的影响比较明显,在掺灰量增加到10%之后,石灰剂量的变化对塑性指标的影响减弱。

(2)随着掺灰剂量的提高,滨海氯盐渍土经石灰改性后,在塑性图中的分布相对集中在A线上下附近,其中 3%的石灰掺量,对滨海盐渍土的固化稳定作用甚微,3%～7%的掺灰量,石灰改良的盐渍土介于粘性土与粉性土之间,剂量9%之后,分布在A线之下,表明改性后滨海氯盐渍土砂化趋势明显。

(3)随着龄期和石灰剂量的增加,石灰盐渍土的水稳定性逐渐得到提高。随着龄期的增长,无侧限抗压强度仍在持续增长,速度增长幅度放缓。

参考文献

[1]滨海盐渍土的改良与利用[M].

[2]铁道部第一勘察设计院.盐渍土地区铁路工程[M].北京:中国铁道出版社,1988.

[3]王遵亲,祝寿泉,俞仁培.中国盐渍土[M].科学出版社,1993.

[4]徐攸在.盐渍土地基[M].北京:中国建筑工业出版社,1993.

[5]张登良.加固土原理[M].北京:人民交通出版社,1990.

[6]周琦.滨海盐渍土作公路路基填料试验研究[D].天津城建学院,2005.

[7]李生林,王正宏.土质分类及其应用[M].北京:水利电力出版社,1988.

南京市区地基土的工程地质分区 篇2

南京市区位于长江中下游, 依长江而建。地貌上属于长江漫滩与丘岗阶地地貌类型。其地基土具有复杂的一面。本人根据多年的勘察经验及参阅一些资料总结出一些规律。根据地基土的工程地质条件差异, 南京市区的地基土可划分为3个工程地质分区 (见图1) :

1) 漫滩相软土区;

2) 埋藏型古河道、古湖泊复杂区;

3) 丘岗、阶地硬土区。

1 漫滩相软土区

1.1 分布范围

主要分布在市西及滨江低漫滩区。为长江迂回摆动的再生冲积所至。

1.2 地基土的特征

该区地基土上部为粘性土和淤泥质土, 下部为砂性土, 显示了冲积二元相结构特征, 局部地区可见典型的沉积旋回, 即中砾~粉细砂~粉土, 粉细砂~粉土~淤泥质土。

该区大部分地段具有一层硬壳层, 以南湖地区最为明显。硬壳层厚度一般3 m~5 m。局部仅1 m~2 m左右, 本层为粉质粘土, 灰黄~灰褐色, 可塑~软塑状态, 其下部渐变为淤泥质土, 局部下部为粉土、粉砂 (江东南路与纬八路交界处) , 本层承载力特征值一般在100 k Pa~120 k Pa之间。

硬壳层下部为淤泥质土 (淤泥质粉土、淤泥质粉质粘土) 为主。厚5 m~40 m之间, 灰色~褐灰色, 流塑状态, 局部软塑 (江东路一带下部为软塑状态) , 具有贝壳和腐殖物, 局部夹有粉土、粉砂, 呈千层饼状。江东路一带较为明显, 本层含水量大, 孔隙比大, 具有高压缩性, 承载力的特征值一般在60 k Pa~90 k Pa之间。

该区下部一般为砂性土。上部局部夹粉质粘土, 一般在20 m~30 m以下 (在纬八路一带埋藏较浅) , 厚度5 m~40 m不等, 砂土埋深变化大, 兴隆一带为长江形成的砂洲, 地面填土下即为砂层, 向阳工业园区砂层埋深由10余米变化为30余米, 承载力特征值120 k Pa~180 k Pa之间, 其下部为粗砂夹砾石层, 最下部为砾石层。本层厚3 m~20 m不等, 奥体中心一带卵石层厚达20 m左右, 其中在裕国宾馆一带, 砾石层厚10 m左右, 本层的承载力因其密度、均匀性差异而差异较大。

1.3 持力层的选择

总的说来, 漫滩相软土区上部强度低, 除硬壳层可以适当利用, 上部无良好的天然地基持力层。一般可以以搅拌桩处理组成复合地基作为多层建筑地基。但因质量管理及地下水影响, 其搅拌桩效果不是很好。易出现不均匀沉降。砂层一般在20 m以下。由此, 多层、小高层一般可以采用桩基, 以砂层作为持力层。小高层、高层一般以基岩作为持力层。该区的基岩主要为泥岩、泥质粉砂岩。

1.4 勘察中注意事项

1) 在该区勘察应注意硬壳层是否可以利用, 须进行沉降和强度验算。2) 砂土的均匀性、密实性的判别工作。3) 粉土、砂土液化判别工作。4) 砾石层密实性、均匀性的判别工作。

2 埋藏型古河道、古湖泊复杂区

2.1 分布范围

市区大部分地区为埋藏型古河道、古湖泊区, 埋藏型古河道, 主要为古秦淮河、金川河, 古湖泊有燕雀湖等。

2.2 地基土的特征

古河道区地层由粘性土、淤泥质土、砂土组成。上部粘性土变化大, 均匀性差, 承载力相对较低, 该区上部粘性土一般以软塑为主, 承载力特征值在90 k Pa~120 k Pa。淤泥质土、流塑状态, 赋含有机质, 局部还分布有泥炭层。本层孔隙比大, 含水量高, 承载力特征准值一般在60 k Pa~80 k Pa。粉土, 为稍密状态, 标贯击数5击~7击, 承载力特征值在100 k Pa~120 k Pa, 下部为砂土, 粉细砂, 标贯击数6击~30击, 因地段差异较大, 承载力差异较大。但一般来讲, 下部为中密状态, 承载力特征值在170 k Pa~240 k Pa。局部地层还存砾砂层。在萨家湾一带较明显, 且很厚。

古湖泊段地基土, 上部为填土、粉质粘土, 下部为较厚的湖泊相深灰色淤泥质土。在南京博物院一带分布 (古燕雀湖) 。下部为可塑~硬塑粉质粘土。

2.3 持力层的选择

该区上部粉质粘土一般较薄, 利用价值不大, 一般来讲该区多层以砂层作为持力层。对于高层建筑一般采用桩基础, 以基岩作为桩端持力层。

2.4 勘察中注意事项

1) 注意查清有机质对工程的影响。

2) 古河道区粉土、砂土有轻微液化现象, 由此勘察中应注意粉土、砂土的液化性判断。

3 丘岗、阶地硬土区

1) 分布范围。

该区分布在雨花台、鼓楼、五台山、东郊及市区东北部。

2) 地基土特征。

该区地层主要为可塑~硬塑粉质粘土, 黄~黄褐色, 具有Fe, Mn结核及灰白色高岭土条带, 其承载力特征值在170 k Pa~280 k Pa, 该层局部地有坳沟分布, 上部为新近沉积土 (次生土) , 下部有软塑~流塑的粉质粘土, 其承载力因年代差异而不同, 另外有些地段分布有雨花台组砾石层, 上部为棕黄色, 下部为灰白色砾石, 为可塑~硬塑粉质粘土胶结。砾石以卵石为主, 成分以石英质砂岩、石英岩、硅质岩为主, 磨圆度较好。本层承载力特征值较高, 一般在250 k Pa~400 k Pa。

3) 持力层选择。

该区多层建筑可以选择可塑~硬塑粉质粘土作为持力层, 在有暗沟分布地段可采用处理地基的手段。小高层如地层分布较均匀 (可通过变形、强度验算确定) 可以选择可塑~硬塑粉质粘土作为持力层。对于高层建筑一般以基岩作为持力层。

4) 勘察中应注意事项。

a.勘察中应注意暗沟的分布, 区分次生土、填土、老黄土。

b.雨花组砾石层均匀性、密实性。

c.因该区地形标高变化大, 勘察中应注意边坡稳定性评价。

d.在东郊一带分布有膨胀土, 呈弱膨胀性, 勘察时应注意膨胀土的分布及对工程的影响。

另外, 南京地区基岩分布较为复杂, 存在有沉积岩、变质岩、火成岩几大岩类。构造也十分复杂。这些都是勘察中应查清的, 在此不作评述。同时, 南京是一个千年古城, 人工改造历史悠久, 勘察时应注意暗塘、暗沟、文物古迹的分布。

参考文献

土的工程分类 篇3

1.1 地质条件

坝基砂土层的分布条件、本构特征、密实性是影响液化的重要地质条件。

1.2 地下水的作用

砂土和粉土只有在饱和状态才会产生液化, 而松散的砂土和粉土, 在地下水位以下时才能达到饱和状态。因此, 地下水的作用和地下水位的高低是影响液化的重要条件。

1.3 地质年代

年代久远的沉积土, 经过长时期的固结作用和地震的影响, 土的密实程度增大, 从而形成胶结紧密的结构。地质年代愈久, 土层的固结度、密实度和结构性也就愈好, 液化的可能性就愈小。调查表明, 地质年代在第四纪晚更新世 (Q3) 以前的饱和土不会发生液化。

1.4 土颗粒径和粘粒含量

土颗粒愈细愈容易液化, 当土的平均粒径在0.1mm时, 抗液化的能力最差。砂土层中粘粒增加, 土的粘聚力增大, 从而抵抗液化的能力增强。当粘粒含量超过10%时, 7度地震不会引起土体液化。土的粘性可用塑性指数IP来定量分析, 当IP≤10时, 土体可液化性大。

1.5 上覆层厚度与土层的埋深

有关资料表明, 坝基砂土的液化深度很少超过15m的, 更多的小于10m。上覆土层具有抑制可液化土层的喷砂冒水的作用, 在7度地震区域, 当覆盖层厚度超过7m时, 可不考虑液化。

1.6 砂土的密实度

资料统计分析表明, 相对密实度小于50%的砂土地震时普遍发生液化, 而相对密实度大于70%的砂土层不大可能发生液化。

1.7 地震烈度

地震烈度愈高的地区, 地面震动愈强烈, 土层就愈容易液化。一般在6度以下的地区, 液化现象很少发生, 但在7度以上的地区, 当地面加速度超过0.13g时才发生液化。当地面加速度为0.16g时, 液化就相当普遍了。

2 粉 (砂) 土液化判别方法

2.1 标准贯入法

标准贯入法是诸多行业规范首推的方法, 标准贯入法试验 (SPT) 是用质量为63.5kg的穿心锤, 以76cm落距, 将一定规格的标准贯入器打入土中15cm, 再打30cm, 后30cm的锤击数即为标准贯入的指标N。可以通过界定液化标贯值来评价坝基液化的可能性。

2.2 静力触探法

静力触探法是一种常用的现场试验方法, 它的主要优点是操作方便, 检层能力强, 能给出多种连续性数据, 跟砂土的液化特性同样具有良好的对应关系, 国外已经积累了大量的液化静力触探指标, 且已广泛应用于液化判别和预测, 而我国在这方面就相对比较欠缺, 不但在液化资料的积累上, 还表现在测试指标的精度和种类上, 国外的多功能探头已经除了能进行常规测试外, 还能进行地层波速测试和可视化, 这给土层分类带来很大的便利, 同时为准确进行液化判别提供了条件。它与标准贯入法相比具有以下优点:1) 静探采用竖向间距一般为0.1m, 小于相关距离, 是连续直观的, 可详尽分层且层面深度客观而准确, 其误差≤0.2m;标贯试验竖向间距不小于1m, 是间断不连续的, 测试位置存在着很大的偶然性。2) 静探法自动化程度高, 对土的扰动小, 几乎不受认为因素干扰, 测试结果客观可靠。

2.3 Bp神经网络模型综合判别法

饱和砂土地震液化危害严重, 仅凭单个因素判别砂土是否产生振动液化有失偏颇。可从影响砂土液化的多个因素入手, 根据不同因素的相对贡献率, 应用人工神经网络基本原理, 建立多参数综合评价砂土液化的BP网络模型, 对砂土液化的严重程度作出了客观评价。

饱和砂土的地震液化是基于多种因素共同作用的一个复杂过程, 其内因在于砂土本构条件, 如砂层的颗粒组成、密度、埋深、地下水位、初始应力条件等;外因在于地震作用, 如震级大小及其特性, 而且液化现象所表现出的形式也因地形、地貌及成因条件而异, 仅凭单因素评价液化的可能性, 存在着一定的局限性, 可靠度较低。所以采用多参数综合评价的数学模型更具科学性、有效性。

由于砂土液化与各影响因素之间往往呈现出非线性性, 人工神经网络解决这类非线性问题极具优越性, 可以利用其较强的自组织、自适应及学习、联想、容错、抗干扰能力, 判别饱和砂土是否液化, 并进一步评定液化等级。误差逆传播网络简称BP网络。其网络结构由输入层荡、隐含层荡、输出层Hc三部分组成。所谓误差逆传播是把输出层出现的误差归结为各边连接权的“过错”。通过网络的希望输出与网络实际输出之差的误差信号由输出层经中间层向输入层逐层修正连接权的过程, 使网络的全局误差趋向极小值。

3 加固处理

3.1 堤坝基础抗液化振冲处理

振冲桩复合地基的抗震液化功效是密实作用、桩体作用、排水作用、预震作用等多种效应共同作用的结果, 故设计时若仍沿用天然坝基的液化判别方法, 则只反映了坝基土经振冲处理后的密实功效。而复合地基的其它一些抗震液化功效却绝大部分未预反映, 不能表明振冲桩复合地基的实际抗液化能力, 显得有些保守, 将不可避免地造成浪费。为反映振冲桩复合地基多种抗震液化效应的综合作用, 可以功效当量标贯法计算。

由于桩距的确定与布桩型式、天然坝基砂土的颗粒级配、密实要求、振冲器功率、施工工艺等多种因素有关, 通常在计算的基础上拟定三种可能的桩距, 通过现场试验复核和优化确定最适宜的桩距、加密电流、填料量、留振时间、施工工艺等技术参数。

3.2 水闸基础振冲处理

闸基通过振冲处理形成振冲碎石桩复合地基, 以达到防止砂基液化, 提高地基承载力, 满足闸基各种稳定条件的目的。由于振冲碎石桩复合地基是一种较为先进、特殊的基础处理形式, 国内大型水闸应用较少, 本文根据《水闸设计规范》 (2001-04-01) , 结合实际工程实例, 总结出闸基振冲碎石桩复合地基设计原理, 可供类似工程参考。

天然坝基液化势的判别方法及可液化坝基处理范围的确定在本文前部分以详细阐述。闸基由于处理范围较小, 可采用临界标贯击数的确定, 同时铺以土工试验或剪切波速法复核。

4 总结

本文针对坝、闸基础的实际地质条件, 从砂土层液化势判别入手, 以Bp神经网络模型和土体动力反应分析法为重点, 综合判定建坝前后坝基土层的液化势和液化范围, 为可液化土层的处理范围提供科学依据;在对振冲法处理坝、闸基液化的设计原理和参数计算进行分析的基础上, 提出其设计和施工中存在的问题和解决的方法。

摘要：尽管国内外在处理可液化地基的理论和实践上取得了可喜的成果, 但尚存在着一些模糊问题急待研究, 如砂土液化层液化势的科学判定、液化处理范围的确定、振冲法填料设计、施工质量实时监控等。