第4章 土体的工程地质

2011-8-29
目前国内外工程中广泛应用的主要有两类： 一类把土作为建筑地基和环境，以原状土利用为目的， 侧重于研究土的变形和强度特征。如我国《建筑地基基础设 计规范》（GB 50007-2002）和《岩土工程勘察规范》 （GB50021—2001）等。 另一类把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基 等工程，以扰动土为基本研究对象，侧重于土的组成，而不 考虑土的天然结构性。如我国的国家标准《土的分类标准》 （GBJ145—90）等。
大于200mm的颗粒质量超过总质量50％ 大于20mm的颗粒质量超过总质量50％ 大于2mm的颗粒质量超过总质量50％ 大于2mm的颗粒质量占总质量25％～50％ 大于0.5mm的颗粒质量超过总质量50％ 大于0.25mm的颗粒质量超过总质量50％ 大于0.075mm的颗粒质量超过总质量85％ 大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50％
4.3 土的物质组成 4.3.1土颗粒 土颗粒
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土的工程地质性质主要取决于组成土的土粒的工程 特性。土粒的工程特性从土粒的矿物组成和大小（即土的 粒度成分和矿物成分）两个基本方面来描述。 一般地说，组成土粒的矿物的亲水性越强，土的工程 特性受含水量的影响越大；组成土粒的颗粒越粗、越坚硬、 物理力学性质及化学性质越稳定、表面越粗糙，土的透水 性越好、可压缩性越小、强度越高，土的总体工程特性越 好。
d 60 Cu = d 10
≥5的土为级配良好土 的土为级配良好土 <5的土为级配不良土 的土为级配不良土
有效粒径d10的物理意义：由一种粒径土组成的理想均粒土, 如与另一个非均粒土具有相等的透水性,那么这个均粒土的粒 径应与这个非均粒土的d10大致相等。
4.3 土的物质组成
曲率系数Cc：
2 30
泥炭
Wu＞60％
按灼失量试验确定。 注：有机质含量Wu 按灼失量试验确定 有机质含量
4.3 土的物质组成
固体颗粒 土的物质组成 液体水 气体
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固体土粒是土的最主要的物质成分,由许许多多大小不 等、形状不同的矿物颗粒按照各种不同的排列方式组合在 一起,构成土的骨架主体，称为“土粒”。 在土颗粒间的孔隙中,通常有液体的水溶液和气体（主 要是空气）充填。 土的物质组成是决定土的工程地质性质的最本质的因 素，是构成土的工程地质性质的物质基础。
4.3 土的物质组成
2.土的矿物成分 2.土的矿物成分
原生矿物、次生矿物、可溶盐类、有机质四大类别
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（1）原生矿物
特点：颗粒粗大,物理、化学性质比较稳定,原生矿物对 土的工程性质影响比其它几种矿物要小得多。 常见的原生矿物主要有：石英、长石、角闪石、云母等
（2）次生矿物
主要有：粘土矿物、次生SiO2（胶态、准胶态SiO2）、 倍半氧化物（Al2O3和Fe2O3等）。其中最常见、对土的工程 性质影响最大的是粘土矿物。 粘土矿物为含水铝硅酸盐，主要有高岭石、伊利石、水 云母及蒙脱石等。 最主要特点：呈高度分散状态——胶态或准胶态，具有 很高的表面能、亲水性及一系列特殊的性质。
2.土按颗粒级配和塑性指数 2.土按颗粒级配和塑性指数
碎石类土、砂类土、粉土和粘性土等(表4.2.1)。
表4.2.1
土的名称
土按颗粒级配和塑性指数分类
分类标准
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主要组成颗粒 漂石（圆形及亚圆形为主） 块石（棱角形为主） 卵石（圆形及亚圆形为主） 碎石（棱角形为主） 圆砾（圆形及亚圆形为主） 角砾（棱角形为主） 砾砂 粗砂
常用的表示方法有列表法、累积曲线法和三角图法。 列表法：将粒度分析的成果用表格形式表示。
4.3 土的物质组成
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累积曲线法。累计曲线的坐标系有两种类型：一种是自然数 坐标系；另一种是半对数坐标。
4.3 土的物质组成
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图4.3.1 土粒级配累积曲线
如何定量的描述土中颗粒的均匀程度？ 有效粒径d10 限制粒径d60
砂粒
粗 中 细 粉粒
细粒
粘粒
4.3 土的物质组成
(1)土的粒度成分测定方法 (1)土的粒度成分测定方法
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通常以各粒组的质量百分率来表示土的粒度成分,说明各 粒级的分配情况,也称颗粒级配。
测定方法
筛分法—针对于粗粒土 静水沉降法—针对于细粒土
(2)土的粒度成分表示方法 (2)土的粒度成分表示方法
土是自然历史的产物，各不同成因和不同堆积年代形成 的土的工程性质差别很大，为了能充分利用不同性质的土特 性，使之为工程服务，需要对土进行工程分类。土的工程分 类的具体意义如下：
（1）便于工程应用 （2）便于理论研究和技术开发 （3）便于工程方案的制定
4.2 土的工程分类
4.2.2我国土的工程分类 4.2.2我国土的工程分类
《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中将其分 为湿陷性黄土、红粘土、软土（包括淤泥和淤泥质土）、 混合土、填土、多年冻土、膨胀土、盐渍土、污染土十种 类型。
4.2 土的工程分类
表4.2.2 土按有机质含量分类
分类名称 无机土 有机质含量Wu（％） Wu＜5％ 深灰色，有光泽，味臭， 除腐殖质外尚含少量未完 全分解的动植物体，浸水 后水面出现气 泡，干燥后体积收缩 现场鉴别特征 说 明
>800 大 漂石粒 漂石粒 800~400 中 （块石类） （块石类） 400~200 小 200~100 极大 卵石粒 卵石粒 100~60 大 （碎石粒） 60~40 中 （碎石粒） 40~20 小 20~10 粗 圆砾粒 砾粒 （角砾粒） 10~5 中 5~2 细 2~0.5 粗 粗 0.5~0.25 中 中 砂粒 0.25~0.1 细 细 0.1~0.075 级细 0.075~0.05 粉粒 0.05~0.01 粗 粉粒 0.01~0.005 细 0.005~0.002 粗 粘粒 粘粒 <0.002 细 （胶粒）
表4.2.3 土粒粒组的划分 粒径范围（mm） 粒 组 名 称 粒径范围（mm） 漂石、 漂石、块石组 卵石、 卵石、碎石组 圆砾、 圆砾、 角砾组 粗 中 细 粗 中 粉、 细 粗 细 ＞200 200～ 200～20 20～ 20～10 10～ 10～5 5～2 2～0.5 0.5～ 0.5～0.25 0.25～ 0.25～0.075 0.075～ 0.075～0.01 0.01～ 0.01～0.005 一 般 特 征 颗粒间的孔隙很大；透水性强； 颗粒间的孔隙很大；透水性强；颗粒之间无连 无毛细作用。 结；无毛细作用。 颗粒间的孔隙较大；透水性较强； 颗粒间的孔隙较大；透水性较强；颗粒之间无 连结；毛细水上升高度不超过粒径大小。 连结；毛细水上升高度不超过粒径大小。 易透水，无粘性，无塑性，于燥时松散；毛细 易透水，无粘性，无塑性，于燥时松散； 水上升高度不大（一般小于lm lm）。 水上升高度不大（一般小于lm）。 透水性较弱；湿时有毛细力连结，干燥时松散， 透水性较弱；湿时有毛细力连结，干燥时松散， 饱和时易流动，无塑性和遇水膨胀性； 饱和时易流动，无塑性和遇水膨胀性；毛细水 上升高度大；饱和土震动时有液化现象。 上升高度大；饱和土震动时有液化现象。 几乎不透水；湿时有粘性、可塑性， 几乎不透水；湿时有粘性、可塑性，遇水膨胀 大；干时收缩显著，毛细水上升高度大，但速 干时收缩显著，毛细水上升高度大， 度缓慢。 度缓慢。
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在1~3之间的土为良好级配土 d Cc = d 10 ⋅ d 60 小于1或大于3的土,则是不良级配土 d30为土粒级配累积曲线上与小于某粒径的土颗粒重量 累计百分数为30%相对应的粒径值 不均匀系数和曲率系数Cc： Cu≥5，Cc=1~3的土为级配良好土 Cu<5， Cc<1或Cc>3土为级配不良土 土
4.2 土的工程分类
3.土根据地质成因 3.土根据地质成因
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可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、 海积土、风积土和冰川沉积土。各成因类型土的特征见第 三章。
4.根据有机质含量 4.根据有机质含量
可分为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭(表4.2.2 )。
5.具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、 5.具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、 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称为特殊性土
2.化学风化 2.化学风化
岩石与周围环境中的水、氧气和二氧化碳等物质的长 时间接触，其内部的化学成分逐渐发生变化，从而导致其 组成矿物成分发生改变的过程称为化学风化。由化学风化 化学风化。 化学风化 而产生的一些新的矿物称为次生矿物。 次生矿物。 次生矿物
3.生物风化 3.生物风化
动物、植物和人类活动对岩石的破坏作用称为生物风 化。
砂粒组
粉粒组
粘粒组
<0.005
注：漂石、卵石和圆砾颗粒呈一定的磨圆形状，为圆形或亚圆形；块石、碎石和角砾颗 漂石、卵石和圆砾颗粒呈一定的磨圆形状，为圆形或亚圆形；块石、 粒带有棱
我国土的粒组划分方案
粒径 mm 粒组的名称 方案一 方案二 方案三 漂石粒（块石类） 巨粒 卵石粒（碎石类） 粗砾粒 粗粒 砾粒 细砾类
4.1 土的生成
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风 化 作 用
物理作用：岩石产生量 物理作用：岩石产生量的变化 化学作用: 岩石产生质 化学作用 岩石产生质的变化 生物作用: 岩石产生量 生物作用 岩石产生量或质的变化
4.2 土的工程分类
4.2.1土的工程分类的意义 4.2.1土的工程分类的意义
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碎石类土
无 粘 性 土 砂类土
中砂 细砂 粉砂
注
①定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。 定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。 ②塑性指数IP应由76g圆锥仪入土深度10mm时测定的液限计算而得。 塑性指数IP应由76g圆锥仪入土深度10mm时测定的液限计算而得。 IP应由76g圆锥仪入土深度10mm时测定的液限计算而得