土的工程地质特征
第6章 土的工程地质特征
6.3
土的工程地质分类
一、土的工程分类原则
(1)考虑土的工程特性差异性的原则。 (2)以成因、地质年代为基础的原则。 (3)分类指标便于测定的原则。
二、 我国土的工程分类
我国土的分类方法，一般将土按粒度成分或塑性指数 划分为砾石类土(碎石类土)、砂类土和粘性土等。同时考 虑土的特殊性质和形成条件，分为黄土类土、淤泥类土、 膨胀类土、盐渍土、冻土和人工填土等特殊土类。
6.1 土的物质组成及物理力学性质
三. 土的力学性质 土的力学性质 包括压缩性、抗剪性及在动荷载作用下的一些性质。 1.土的压缩性 1.土的压缩性 ： （2)压缩性指标：压缩系数、压缩模量Es和变形模量E0
① 压缩系数 ： e1 − e 2 ∆e a ＝ ＝ ∆p p 2 − p1 压缩系数愈大，土的压缩性愈大。 ② 压缩模量Es：它是指土在完全侧限条件下受压时，相应的 1 + e1 压力增量∆与应变增量∆ε之比值。 Es ＝
6.1 土的物质组成及物理力学性质
三. 土的力学性质 土的力学性质 包括压缩性、抗剪性及在动荷载作用下的一些性质。 2.土的抗剪性 土的抗剪 2.土的抗剪性 ： （2)抗剪性指标：
• 土的抗剪强度可表达为： ① 粘性土
f
τ = σtanϕ＋c
②砂 土
τ = σtanϕ
f
6.2
土的水理性质 土的水理性质
a1 − 2
③ 变形模量E0 ：土的变形模量是土体在无侧限条件下轴向压 应力与应变之比值。
p1 B E 0 = ω r (1 − µ ) s1
2
6.1 土的物质组成及物理力学性质
三. 土的力学性质 土的力学性质 包括压缩性、抗剪性及在动荷载作用下的一些性质。 2.土的抗剪性： 土的抗剪性 2.土的抗剪性
土的工程分类及各类型土的工程性质
3、黄土
1）特征与分布
黄土是第四季干旱半干旱气候条件下形成的一种性 质特殊的大陆松散沉积物。
颜色主要呈黄色、淡灰黄色或褐黄色；以粉粒为主 （多为0.05-0.01mm的粗粉粒），粒度大小均一， 黏粒含量少（一般小于10%）；富含碳酸盐以及硫 酸盐、少量其他易溶盐类；孔隙比较大，一般在1.0 左右，具有肉眼可见的大孔隙；垂直节理发育；浸 湿后土体显著沉陷（称为湿陷性）。具有上述全部 特征的土即为典型黄土。上述有的特征不明显的土 称为黄土状土。两者统称为黄土类土，简称黄土。
漂石(块石)混合土 卵石(碎石)混合土
注：巨粒混合土可根据所含粗粒或细粒的含量进行细分。
砾类土的分类：
土类 砾土
粒组含量
级配Cu5，1Cc3 细粒含量<5% 级配不能同时满足
上述要求
土类名称 级配良好砾土
级配不良砾土
含细粒土砾土
5%细粒含量<15%
含细粒土砾土
细粒土质砾土
15%细粒含量 <50%
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的85%的土 为细砂土。
粒径>0.075mm的颗粒质量>总质量的50%的土 为粉砂土。
举例:
例1：某砂土样，经筛析试验，得到各粒组含 量的百分比为：
粒径mm
>5
5~2
~0.0 75
<0.075
质量百分比 %
8
22
26
14
5、湖积土
工程特征：湖边沉积物粒粗，承载力高；远岸沉 积物粒细，性质变差；湖心沉积物主要为黏土和 淤泥软土，压缩性高，强度很低；湖泊淤塞可演 变为沼泽，沼泽沉积土为沼泽土，主要由半腐烂 的植物残体和泥炭组成，含水量极高，承载力极 低。
工程地质(六章完整版) 第六章 土的工程性质
工程特性：
1. 高含水量、高塑性，硬塑或可塑状态。
2. 孔隙比大、低密度、孔隙饱水。
3. 压缩性低、强度高、地基承载力高。 4. 浸水后膨胀量小，但失水后收缩剧烈。
黄土(loessal soil)：
是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。
分布: 我国西北及华北地区,面积约63万km2。
特征：以粉粒为主，富含碳酸钙，肉眼 可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现 直立的天然边坡。
第二节 土的野外鉴别 一、土的工程分类 1、按堆积年代分 2、按地质成因分 3、按有机质含量分 4、按颗粒级配和塑性指数分 二、野外鉴别 1、碎、卵石土 2、砂土 3、粘性土、粉土 4、新近堆积土 5、土的主要成因类型鉴定
残积土(residual soil)：
岩石经风化后未被搬运而 残留于原地的碎屑物质所 组成的土体，它处于岩石 风化壳的上部。 其粒度成分和矿物成分受 气候和母岩岩性的控制。 其发育情况还和地形有关。
湿陷起始压力:开始出现明显湿陷的压力。
盐渍土(saline soil): 土中易溶盐含量>0.5% . 分布: 滨海型、冲积平原型、内陆型
盐渍土类型：
1. 氯盐型：具强烈的吸湿性导致土有 很大的塑性和压缩性。 2. 硫酸盐型：结晶时体积膨胀，失水 干燥时体积缩小，周期性松胀变化 使土的结构破坏。
湖积土( limnetic soil )：
湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质 在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗 颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗 粒的砂土和粘性土。
湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到 达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常 夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度 低。 沼泽土主要由半腐烂的植物残体－泥炭组成， 含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。
软土的工程地质特征
软土的工程地质特征
软土是一种土质，其工程地质特征在土木工程中至关重要。
以下是软土的一些主要工程地质特征：
流变特性：
软土的流变特性明显，容易发生变形。
其抗剪强度通常较低，导致在外部受力作用下容易发生滑动和沉降。
含水量高：
软土通常含水量较高，水分对其力学性质有显著影响。
含水量高会导致土体的稠密度较低，强度相对较差。
压缩性强：
软土的压缩性强，受外部荷载时容易发生沉降和变形。
这对建筑物和基础设施的稳定性构成挑战。
孔隙水压力：
软土中的孔隙水压力通常较高，这可能对基坑工程和基础工程产生负面影响。
在挖掘和建造过程中需要适当考虑孔隙水的影响。
可压缩性：
软土具有较高的可压缩性，当外部荷载作用于土体时，土体容易发生压缩，导致沉降。
地基沉降：
由于软土的流变特性和压缩性，地基沉降是在软土地区常见的问题。
这可能需要采取适当的加固和处理措施。
地震敏感性：
软土地区通常对地震较为敏感，可能导致液化等地震引发的地质灾害。
因此，在设计和施工中需要充分考虑地震因素。
土体不均匀性：
软土的物理和力学性质在空间上可能表现出较大的不均匀性，这对工程设计和施工提出了挑战。
在软土地区进行工程设计和施工时，需要根据软土的特性采取相应的地基处理、加固措施，以确保工程的稳定性和安全性。
这可能包括使用加固桩、地下连续墙、土体改良等方法。
工程地质特征
工程地质特征
1.素填土：黄灰色，松散，含少量建筑垃圾和生活垃圾，一般厚度约0.40m，局部厚度达1.20m。
2.种植土：主要分布于拟建道路沿线的农田、经济林表层，黄褐色，松散，含植物根茎，一般厚度约0.4m.局部厚度达0.70m.
3．淤泥质粘土：灰黑色，软塑-流塑状态，主要分布于沟、塘、暗沟、暗塘的底部。
厚度一般为0.50-1.00m。
4.粘土：灰黄色，可塑状态，含少量铁锰氧化物及较多姜石（粒径2-15mm），夹粉土薄层。
主要分布于拟建道路前段约1km,一般厚度0.8m~2.8m。
5.粘土：褐、黄灰色，含铁锰氧化物及铁锰结核，含姜石（粒径2-15mm）。
分布于整个路线，该层未钻穿。
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。
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
各类土的工程质特性
各类土的工程质特性第一节一般土的工程地质特征巨粒土和含巨粒土一般土按粒度粗粒土：砾类土粒间无连结或有微弱水连结-无粘性土砂类土细粒土---含较较多粘粒，有结合水，具粘性---- 粘性土。
一、砾类土砾类土：砾粒组60㎜≥d>2㎜质量多于总质量50%者组成：岩屑、石英、长石等原生矿物特点：1）颗粒大，呈单粒结构2）常具有孔隙大、透水性强、压缩性低、，内磨擦角大、抗剪强度高3）可作为混凝土的粗骨料和辅路材料二、砂类土砂类土：砾粒组质量小于或等于总质量50%的粗粒土。
组成：石英、长石及云母等原生矿物。
特点：1）单粒结构2）透水性强、压缩性低、强度较高3）粗中砂土可作为混凝土骨料，细砂土粉砂土不可。
三、细粒土细粒土：细粒组（d≤0。
075㎜）质量多于或等于总质量50%的土。
组成：含一定数量亲水性较强的粘土矿物。
特点：具团聚结构，孔隙细小而多，压缩量大，抗剪强度取决于内聚力（c），ф较小。
第二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与结构，而且工程地质性质也比较特殊的土。
一、淤泥类土淤泥类土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下形成的含较多有机质，疏松较弱（e>1,W>W L）的细粒土：e>1.5的称淤泥。
1.5>e>1。
为淤泥质土。
（一）淤泥类土的成因及分布1、沿海沉积的淤泥类土2、内陆和山间湖盆地以山前谷地沉积的淤泥类土。
（二）淤泥类土地的成分及结构特征长石、石英、白云母及大量蒙脱、伊利石等粘土矿物，含少量水溶盐，有机质含量较高。
具蜂窝状，絮状结构，疏松多孔、具有薄层构造。
(三)、淤泥土地工程地质性质的基本特点.1) 高e,高W，W>W L2) 透水性极弱,渗透系数一般为I*10-6----I*10-8cm/s3) 高压缩性:a1-2=0.7—1.5Mpa-1，且随含水率增大而增大4) 抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固体条件有关淤泥类土的成分和结构是决定其工程地质性质的根本原素。
6 土的工程地质分类及各类土的工程地质特性
(2) 工程地质性质的基本特点 l 高孔隙比，饱水，天然含水率大于液限。 l 透水性极弱。 l 高压缩性，且随天然含水率的增大而增大。 l 抗剪强度低，且与加何速度和排水固结条件有关。 l 有较显著的触变性和蠕变性，强震下易震陷。 淤泥：孔隙比大于1.5的淤泥类土，压缩性很高、强度低、灵敏度 较大； 淤泥质土：孔隙比为1.0~1.5的淤泥类土； 影响淤泥类土性质的因素： 成分：有机质含量和粘粒含量 结构：孔隙比
17
6.3.4 黄土类土
(1) 分布和标志 黄土是一种特殊的第四纪大陆松散堆积物；分布在西北、华北和东北地 区； 按地层时代及其基本特征，可分为三类： l 老黄土：一般没有湿陷性，土的承载力较高。 l 新黄土：广泛分布在老黄土之上，在北方各地分布较广,与工程建 筑关系密切，一般都具有湿陷性。
l
新近堆积黄土：分布在局部地区，是第四纪最新沉积物，土质松软，
压缩性高，湿陷性不一，土的承载力较低。 l 黄土类土：颜色主要呈黄色或褐黄色，以粉粒为主，富含碳酸钙,有 肉眼可见的大孔，垂直解理发育，侵湿后土体显著沉降。 l 黄土状土：与黄土类土相类似，但有的特征不明显的土。 (2) 成分和结构特征 黄土的成分和结构的基本特点是：以石英和长石组成的粉粒为主，矿 物亲水性较弱，粒度细而均一，连结虽较强但不抗水；未经很好压实,结构
量极少，以砂粒为主的土。 特点：塑性极低或无塑性,粘粒含量很少,呈单粒结构,透水性强,压
缩性低，且压缩过程快，内摩擦角也较大承载力也较大。是一般建
筑物的良好地基，也是良好的混凝土骨料。
6.2.3 细粒土（粘性土） 定义：指粗粒（>0.075mm ）含量不到50%的土。粘粒含量较
多，含较多亲水性的粘土矿物，具结合水连接和团聚结构，有时有 胶结连接，孔隙较细而多，随着含水率的不同，土表现出固态，塑 态，流态等不同稠度状态。
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。
岩、土体工程地质特征
根据岩石建造类型、结构面特征及其组成岩石的岩性和强度等特征，岩体分为岩浆岩、变质岩、碎屑岩、碳酸盐岩和特殊岩石等5个工程地质岩类。
每个岩类再划分为若干岩组，共计18个岩组。
根据土体的成因类型、物质组成及工程特征，土体划分为两类11个组。
(一)岩体工程地质特征1.岩浆岩类(1)坚硬—软弱块—层状基性喷出岩。
火山熔岩为块状，较坚硬—坚硬，干抗压强度48.0—193.0兆帕，软化系数0.64—0.99，岩体稳定性较好；火山碎屑岩为似层状或层状，软弱—较坚硬，干抗压强度10.9—56.0兆帕，软化系数0.43—0.54，岩体稳定性差。
力学强度的高低与岩石的节理裂隙发育和风化程度有关。
中等风化玄武岩强度为微风化—新鲜的20—50%；火山碎屑岩易受风化，中等风化的锤击易碎。
(2)坚硬—较坚硬层状中—酸性喷出岩。
岩石干抗压强度多大于108兆帕。
流纹岩垂直和水平方向上的力学强度变化较大，在一定条件下可成为岩组中相对软弱的夹层。
使岩体稳定性变差。
(3)坚硬块状侵入岩。
岩石以中—粗粒或斑状结构为主，块状构造，新鲜者致密坚硬，裂隙不发育，力学强度普遍较高，尤其是新鲜花岗岩，抗压强度一般大于98兆帕。
2.变质岩类(1)软硬相间薄—中厚层状变质砂页岩。
岩层厚薄不等，软硬相间，岩石的完整性和抗风化能力差异很大，力学强度各向异性。
片岩、千枚岩、板岩等软弱岩石，节理裂隙较发育，垂直干抗压强度12.0—113兆帕；石英岩、变质砂岩、硅质岩等硬质岩石，较坚硬—坚硬，垂直干抗压强度43.0—260兆帕，最高达338兆帕。
风化岩石干抗压强仅40—90兆帕。
(2)坚硬块状混合岩类。
岩石呈块状，完整性好，坚硬，干抗压强度59—196兆帕，强风化者为22兆帕。
(3)软弱碎裂状构造岩。
岩石破碎，透水性强，压碎花岗岩垂直饱和抗压强度为73兆帕，部分小于20兆帕。
(1)软弱—较坚硬，中—厚层状红色砂泥岩。
岩石呈不等厚互层状。
力学强度因岩性不同而异。
工程地质 第4章 土体的工程地质特征
4.1.1.2土粒粒组
粒径：指土粒的大小，以其平均直径的大小表示。 粒组：将土中各种不同粒径的颗粒按适当的尺寸划分为若 干个组别，每一个组别的颗粒称为土的一个粒组。 界限粒径：用以对土粒进行粒组划分的分界尺寸称为土的 界限粒径。 表4.2是一种常用的粒组划分方法。土中各种不同粒径 的粒组在土中的相对含量称为粒度成分。 需要特别指出的是，粘粒并非一定是粘土矿物颗粒，即 并非所有的粘土矿物粒径都小于0.005mm(或0.002mm)， 也并非所有小于0.005mm(或0.002mm)的颗粒都是粘土矿 物，粘土矿物的粒径可达0.02mm，而非粘土矿物的粒径则 可小至0.001mm。但由于绝大多数粒径小于0.005mm的颗 粒已具有了某些近似胶体的性质，所以我们称其为粘粒。
Vs w1
w1
• 式中，ds为土粒相对密度；ρs为土粒密度(g/cm3或t/m3)； ρw1为纯水在一个大气压下4℃时的密度(1g/cm3或1 t/m3)。
1. 土粒相对密度
• 土粒相对密度是指土粒的质量与一个标准大气压下 即101.325kPa同体积4℃的纯水质量之比(为一无量纲量)， 即
4.1.2.2．自由水
• 自由水是指土粒电场力影响范围以外的土中孔隙水，几 乎不受或完全不受土粒表面静电引力的影响，主要受重力控 制，保持其自由活动的能力，也称为自由液态水。土中的自 由水包括重力水和毛细水两种。 • 重力水：是指存在于地下水位以下含水层中的土中自 由水，也称地下水。重力水在自身重力作用下能在土体中产 生渗流，对土粒及置于其中的结构物都有浮力作用。能传递 静水压力。主要存在于土中较大的孔隙中。 • 毛细水：是指存在于土中细小的孔隙中，因与土颗粒 的分子引力和水与空气界面的表面张力共同作用构成的毛细 作用而与土颗粒结合，位于结合水与重力水之间的过渡类型 的水。主要存在于砂土中。毛细水还对建筑物地下结构的防 潮、地基土的浸湿、冻胀等有重要影响 。
一般土的工程地质特性
土的工程地质特性
一般土的工程地质特性 一般土按其粒度和联结特征常分为砾类土 （粒径大于2mm、小于20mm的颗粒含量超 过全重50%）、砂类土（粒径大于2mm的 颗粒含量不超过全重50%、粒径大于 0.075mm的颗粒超过全重50%）和粘土（粒 径大于0.005mm的粘粒含量超过全重30%， 塑性指数Ip大于10）三类，其物理力学性质 指标具有明显差别。
土的工程地质特性
2、砂类土 砂类土的塑性极低或无塑性（Ip＜3）。 粘粒含量很少，一般都没有联结，透水性强， 压缩性低，内摩擦角较大，承载力较高。砾 砂土、粗砂土、中砂土为一般建筑物的良好 地基，也是良好的混凝土骨料。而细砂土、 粉砂土及粉土的工程地质性质较差，特别是 受振动时易发生液化现象，开挖时也极易随 同地下水流入基坑形成流砂，因颗粒细小， 一般不宜用作混凝土骨料。
土的工程地质特性
1、砾类土 砾类土颗粒粗大，呈单粒结构，孔隙大， 透水性极强，压缩性很低，内摩擦角大，抗 剪强度大，流水沉积的砾类土压缩性最低， 抗剪强度最大。基岩风化碎石和山坡堆积碎 石类土内摩擦角较小，抗剪强度较低。砾类 土是一般建筑物的良好地基，只是当含水时 会透水或涌水；作为坝基、渠道帮壁和底板 时也往往会产生严重渗漏，还常伴随发生帮 壁坍塌、边坡失稳等现象。
土的工程地质特性
3、粘性土 粘性土含较多亲水性的粘土矿物，孔隙 细而多。随着含水率的不同，粘性土表现 出固态、塑态、流态等不同稠度状态。近 流态或软塑态的粘性土，具有较高的压缩 性，较低的抗剪强度，会引起地基的过量 变形，边坡不稳定；而固态或硬塑态的粘 性土，具有较低的压缩性，较高的抗剪强 度，地基和边坡都较稳固。
土的工程地质特性
工程地质
Hale Waihona Puke
土的工程地质特征29945
土
饱和自重压力pz >psh 时,为自重湿陷性黄土
黄土湿陷起始压力大小与很多因素有关，常常是 随土的密度、粘土含量、含水率及埋藏深度的增加 而增大。我过不同地区的黄土湿陷起始压力有所不 同，如下表：
特殊土的工程地质特性
膨胀土：又称胀缩土，是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。
黄 土
特殊土的工程地质特性
（二）黄土的一般工程地质性质
（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。遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩量
黄
较明显
土
（6）压缩性中等，抗剪强度较高
特殊土的工程地质特性
（三）黄土的湿陷性
1、湿陷性：黄土在一定压力作用下受水浸湿后，结构迅速破坏而
（1） 高孔隙比，高含水率，含水率大于液限。
（2） 透水性极弱，一般垂直方向地渗透系数较水平方向小些。
（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。
淤
泥
（4） 抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关。
类
（5）有显著的触变性和蠕变性。
土
特殊土的工程地质特性
淤
利石等粘土矿物，并含有少量水溶盐，有机质含量较高。
泥
3、结构、构造：具有蜂窝状和絮状结构，疏松多孔，具有薄
类
层状构造。厚度不大的淤泥类土常是淤泥质粘土、粉砂土、淤
土
泥或泥炭交互成层，或呈透镜体状夹层。
特殊土的工程地质特性
（三） 淤泥类土工程地质性质的基本特点
淤泥类土是在特定的环境中形成的，具有某些特殊的成分和结构， 工程地质性质也表现出下列一些特点：
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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。
在自重湿陷性黄土地区修筑的渠道与渠道平行的裂缝；管道漏水后管道断裂；路基受水后局部严重坍塌；地基土很大的裂缝或倾斜黄土的工程性质：黄土的粒度成分、比重和密度、含水量、透水性、压缩性、抗剪强度、湿陷性黄土的粒度成分：粉粒约占60~70%，其次是砂粒和粘粒。
黄土的比重和密度：黄土结构疏松，密度较低，一般：Gs≈ 2.54～2.84；ρ≈ 1.5～1.8g/cm3；pd≈ 1.3～1.6g/cm3，与e有关一般认为：rd＞1.5g/cm3时，一般为非湿陷性黄土黄土的含水量:黄土的天然含水量一般为1~38.6%，有的干燥地区则为1~12%。
天然含水量低的黄土湿陷性较强一般认为：天然含水量>25%时，无湿陷性。
黄土的透水性; 黄土的透水性比一般粘性土大。
黄土的压缩性: 黄土的压缩性中等。
黄土的抗剪强度: 黄土的抗剪强度中等。
一般c=30～40kPa，j =15?～25?，我国北部黄土的j可达27?～28?。
黄土的湿陷性: 天然黄土在一定压力的作用下，受水浸湿后土体结构受到破坏而发生的下沉现象，称为黄土湿陷。
(1)黄土湿陷性的判定方法: 黄土的相对湿陷系数d sh=（h2－h2’）/h2d sh＜0.02，非湿陷性黄土0.02 ≤ d sh≤ 0.03，轻微湿陷性黄土0.03 ＜d sh≤ 0.07，中等湿陷性黄土d sh＞0.07，强烈湿陷性黄土(2)自重湿陷性黄土的判定方法:室内试验法：室内普通固结仪中进行。
现场法：挖平底方形坑或圆坑，边长或直径大于等于黄土层的厚度且不应小于10m。
深度一般为50cm，坑底铺厚5～10cm的砂或砾，坑内灌水，保持水深30cm。
浸水至黄土全部饱和，湿陷达到稳定时为止。
其稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于1mm。
测出自重湿陷量zs 。
当zs?≤7cm时非自重湿陷性黄土场地；当zs?＞7cm时自重湿陷性黄土场地。
根据野外无载荷试坑浸水试验，得出兰州地区黄土明显或强烈的自重湿陷性；西安、太原黄绝大多数为非自重湿陷性。
黄土的湿陷起始压力(3)黄土的湿陷起始压力: 湿陷起始压力——对非自重湿陷性黄土，其湿陷性需在一定的荷载压力作用下才会表现出来，这一使得黄土开始表现出湿陷性所需的压力即为黄土的湿陷起始压力。
密度越大、粘粒含量越高、土层的埋深越大湿陷起始压力愈大湿陷起始压力的确定：室内压缩试验、野外载荷试验（单双线法）现场常用野外简化方法。
（4）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，降低孔隙度，加强其内部联结；Ⅰ强夯法; Ⅱ挤密法②防排水。
包括排除地表水和地下水。
③换填法。
在湿陷性黄土层不厚(1～3m)，下面又是硬土层或基岩。
换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层15cm，填后浇水再夯实。
④预浸水法⑤深层浸水法黄土陷穴（天然洞穴、人工洞穴）这些洞穴使上覆土层陷落黄土陷穴的防治措施有①开挖回填、夯实、灌浆②做好地表排水工程。
防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。
（二）膨胀土是一种粘性土，含有较多的亲水性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化，失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显的胀缩性的土称为膨胀土。
膨胀土的特征（1）颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2）粒度成分中以粘土颗粒为主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；（3）矿物成分中粘土矿物占优势，多为伊利石、蒙脱石，高岭石含量很少；（4）胀缩强烈，膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。
长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5）各种成因的大小裂隙发育；（6）早期生成的膨胀土具有超固结性。
膨胀土的分布膨胀土分布很广，全世界都有分布，在我国的分布也很广。
外界条件的改变土中水份的变化地基产生体积变形基础破坏，建筑物、地坪开裂膨胀土的季节性湿度变化常引起道路隆起、路轨移动，泵站、电站地基基础破坏等。
膨胀土的成因类型及生成年代主要为残积、坡积、洪积、湖积及混合沉积类型。
生成年代：多在上新世N2～更新世晚期的Q3之间。
膨胀土的工程性质强亲水性、多裂隙性、强胀缩性、强度衰减性、快速崩解性、弱抗风化性等膨胀土的工程地质问题及防治措施1、膨胀土地区的路基（主要的病害：边坡变形和基床变形）抗剪强度的衰减及承载力的降低边坡溜坍、滑坡等路基长期均匀下沉、失稳现象翻浆冒泥等病害严重影响行车安全防治措施：①为防止边坡变形，首先要根据路基工程地质条件，合理确定路堑边坡形式。
一般情况下，膨胀土边坡要求一坡到顶，坡脚设置侧沟平台；②采取一定的排水措施，防止地表水渗入坡体；③支挡措施：设抗滑挡墙、抗滑桩、片石垛、填土反压等；④坡面防护措施：常用的有植物防护和骨架防护。
2、膨胀土地区的地基（地基的问题：承载力的问题和建筑物变形的问题）特殊性：本身地基承载力较低还要考虑强度衰减，不仅有土的压缩变形还有湿胀干缩变形。
防治措施：①防水保湿措施( 含水量的变化膨胀土胀缩变形)建筑物周围的排水条件：加宽散水坡；设隔水层；加强防漏措施；地下热力管道等应采取隔热层等。
②建筑物布置和基础设计措施选择地形平坦地段，避免引起湿度变化；增加基础附加荷载克服土的膨胀；加大基础的埋深；加强结构刚度及增设沉降缝等。
③地基处理措施设置土垫层；采用支墩板基础或桩基等；石灰加固法.膨胀土的特性和建筑物的损坏特征找出规律性和有效的处理措施（三）软土在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑－流塑状态的粘性土，如淤泥等。
软土的特征⑴颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有腐臭味；⑵粒度成分以粘粒为主，约占60～70%，其次为粉粒；⑶矿物成分多为伊利石，高岭石次之，含有机质，有时可高达8～9%；⑷具海绵状结构，孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性高、强度很低；⑸具层理构造，垂直方向沉积有明显的分选性。
软土的分布软土在我国分布很广，主要是在沿海地带及平原低地、沼泽地区，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。
软土的分类沿海沉积型（滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相）、内陆湖盆沉积型、河滩沉积型、沼泽沉积型软土的工程性质1. 软土的天然含水量较高，持水性强，透水性差（竖向渗透系数小于水平向渗透系数）；2. 地基承载力很低，抗剪强度也很低，长期强度更低，这与排水固结程度有密切的关系；3. 软土孔隙比高，一般在1.0～1.8之间，有的可高达5.8（滇池淤泥）；4. 压缩性高，沉降量大；5. 具有触变性；6. 流变性。
软土的工程地质问题和防治措施软土地基的变形破坏主要是承载力低，地基变形大或发生挤出，造成建筑物的破坏。
且易产生不均匀沉降。
在软土地基设计中，经常采取以下措施：1. 轻基浅埋；2. 减小建筑物作用于地基的压力；3. 侧向约束地基土，在四周打板桩基础；4. 设置反压护道；5. 若软土层＜2m，可采用换土法；6. 另外，还有其它的一些方法，如：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。
在软土地区修建铁路，主要存在地基的沉降和地基的稳定性问题。
（四）冻土温度≤0℃，并含有冰的土层。
冻土的分类季节性冻土受季节影响，冬冻夏融，呈周期性冻结和融化的土多年冻土持续三年以上处于冻结而不融化的土冻土的分布多年冻土占20％、季节冻土占55％季节性冻土的主要工程地质问题冻结时膨胀，融化时下沉。
会造成土体开裂、路面下凹、翻浆冒泥等。
一般来说，土中粉粒或粘粒含量越高，含水量越大，冻胀性越强。
冰丘——在地下水埋藏较浅时，季节冻结区不断得到水的补充，地面明显冻胀隆起，形成的冰胀山丘，称冰丘。
季节性冻土的分类根据土的颗粒组成分为：不冻胀土、稍冻胀土、中等冻胀土、极冻胀土根据含水量的大小分为：不冻胀土、弱冻胀土、冻胀土、强冻胀土在冻土较厚的地区，修建各类建筑物时，采用桩基础，打穿冻土基础，但要求桩自身抗冻性能高，故应做桩自身的冻融力学试验。
多年冻土的工程性质1. 多年冻土的特征冻土由土颗粒、冰、水和气体四相组成。
根据土中冰的分布位置、形状特征，冻土结构可分为：整体结构融陷性不大网状结构融陷很大层状结构多年冻土与其上的季节性冻土层间的接触关系称为多年冻土的构造。
（衔接型构造、非衔接型构造）2.多年冻土的工程性质①物理及水理性质a. 未冻结水含量WC=K·WPb. 总含水量Wn= Wb＋Wcc. 相对含冰量Wi= Wb/Wn②力学性质一般温度越低，含水量越大，强度越大。
长期荷载作用下的冻土极限抗压强度比瞬时荷载下的抗压强度要小许多倍；冻土融化后的抗压强度与抗剪强度均显著降低。
③冻土的变形性质：a．冻胀性影响冻胀性的因素：温度、土的颗粒大小、含水量等。
一般来讲，土颗粒越粗，含水量越小，冻胀性就越小；反之越大。
土的冻胀性的大小用冻胀率n来表示，即：☆按n值的大小，我们可将冻土分为四类：强冻胀土n＞6% 冻胀土6%≥n＞3.5% 弱冻胀土 3.5%≥n＞2% 不冻胀土n≤2%b．融沉性冻土在融化后强度大为降低，压缩性急剧增大，使地基产生融化沉陷的现象简称融沉或融陷多年冻土按融沉情况分为：Ⅰ级：不融沉；Ⅱ级：弱融沉；Ⅲ级：融沉；Ⅳ级：强融沉；Ⅴ级：融陷。