工程地质学_第4章 各类土的工程地质特征
土的工程地质特征
土的工程地质特征土是第四纪以来地壳表层的最新沉积物，未经胶结成岩，常称为松散土一、土的分类土的颗粒分组：《铁路工程岩石分类标准》按颗粒级配，土分为碎石类土、砂类土、粉土、粘性土按土的成因，土分为残积土、坡积土、冲积土、淤积土、风积土、崩积土等特殊土是具有特殊的成分、状态、结构特征，而且具有特殊工程性质的土。
特殊土分为黄土、膨胀土、软土、冻土、红粘土、盐渍土、填土。
二、特殊土的工程性质（一）黄土：是在干旱、半干旱气候条件下形成的第四纪的一种松散的特殊土。
黄土的特征：I. 颜色为淡黄、褐色或灰黄色；II. 粒度成分以粉土为主，约占有60%~70%，一般不含＞0.25mm的颗粒；III. 含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核（姜结石）；IV. 孔隙多且大，结构疏松；V. 无层理，但有垂直节理和柱状节理。
天然条件下能保持近于垂直的边坡；VI. 具有湿陷性。
具有(Ⅰ～Ⅴ)项特征的为标准黄土，只有其中部分特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。
具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土。
黄土的分布：黄土在世界上的分布面积达1300万km2，我国的黄土面积是世界上最大的，达64万km2，比法国和瑞士的面积总和还要大。
黄土最厚处约410m左右，在兰州市七里河区西津村。
在我国，西北、中原、华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄河的中游——陕、甘、宁、青及山西、河南一带，其厚度各不相同。
陕甘地区多厚100～200m，薄处仅几公分。
黄土的分类：1.按生成年代分类老黄土下更新世Q1 （午城黄土）中更新世Q2 （离石黄土）新黄土上更新世Q3 （马兰黄土）全新世Q41 、新近堆积的黄土：全新世Q422.按生成过程分类：风积、坡积、残积、洪积、冲积等3.按塑性指数IP分类黄土质粘土IP＞17 黄土质砂粘土7＜IP≤17 黄土质粘砂土1＜IP≤7 黄土质砂土IP≤14.按湿陷性分类（1）湿陷性：自重湿陷性非自重湿陷性（2）非湿陷性划分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，对工程建设有明显的现实意义。
第四章各类土的工程地质特征
三、红土
红土:在热带或亚热带湿热条件下， 红土 在热带或亚热带湿热条件下，经过红 在热带或亚热带湿热条件下 土化作用形成的含有较多粘粒，富含铁铝 土化作用形成的含有较多粘粒，富含铁铝 氧化物胶结的红色粘性土 胶结的红色粘性土。 氧化物胶结的红色粘性土。 红土化作用：母岩经过强烈的风化后， 红土化作用：母岩经过强烈的风化后，硅 和岩基（ 和岩基（钾、钠、钙、镁）大量流失而使 铁铝富集的作用。 铁铝富集的作用。
二、黄土类土
（二）黄土的成分、结构 黄土的成分、
1.粒度成分以粉土颗粒（0.05~0.005mm）为主，约 粒度成分以粉土颗粒（ 粒度成分以粉土颗粒 ）为主， ％，颗粒细小均匀 占60％，颗粒细小均匀； ％，颗粒细小均匀； 2.矿物成分以碎屑矿物为主，其中石英含量超过一半， 矿物成分以碎屑矿物为主，其中石英含量超过一半， 矿物成分以碎屑矿物为主 长石30%~40%，碳酸钙较多（8%~17%），少量粘 ），少量粘 长石 ，碳酸钙较多（ ）， 土矿物（水云母为主），少量有机质，含易溶、 ），少量有机质 土矿物（水云母为主），少量有机质，含易溶、中 溶盐，矿物亲水性差； 溶盐，矿物亲水性差； 3.典型黄土是粒状架空点接触结构，疏松多孔，未经 典型黄土是粒状架空点接触结构， 典型黄土是粒状架空点接触结构 疏松多孔， 很好压实，胶结连结和粘粒吸附的结合水连结， 很好压实，胶结连结和粘粒吸附的结合水连结，连 结强，遇水结果遭破坏； 结强，遇水结果遭破坏；
粘性土
二、一般土的工程地质特征
（一）砾类土（G）的工程地质性质 砾类土（ ） 颗粒粗大，矿物成分以岩屑、原生长石、石英、 颗粒粗大，矿物成分以岩屑、原生长石、石英、云母 为主；单粒结构，孔隙大，无连结，透水性极强，压 为主；单粒结构，孔隙大，无连结，透水性极强，
土的工程地质特征
土的工程地质特征土是第四纪以来地壳表层的最新沉积物，未经胶结成岩，常称为松散土一、土的分类土的颗粒分组：《铁路工程岩石分类标准》按颗粒级配，土分为碎石类土、砂类土、粉土、粘性土按土的成因，土分为残积土、坡积土、冲积土、淤积土、风积土、崩积土等特殊土是具有特殊的成分、状态、结构特征，而且具有特殊工程性质的土。
特殊土分为黄土、膨胀土、软土、冻土、红粘土、盐渍土、填土。
二、特殊土的工程性质（一）黄土：是在干旱、半干旱气候条件下形成的第四纪的一种松散的特殊土。
黄土的特征：I. 颜色为淡黄、褐色或灰黄色；II. 粒度成分以粉土为主，约占有60%〜70%，—般不含〉0.25mm的颗粒；III. 含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3 ），可形成钙质结核（姜结石）；IV. 孔隙多且大，结构疏松；V. 无层理，但有垂直节理和柱状节理。
天然条件下能保持近于垂直的边坡；VI. 具有湿陷性。
具有（I~V ）项特征的为标准黄土，只有其中部分特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。
具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土。
黄土的分布：黄土在世界上的分布面积达1300 万km2 ，我国的黄土面积是世界上最大的，达64 万km2 ，比法国和瑞士的面积总和还要大。
黄土最厚处约410m 左右，在兰州市七里河区西津村。
在我国，西北、中原、华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄河的中游——陕、甘、宁、青及山西、河南一带，其厚度各不相同。
陕甘地区多厚100〜200m，薄处仅几公分。
黄土的分类：1. 按生成年代分类老黄土下更新世Q1 （午城黄土）中更新世Q2 （离石黄土）新黄土上更新世Q3 （马兰黄土）全新世Q41 、新近堆积的黄土：全新世Q422. 按生成过程分类：风积、坡积、残积、洪积、冲积等3. 按塑性指数IP 分类黄土质粘土IP> 17黄土质砂粘土7v IP<17黄土质粘砂土 1 v IP<7黄土质砂土IP<14. 按湿陷性分类（1 ）湿陷性：自重湿陷性非自重湿陷性（2）非湿陷性划分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，对工程建设有明显的现实意义。
地质学 4土的工程性质与分类
（a）高岭石
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nH2O
（b）蒙脱石
K
（c）伊利石
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2020/5/27304.2.3 土中 Nhomakorabea水和气体
固相
水 液相
气相
一般分为结合水、自由水。
强结合水 结合水 弱结合水
自由水
重力水 毛细水
毛细悬挂水 毛细上升水
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4.2.4 土的结构与构造
➢土的结构：指土粒或土粒集合体的大小、形状、 表面特征、相互排列及粒间连接关系。 分为单粒结构、蜂窝状结构、絮状结构。
26
粒度成分与粒度分析
以各粒组干土粒的质量占该土总质量的百分数来表 示土的粒度成分。颗粒分析的方法（筛析法、比重计 法、移液管法、比重瓶法）。
颗粒分析成果的表示
由颗粒级配曲线可求得各粒组的含量百分比。工程 上常用不均匀系数Cu及曲率系数Cq来衡量土的不 均匀程度及其级配良好与否。
d60
C ,C u
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4.2 土的工程地质性质
4.2.1 土的颗粒组成 影响自然土的工程性质还与大小颗粒之间的比例 有关。
粒组及其划分（同一粒组的土具有相近的性质，但与其 他相邻粒组的性质又有明显区别）。
漂石（块石）组、卵石（碎石）组、圆砾（角砾） 组、砂粒组、粉粒组、粘粒组等6个粒组。
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➢工程特性：
① 塑性较弱，液限一般23～33之间，塑性指数在8～12之间；
②含水较少，天然含水量在10～25%之间，处于坚硬或硬塑 状态；
③压实程度差，孔隙比较高（e为0.8～1.1），孔隙大；
④抗水性弱，湿陷明显； ⑤透水性较强，呈各向异性； ⑥强度较高，压缩性中等。
工程地质学_第4章 各类土的工程地质特征
❖ 塑性图
细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。 其中，粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒 土；含部分有机质者称有机质土。
❖ 细粒土分类
2. 特殊土分类
根据《土的分类标准》(GBJ145-90)， 特殊土包括指黄土、膨胀土和红粘 土，可按其塑性指数在塑性图上的 位置初步判别。当取液限仪锥尖入 土深度为17mm的含水量为液限时， 按表4.12和图4.12判别。
黄土的湿陷性试验是在室内的固结
仪内进行的，其方法是：分级加荷至
规定压力，当下沉稳定后，使土样浸
水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的
计算式是：
s
hp hp ' h0
式中： h0 ：原状土样的原始高度，cm hp ：原状土样在规定压力下，下沉稳定后的高度，cm 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
❖ 黄土的野外性状
1、分布与特征
作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比 较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约 占10％，亚洲约占30％；
我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约 为43万平方公里。
主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青 海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主 要来源于沙漠与戈壁。
我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质 各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质 成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工 程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意 这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。
工程地质第四章 土的工程地质性质
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
2.砂土
粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒 径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土
颗粒粒径级配曲线
（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含 量，用常数坐标表示）。
Cu
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
土的粒径级配累积曲线
200g P 100
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm 试验方法
密度计法:适用于d＜0.075mm 《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999
《土的工程分类标准》（GB/T50145—2007）依粒径的大小将土粒划分六大粒组。
表4.1 粒组划分
粒组统称 粒组名称 粒径（d）的范围（mm）
主要特征
巨粒
漂石（块石） 卵石（碎石）
72
%
90 80
95 70 60
87 50
78 40 30
66 20
55
10 0
36
粒径(mm)
水分法
粒径(mm)
0.05 0.01 0.005
百分数P(%)
26
13.5
10
工程地质学-第四章土
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架， 骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空 隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构 造，较疏松，含水量高，压缩性大而强 度低。
深海沉积物主要是有机质软泥。
7、风积土(eolian deposit)：
在干旱的气候条件下，岩石的风化碎 屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利 的条件下堆积起来的一类土，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
原生矿物 ● 由岩石经物理风化生成的， ● 颗粒成分与母岩的相同， ● 常见的有石英、长石和云母 ● 颗粒较粗，多呈浑圆形状， ● 吸附水的能力弱，无塑性。
次生矿物 ●由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ●它的成分成分与母岩的完全不同， ●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ● 颗粒极细，且多呈片状， ● 性质活泼，吸附水能力强，具塑性。
河漫滩相冲积土：
第4章_土的工程地质性质与分类
碳、沼气及硫化氢等气体。这些气体大多因生物化学作用生
成。与土中液体相组成部分比较起来，气体对于土体的工程 地质性质影响较小；但在某些情况下，却有重要的意义。它
导言
从工程地质的观点分析，土具有以下基本特征: 岩石风化的产物
碎散性 * * * * 受力以后易变形 体积变化主要是孔隙变化 剪切变形主要由颗粒相对位移引起 强度低
非连续性介质
导言
土的组成 固相－土骨架 液相－水 气相－空气
* 受力后由土骨架、孔隙 介质共同承担 * 存在复杂的相互作用 * 有孔隙流体流动
第一节 土的组成与结构、构造
2. 粒度分析及其成果表示 为了了解各粒组的相对含量，必须先将各粒组分离开， 再分别称重。这就是粒径级配的分析方法。 分析方法： 筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子。 水分法：适用于细粒土 常采用比重计法。 表述方法：粒径级配累计曲线
筛分法
200g
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.075
第一节 土的组成与结构、构造
特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘 性、透水性较大、压缩性较低的特点。 2. 次生矿物 岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不 相同。 例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等。 特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀 的特点。
பைடு நூலகம்
粘土矿 物的晶 格构造
比表面积 ：单位质量土颗粒所 拥有的总表面积。对于粘性土， 其大小反映土颗粒与四周介质， 高岭石 伊利石 特别是水，相互作用的强烈程度。
土的工程地质特征
土的工程地质特征1.土的物理性质土的物理性质主要包括颗粒组成、颗粒分布、颗粒密实度、颗粒形状和颗粒颜色等。
颗粒组成是指土体中不同颗粒粒径的各个成分的含量及分布，包括砂、粘土、淤泥、粉砂等。
颗粒分布主要指土体中各种颗粒粒径的分布情况，包括颗粒级配、颗粒分形和颗粒分散性。
颗粒密实度指土体中颗粒之间的排列紧密程度，主要包括固结状态、液态状态和塑性状态。
颗粒形状主要指土体颗粒的形状及其表面的光滑程度，形状有圆形、多边形、角状、长形等。
颗粒颜色主要指土体颗粒的颜色，通常与土壤的类型和成分有关。
2.土的力学性质土的力学性质是指土体在外力作用下的力学行为和性能，主要包括土的强度、变形性、水力性质等。
土的强度是指土体抵抗外力破坏的能力，包括抗拉强度、抗剪强度和抗压强度等。
土的变形性是指土体在外力作用下发生的体积变化和形状变化，主要包括弹性变形、塑性变形和蠕变变形等。
土的水力性质是指土体在水流作用下的渗透性、渗流性和持水性等。
3.土的水文性质土的水文性质是指土体中水分的分布、运动和保持水分的能力，主要包括土体的孔隙度、孔隙水压力、透水性和透气性等。
土体的孔隙度是指土壤中的孔隙空间占总体积的百分比，孔隙水压力是指土壤中的孔隙水流动的压力，透水性是指土壤中水分的渗透能力，透气性是指土壤中空气的渗透能力。
4.土体颗粒结构土体颗粒结构是指土体中颗粒之间的排列方式和连接方式，主要包括土壤的细密结构、黏聚结构和粒间结构等。
土壤的细密结构是指土体颗粒之间的排列紧密程度，密集或紧密的细密结构有利于土的开挖和支护工程。
土壤的黏聚结构是指土壤颗粒之间存在颗粒间的吸附作用或胶凝作用，使土体具有阻挡水流的作用。
粒间结构是指颗粒之间的连接和桥接作用，影响土体的强度和稳定性。
综上所述，土的工程地质特征主要包括土的物理性质、力学性质、水文性质和土体颗粒结构等方面。
了解土的工程地质特征对于工程设计和施工具有重要意义，可以有效地预测土体的行为和性能，为工程的安全性和稳定性提供依据。
第四章 土的工程分类及各种土的工程地质特征
0.02 ≤ δsh ≤ 0.03，轻微湿陷性黄土 ，轻微湿陷性黄土 0.03 ＜ δsh ≤ 0.07，中等湿陷性黄土 ，中等湿陷性黄土 δsh ＞ 0.07， ， 强烈湿陷性黄土 强烈湿陷性黄土
8.防治黄土湿陷的措施 8.防治黄土湿陷的措施
① 采用物理、化学等方法，提高黄土强度，降 采用物理、 化学等方法， 提高黄土强度， 低孔隙度，加强其内部联结； 低孔隙度，加强其内部联结； 强夯法； Ⅰ 强夯法； Ⅱ 挤密法
第二节
地基土的程分类
按最新规范，地基土可分为六大类：岩石、碎石 按最新规范，地基土可分为六大类：岩石、 六大类 砂土、粉土、粘性土、人工填土。 土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。
一、岩石
4、岩石野外描述 包括：地质年代、地质名称、风化程度、颜色、 包括：地质年代、地质名称、风化程度、颜色、 主要矿物、结构、构造和岩石质量指标RQD RQD。 主要矿物、结构、构造和岩石质量指标RQD。对沉积 岩应着重描述沉积物的颗粒大小、形状、 岩应着重描述沉积物的颗粒大小、形状、胶结物成分 和胶结程度； 和胶结程度；对岩浆岩和变质岩应着重描述矿物的结 晶大小和结晶程度。 晶大小和结晶程度。
一般认为：天然含水量>25%时，无湿陷性。 天然含水量>25%时 无湿陷性。
（3）黄土的透水性强
黄土的透水性比一般粘性土大 黄土的透水性比一般粘性土大
（4）黄土的压缩性中等
（5）黄土的抗剪强度中等
一般c=30～40kPa， ϕ =15˚～25˚，我国北部 ～ 一般 ， ～ ， 黄土的ϕ可达 27˚～28˚。 ～ 。
六、人工填土
第三节
几种特殊土的工程地质特征
特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构，而 特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构， 且工程地质性质也比较特殊的土。 且工程地质性质也比较特殊的土。特殊土一般具有 典型的特性，如淤泥具有触变性， 典型的特性，如淤泥具有触变性，黄土具有湿眼陷 膨胀土具有胀缩性。 性，膨胀土具有胀缩性。
第四章各类土的工程地质特征
（3）细粒土——压缩性高，透水性弱，压缩过程长。抗
剪强度低。工程地质性质差。
第二节 几种特殊土的工程地质特征
特殊土——由于地理环境、气候条件、地质成因、物质
成分以及次生变化等原因，有些土具有与一般土不同的特殊 工程地质性质，这些具有特殊工程性质的土称为特殊土。特 殊土的分布具有一定的区域性。
① 沿海及部分内陆地区各种成因的软土（淤泥类土）；
② 西北、华北等干旱、半干旱气候区的黄土； ③ 南方和中南地区的膨胀土； ④ 西南亚热带湿热气候区的红粘土； ⑤ 高纬度、高海拔地区的多年冻土； ⑥ 盐渍土、人工填土、污染土等。
淤泥类土——高压缩性，低抗剪强度
特 殊 土
黄土——湿陷性 膨胀土——胀缩性 红粘土——高塑性、收缩性 冻土——融陷性
一般土的总体工Biblioteka 地质特征：（1）砾类土——承载力高，是一般建筑物的良好地基，
但透水性很强，粒间无联结力，存在坝基、渠道、水库渗
漏，基坑涌水、边坡失稳等工程地质问题。
（2）砂类土——粗、中砂土可作为一般建筑物的良好地
基，但存在涌水、渗漏等工程地质问题。细、粉砂土工程 地质性质相对较差，受振动时易产生液化，基坑开挖时易 产生流沙，危及建筑物的安全。
盐渍土——溶陷性
第四章 各类土的工程地质特征
要求：
（1）掌握粗粒土和细粒土的工程地质特征对比；
（2）掌握一般土（如砾类土、砂类土、细粒土）的总
体工程地质特征。
（3）掌握几种特殊土的主要工程地质特征。
第四章 各类土的工程地质特征
（1）一般土的工程地质特征 （2）几种特殊土的工程地质特征
第一节 一般土的工程地质特征
表4-1 粗粒土和细粒土的工程地质特征对比
土的工程地质性质
土的工程地质性质一、土的成因类型特征根据土的地质成因，土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰积及冰水沉积土和风积土等类型。
一定成因类型的土具有一定的沉积环境、具有一定的土层空间分布规律和一定的土类组合、物质组成及结构特征。
但同一成因类型的土，在沉积形成后，可能遭到不同的自然地质条件和人为因素的变化，而具有不同的工程特性。
1. 残积土形成原因：岩石经风化后未被搬运的原岩风化剥蚀后的产物，其分布主要受地形的控制，如在宽广的分水岭地带及平缓的山坡，残积土较厚。
工程特征：一般呈棱角状，无层理构造，孔隙度大；存在基岩风化层（带），土的成分和结构呈过渡变化。
工程地质问题：（1）建筑物地基不均匀沉降，原因土层厚度、组成成分、结构及物理力学性质变化大，均匀性差，孔隙度较大；（2）建筑物沿基岩面或某软弱面的滑动等不稳定问题，原因原始地形变化大，岩层风化程度不一。
2. 坡积土形成原因：经雨雪水洗刷、剥蚀、搬运，及土粒在重力作用下顺着山坡逐渐移动形成的堆积物，一般分布在坡腰上或坡脚下，上部与残积土相接。
工程特征：具分选现象；下部多为碎石、角砾土；上部多为粘性土；土质（成分、结构）上下不均一，结构疏松，压缩性高，土层厚度变化大。
工程地质问题：建筑物不均匀沉降；沿下卧残积层或基岩面滑动等不稳定问题。
3. 洪积土形成原因：碎屑物质经暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流挟带在山沟的出口处或山前倾斜平原堆积形成的洪积土体。
山洪携带的大量碎屑物质流出沟谷口后，因水流流速骤减而呈扇形沉积体，称洪积扇。
工程特征：具分选性；常具不规划的交替层理构造，并具有夹层、尖灭或透镜体等构造；近山前洪积土具有较高的承载力，压缩性低；远山地带，洪积物颗粒较细、成分较均匀、厚度较大。
工程地质问题：洪积土一般可作为良好的建筑地基，但应注意中间过渡地带可能地质较差，因为粗碎屑土与细粒粘性土的透水性不同而使地下水溢出地表形成沼泽地带，且存在尖灭或透镜体。
工程地质-第四章 土的工程性质与分类
研究土体构造特征意义
（1）土体构造特征反映土体的力学性质和其他 工程性质的各向异性或土体各部位的不均匀性。
（2）土体构造特征是决定勘探、取样或原位测试 布置方案和数量的重要因素之一。
4.2 土的工程分类
建筑工程系统的分类 材料系统的分类
我国土的工程分类
1. 按堆积年代分为： （1）老堆积土：第四纪晚更新世及其以前堆
4.1.2 土的矿物成分
• 原生矿物； • 不溶于水的次生矿物； • 可溶盐类及易分解的矿物； • 有机质。
不稳定矿物
1. 原生矿物
主要有石英、长石、角闪石、云母等， 是组成卵石、砾石、砂粒和粉粒的主要成 分。
对工程性质影响，主要在于其颗粒形状、 坚硬程度和抗风化稳定性等因素。
2. 不溶于水的次生矿物 1）粘土矿物——为含水铝硅酸盐，主要有高
热力电位 电动电位
1）强结合水（吸着水）：紧靠土粒表面的结合水
特点：
• 厚度很小； • 没有溶解能力； • 不能传递静水压力； • 只有吸热变成蒸汽时才能移动； • 冰点低； • 具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。
2）弱结合水（薄膜水）：紧靠于强结合水的外围形成的
结合水膜。
特征：
• 厚度比强结合水大得多； • 不能传递静水压力； • 没有溶解能力，冰点低于0度； • 土中含较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。
（3）中间过渡带，常 形成沼泽地带，且存在 尖灭或透镜体，土质较 差，承载力较低。
4 冲积土 河床相 河漫滩相 牛轭湖相 河口三角洲相
工程性质：
（1）古河床相压缩性低，强度较高；现代河 床堆积物密实度较差，透水性较强，若作 为水工建筑物地基则将引起坝下渗漏；
（2）河漫滩相冲积物覆盖于河床相冲积土之 上，该双层结构冲积体常被作为地基；
工程地质第4章-2
工程地质第4章-2(2)膨胀土一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物(以蒙脱石和伊利石为主)所组成的粘性土，在环境和湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形。
具有吸水膨胀、失水收缩的特性。
已有的建筑经验证明，当土中水份聚集时，土体膨胀，可能对与其接触的建筑物产生强烈的膨胀上抬压力而导致建筑物的破坏；土中水分减少时，土体收缩并可使土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。
土呈黄、红褐、灰白色，粘粒含量高，天然含水量接近塑限。
膨胀土通常表现为压缩性低、强度高，因此易被误认为是良好的天然地基。
膨胀土膨胀土地区的钻探1.特征：(1)颗粒粒度：以粘土矿物为主，占35~50%以上，其次为粉砂。
(2)矿物成分：以蒙脱石、伊利石为主。
(3)具膨胀结构：结构单元，孔隙中进水分子片状矿物叠置成各类型子粘土矿物表面吸附水分,形成结合水膜矿物晶格间为2-联接，联接力弱，可进O水分子(4)强烈胀缩性：量为23%以上天然状况下，吸水膨胀膨胀量为40%以上干燥状况下，吸水膨胀50收缩：失水收缩率达%以上膨胀土的工程性质1.胀缩性膨胀土吸水后体积膨胀，使其上建筑物隆起，如膨胀受阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上建筑物下沉。
土中有效蒙脱石含量越多，胀缩潜势越大，膨胀力越大。
土的初始含水量越低，膨胀量与膨胀力越大。
击实土的膨胀性远比原状土为大，密实度越高，膨胀量与膨胀力越大，在膨胀土路基设计中应特别注意。
2.崩解性膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限条件下则发生吸水湿化。
不同类型的膨胀土其崩解性不一样，强膨胀土浸入水中后，几分钟内很快就完全崩解；弱膨胀土浸入水中后，则需经过较长时间才逐步崩解，且有的崩解不完全。
此外，膨胀土的崩解特性还与试样的起始湿度有关，一般干燥土试样崩解迅速且较完全，潮湿土试样崩解缓慢且不完全。
3.多裂隙性膨胀土中的裂隙，主要可分原生裂隙与次生裂隙两种类型。
这些裂隙将土体层层分割成具有一定几何形态的块体，如棱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。
《工程地质》课件 第四章 岩土的工程性质与分类
土中的固体颗粒、粒间胶结物和有机质即土的固相。 1〕土的颗粒大小 自然界中的土由无数土粒混合而成，其颗粒大小相差很大，其中有粒径大于200 mm的漂石， 也有粒径小于0.005 mm的黏粒。造成颗粒大小悬殊的原因主要与土的矿物成分有关，还与土所经 历的风化作用和搬运过程有关。一般来说，随着颗粒大小的不同，土会表现出不同的工程性质。 土颗粒的大小通常以粒径表示。自然界的土一般都是由各种不同粒径土粒构成的混合土。工程上 通常把性质和粒径大小相近的土粒划分为一组，称其为粒组。表4-6中列出了目前国内常用的粒组 划分方法及各粒组土的主要特性。
岩体是指在地质历史中形成的、由 一种或多种岩石和结构面组成的、具有一 定的结构并赋存于一定的地质环境〔地应 力、地下水、地温〕中的地质体，是一定 工程范围内的自然地质体。它是被各种结 构面各种地质因 素对岩体稳定性有很 大的影响。
岩体的变形和强度受结构 面和结构体特性的控制， 并且主要取决于结构面的 性质及其组合形式。
岩体中存在着复杂 的地应力场。
01 02 03 04 05
岩体是包含不同岩石材 料和各种不连续结构面 的非均质各向异性的不 连续介质。
岩体是一种流变体。在 一定的应力作用下，岩 体内部微观与宏观结构 的滑移、位移和变形随 时间而变化。
存在于岩体中的各种不同成因、不同特征的地 质界面，包括各种破裂面〔如劈理、断层面、节理 等〕、物质分异面〔如层理、层面、沉积间断面、 片理等〕、软弱夹层及泥化夹层等，称为结构面。 每一个结构面都具有一定的方向、规模、形态和特 征。不同方向结构面相互组合切割岩体形成的不同 几何形状和大小的块体称为结构体。岩体结构主要 是指结构面和结构体的特性及它们之间的相互组合， 是岩体在长期的成岩及形变过程中形成的产物，是 岩体特性的决定因素。结构面和结构体是岩体结构 的两个根本要素。
4各类土的工程地质特征
砂类土
砾粒组质量少于或等于总质量的50%的粗粒土称砂 类土。 砂类土主要由石英、长石及云母等原生矿物构成， 单粒结构，仍具有透水性强、压缩性低、强度较高 等特点，这些性质都与砂粒大小和密度有关。 粗、中砂土一般性质较好，可作为一般建筑物的 良好地基，也是良好的混凝土骨料，但也存在可能 产生涌水或渗漏等工程地质问题。 细砂土、粉砂土则工程地质性质相对较差，尤其是 受振动时易产生液化，开挖基坑时也易产生流沙， 这些都会危及建筑物的安全。细砂土、粉砂土一般 不宜用作混凝土骨料。
在静水或水流缓慢的环境中沉积，有微 生物作用的条件下形成，分布很广，按成因 和分布情况，我国淤泥类土可分为两大类： 一类是沿海沉积的淤泥类土，一类是内陆和 山区湖盆地以及山前各地沉积的淤泥类土。
淤 泥 类 土
特殊土的工程地质特性
沿海沉积的淤泥类土：分布广，厚度大，土质疏松软弱，其 成因类型有泻湖相、滨海相、溺谷相、三角洲相及其混合类型。 内路和山区湖盆地沉积的淤泥类土：分布零星，厚度较小， 性质变化大，其成因类型有湖相、河漫滩相和牛轭湖相。 广大山区沉积有“山地型淤泥类土”：其主要是由当地的泥 灰岩、泥岩的风化产物和地面的有机质，经水流搬运沉积在地形 低洼处，经长期水泡软化及微生物作用而形成。以坡洪积、湖积 和冲积三种成因类型为主，其特点是：分布面积大，厚度与性质 变化较大，且多分布于冲沟、谷地、河流阶地及各种洼地之中。
黄 土
zs ≥0.015时，为自重湿陷性黄土。
特殊土的工程地质特性
（3）计算自重湿陷量：
zs 0 zsi hi
i 1
n
计算自重湿陷量的累计，应自天然地面（当挖、填 方的厚度和面积较大时，应自设计地面）算起，至其 下部全部湿陷性黄土层的底面为止，其中自重湿陷系 数小于0.015的土层不应累计。
各类土的工程地质特性
第四章各类土的工程地质特性一、一般土的工程地质特性一般土按粒度成分特点，常分为巨粒土、粗粒土及细粒土三大类。
巨粒土和粗粒土为无粘性土，细粒土为粘性土。
粗粒土又分为砾类土和砂类土。
巨粒土和粗粒土的工程地质性质主要取决于粒度成分和土粒排列的松密情况，这些成分和结构特性直接决定着土的孔隙性、透水性、和力学性质。
细粒土的性质取决于粒间连结特性（稠度状态）和密实度，这些都与土中粘粒含量、矿物亲水性及水和土粒相互作用有关。
砾类土和砂类土为单粒结构；细粒土为团聚结构。
二、几种特殊土的工程地质特征1、淤泥类土淤泥类土是指在静水或水流缓慢的环境中沉积，有微生物参与作用的条件形成的，含较多有机质，疏松软弱（天然孔隙比大于1，含水率大于液限）的细粒土。
孔隙比大于1.5的称为淤泥，小于1.5大于1的称为淤泥质土。
工程地质性质的基本特点：①高孔隙比，高含水率，含水率大于液限②透水性极若③高压缩性④抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关。
由于这类土饱水而结构疏松，所以在振动等强烈扰动下其强度也会剧烈降低，甚至液化变为悬液。
这种现象称为触变性。
同时还具有蠕变性。
淤泥类土的成分和结构是决定其工程地质性质的根本因素。
有机物和粘粒含量越多，土的亲水性越强，则压缩性越高；孔隙比越大，含水率越高，压缩性越高，强度越低，灵敏度越大，性质越差。
2、黄土黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物。
颜色多呈黄色、淡黄色或褐黄色，颗粒组成以粉粒为主，粒度大小较均匀。
天然剖面上垂直节理发育。
被水浸润后显著沉陷（湿陷性）。
一般工程地质性质：①密度小，孔隙率大②含水较少③塑性较弱④透水性较强⑤抗水性弱⑥压缩性中等，抗剪强度较高。
⑦具有湿陷性（自重湿陷和非自重湿陷）湿陷系数，自重湿陷系数3、膨胀土又称胀缩土，系指随含水量的增加而膨胀，随含水量的减少而收缩，具有明显膨胀和收缩特性的细粒土。
成分和结构特征：粘粒含量高，一般35%以上。
矿物成分以蒙脱石和伊利石为主，高岭石含量较少。
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1、碎石土 、
碎石土 定义 粒径大于2mm的颗粒含量超过颗粒总重量 50%的土。
碎石土的分类
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾 颗粒形状 颗粒级配 圆形及亚圆形为主 粒径大于200mm的颗粒超过全重的50% 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 粒径大于20mm的颗粒超过全重的50% 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 粒径大于2mm的颗粒超过全重的50% 棱角形为主
碎石土密实度程度、砂土、粘性土及粉土、新近沉积土、 细粒土的野外鉴别见下表所示。
砂土的野外鉴别
粉土和粘性土的野外鉴别
4.2 特殊土的工程地质特征
我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质 各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质 成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工 程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意 这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。 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。
⑵ 细粒土根据塑性图分类：塑性图的横坐标为土的液限， 纵坐标为塑性指数。当取质量为76kg、锥角为30°的液限仪锥 尖入土深度为17mm对应的含水量为液限时，按塑性图（a）分 类；当取质量为76kg、锥角为30°的液限仪锥尖入土深度为 10mm对应的含水量为液限时，按塑性图（b）分类。
塑性图
细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。 其中，粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒 土；含部分有机质者称有机质土。 细粒土分类
黄土的野外性状
1、分布与特征 、
作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比 较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约 占10％，亚洲约占30％； 我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约 为43万平方公里。 主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青 海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主 要来源于沙漠与戈壁。
3、粉土 、
在粉土的各粒组颗粒中，0.005~0.075mm的颗粒一般占绝大多 数，这类颗粒的吸附水能力弱于粘性土，但却明显强于砂土。如 果用含水量近于饱和的粉土团成小球，放在手心来回摇晃，并用 另一只手进行振击，则土中水会迅速渗出土面，这是其野外鉴别 的重要手段之一。
粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过颗粒总重量50%、塑性指数Ip小 于等于10的土。 砂质粉土：粒径小于 0.005mm的颗粒含量小 于等于颗粒总重量的 10%。 定义
（4）抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关 不排水：三轴快剪,0º左右；直剪，2º～5º，c＝0.02Mpa； 在排水条件下，抗剪强度随固结程度提高而增大，固结 快剪的10º～15º，c＝0.02Mpa。 （5）较显著的触变性和蠕变性
4.2.2 黄土
黄土在一定压力作用下受水浸湿，土结构迅速破坏而发生显 著附加下沉，具有这种特性的黄土，称湿陷性黄土。
4.1.1 《土的分类标准》(GBJ145-90) 土的分类标准》
该标准是工程用土的通用分类。工程用土分为一般土和 特殊土两大类。
1、一般土的分类 、
一般土按其不同粒组的相对含量划分为巨粒土和含巨粒 土、粗粒土、细粒土。 ⑴ 巨粒土和含巨粒土、粗粒土按其粒组、级配、所含 细粒的塑性高低划分为16类，其分别定名见下表。
第四章 各类土的 工程地质特征
4.1 土的分类与分级
土是自然地质的历史产物，土的矿物成分、成因类型、沉积环境、 沉积历史等不同时，土的性质差异很大。为了能在工程建设中大致地 判断土的基本工程属性，合理地选择土性研究的内容和方法，又能使 科学研究及工程技术人员在技术交流活动中对土有共同的概念和认识， 有必要对土进行科学的分类。 常见的土的分类体系有： ⑴ 根据土的地质成因分类，将土分为残积土、坡积土、洪积土、 冲积土、风积土等。 ⑵ 根据结构性差异大的粘性土的沉积年代分类，将粘性土分为 老粘性土(第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的土，其沉积历史约在10 万年以上)、一般粘性土(全新世Q4文化期以前沉积的土，文化期以前 即距今约9千年以前)和新近沉积的粘性土(全新世Q4文化期以来新近 沉积的土)。 ⑶ 根据有机质含量可分为无机土、有机土、泥炭质土和泥炭。 ⑷ 根据土的特殊性质进行分类，将其分为湿陷性黄土、红粘土、 膨胀土、多年冻土、盐渍土、软土、人工填土等。 ⑸ 根据土的颗粒级配或塑性指数分类，将土分为碎石土、砂土、 粉土和粘性土 。
我国湿陷性黄土的固有特征有： (1)黄色、褐黄色、灰黄色； (2) 粒 度 成 分 以 粉 土 颗 粒 （ 0.05 ～ 0.005mm）为主，约占60％； (3)孔隙比e一般在1.0左右，或更大； (4)含有较多的可溶性盐类：重碳酸 盐、硫酸盐、氯化物； (5)具垂直节理； (6)一般具肉眼可见的大孔。 黄土结构示意图
河漫滩相沉积物： 一般为粘性土，有时有粉土和粉、细砂夹层，土层厚度较 大，分布也较稳定。
牛轭湖相 由含有大量有机质的粘性土和粉、细砂组成的，并常有泥 炭层分布，土层的工程性质较差，也较复杂。
5、工程地质性质的基本特点 、
（1）高孔隙比、饱水、天然含水率大于液限 孔隙比常见值为1.0～2.0； 液限一般为40％～60％; 饱和度一般>90％; 天然含水率多为50～70％。 未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于 流动状态。 （2）透水性极弱：一般垂直方向的渗透系数较水平方向小。 （3）高压缩性：a1~2一般为0.7～1.5Mpa－1，且随天然含水率 的增大而增大。
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。我国东南沿海软土的分布厚度，广州湾－兴化湾一带一般为 5~20m（汕头除外），兴化湾－温州湾南为10~30m，温州湾北－连 云港一般大于40m。
当土中有机质含量[5%，10%]，称有机质土； 当有机质含量（10%，60%]时称泥炭质土； 当有机质含量（60%，）时，称泥炭。 泥炭是未充分分解的植物遗体堆积而成的一种高有 机土，呈深褐-黑色。其含水量极高，压缩性很大且不 均匀，往往以夹层或透镜体构造存在于一般粘性土或淤 泥质土层中，对工程极为不利。
湿陷黄土的工程特征： (1)塑性较弱； (2)含水较少； (3)压实程度很差，孔隙较大； (4)抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩量 较明显； (5)透水性较强； (6)压缩中等，抗剪强度较高。
2、成因 、
我国黄土的粒度成分具有自西北向东南逐渐变细的规律， 我国黄土的粒度成分具有自西北向东南逐渐变细的规律， 并可大致分三个弧形带。 并可大致分三个弧形带。 从物质的主导来源而言，应认为绝大部分黄土是风成的 黄土是风成的。 从物质的主导来源而言，应认为绝大部分黄土是风成的。
3、地质年代 、
黄土在整个第四纪的各个世中均有堆积， 黄土在整个第四纪的各个世中均有堆积，而各世中黄土 由于堆积年代长短不一，上覆土层厚度不一， 由于堆积年代长短不一，上覆土层厚度不一，其工程性质不 一。 一般黄土（ 全新世早期～ 晚更新期） 一般黄土 （ 全新世早期 ～ 晚更新期 ） 与新近堆积黄土 全新世近期）具有湿陷性。 （全新世近期）具有湿陷性。 而比上两者堆积时代更老的黄土，通常不具湿陷性。 而比上两者堆积时代更老的黄土，通常不具湿陷性。
4.2.1 淤泥类土 软土) 淤泥类土(软土 软土
1、形成条件和成分结构特点 、
淤泥类土是指在水流缓慢、不通畅、缺氧和饱水的环境 中沉积，有微生物参与作用的条件下，含较多的有机质，疏 松软弱的土。
天然孔隙比大于1,含水量大于液限。其中： 天然孔隙比大于1,含水量大于液限。其中： 1,含水量大于液限 孔隙比大于1.5的称为淤泥 1.5的称为 孔隙比大于1.5的称为淤泥 孔隙比大于1而小于1.5的称为淤泥质土 1.5的称为 孔隙比大于1而小于1.5的称为淤泥质土
根据工程特性
黄土 红粘土 软土（包括淤泥和淤泥质土） 软土（包括淤泥和淤泥质土） 冻土 膨胀土 盐渍土 混合土 填土 污染土
在我国，特殊土都有一定分布区域： 沿海及内陆地区各种成因的软土： 主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区的黄土； 西南亚热带湿热气候区的红粘土； 主要分布于南方和中南地区的膨胀土； 高纬度、高海拔地区的多年冻土
粉土 特点
粘质粉土：粒径小于 0.005mm的颗粒含量大于 颗粒总重量的10%。
吸附水能力弱于粘性土，但却明显强于砂土 。
4、粘性土 、
指塑性指数Ip大于10的土。 定义 粉质粘土： 10＜Ip≤17
粘性土 特点
粘土： Ip≤17
受含水的影响极大，沉积历史愈久，结构性愈强、力 学性质愈好。
4.1.3 土的野外鉴别
表中的午城黄土其标准剖面首先在山西隰县午城镇找到， 故定名为午城黄土；离石黄土的标准剖面首先在山西离石县 找到，故因此而定名；马兰黄土的标准剖面首先在北京西北 的马兰山谷阶地上找到，并因此而得名。湿陷性黄土若不事 先进行有效的处理，浸水后常由此引发严重的工程事故，西 安市豁口镇某建筑物由于地下管沟进水导致地基泡水，湿陷 沉降最严重5天中累积湿陷量达30余cm。黄土的野外性状见 表4.22所示。
3、软土的物质组成和结构特点 、
（1）粒度上主要是粘粒和部分粉粒。 （2）含大量粘土矿物和部分石英、长石、云母；有机质含 量较多（5％～15％）。 （3）呈灰、灰绿和灰黑等暗淡的颜色，污染手指并有臭味。 （4）结构常为蜂窝状、疏松多孔，定向排列明显、层理较 发育，常具薄层状构造。
4、淤泥类土分类 、
A线
IP =0.63(wL-20)
A
塑性指数I P
40
30 20
HE C LY C
10 20 30 40 50
10
HR M
60 70 80 90 100 110