第4章各类土的工程地质特征
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工程地质第4章 第四纪地质与地貌
第四纪地质与地貌
概述 第四纪地貌的分级与分类 山岭地貌 风化地貌 水成地貌
4.1 概述
一、地形与地貌 地形 ：专指地表既有形态的某些外部特征，如 高低起伏、坡度大小和空间分布等，用地形等 高线表达。 地貌 ：不仅包括地表形态的全部外部特征，还 要分析和研究这些形态的成因和发展 ，用地 貌图表达。
4.1 概述
三、地貌的成因分类 1.内力地貌：构造地貌、火山地貌 2.外力地貌：风化地貌、重力地貌、水成地貌、 冰川地貌、冻土地貌、风成地貌、 岩溶地貌、黄土地貌
4.3
山岭地貌
一、山岭地貌的类型与特征 山岭地貌具有山顶（山脊、垭口）、山坡、山脚等 明显的形态要素 。 1.山岭地貌的类型： 按地貌成因分构造变动形成的山岭（平顶山、单面 山、褶皱山、断块山、褶皱断块山 ）、火山作用形成 的山岭、剥蚀作用形成的山岭。
第4章
第四纪地质与地貌
基本术语： • 1． 第四纪地质学——以第四纪沉积物为研究 对象，对第四纪沉积物的形成、第四纪地层的 划分对比、第四纪有机界的发展变化起着重要 作用。 • 2． 地貌学——研究地壳表面各种起伏形态的 形成、发展和空间分布规律的学科。
第4章
• • • • • 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
二、地貌形成和发展的动力 地貌的形成和发展是内、外力共同作用的结果。 1.内力地质作用形成了地壳表面的基本起伏，对地貌 的形成和发展起决定性作用。 2.外力地质作用把由内力地质作用所造成的隆起部分 进行剥蚀破坏，同时把破坏所形成的碎屑物质搬运 堆积到由内力地质作用所造成的低地和海洋中去。
4.1 概述
4积物特征及沉积环境 4.海相沉积环境——近岸沉积物的特征 ① 从海岸到海底受波浪作用显著的水下岸坡部分。 ② 岩石海岸沉积带数十米， ③ 泥岸可达数十公里。 ④ 沉积物成分复杂，有砾石、砂、淤泥、泥碳和生 物贝壳等。 ⑤ 碎屑物主要来自陆地。
第四章 第四纪沉积物及其工程地质特征(1)
雨水和溶雪水的地质作用以冲刷作用为主， 它们沿着斜坡面流动，将地表的碎屑物质顺斜 坡向下搬运或移动。通常冲刷作用是在整个斜 坡面上进行，好像是把地面剥去一层一样，其 结果是使地形逐渐变得平缓，并造成水土流失。 冲刷作用在地表无植物覆盖的情况下最强烈； 在有茂密植物覆盖的地面上，则不显著。 坡积土(slope wash)：高处的风化碎屑物 坡积土(slope wash)：高处的风化碎屑物 由于雨水或溶雪水的搬运，或者由于本身的重 力作用，运移到坡下或山麓堆积而成的土。
河谷地貌
上游地区，由于坡度陡，流速大， 上游地区，由于坡度陡，流速大， 垂直侵蚀作用强。 在中游地区，一般两岸受侧方侵 在中游地区，一般两岸受侧方侵 蚀作用的冲刷较强，因而河谷斜 坡的形状比较开展，谷底比较宽 阔。 在下游地区，冲刷作用弱而沉积 在下游地区，冲刷作用弱而沉积 作用强，河谷开展，成宽广的平 谷。泥砂类的沉积物多，成广大 平原，洪水容易泛滥。
洪积土： 洪积土：当山洪急流携带大量石块泥砂在山口以外
的平缓地带沉积下来便形成洪积土。
洪积土的特征： 洪积土的特征：
物质大小混杂，分选性差，颗粒多带有棱角。 洪积扇顶部以粗大块石为多；中部地带颗粒变细，多 为砂砾粘土交错；扇的边缘则以粉砂和粘性土为主。 洪积物质随近山到远山 呈现由粗到细的分选作用， 但碎屑物质的磨圆度由于 搬运距离短而仍不佳。山 洪大小交替的分选作用， 常呈不规则的交错层状构 造，交错层状构造往往形 成夹层、尖灭及透镜体等 产状。
第四章
第四纪沉积物及其工程地质特征
内容提要： 内容提要：
一、风化作用及残积土 二、地表流水的地质作用 三、海洋的地质作用 四、湖泊的地质作用 五、冰川的地质作用 六、风的地质作用
第四纪地质Quarternary 第四纪地质Quarternary Geology
河谷地貌
上游地区，由于坡度陡，流速大， 上游地区，由于坡度陡，流速大， 垂直侵蚀作用强。 在中游地区，一般两岸受侧方侵 在中游地区，一般两岸受侧方侵 蚀作用的冲刷较强，因而河谷斜 坡的形状比较开展，谷底比较宽 阔。 在下游地区，冲刷作用弱而沉积 在下游地区，冲刷作用弱而沉积 作用强，河谷开展，成宽广的平 谷。泥砂类的沉积物多，成广大 平原，洪水容易泛滥。
洪积土： 洪积土：当山洪急流携带大量石块泥砂在山口以外
的平缓地带沉积下来便形成洪积土。
洪积土的特征： 洪积土的特征：
物质大小混杂，分选性差，颗粒多带有棱角。 洪积扇顶部以粗大块石为多；中部地带颗粒变细，多 为砂砾粘土交错；扇的边缘则以粉砂和粘性土为主。 洪积物质随近山到远山 呈现由粗到细的分选作用， 但碎屑物质的磨圆度由于 搬运距离短而仍不佳。山 洪大小交替的分选作用， 常呈不规则的交错层状构 造，交错层状构造往往形 成夹层、尖灭及透镜体等 产状。
第四章
第四纪沉积物及其工程地质特征
内容提要： 内容提要：
一、风化作用及残积土 二、地表流水的地质作用 三、海洋的地质作用 四、湖泊的地质作用 五、冰川的地质作用 六、风的地质作用
第四纪地质Quarternary 第四纪地质Quarternary Geology
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 课件 第四章 地质构造
A、岩层倾向与地层坡向相反时，岩层露头线与地形等高线呈相同方向 弯曲，但是岩层露头线的弯曲度总比等高线小，在河谷处“V”字型露头线 的尖端指向沟谷上游。
B、岩层倾向与坡向相同。岩层的倾角大于坡角时，岩层露 头线与地形等高线呈相反方向弯曲，在沟谷处，“V”字型 露头尖端指向下游。
C、岩层倾向与坡向相同，但岩层倾角小于地层坡度角：这时 岩层露头线与地形等高线也呈相同方向弯曲，在沟谷处， “V”字型露头的尖端指向上游，与第一种情况类似，但露 头线的弯曲程度大于地形等高线程度。
a.走向节理：节理走向与岩层走向大致平行（1） b.倾向节理：节理走向与岩层走向大致垂直（2） c.斜向节理：节理走向与岩层走向斜交（3）
c.顺层节理：节理面大致平行于岩层面（4）
按节理与褶皱枢纽方向分： a.纵节理：二者大致平行（1）
b.横节理：二者大致垂直（3）
c.斜节理：二者斜交（2）
节理与褶皱的成生关系
五断层的工程性质评价岩体被断裂构造切割成为不连续体其上不连续面是断层节理层面结构面断层影响岩体稳定性断层带岩石破碎强度低断层对工程建设不利支护加固隧道工程降低地基岩体强度造成地基及场地稳定性问题地基变形影响施工中的问题坍塌和涌水断层地震对道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌对区域稳定性的影响不利安全防范包括两个层面
正断层向深处变缓呈犁状
2.逆断层：沿断层面倾斜方向上 盘相对上升、下盘相对下降。
一般是在两侧受到近于水平的挤压 力作用下形成的
因形成的力学条件与褶皱伴生，故 多与褶皱伴生
高角度逆断层倾角>45°
低角度逆断层倾角<45°称为逆冲断 层、逆掩断层
规模巨大同时上盘沿波状起伏的低 角度断层面作远距离推移（几公里、 十几公里）的逆掩断层称为推覆构 造
B、岩层倾向与坡向相同。岩层的倾角大于坡角时，岩层露 头线与地形等高线呈相反方向弯曲，在沟谷处，“V”字型 露头尖端指向下游。
C、岩层倾向与坡向相同，但岩层倾角小于地层坡度角：这时 岩层露头线与地形等高线也呈相同方向弯曲，在沟谷处， “V”字型露头的尖端指向上游，与第一种情况类似，但露 头线的弯曲程度大于地形等高线程度。
a.走向节理：节理走向与岩层走向大致平行（1） b.倾向节理：节理走向与岩层走向大致垂直（2） c.斜向节理：节理走向与岩层走向斜交（3）
c.顺层节理：节理面大致平行于岩层面（4）
按节理与褶皱枢纽方向分： a.纵节理：二者大致平行（1）
b.横节理：二者大致垂直（3）
c.斜节理：二者斜交（2）
节理与褶皱的成生关系
五断层的工程性质评价岩体被断裂构造切割成为不连续体其上不连续面是断层节理层面结构面断层影响岩体稳定性断层带岩石破碎强度低断层对工程建设不利支护加固隧道工程降低地基岩体强度造成地基及场地稳定性问题地基变形影响施工中的问题坍塌和涌水断层地震对道路选线若与断层走向平行易产生边坡滑塌对区域稳定性的影响不利安全防范包括两个层面
正断层向深处变缓呈犁状
2.逆断层：沿断层面倾斜方向上 盘相对上升、下盘相对下降。
一般是在两侧受到近于水平的挤压 力作用下形成的
因形成的力学条件与褶皱伴生，故 多与褶皱伴生
高角度逆断层倾角>45°
低角度逆断层倾角<45°称为逆冲断 层、逆掩断层
规模巨大同时上盘沿波状起伏的低 角度断层面作远距离推移（几公里、 十几公里）的逆掩断层称为推覆构 造
工程地质学_第4章 各类土的工程地质特征
粒径大于0.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。
❖ 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。
❖ 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。
第4章 岩石与土的工程性质
2.岩石的结构
岩石的结构是影响岩石工程地质性质的重要因素。岩石的结构分为两类： 结晶联结的岩石，如大部分的岩浆岩、变质岩和一部分沉积岩；胶结联结的 岩石，如沉积岩中的碎屑岩等。 结晶联结的岩石由于矿物的结晶颗粒靠直接接触产生的力牢固地固结在 一起，结合力强，孔隙度小，结构致密、容重大、吸水率变化范围小，比胶 结联结的岩石具有较高的强度和稳定性。但就结晶联结来讲，结晶颗粒的大 小则对岩石的强度有明显的影响。就矿物成份和结构类型相同的岩石来说， 小颗粒结晶岩石的强度大于大颗粒结晶岩石。
4.1.2.2 岩石水理性质 岩石水理性质指岩石与水相互作用时所表现的性质。通常包括岩石吸水性、 透水性、软化性和抗冻性。
1.岩石吸水性
岩石的吸水性，反映岩石在一定条件下的吸水能力。一般用吸水 率表示。 岩石的吸水率，是指岩石在通常大气压下的吸水能力。在数值上 等于岩石的吸水重量与同体积干燥岩石重量的比。用百分数表示。 岩石的吸水率，与岩石孔隙度的大小、孔隙张开程度等因素有关。 岩石的吸水率大，则水对岩石颗粒间结合物的浸湿、软化作用就 强。岩石强度和稳定性受水作用的影响也就越显著。 2.岩石透水性 岩石能被水透过的性能称岩石透水性，水只沿连通空隙渗透。岩石透水性 大小可用渗透系数衡量，它主要决定于岩石空隙的大小、数量、方向及其 相互连通情况。
岩石的重度是指岩石单位体积的重量，也成容重。
岩石重度的大小决定于岩石中矿物的比重，岩石的孔隙性及其含水的情况。 岩石孔隙中完全没有水存在的重度称为干重度，岩石中的孔隙全部被水充满时 的重度，称为岩石的饱和重度。对于同一种岩石，若重度有差异，则重度大的 结构致密、孔隙性小，强度和稳定性相对较高。
2.岩石空隙性 岩石空隙性是岩石孔隙性和裂隙性的统称。岩石空隙性常用空隙率表 示，也可以用孔隙率和裂隙率表示。 空隙率：岩石空隙体积与岩石总体积之比，以百分数表示。可以根据 空隙类型区分为总空隙率、大开空隙率、总开空隙率、比空隙率等。 岩石的孔隙率的大小，主要决定于岩石的结构构造，同时也受风化作 用、岩浆作用、构造运动和变质作用的影响。。 3.岩石热学性 在岩石的热学性质指标中，最主要的是岩石的比热容。岩石的比热容 是指1g岩石物质的温度上升1℃所需要的热量，用以表示岩石储藏热量的 能力。
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
土中的固体颗粒 构成土的骨架, 骨架之间贯穿着 大量的孔隙,孔 隙中充满着液体 和气体。土由固 体颗粒、液体和 气体三部分组成， 即土的三相组成
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：
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：
第四章土的工程性质
2. 土的饱和含水量（wmax） 土的饱和含水量是假定土中的孔隙全部被水充满，达到饱和状态 时的含水量。即土的孔隙中充满水分的质量与干土颗粒质量的比 值，用百分数表示： V n w w 100 m ax （4-11） m s 式中：wmax─土的饱和含水量（%）； 饱和含水量实质上就是用水的数量来表示土中孔隙体积的大小， 即Vn=mw。
3. 砂类土的相对密实度（Dr） 相对密实度是反映砂类土在天然状态下松密程度的指标，数值上 它等于砂土在最疏松状态和天然状态下孔隙比之差与最疏松状态 和最密实状态下孔隙比之差的比值，即：
em a x e D r em a x emix
（4-17）
式中：Dr ─相对密实度； e ─土的天然孔隙比； emin ─最密实状态的孔隙比； emax ─最疏松状态的孔隙比。
第二节 土的物理性质
土的物理性质是指土的各组成部分（固相、液相和气相）的数量 比例、性质、排列方式等所表现的物理状态，是土最基本的工程 性质。 一、土的密度 二、土与水的关系 三、土的孔隙性结构指标 四、土的物理性质指标间的相互关系 五、土的压实 六、 粘性土的界限含水量
（4-12）
或者，用天然含水量w和饱和含水量wmax的比值来表示：
Sr
w 100 w m ax
（4-13）
式中：─土的饱和度（%）； 饱和度是用来描述土中水充满孔隙的程度，Sr=0为完全干燥土， 属二相系（固、气）；Sr=1为完全饱和土属二相系（固、液）； Sr介于0～1之间，按照天然砂性土所含水分的多少，可将砂性土 划分为三个状态： 稍湿的：0≤Sr≤50%很湿的：50%＜Sr≤80%饱和的：80%＜Sr＜ 100%
工程地质 第4章2特殊工程性质
29%和8%-26%。 我国从西间东．由北向南黄土颗粒有明显变细的分布规
律。陇西和陕北地区黄土的砂粒含量大于粘粒，而豫西地区 粘粒含量大于砂粒。
粘土颗粒含量大于20％的黄土，湿陷性明显减小或无湿 陷性。因此，陇西和陕北黄土的湿陷性通常大于豫西黄土， 这是由于均匀分布在黄土骨架中的粘土颗粒起胶结作用，湿 陷性减小
膨胀土的防治措施
1．地基的防治措施
(1）防水保湿措施 防上地表水下渗和土中水分蒸发，保持地基土湿度稳定
，控制胀缩变形。在建筑物周围设置散水坡，设水平和垂直 隔水层；加强上下水管道防漏措施及热力管道隔热措施；建 筑物周围合理绿化，防止植物根系吸水造成地基土不均匀收 缩；选择合理的施工方法，基坑不宜暴晒或浸泡，应及时处 理夯实
三 、软土
软土是天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的 呈软塑——流塑状态的粘性土。 软土是一类土的总称，还可以将它细分为软粘性土、淤泥质 土、淤泥、泥炭质土和泥炭等
我国软土成因类型主要有： ①沿海沉积型（滨海相、泻湖相、溺谷相、三角洲相）； ②内陆湖盆沉积型； ③河滩沉积型； ④沼泽沉积型
二 、膨胀土
膨胀土是一种富含亲水性粘土矿物，并且随含水量增减，体 积发生显著胀缩变形的高塑性粘土。其粘土矿物主要是蒙脱 石和伊利石，二者吸水后强烈膨胀，失水后收缩，长期反复 多次胀缩，强度衰减，可能导致工程建筑物开裂、下沉、失 稳破坏。膨胀土全世界分布广泛，我国是世界上膨张土分布 广、面积大的国家之一，20多个省市自治区都有分布。我国 亚热带气候区的广西、云南等地的膨胀土，与其他地区相比 ，胀缩性强烈。形成时代自第三纪的上新世（N2）开始到上 更新世（Q3），多为上更新统地层。成因有洪积、冲积、湖 积、坡积、残积等
软土的工程性质
律。陇西和陕北地区黄土的砂粒含量大于粘粒，而豫西地区 粘粒含量大于砂粒。
粘土颗粒含量大于20％的黄土，湿陷性明显减小或无湿 陷性。因此，陇西和陕北黄土的湿陷性通常大于豫西黄土， 这是由于均匀分布在黄土骨架中的粘土颗粒起胶结作用，湿 陷性减小
膨胀土的防治措施
1．地基的防治措施
(1）防水保湿措施 防上地表水下渗和土中水分蒸发，保持地基土湿度稳定
，控制胀缩变形。在建筑物周围设置散水坡，设水平和垂直 隔水层；加强上下水管道防漏措施及热力管道隔热措施；建 筑物周围合理绿化，防止植物根系吸水造成地基土不均匀收 缩；选择合理的施工方法，基坑不宜暴晒或浸泡，应及时处 理夯实
三 、软土
软土是天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的 呈软塑——流塑状态的粘性土。 软土是一类土的总称，还可以将它细分为软粘性土、淤泥质 土、淤泥、泥炭质土和泥炭等
我国软土成因类型主要有： ①沿海沉积型（滨海相、泻湖相、溺谷相、三角洲相）； ②内陆湖盆沉积型； ③河滩沉积型； ④沼泽沉积型
二 、膨胀土
膨胀土是一种富含亲水性粘土矿物，并且随含水量增减，体 积发生显著胀缩变形的高塑性粘土。其粘土矿物主要是蒙脱 石和伊利石，二者吸水后强烈膨胀，失水后收缩，长期反复 多次胀缩，强度衰减，可能导致工程建筑物开裂、下沉、失 稳破坏。膨胀土全世界分布广泛，我国是世界上膨张土分布 广、面积大的国家之一，20多个省市自治区都有分布。我国 亚热带气候区的广西、云南等地的膨胀土，与其他地区相比 ，胀缩性强烈。形成时代自第三纪的上新世（N2）开始到上 更新世（Q3），多为上更新统地层。成因有洪积、冲积、湖 积、坡积、残积等
软土的工程性质
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。
工程地质课件 第四章 土的工程性质与分类
第四章 土的工程性质与分类
土是连续、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。
土的物质成分包括作为骨架的固体矿物颗粒、孔 隙中的水及其溶解物质以及气体。
土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气体 （气相）所组成的三种体系。
4.1 土的组成与结构、构造
缩限
塑限
液限
0
含水量 w
固态 半固态 可塑固态
流动状态
液塑限仪
粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数：液限和塑限的差值，它表示土处在可 塑状态的含水量变化范围，塑性指数愈大，土处 于可塑状态的含水量范围也愈大，可塑性就愈强。
IP wL wP
液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与 塑性指数之比，用以表征粘性土所处的软硬状态， 液性指数愈大，土质愈软，反之，土质愈硬。
（3）土的干重度 d 、饱和重度 sat 和浮重度 '
土单位体积中固定颗粒部分 的重量，称为土的干重度
d
WS V
土孔隙中充满水时的单位体积 重量，称为土的饱和重度
sat
WS
VV W
V
地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮
力后，即为单位土体积中土粒的有效重量，称为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
土的浮重度或水下重度
重力水是存在于较粗大孔隙中，具有自由活动能 力，在重力作用下流动的水。为普通液态水。机 械潜蚀作用。化学潜蚀作用。
气态水以水气状态存在，从气压高的地方向气压 低的地方移动。
当温度降低至零度以下时，土中的水，主要是重 力水冻结成固态水（冰）。
4.1.4 土的结构和构造（1）
土的结构是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关 系的综合特征：
土是连续、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。
土的物质成分包括作为骨架的固体矿物颗粒、孔 隙中的水及其溶解物质以及气体。
土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气体 （气相）所组成的三种体系。
4.1 土的组成与结构、构造
缩限
塑限
液限
0
含水量 w
固态 半固态 可塑固态
流动状态
液塑限仪
粘性土的塑性指数和液性指数
塑性指数：液限和塑限的差值，它表示土处在可 塑状态的含水量变化范围，塑性指数愈大，土处 于可塑状态的含水量范围也愈大，可塑性就愈强。
IP wL wP
液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与 塑性指数之比，用以表征粘性土所处的软硬状态， 液性指数愈大，土质愈软，反之，土质愈硬。
（3）土的干重度 d 、饱和重度 sat 和浮重度 '
土单位体积中固定颗粒部分 的重量，称为土的干重度
d
WS V
土孔隙中充满水时的单位体积 重量，称为土的饱和重度
sat
WS
VV W
V
地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮
力后，即为单位土体积中土粒的有效重量，称为
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
土的浮重度或水下重度
重力水是存在于较粗大孔隙中，具有自由活动能 力，在重力作用下流动的水。为普通液态水。机 械潜蚀作用。化学潜蚀作用。
气态水以水气状态存在，从气压高的地方向气压 低的地方移动。
当温度降低至零度以下时，土中的水，主要是重 力水冻结成固态水（冰）。
4.1.4 土的结构和构造（1）
土的结构是指土颗粒本身的特点和颗粒间相互关 系的综合特征：
4各类土的工程地质特征
土的分类
按地质成因分类
残积、坡积、洪积、冲积、冰积、 风积等类型
按颗粒级配和 塑性指数分类
土按颗粒级配和塑性指数可分为碎 石土、砂土、粉土和粘性土。
土按颗粒大小分类
粒组名称 组 漂石或块石 200 卵石或碎石 亚组 分界颗粒（mm）
圆砾或角砾
砂粒
粗 中 细 粗 中 细
60 20 5 2 0.5 0.25 0.075
黄 土
特殊土的工程地质特性
(5)湿陷起始压力 p sh :使黄土出现明显湿陷所需的最 小外部压力. 黄土湿陷起始压力,可采用室内浸水试验或现场 饱和载荷试验来测定.经常从浸水压缩试验所绘制的 湿陷系数与压力的关系曲线上求得,曲线上与湿陷系 数为0.015相对应的lt; p sh 时,为非自重湿陷性黄土
特殊土的工程地质特性
（四） 黄土湿陷性的评价
评价方法：直接和间接两种方法 1、间接方法：根据黄土的物质成分及物理力学指标，大致说明 黄土湿陷的可能性。 塑性指数小于1.2，含水率与塑限之比小于1.2。孔隙比大于0.8。 干密度小于1.5g/cm3 的黄土，具有湿陷性，尤其是含水率与塑 限之比小于1.0，孔隙比大于1.0的黄土，湿陷性更明显。 含水率与塑限之比大于1.2，孔隙比小于0.8，干密度大于1.5 g/cm3 的黄土湿陷性微弱或无湿陷性。 总之，低塑性、低含水量、低密度的黄土，常具有湿陷性。 2、直接方法：利用湿陷性指标，直接判断黄土的湿陷性 湿陷性指标：湿陷系数、自重湿陷系数、计算自重湿陷量、总 湿陷量和湿陷起始压力等。
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
第4章 土工程性质 2
（2）次生 SiO2（胶态、准胶态 SiO2 ）
（3）倍半氧化物（如游离态的 Al2O3 和 Fe2O3）
不溶于水的次生矿物常呈胶态或准胶态，具有很高的表面能、亲水性及一系列特殊
性质，对土的工程地质性质影响十分显著。
粘土矿物——晶体结构
粘土矿物 是指具有片状或链状结晶格架的铝硅酸盐。
现已查明，粘土矿物的晶体结构主要由两个基本结构单元——硅氧四面体和氢氧化
思考题
（1）土中四类矿物成分对土的工程地质性质有何影响？ （2）无粘性土和粘性在矿物组成、结构、构造上有何不同？
粗粒 土变形稳定需要很短时间 与大气相连通的气体 与大气相隔离的气体
1. 土的结构 ——指土颗粒本身的特点和颗粒问相互关系的综合特征。 （1）土颗粒本身的特点：土颗粒大小、形状和摩圆度及表面性质（粗糙度）等。 （2）土颗粒之间的相互关系特点：粒间排列及其连结性质。
土的结构类型
蜂窝状结构 ——由较粗粘粒和粉粒的单个颗粒之间以面一点、边一点或边一边受异性电引力和分子
完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且 emax,emin
的测定受人为的影响较大。
Dr
emax e emax emin
松散
稍密
中密
密实
0.2
0.33
0.67
幻灯片 32 （2） 粘性土的软硬程度
固态 半固态 可塑态 流塑、流动态 界限含水量: 缩限 ws 塑限 wp 液限 wL
粘性土的状态可用液性指数来判别。
（1）碎石土～粒径大于 2mm 的颗粒超过全重 50%土。
（2）砂土～粒径大于 2mm 的颗粒不超过全重 50%，且粒径
大于 0.075mm 的颗粒超过全重 50%的土。
（3）粉土～粒径大于 0.075mm 的颗粒不超过全重 50%，且 IP 小于等于 10 的土。可细分为砂质粉土和粘质粉
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。
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第四章各类土的工程地质特征
1、下列关于冻土的叙述，不正确的是( )。
A. 冻土包括多年冻土和季节性冻土
B. 冻土不具有流变性
C. 冻土为四相体
D.冻土具有融陷性
2、吸水膨胀，失水收缩的特殊粘性土是( )。
A.黄土
B.红土
C.膨胀土
D.冻土
3、下列关于膨胀土叙述不正确的是( )。
A. 天然状态下的膨胀土，多呈硬塑到坚硬状态
B. 膨胀土失水收缩
C. 膨胀土遇水膨胀
D. 膨胀土的胀缩不可逆
4、下列关于红粘土的叙述不正确的是( )。
A. 粘土是由碳酸盐类岩石经一系列地质作用形成的
B. 自地表以下，红粘土逐渐由坚硬过渡到软塑状态
C. 红粘土是由变质作用形成的
D. 红粘土中的裂隙发育
5、淤泥质土是由( )地质作用形成的。
A. 河流的地质作用
B.湖泊的地质作用
C. 洪流地质作用
D.风化作用
6、黄土经冲刷、搬运、沉积等地质作用形成的夹有砂、砾石并具层理的黄色土状沉积物称为( )。
A. 膨胀土
B.黄土状土
C. 非湿陷性黄土
D.湿陷性黄土
7、泥炭及淤泥质土是( )形成的。
A.河流的地质作用
B.湖泊的地质作用
C. 海洋地质作用
D.风化作用
8、盐渍土不具有( )。
A. 溶陷形
B.膨胀型
C. 腐蚀性
D.崩解性
9、盐渍土在浸水后强度明显( )。
A．提高 B．降低 C.不一定 D.一般
10、黄土的( )是黄土地区浸水后产生大量沉陷的重要原因。
A. 湿陷性
B. 崩解性
C. 潜蚀性
D. 易冲刷性
11、风成黄土是一种( )。
A.原生黄土
B.次生黄土
C.残积黄土
D.由风化作用形成的黄土
12、具有承载力低,沉降量大的土是( )。
A.黄土
B.软土
C.膨胀土
D.冻土
13、膨胀土遇水后膨胀,是因为膨胀土中含有较多的( )。
A.蒙脱石
B.高岭石
C.白云石
D.长石
14、多年冻土主要分布在我国的( )。
A.长江中下游
B.高纬度和高海拔地区
C.云贵高原
D.湖沼地带
15、冻土的冻胀融沉性是因为冻土中含有较多的( )。
A.易溶盐
B.水
C.孔隙
D.有机质。