土的工程性质与分类
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土的工程性质与分类
H
Wp
WL
W
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土的工程性质与分类
Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性
塑性指数Ip 的大小和土中结合水的 可能含量有关，和土的颗粒组成、土 粒的矿物成份，以及土中水的离子成 份以及浓度等因素有关。土粒越细， 其比表面积越大，可能的结合水含量 越大，其时塑性指数Ip也越大。
第一讲 土的工程性质与分类
土的工程性质与分类
1.3土的结构和构造 土的结构和构造 地质历史与环境的产物
定义： 定义：是指物质成 分间的联结特点和 空间分布、变化规 律，反映了物质的 存在形式
土的结构和构造
工程性质
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1
土的工程性质与分类
1.3.1土的结构 土的结构
土的成分 定义： 定义：土的结构是指土粒
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土的工程性质与分类 检测题目
1. 砂土的结构通常是：__________ a.絮状结构 b.单粒结 c.构蜂窝结构 2. 饱和土的组成为：__________ a.固相 b.固相＋液相 c.固相＋液相＋气相 d.液相 3. 下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：__________ a.粒径级配 b.相对密度 c.塑性指数 4. 筛分法适用的土粒直径为：__________ a.d>0.075 b.d<0.075 c.d>0.005 d.d<0.005 5.某土样的液限55％，塑限30％，则该土样可定名为：__________ a.粉质粘土 b.粘质粉土 c.粘土 d.粉土 6.粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量：______ a.越多 b.越少 c.可多可少
第二章土的工程性质及分类
For personal use only in study and research; not for commercial use第二章土的性质及工程分类土的性质包括：物理性质、力学性质、水理性质、工程性质。
土是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系。
由于三相比例的不同，决定了土的物理性质（轻重、疏密、干湿、软硬）。
土的物理性质又决定了土的力学性质，因此土的物理性质是我们研究的主要特性之一。
本章主要介绍土的组成及土的结构土的物理性质指标无粘性土的密实度粘性土的物理特性土的渗透性及渗流土的动力特性地基(岩)土的工程分类2.1概述土是风化的产物，是由固体颗粒、水和空气组成的三相体系，下面看三相组成示意图。
在外力作用下，土体并不显示为一般固体的特性，也不表现为一般液体的特性，因此，在研究土的工程性质时，既有别于固体力学，也有别于液体力学。
2.2土的三相组成及土的结构2.2.1 土的组成一、土的固体颗粒土的固体颗粒的大小和形状，矿物成分及其组成情况，是决定土的物理力学性质的重要因素。
2.2.1.1土的矿物成分矿物成分分为原生矿物、次生矿物2.2.1.2土粒粒组自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质也相应地发生变化。
例如，土的性质随着粒径的变细，可由无粘性变化到有粘性。
因此可以将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干组，各个粒组，随着分界尺寸的不同而呈现一定质的变化，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
目前我国常用的土粒粒组划分方法，按照界限粒径的大小，将土粒分为六个组：漂石（块石）（＞200）、卵石（碎石）（200～60）、圆砾（角砾）（60～2）砂粒（2～0.075）、粉粒（0.075～0.005）和粘粒＜0.005（注漂石、卵石、圆砾是一定磨圆形状、圆形或亚圆形）土中土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。
如何来分析土中的颗粒级配情况，通常用筛分法与水分法两种。
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
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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。
土的工程分类及性质
土的工程分类及性质
一，土的分类
根据土的开挖难易程度将土分为八类，前四类为一般土，即可人工也可机械，后四类为岩石，必须用爆破等施工方式。
二，土的工程性质
土的工程性质可用一些物理量来表示。
1）土的含水量：土中水的质量与固体颗粒质量之比。
s w
m m W =
含水量影响边坡稳定和填土压实，含水量在25%以上，机械开挖 是行车困难，容易陷车。
应用：最佳含水量可使填土获得最大密实度的含水量。
2）土的密度
天然密度：土在天然状态下单位体积的质量。
V
m = 干密度：单位体积土中固体颗粒的质量。
V
m s d = 土的质量密度影响土的承载力、土压力和边坡的稳定性。
应用：检测填土压实质量的控制指标。
3）土的渗透性：水在土体中渗流的性能，一般用渗透系数K 表示。
渗透系数K ：在水力坡度（L h I ∆=)为1的渗流作用下，水在土
中渗出的速度(KI v =)
土的渗透系数与土的颗粒级配、密实程度有关。
应用：选择降低水位方法、回填土。
4）土的可松性：自然状态下的土经开挖后，内部组织破坏，其体积 因松散而增加，以后虽经回填压实仍不能恢复其原来体积的性质。
一般用可松性系数表示。
最初可松性系数：土经开挖后的松散体积与原自然状态体积之比。
原
松散V V K S = 最后可松性系数：土经回填压实后的体积与原自然状态体积之比。
原
压实V V K S =' 土的可松性对土方开挖、运输、场地平整、土方量的平衡调度、 土方存放、挖土回填、留回填松土等均有很大影响。
土的工程分类及各类型土的工程性质
巨粒类土的分类：
土类 巨粒土
巨粒含量 >75%
粒组含量 漂石含量大于卵石含量 漂石含量不大于卵石含量
土类名称 漂石(块石)土 卵石(碎石)土
混合巨粒土
50%<巨粒含 量75%
漂石含量大于卵石含量 漂石含量不大于卵石含量
混合漂石(块石)土 混合卵石(碎石)土
巨粒混合土
15%<巨粒含 量50%
试样中巨粒组（粒径>60mm）含量大于15%的 土为巨粒类土。
试样中粗粒组含量大于50%的土为粗粒类土。其 中，砾粒组含量大于砂粒组的土为砾类土；砾粒 组含量不大于砂粒组的土为砂类土。
试样中细粒组含量不小于50%的土为细粒类土。 其中，粗粒组含量不大于25%的土为细粒土；粗 粒组含量大于25%且不大于50%的土为含粗粒的 细粒土；有机质含量小于10%且不小于5%的土 为有机质土。可利用塑性图对细粒类土进一步划 分。
粒径在0.075mm以上的土可分为碎石土和砂土。 （碎石土通常是性质良好的土，砂土总体上是 性质良好的土）
土定名的原则： 碎石土和砂土分类定名时，应根据颗粒级 配由大到小以最先符合者确定。
(1) 碎石土
粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%的 土称为碎石土。进一步划分为：
粒径>200mm的颗粒质量超过总质量的50%的 土为漂石土（颗粒以圆形及亚圆形为主）或 块石土（颗粒以棱角形为主）。
5 土的工程分类及各类型土的工 程地质性质
分类的意义：
分类是基础理论课题 合理地选择研究内容和方法 有针对性地对土进行评价 地基土利用和改良
因此，在工程勘察中，应把研究区内的各种 进行分类，并反映在工程地质平面图和剖面 图上，作为设计、施工和分析研究的依据
土的工程分类和基本性质
m1 m2
V
d
m1 V
土的天然密度和干密度在计算土方工程量、安排土方运输
和调配、选择土方工程开挖和运输机械和确定填土压实质
量等方面有重要作用。
1.2 土的工程性质
2. 土的含水量W
是土中所含的水与土的固 体颗粒间的质量比，以百分数表 示，见下式：
W ma mb ×100% 快速含水量测定仪 mb
密度（kg/m3）
开挖方法
600～1500 用锹、锄头挖掘
二类土 （普通土）
粉质粘土；潮湿的黄土；夹有碎石、卵石的砂； 粉土混卵(碎)石；种植土；填土
1100～1600
用锹、锄头挖掘， 少许用镐翻松
三类土 （坚土）
软及中等密实粘土；重粉质粘土；砾石土；干 黄土；含碎(卵)石的黄土；粉质粘土；压实的 填土
4. 土的可松性
即自然状态下的土，经过开挖后，其体积因松散而增加，
以后虽经回填压实，仍不能恢复其原来的体积。土的可松性
用可松性系数 KS 表示。
土的最初可松性系数 KS= V2 / V1；
土的最后可松性系数 K，S= V3 / V1 。土的可松性对基坑工
程施工时的土方
式中：V1 ——土在天然状态下的体积；
八类土 安山岩；玄武岩；花岗片麻岩；坚实的细粒花 （特坚石） 岗岩、闪长岩、石英岩、辉长岩、辉绿岩
2700～3300 用爆破方法
1.2 土的工程性质
1. 土的天然密度ρ和干密度ρd
天然密度是指土在天然状态下单位体积的质量，用ρ表示， 即土颗粒和水的质量之和与土的总体积之比。
土的干密度：指单位体积土中固体颗粒的质量，用ρd表示， 即土中土颗粒的质量与土的总体积之比。
主要用镐，少许用 1750～1900 锹、锄头，部分用
建筑施工技术-土的工程分类及性质
按表 " # $ # " 的规定，基坑宽应稍大于基础宽；
表 " # $ # " 基坑（槽）不加支撑时的容许深度
土的名称
密实、中 密 的 砂 土 和 碎 石 类 土 （充填物为砂土）
挖土深度 （&）
土的名称
硬塑、可 塑 的 黏 土 和 碎 石 类 土 "
（充填物为黏土）
挖土深度 （&）
"’(
硬塑、可塑的轻亚黏土及亚黏土 "’$( 坚硬的黏土
边 坡顶无荷载
坡 坡 度（高：宽）
坡顶有静载
坡顶有动载
中密的砂土
" - "’++
" - "’$(
" - "’(+
中密的碎石类土（充填物为砂土）
" - +’.(
" - "’++
" - "’$(
硬塑的轻亚黏土
" - +’/.
" - +’.(
" - "’++
中密的碎石类土（充填物为黏性土）
" - +’(+
压实系数#" , ()-.
()-/ 0 ()-. ()-+ 0 ()-1 ()-& 0 ()-/
( ) -( ( ) -( ( ) 23
注：压实系数#"，为土的控制干密度!! 与最大干密度!!"#$的比值。控制含水量为"45 6 7。
7
土的工程分类及性质
1.2 土方开挖技术
1.2.1 人工开挖土方
土的工程性质与分类
滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等粗碎屑物质组 滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等粗碎屑物质组 要由卵石 成(可能有粘性土夹层)，具有基本水平或缓倾斜的层 可能有粘性土夹层) 具有基本水平或缓倾斜的层 理构造。在砂层中常有波浪作用留下的痕迹。 理构造。在砂层中常有波浪作用留下的痕迹。作为地 其强度尚高．但透水性较大。 基。其强度尚高．但透水性较大。 浅海沉积物主要有细粒砂土，粘性土、 浅海沉积物主要有细粒砂土，粘性土、淤泥和生物 主要有细粒砂土 化学沉积物(硅质和石灰质等) 浅海沉积物具有层理 化学沉积物(硅质和石灰质等) 。浅海沉积物具有层理 构造，较滨海沉积物疏松， 压缩性高、强度低。 构造，较滨海沉积物疏松，其压缩性高、强度低。 七、冰积物和冰水沉积物 冰积物和冰水沉积物分别由冰川和冰川融化的冰下 冰积物和冰水沉积物分别由冰川和冰川融化的冰下 水进行搬运堆积而成，大小混杂，分选性差，无层理。 水进行搬运堆积而成，大小混杂，分选性差，无层理。
五、湖泊沉积土 湖泊沉积物可分为湖边沉积物和湖心沉积物。 湖边沉积物和湖心沉积物 湖泊沉积物可分为湖边沉积物和湖心沉积物。湖边沉 积物主要由湖浪冲蚀湖岸、 积物主要由湖浪冲蚀湖岸、破坏岸壁形成的碎屑物质 组成的。在近岸带沉积的多数是粗颗粒的卵石、 组成的。在近岸带沉积的多数是粗颗粒的卵石、圆砾 和砂土，远岸带沉积的则是细颗粒的砂土和粘性土。 和砂土，远岸带沉积的则是细颗粒的砂土和粘性土。 湖边沉积物具有明显的斜层理构造。作为地基时，近 湖边沉积物具有明显的斜层理构造。作为地基时， 岸带有较高的承载力，远岸带则差些。 岸带有较高的承载力，远岸带则差些。 湖心沉积物是由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达 湖心沉积物是由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达 湖心后沉积形成的，主要是粘土和淤泥。常夹有细砂、 湖心后沉积形成的，主要是粘土和淤泥。常夹有细砂、 粉砂薄层，称为带状粘土，这种粘土压缩性高、 粉砂薄层，称为带状粘土，这种粘土压缩性高、强度 压缩性高 低。
第四章土的工程性质与分类
新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层 Q4，一般呈欠压密状态，结构强度较低。
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第四章土的工程性质与分类
（2）土根据地质成因分
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，各成因类型沉积土的特征见书 中有关章节。
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第四章土的工程性质与分类
(三) 土中气体
土中的气体，主要为空气和水气。但有 时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢， 这些气体大多因生物化学作用生成。
气体的存在形式：一种是封闭气体，另一
种是游离气体。
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第四章土的工程性质与分类
三、土的结构、构造
土的工程性质及其变化，除取决于其物质成分外，
第四章土的工程性质与 分类
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2020/11/28
第四章土的工程性质与分类
一、概述
土的定义：
是连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的 搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质组成：
包括作为上骨架的固体矿物颗粒、孔隙 中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由 颗料（固相）、水溶液（液相）和气（气相） 所组成的三相体系。
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第四章土的工程性质与分类
6.表征土粒特征的概念
有效粒径d10：
小于某粒径的土粒重量累计百分数为10％ 时，相应的粒径称为有效粒径d10。
限定粒径d６0：
当小于某粒径的土粒重量累计百分数为60 ％时，该粒径称为限定粒径d６0。
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第四章土的工程性质与分类
不均匀系数Cu：
土层的工程分类及性质
土层的工程分类及性质一、土的工程分类在建筑施工中，按照开挖的难易程度，土可分为八类：一类土（松软土）、二类土（普通土）、三类土（坚土）、四类土（砂砾坚土）、五类土（软石）、六类土（次坚石）、七类土（坚石）、八类土（特坚石）。
一至四类为土，五至八类为岩石。
二、土的工程性质1、土的密度（1）土的天然密度土在天然状态下单位体积的质量，称为土的天然密度。
（2）土的干密度单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度。
注: 土的干密度越大，表示土越密实。
工程上把土的干密度作为评定土体密实程度的标准，以控制基坑底压实及填土工程的压实质量。
2、土的含水量土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示。
注：土的干湿程度用含水量表示。
5%以下称干土、5% —30%称潮湿土、30% 以上称湿土。
含水量越大，土就越湿，对施工越不利。
3、土的可松性自然状态下的土经开挖后，其体积因松散而增大，以后虽经回填压实，其体积仍不能恢复原状，这种性质称为土的可松性。
土的可松性程度用可松性系数表示。
4、土的渗透性土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度，水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数，用表示，单位为。
注：土的渗透性大小取决于不同的土质。
地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的渗透性有关。
下面来介绍一下，岩石风化。
一般情况下，岩体的风化程度呈现出由表及里逐渐减弱的规律。
但由于岩体中岩性并不均一，且有断裂存在，所以岩体风化的情况并不一定完全符合一般规律。
岩体风化厚度一般为数米至数十米，沿断裂破碎带和易风化岩层，可形成风化较剧的岩层。
断层交会处还可形成风化囊。
在这两种情况下深度可超过百米。
岩体风化分为：①物理风化，如气温变化使岩石胀缩导致破裂等；②化学风化，如低价铁的黄铁矿在水参与下变为高价铁的褐铁矿；③生物风化，如植物根系可使岩石的裂隙扩张等。
岩体风化的速度和程度取决于岩石的性质和结构、地质构造、气候条件、地形条件、人类活动的影响等。
第二章土的工程性质与分类
• （五）土的饱和度Sr:土中被水充满的孔隙体 积与孔隙总体积之比，称为饱和度。 湿度 ω（%） 稍湿 ω ＜20 湿 20≤ ω ≤30 很湿 ＞30
（六）土的孔隙比e和孔隙率n 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比， 用小数表示 土的孔隙率比是土中孔隙所占体积与总体积之比， 用百分数表示
Dr=
emax-e emax-emin
相对密度Dr划分砂土紧密状态
紧密状态 实密 中密 稍密 松散 Dr 0.67＜Dr≤1 0.33＜Dr≤0.67 0.2＜Dr≤0.33 0≤Dr≤0.2
• 按标准贯入锤击数N值决定砂土密实度
密实度 实密 中密 稍密 松散 N值 N ＞30 15＜ N ≤30 10＜ N ≤15 N ≤10 按天然孔隙比e划分粉土密实度 密实度 实密 中密 稍密
粘性土对应状态示意图
固态
半固态
缩限 （ ws）
可塑状态
液态
液限 （ wL ）
塑限 （ wp ）
二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数Ip：指液限和塑限的差值， Ip= wL- wp 土的塑性指数Ip表示土处于可塑状态时的含水量变化范围， 塑性指数Ip大小与土中结合水的发育程度与含量有关。 液性指数IL：指粘性土天然含水量和塑限之差与塑性指数 之比，用小数表示。 I L= W- wp W- wp = Wl- wp Ip
土粒粒组划分
粒组名称 漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒 圆砾或 角砾颗 粒 粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细 粒径范围（mm) ＞200 200～20 20～10 10～5 5 ～2 2 ～0.5 0.5 ～0.25 0.25 ～0. 1 0.1 ～0.075 0.075 ～0.01 0.01 ～0.005 ＜0.005 一般特征 透水性很大,无粘性,无毛细作用 透水性大,无粘性,毛细水上升高度不超过粒径大 小
土的工程性质与分类
漂石（块石）颗粒: d＞200mm;
卵石（碎石）颗粒: 200mm＞d ＞20mm ;
圆砾（角砾）颗粒: 20mm＞d ＞2mm ;
砂粒:
2mm＞d ＞0.075mm;
粉粒:
0.075mm＞d ＞0.005mm;
粘粒:
d＜ 0.005mm 。
3. 各粒组特征的规律：
★ 颗粒愈细小，与水的作用愈强烈。所以， 毛细作用由无到毛细上升高度逐渐增大；
土中不同粒组颗粒的相对含量，称为土的粒 度成分（或称颗粒级配），它以各粒组颗粒的 重量占该土颗粒的总重量的百分数来表示。
2. 土的粒组划分标准：
划分方法不完全一致，一般采用的粒组划
分及各粒组土粒的性质特征见表2-1。
表中根据界限粒径200、20、2、0.075和 0.005mm把土粒分为六大粒组：
★ 透水性由大到小，甚至不透水；
★ 逐渐由无粘性、无塑性到具有愈大的粘 性和塑性以及吸水膨胀性等一系列特殊性质 （结合水发育的结果）；
★ 在力学性质上，强度逐渐变小，受外力 时，愈易变形。
4.粒度成分对土工程性质影响的实质
（1）组成土的颗粒大小不同，土的比表面 不同，则土粒与水（或气）作用的表面能大小 不同。因此，不同大小颗粒与水（或气）相互 作用的程度，以至含水的种类、性质和数量不 同。
（1）水分子H2O是强极性分子. （2）土中水是水溶液。
（3）土中水溶液与土颗粒表面及气体有着 复杂的相互作用。
土中水的分类： 按土中水所呈现的性质差异及其对土的影
响性质与程度，可将土中水分为结合水和非结 合水两大类：
结合水（土粒表面结合水）: 强结合水（吸着水）
弱结合水（薄膜水） 非结合水:
液态水: 毛细水（实为半结合水） 重力水（自由水）
土的工程分类与施工性质
土的工程分类与施工性质一、土的分类土层是地球表面各种不同的物质组成的，是地壳的主要组成部分。
在工程上对土是以其软硬程度、强度、含水量等大致分为：松软土、普通土、坚土、砂砾坚土、软石、次坚石、坚石、特坚硬石八类。
认识土的分类，明确施工开挖难易程度，以便选择施工方法和确定劳动量，为计算劳动力、机具及工程费用提供依据。
表1.1 土的工程分类续表二、土的野外鉴别方法在野外及工地，按地基土的分类，粗略地鉴别各类土的方法，可采用按开挖方法及工具的不同，以及参照表1.2的方法进行。
表1.2 土的野外鉴别方法任何物质都具有其固有的物理性能，土类亦不例外。
为对土石方进行施工，对其基本性能应做一些了解。
1.土的组成土一般由土颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）3 部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围环境条件的变化而变化。
2.土的可松性天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，土的这种性质称为土的可松性。
土的可松性用可松性系数表示，即：式中 Ks ，Ks′——土的最初、最终可松性系数；V1——土在天然状态下的体积（m3）；V2——土挖出后在松散状态下的体积（m3）；V3——土经压（夯）实后的体积（m3）。
可松性系数对土方的调配、计算土方运输量都有影响。
各类土的可松性系数见表1.3所列。
表1.3 土的可松性系数【例1.1】要将1 000 m3普通土运走，考虑到该土的最初可松性系数Ks （取1.19），所需运走的土方量不是1 000 m3，而是1 000 m3×1.19＝1190 m3。
′（取1.035）的又如，需要回填1 000 m3普通土，考虑到最终可松性系数Ks影响，所需挖方的体积1 000 m3÷1.035＝966 m3就够了。
3.土的天然密度和干密度在天然状态下，单位体积土的质量称为土的天然密度。
它与土的密实程度和含水量有关。
土的天然密度可按下式计算：式中ρ——土的天然密度（kg/m3）；m——土的总质量（kg）；V——土的体积（m3）。
土的工程性质与分类
土的三相组成…2
土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：
固体+气体（液体=0） 为干土，此时粘土呈坚硬状态 砂土呈松散状态； 固体+液体+气体 为湿土，此时粘土多为可塑状态； 固体+液体（气体=0）
什么是液化？
为饱和土，此时粉细砂或粉土遇强烈地震， 可能产生液化，而使工程遭受破坏； 粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降 需几十年才能稳定。
土的三相组成…9
结合水
土颗粒表面带有一定的电荷，当土粒与水相接触时，由于静电作用力， 将吸引水化离子和水分子，形成双电层，在双电层影响下的水膜称为表面 结合水。双电层的厚薄也反映了结合水的厚薄，结合水具有与一般自由水 不同的性质，其密度较大、粘滞度高、流动性差、冰点低、比热较大、介 电常数较低。这种差异随距离增加而减弱。
+
+ + + + + + + +
+
+ + + + -
+ + + -
+ +
+
+
-
强结 合水
弱结合水
土的三相组成…10
◇自由水(非结合水) 在双电层影响以外的水为自由液态水，它主要受重力作用的控制，土 粒表面吸引力居次要地位，这部分水称为非结合水，它包括毛细水和重力 水。 ◇毛细水 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。毛细现象是 毛细管壁对水的吸力和水的表面张力共同作用的结果。 ◇重力水 重力水是存在于地下水位以下的适水土层中的地下水。它是在重力或 压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。重力水只受重力控制， 不受土粒表面吸引力的影响。
土的工程性质与分类
孔隙比的大小决定了土的松散程度和压缩性。孔隙比越大，土越松散；孔隙比 越小，土越紧密。在工程实践中，孔隙比是评价土的工程性质的重要指标之一， 对于土的稳定性和沉降计算具有重要意义。
孔隙率
总结词
孔隙率是土中孔隙体积与总体积之比，反映了土的孔隙状况。
详细描述
孔隙率的大小对土的工程性质有着重要影响。一般来说，孔隙率越大，土的透水性越好；孔隙率越小 ，土的透水性越差。在工程实践中，孔隙率是评价土的渗透性和压缩性的重要指标之一。
内摩擦力与土颗粒之间的 摩擦力有关，粘聚力与土 颗粒之间的胶结作用有关。
ABCD
土的抗剪强度由内摩擦力 和粘聚力两部分组成。
抗剪强度是评价土的稳定 性、进行边坡设计的重要 依据。
承载能力
01
承载能力是指土在一定压力作用下不发生破坏或过 大变形的极限承载能力。
02
土的承载能力与土的强度、变形性质、应力历史等 因素有关。
土的工程性质与分类
目录
• 土的物理性质 • 土的力学性质 • 土的工程分类 • 土的工程应用 • 土的工程问题与对策
01 土的物理性质
密度
总结词
密度是土的质量与其体积的比值，反映了土的紧密程度。
详细描述
密度的大小受到土的矿物成分、含水量、孔隙比等因素的影 响。一般来说，密度越大，土越紧密；密度越小，土越松散 。密度是土的基本物理性质之一，对土的工程性质有着重要 影响。
04 土的工程应用
基础工程
基础工程是土木工程中最为重要的部分之一，它涉及到建筑物、道路、桥梁等各种 设施的基础设计、施工和监测。
土的工程性质对基础工程的影响非常大，包括土的强度、压缩性、渗透性等，这些 性质决定了基础工程的稳定性、安全性和经济性。
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A
B
C
特征：不规则粗细颗粒交替的层理构造，
并往往存在粘性土夹层、局部尖灭和透 镜体等构造
地质评价：作为地基较为理想（中间地带要注意形成的泉或湖泊由
于植物的生长形成泥炭层）；透水性强，作为坝基容易渗漏
洪积扇地形
4.4.4 冲积土(Qal)
河床相：上游颗粒粗（块石、砾石、粗砂），下游颗粒细，
有一定磨圆度，厚度大，一般超过几十米；古河床相土压 缩性低，强度高，是良好地基；现代河床堆积物密实度差， 透水性强，做水工建筑的地基容易渗漏，饱水的砂土还可 能液化
4.1.3 土中水和气体及其与土粒的相互作用
结晶水 1、土中水 结合水 自由水 强结合水 弱结合水
液态水 气态水 固态水
毛细水 重力水
封闭气体 2、土中气体 游离气体
4.1.4 土的结构和构造
1、土的结构—土颗粒本身的特点和颗粒间相互关系的综合特征
土颗粒本身特点—土颗粒大小、形状和摩圆度及表面性质等 土颗粒之间相互关系——粒间排列及其连结性质
特点：通常存在较厚的淤泥、泥炭、压缩性高，强度低，为不良
地基
河口三角洲相
成因：河流搬运的大量泥砂，在河流入海口或入湖口沉积形成弧顶
朝海，顶端向陆的巨大三角形堆积体
特点：厚度可达数百米；水上部分为砂土或粘性土，水下部分由海、
湖堆积物混合而成；此种沉积层为新近沉积层；含水量大，压缩性 高，承载力低。作为建筑地基，应慎重对待。但有时三角洲冲积土 的最上层，由于经过长期的压实和干燥，形成所谓硬壳层，承载力 较下面的高，可以作为低层建筑物地基。
土的名称 粘土 粉质粘土 塑性指数 IP＞17
10＜IP≤17
注：塑性指数由相应于76g圆 锥体沉入土样中深度为10mm 测定的液限计算而得
• 人工填土 • 根据其组成和成因,可分为 • 素填土为由碎石土,砂土,粉土,粘性土等组 成的填土. • 经过压实或夯实的素填土为压实填土. • 杂填土为含有建筑垃圾,生活垃圾等杂物的 填土. • 冲填土为冲填泥砂形成的填土.
软粘土的触变性用灵敏度（st）指标做定量评价
qu Cu st = ' = ' qu Cu
qu、Cu— 保持天然结构和含水量 的软粘土的无侧限抗压 强度和十字板剪切强度
' ' qu、Cu— 同上土体，结构被破坏 时的无侧限抗压强度和 十字板剪切强度
低灵敏度土 中灵敏度土 高灵敏度土
1<St≤2 2< St≤4 St>4
2、土的构造
①土体构造特征反映土体在力学性质和其它工程性质的各向异性或土 体各部位的不均匀性 ②土体的构造特征是决定勘察、取样或原位测试布置方案和数量的主 要因素之一
1.对于碎石土，粗石状构造和假斑状构造是最普遍的
粗石状构造
冰积层的假斑状构造
2.对于砂土和砂质粉土，各种不同形式的夹层、透镜体或交错层 构造较为普遍
浅海沉积砂夹粘土层构造
风积砂的交错层构造
3.粘性土中，常见的有层状、显微层状构造及各种节理构造
膨胀土体表层的裂隙构造
§4.3 土的工程分类
4.3.1 土的工程分类原则和体系
1、分类的目的和原则 分类目的：
①根据土类，可以大致判断土的基本工程特性，并可结合其它 因素评价地基的承载力、抗渗流与抗冲刷稳定性等 ②根据土类，可以合理确定不同土的研究内容和方法 ③当土的性质不能满足工程要求时，也根据土类确定相应的改 良和处理方法
4.4.2 坡积土(Qdl)
概念：山坡上高出的残积物受重力
或短期性水流（雨水、雪水）的洗刷、 剥蚀、顺坡向下搬运到平缓的山坡或 山麓处，逐渐堆积形成
颗粒：粒度成分有明显的分选性，
颗粒由坡顶向坡角逐渐变细，坡积土 表面的坡度越来越平缓
特征：厚度变化较大，土质不均匀，
在斜坡较陡地段厚度薄，坡角地段较 厚，孔隙大，压缩性高
4.1.2 土的矿物成分
1、原生矿物—颗粒粗大，物理、化学性质一般比较稳定，对 土的工程性质影响比其它几种矿物小得多，对土的工程性质 影响的差异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—含水硅酸盐、主要有 高岭石；伊利石、水云母；蒙脱石。②次生siO2（胶态和准 胶态）③倍半氧化物（Al2O3和Fe2O3） 3、可溶盐类及易分解的矿物—①易溶盐—主要有NaCl， CaCl2，Na2SO4.10H2O，Na2CO3.10H2O②中溶盐—主要 有CaSO4.2H2O，MgSO4③难溶盐—主要有CaCO3和 MgCO3 4、有机质—当有机质在粘性土中的含量达到或超过5％（在砂 土中的含量达到或超过3％）时，开始对土的工程性质有显 著的影响.
地质评价：修筑建筑物注意不均匀沉降和地基稳定性问题
4.4.3 洪积土(Qpl)
概念：在山区，由暴雨或大量溶雪形成
暂时性山洪急流，冲刷并搬运大量岩屑， 流至山谷出口或山前倾斜平原，堆积而 形成
颗粒：粒度成分有明显的分选性，谷口
附近为大的块石、碎石、砾石和粗砂， 谷口外较远地带颗粒变细，为分选性较 好的砂类土、粘性土
试验方法（筛分法）——用
一套孔径不同的筛子，按从上至 下筛孔逐渐减小放置。将事先称 过质量的烘干土样过筛，称出留 在各筛上的土质量，然后计算其 占总土粒质大小的土粒在水中
的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量
颗粒级配的描述
工程上常用不均匀系 数Cu描述颗粒级配的 不均匀程度 曲率系数Cc描述颗粒级 配曲线整体形态，表明 某粒组是否缺失情况
砂粒
粉粒
0.075~0.01 【原生矿物碎屑】透水性较弱；湿时稍有粘性（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； 0.01~0.005 毛细水上升高度大；湿土振动有水析现象（液化） <0.005 【次生矿物】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，但速度缓慢
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩 软岩 5＜frk≤15 极软岩 frk≤5
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
frk＞60
30＜frk≤60 15＜frk≤30
岩体完整程度划分
完整程度等级 完整 >0.75 较完整 0.75-0.55 较破碎 0.55-0.35 破碎 极破碎
完整性指数
0.35-0.15
<0.1
完整性指数为岩体纵波波速与岩块纵波波速比的平方.
b.碎石土的分类
粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土
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 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 颗粒级配 粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％ 粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％ 粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
分类原则：
①工程特性差异性原则。 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。
2、土的工程分类体系 ①建筑工程分类体系—侧重把土作为建筑地基和环境， 以原状土为基本对象，例如：《建筑地基基础设计规 范》(GB50007-2002)，《岩土工程勘察规范》 （GB50021－94） ②材料系统的分类体系——侧重把土作为建筑材料， 用于路堤、土坝和填土地基等工程，故以扰动土为基 本对象（GBJ145-90）
河漫滩相：常为上下两层的“二元结构”，下层粗颗粒土、
上层为细粒土或粉土、粉质粘土、粘土，常挟带淤泥或泥 炭等；作为建筑物地基，注意其软弱夹层
牛轭湖相
成因：由于河水惯性离心力的作用使河水冲向弯曲河床的凹岸，造
成凹岸被侵蚀。而凸岸水流减缓，在凸岸河水携带的泥沙就会沉积， 河床不断加宽，河曲的曲度变大，形成蛇曲河。蛇曲河最后会裁弯取 直。废弃的弯曲河道淤塞形成牛轭湖相
蜂窝结构
絮状结构
3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬
浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒 互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构
4、软粘土的触变性和灵敏度 触变性—土体经过扰动致使结构破坏时，土体强度剧烈减小，但如果
将其静置一定的时间，该土体强度又随静置时间的增大而逐渐有所增 长、恢复的特性。
漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒
圆砾或角 砾颗粒 粗 中 细 粗 中 细 极细 粗 细
>200 200~20
20~10 10~5 5~2 2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.1 0.1~0.075
【岩石碎屑及原生矿物碎屑】 透水性很大；无粘性；无毛细作用
【岩石碎屑及原生矿物碎屑】 透水性很大；无粘性土；毛细水上升高度不超过粒径大小 【原生矿物碎屑】 易透水；无粘性；无塑性，干燥时松散；毛细水上升高度 不大（一般小于1m）
第四章
土的工程性质与分类
主要内容 土的组成与结构、构造 土的工程分类 土的成因类型特征 特殊土的主要工程性质
• • • •
§4.1 土的组成与结构、构造 4.1.1 土的粒度成分 • 粒度划分。 • 粒度级配及其对工程地质性质的影响。
1、粒组划分、组成与土的工程性质关系
粒组名称 粒径范围 mm 一般特征
4.4.5 湖泊沉积物(Ql)
分类：湖边沉积物、湖心沉积物、沼泽沉积物
4.3.2 我国土的工程分类 • 1、土的工程分类标准(GB\T50145-2007） • 巨粒类土：
• 粗粒土：试样中粗粒组（0.075mm《d 《60mm）含量大于50%的土称粗粒类，其中 砾粒组含量大于砂粒组含量的土称砾类土，砾 粒组含量不大于砂粒组含量的土称砂类土。 • 砾类土：
• 砂类土：
1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单
粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可 分为疏松状态和密实状态