第4章+岩土体的工程地质特性(4)

4.2.3.土的各重度指标 土的各重度指标为土的各相应密度指标 与重力加速度的乘积。即： γ′=ρ′g 浮重度(也称土的有效重度) γd=ρdg 干重度 γ=ρg 天然重度 γsat=ρsatg， 饱和重度 单位都为kN/m3。工程实用上取重力加速度 g=l0m/s2，水的重度取10kN/m3。
⑷ 欠压密性: 由于湿陷性黄土在漫长的沉积过程中，其上覆压 力增长速率始终比颗粒间固化键强度的增长速率要缓慢的多， 使得黄土颗粒间保持着比较疏松的高孔隙度结构，因而在上 覆荷重作用下未被固结压密，处于欠压密状态。
⑸ 湿陷性: 黄土在一定压力下受水浸湿后结构迅速破坏而发生 附加下沉的现象称为湿陷。浸水后发生湿陷的黄土称为湿陷 性黄土。

(6)淤泥在静水或缓慢流水环境中沉积，并经生物化 学作用形成，是天然含水量大于液限、天然孔隙比 e≥1.5的粘性土。但1.0≤e＜1.5的土应为淤泥质土。
(7)人工填土据其组成的成因，分为素填土、杂填土 及冲填土。 素填土为由碎石土、砂土、粉土及粘性土等组成的 填土； 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂 物的填土； 冲填土为水力冲填泥沙形成的填土。

当土的天然含水量小于其塑限时，IL＜0，天然土处于坚 硬状态(固态或半固态)；当土的天然含水量大于其液限时， IL >1.0，天然土处于流动状态；而当IL=0～1.0时，则天然土 处于可塑状态。 《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定，粘 性土根据其IL，可划分为5种软硬状态，划分标准见下表。 粘性土软硬程度的划分




4.4.4 膨胀土

膨胀土呈灰白、灰绿、灰黄、棕红、褐黄等色， 主要由亲水性矿物伊利石和蒙脱石组成，粘粒含量 高，天然孔隙比小，具有强烈的吸水膨胀和失水收 缩的特性。
4.4.3 红粘土

1. 地质成因及分布 红粘土是出露于碳酸盐岩系夹杂着一些非碳酸 盐类岩石，在亚热带温湿气候条件下经风化作用所 形成的风化物与碳酸盐类的风化物混杂在一起，构 成的棕红、褐黄等色的高塑性土。 红粘土属第四纪残积、坡积型土，一般分布在 盆地、洼地、山麓、山坡、谷地或丘陵等地区，形 成缓坡、陡坎地形，常与岩溶、土洞关系密切。我 国红粘土主要分布在云南、贵州和广西等省区
2. 黄土的主要工程地质性质 ⑴ 孔隙比大: 孔隙比是影响黄土湿陷性的主要指标之一，一般 变化在0.85~1.24，大多数在1.0~1.1。 ⑵ 天然含水量低: 当wL＞30%时，黄土的湿陷性一般较弱。 ⑶ 结构性: 湿陷性黄土在一定条件下具有保持土的原始基本单 元结构形式不被破坏的能力。但当结构性一旦遭受破坏时， 其力学性质将呈现屈服、软化、湿陷等性状。
表4.1 土中矿物成分的类型
成因及组成 土中母岩矿物碎屑。 原生矿物 主要有石英、长石、岩 石碎屑、云母等 母岩经化学风化作用 次生矿物 后形成。以粘土矿物为 主。
有机质 动植物残骸在微生物 的作用下分解形成。主 要为腐殖质。
类 型
工程性质 具有较强的抗 水性和抗风化能 力，亲水性弱。 不同含量的粘土 矿物对土的工程 性质影响不同。
粘性土的界限含水力量及含水状态特征
⑵ 塑限wp：指土的可塑状态与半固态的界限含水量，用符 号wp表示。常用搓条法测定。
⑶ 缩限ws：是土体的固态和半固态的界限含水量。
2. 粘性土的塑性指数和液性指数

（1）塑性指数：指液限和塑限的差值，应用时通常去掉百
分号，用符号Ip表示，其数学表达式为：

Ip＝wL-wp
土的含水量：土体中水相物质(液态水和冰)的质量与土粒质量 的百分比被称为土的含水量w mw w 100% （20%~60%）
ms
土的密度ρ：天然状态下，单位体积土体的质量(包含土体颗
粒的质量和孔隙水的质量，气体的质量一般忽略不计)称为 m 土的密度（1.6~2.3）
V
4.2.2.土的物理性质换算指标：
高含水、高压 缩、低强度。
2、土粒粒组
砂
3、土的颗粒级配
工程上常用土粒的不均匀系数来定量判断土的级配好坏。 不均匀系数Cu可表示如下：（颗粒级配0 d10
式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒 相对累积含量为60％时，该粒径即为d60； d10称为有效粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相 对累积含量为10％时，该粒径即为d10。 一般Cu<5的土为均粒土，属级配不良土；Cu>10的为级配良好 的土；Cu＝5~10的为级配一般的土。
4.4.2

软土
软土泛指天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水量大于 液限，含有较多有机质，且疏松多孔的细粒土。 我国的软土主要分布在沿海地区，如东海、黄海、渤海、 南海等沿海地区。在内陆平原、河流两岸河漫滩、湖泊盆地 及山间洼地亦有分布。

1. 地质成因


软土生成于缓慢流动的流水环境和静水环境， 软土属海湾相、湖泊相、河漫滩相和沼泽相沉积。 软土包括淤泥、淤泥质土、泥炭和泥炭质土， 其划分标准如表4.24所示。


4.3土的分类与分级
4.3.1土的工程分类与定名 常见的分类体系有以下几个方面 (1)按堆积年代可分为以下三类：

（a）老堆积土：晚更新世Q3及其以前堆积的土层； （b）一般堆积土：全新世Q4（文化期以前）堆积的土层； （c）新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层，一般呈 欠固结状态。 (2)根据地质成因可划分为：残积土(el)、坡积土(pl)、洪积 土(dl)、冲积土(al)、淤积土、冰积土和风积土等。
（2）碎石土密实度的野外鉴定

(4)粉土的密实度应根据孔隙比e划分为：稍密、中密
和密实，
其湿度应根据含水量ω(%)分为：稍湿、湿、很湿，并
应分别符合表1-12及1-13的规定。

(5)粘性土为塑性指数IP＞10的土，可按表1-14规定分为粘土 和粉质粘土，其状可按3-15分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及 流塑。


2. 主要工程地质性质

① 红粘土的主要矿物成分：高岭石、伊利石和绿泥石。其胀缩 性以收缩为主，失水后干硬收缩。 ② 高塑性、高孔隙比：红粘土具高分散性，粘粒含量为 60~80%，粒间胶体氧化铁具有较强的粘结力，形成团粒。 ③ 具有较高的力学强度和较低的压缩性。因粘粒间胶结力强且 非亲水性，所以，红粘土无湿陷性、压缩性低、力学性能好。 ④ 红粘土的压实性较差。 ⑤ 土层分布不均匀。红粘土的厚度受下伏基岩起伏的影响。 ⑥ 上硬下软。一般，红粘土的表层压缩性低、强度较高、稳定 性好，属良好的地基土。但在接近下伏基岩面的下部，随着含 水量的增大，土体成软塑或流塑状态，强度明显变低。 ⑦ 裂隙性。表部呈坚硬、硬塑状态，失水后含水量低于缩限时， 土中开始出现裂缝。

塑性指数的大小与土的物质组成有关，粘粒含量愈多，塑性 指数愈大，意味着细粒土处于塑态的含水率变化范围大，可 塑性愈高，反之两者差值愈小，土的可塑性愈低。
（2）液性指数：土的天然含水率和塑限含水率之差与塑性 指数的比值，用符号IL来表示，即：

IL
w wp wL w p

液性指数用来判断粘性土的稠度状态，是反映粘性土软硬程 度的指标。

① 颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色； ② 颗粒组成以粉粒为主，含量一般在60％以上，几乎没有粒 径大于0.25mm的颗粒； ③ 富含碳酸钙盐类； ④ 垂直节理发育； ⑤ 一般有肉眼可见的大孔隙。 当缺少其中的一项或几项特征时，称为黄土状土或次生黄 土，满足前述所有特征的称为原生黄土或典型黄土。




4.4 特殊土的工程地质特征
特殊性土是指具有一定分布区域或工程 意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土。 包括黄土、红粘土、软土、冻土、膨胀土、 盐渍土、填土等。
4.4.1黄土 主要分布在我国的黄河流域。在新疆天山南北 的塔里木盆地和准格尔盆地以及东北的松辽平原也 有黄土分布，其它地方为零星分布。 1.黄土一般具备以下特征：
2. 软土的主要工程地质性质





① 天然含水量高 : 软土的天然含水量一般都大于30%，接近 或大于液限。 ② 渗透性小: 软土的透水性差，特别是垂直方向透水性更差， 属微透水或不透水层。 ③ 压缩性高: 由于软土主要由粉粒和粘粒组成，含量可达 60~70%，且含有机质等亲水性高的物质，使软土的压缩性 很强。 ④ 强度低: 软土的抗剪强度与加荷速率和排水条件密切相关， 软土的不排水抗剪强度一般小于20kPa。 ⑤ 具触变性: 触变性是指当原状土受到振动或扰动后，土体 的结构连受到破坏，强度大幅度降低，土体发生液化。 ⑥ 不均匀性: 由于沉积环境的变化，土质均匀性差。
在颗粒级配累积曲线上，曲线很陡则粒度均匀，级配不
良；曲线平缓则粒度不均匀，级配良好。
颗粒级配累积曲线图
4.2 土的物理力学性质 4.2.1.土的实测物理性质指标： 土粒相对密度ds ：是指土粒的质量与一个标准大气压下同体
积4℃的纯水质量之比(为一无量纲量) ms s ds 一般为2.6~2.8 Vs w1 w1
4
岩土体的工程地质特性
土的基本概念
土是地壳表层坚硬岩石风化作用的产物， 残留在原地或经过搬运堆积在异地所形成的 松散堆积物。土经后期进一步压实、胶结等 固结成岩作用就形成了沉积岩。
岩石与岩体
岩石是矿物的集合体，岩体是结构面和结 构体的综合。
4.1土的物质组成
组成土的物质包括：固相（土粒，构成土 的骨架，有时还有粒间的胶结物和有机质）、 液相（水及其溶解物）和气相（空气和其它 微量气体） 4.1.1土的固体颗粒 1、土颗粒的矿物成分 土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿 物组成及其后的风化作用。包括：原生矿物、 次生矿物和有机质。
（5）根据土的特殊性质进行分类，将其分为：