工程地质学第五章土的工程性质及分类

土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
由于三相性质的差异，三相物质的相对比例 不同及三相间相互作用，共同反映了土的物理性 质和物理状态的不同，即决定了土的物理性质和 状态，而土的物理性质和状态又在很大程度上决 定了它的力学性质。 研究土的工程地质特性就必须了解土的三 相组成的比例、天然状态下的土的结构和构造等 特征，同时还要熟悉描述土的物理性质及状态的 指标，掌握土的工程分类原则和标准。
曲率系数CC反映累积曲线的弯曲情况，从而 分析评述土粒的组合特征。
2 d 30 Cc d10 d 60
曲率系数CC在1～3之间，土粒级配良好。小 于1或大于3，则累积曲线明显弯曲呈阶梯状，粒 度成分不连续，主要由大颗粒和小颗粒组成，缺 少中间颗粒。
5.1.2 土的矿物成分
土的固相部分，实质是矿物颗粒，土粒矿物 的性质和相对含量与粒度成分一样，也是影响土 的工程性质的重要因素。根据土粒矿物成分的性 质及其对土的工程性质影响不同，分为以下四大 类： 1.原生矿物: 土中常见的原生矿物主要有石 英、长石、云母、角闪石、石榴石等。这些矿物 是组成砂粒和粉粒以上土颗粒的主要成分。对土 的工程性质的影响在于其颗粒形状、坚硬程度和 抗风化稳定性等因素。
§5.1 土的组成与结构、构造
土的三相组成中，固体颗粒（土粒）是最主 要的组成部分，构成土的骨架主体。三相之间的 相互作用，土粒居于主导地位。从本质而言，土 的工程性质主要取决于组成土的土粒大小和矿物 成分类型即土的粒度成分和矿物成分。 所以，各种类型土的划分，首先要根据组成 土的土粒成分（土的粒度成分和矿物成分）。而 土的结构特征，也是通过土粒大小、形状、排列 方式及其相互连接关系反映出来的。
3. 粒度分析及其成果表示 粒径级配 —各粒组的相对含量，用质量百分数来表示。 确定方法 筛分法：适用于粗粒土(＞0.075mm) 水分法：适用于细粒土(＜0.075mm)
表述方法
粒径级配累积曲线
筛分法（d>0.075mm的土）
密度计法 （d<0.075mm的土）
小于某粒径之土质量百分数P（％）
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
由曲线的坡度可大致判断土的均匀程度。如 曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较 均匀 ( 工程性质较差 ) ；反之，曲线平缓，则表 示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，及级配良 好(土的工程性质较好)。 颗粒累积曲线法中的几个概念 有效粒径：小于某粒径的土粒重量累积百分数 为10%时相应的粒径。记为d10
主要内容 §5.1土的组成与结构、构造 §5.2土的物理力学性质及其指标
§5.3土的工程分类
§5.4土的成因类型特征 §5.5特殊土的主要工程性质
土是岩石在风化破碎、搬运和沉积等一系 列作用下形成的未固结成岩的松散堆积物。 形成过程 形成条件
影响
物理力学 性质
岩石 地球
风化
搬运、沉积
土
地球
土是由固体颗粒（固相）、颗粒间的孔隙 水（液相）和气体（气相）组成的三相体系。
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。
优势粒组
• 各类土都是各粒组颗粒的组合。土的工程性
质与土中哪一粒组含量占优势有关。 • 土中含大量砂粒时，则透水性大，粘性和塑 性弱； • 土中含大量粘粒时，则透水性小，有显著的
粘性、塑性及膨胀性等。
2.粒度成分对土工程性质影响的实质 • 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，以致含水的种类、性质和数量不同。 • 天然土中不同大小颗粒的组成矿物类型不同， 直接影响土的工程特性。
限定粒径d60与有效粒径d10的比值反映颗粒级 配的不均匀程度,称为不均匀系数CU。
d 60 Cu d10
不均匀系数CU越大，土粒越不均匀。工程上把CU＜5的土 看作是均匀的，级配不良的土； CU＝5～10的为级配一般的 土；CU＞10的土则是不均匀的，即级配良好的。
土的颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。对 于级配良好的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充， 因而土的密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较好， 透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其他土建工程的填方 土料。
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.075 10 16 18 24 22 38 72 水分法
P % 95 87 78 66 55 36
粒径(mm)
粒径(mm) 百分数P(%)
பைடு நூலகம்
0.05 26
0.01 13.5
0.01 0.005
0.005 10
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
卵石 d
60
砾石
粗 中
20 5
砂粒
细 粗 中 细 极细
粉粒 粘粒 胶粒
mm 0.05 0.005 0.002
2
0.5 0.25
各粒组特征的规律：
颗粒越细小，与水的作用越强烈。表现为：
毛细作用由无到毛细上升高度逐渐增大；透水性
由大到小，甚至不透水；逐渐由无粘性、无塑性
到具有很大的粘性和塑性以及吸水膨胀性等一系
5.1.1 土的粒度成分
土的粒度成分是决定土的工程性质的主 要内在因素之一，因而也是土的类别划分的 主要依据。
1. 粒组划分、组成与土的工程性质关系
土是有各种大小不同的颗粒组成的，颗 粒大小以直径（单位mm）计，称为粒径。 介于一定粒径范围的成分相近、性质相 似的土粒，称为粒组或粒级。
土的粒径由大到小逐渐变化时，土的工程 性质也相应地发生变化。因此，在工程上粒组 的划分在于使同一粒组土粒的工程性质相近， 而与相邻粒组土粒的性质有明显差别。 界限粒径 0.075 粗粒土 细粒土
d10之所以被称为有效粒径,是因为它是土中 有代表性的粒径,对分析评定土的某些工程性质 有一定意义。
限定粒径：小于某粒径的土粒重量累积百分 数为60%时相应的粒径。记为d60 平均粒径：小于某粒径的土粒重量累积百分 数为50%时相应的粒径。记为d50
d30：小于某粒径的土粒重量累积百分数为30% 时相应的粒径。 土颗粒级配是否良好的判别常用不均匀系 数CU和曲率系数CC两个指标来分别描述级配曲 线的坡度和形状。