土木工程地质-第四章-岩石、土的工程性质
4 岩石的工程性质及工程分类
膨胀土工程地质问题实例
据文献资料介绍，全国铁路每年围整治膨胀土 地区路基病害，花费的投资额均在一亿元以上， 而且各种膨胀土路基的新生病害还在不断发生。 尤其是南方几条铁路干线在施工中即产生浴塌、 滑坡等严重病害，造成施工受R，以至被迫停 工先期抢修病害，再行施工。例如，成员铁路 北段，铁路通过成都膨胀土地段；变渝铁路中 段，铁路通过安康膨胀土地段等，膨胀土灾害 不仅严重影响了施工进度，而且因整治这些铁 路病害，使工程造价成倍增大，造成巨大经济 损。
4）工程地质问题及防治
（1）黄土地基湿陷性 防水 地基处理 （2）黄土陷穴 加强排水 改善地表性质 灌砂回填
6 特殊土的工程性质--膨胀土
定义 1.膨胀土的特征及其分布 特征
（1）颜色多为灰白、棕黄、棕红、褐色等 （2）粒度成分以粘粒为主，含量在35％ ~ 50％以上，其次是 粉粒，砂粒最少； （3）粘粒的粘土矿物以蒙脱石、伊利石为主，高岭石最少； （4）具有强烈的膨胀、收缩特性，吸水时膨胀，产生膨胀 压力，失水收缩时产生收缩裂隙，干燥时强度较高， 多次反复胀缩强度降低。 （5）膨胀土中各种成因的裂隙十分发育。 （6）早期生成的膨胀土具有超固结性。 分布：我国分布很广。主要分布在云贵高原到华北平原之间各 流域形成的平原、盆地、河谷阶地以及山间地块和丘陵等地。
影响岩石风化的因素----成因
(1)岩石风化是在地表及其附近的环境条件下进 行的，从这个角度看，风化作用的实质是由于岩 石生成时的环境条件与目前所处的环境条件的差 异造成的。 (2)岩石生成时的环境条件与今天发生风化作用 的环境条件越接近，抵抗风化能力越强，反之越 弱。 (3)喷出岩浅>成侵入岩>深成侵入岩 (4)沉积岩>岩浆岩变质岩
土的工程性质
岩石根据岩块的饱和单轴抗压强度又分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩；根据岩体完整程度分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎岩石。
碎石土按颗粒的大小、粒组的土颗粒含量分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾；按密实度，分为松散，稍密、中密、密实。
砂土按颗粒的大小、粒组的土颗粒分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂；按密实度，也分为松散，稍密、中密、密实。
黏性土按塑性指数，分为黏土和粉质黏。
黏性土的状态分为坚硬、硬塑、软塑、流塑五种状态。
对于土按工程地质详细分类方法，在后续课《地基与基础》中会详细介绍。
1.1.3 土的工程性质土由固体颗粒（固相）、液体（液相）和气体（气相）三部分组成，其部分含量的比例关系，直接影响土的物理性质和土的状态。
例如，同样一种土，松散时强度较低，经过外力压密后，强度会提高。
对于黏性土，含水量不同，其性质也有明显差别；含水量多，则软：含水量少，则硬。
因此土的工程性质对土方工程有直接影响，也是进行土方工程施工必须掌握的基本资料。
图的三相组成示意图如下1-1所示。
图1-1土的三相组成示意图（a）实际土体；(b)土的三相图；（c）各项的质量与体积图1-1（c）中图样体积V为土中空气的体积Va、水的体积Vw和土粒的体积之和；土的质量可以忽略，故土样的质量m可用水和土粒质量之和（Mw+Ms）表示。
1.图的天然含水量土的天然含水量w是指途中液体的质量Mw和土的质量m，之比，用百分比表示。
W=Mw/Ms*100%=m-Ms/Ms*100%其中土粒的质量m，就是干土的质量，是把土烘干至恒量后称得的，气体的质量忽略不计，液体的质量有总质量m和干土的质量Ms相减而得。
土的含水量随气候条件、雨雪和地下水的影响而变化，对土方边坡的稳定性及填方密实程度有直接的影响。
2.土的密度ρ土的密度ρ是指单位体积土的质量，即是总质量与总体积之比。
单位用g/cm^3或kg/m^3。
土木工程地质-第四章-岩石的物理水里力学性质
三. 软化性：指岩石浸水后强度降低的性质。用软化系数
KR表示。 软化系数：
KR
Rc R
饱和单轴抗压强度。 干燥单轴抗压强度。
一般软化系数 KR＜0.75 的岩石具软化性。
第一节 岩石的物理水里力学性质
四. 抗冻性：指岩石抵抗冻融破坏的能力。
强度损失率： 冻融前后强度差
Rl 冻融前的强度
重量损失率：GL
重度：单位体积的重量（ ）（N/cm3）
g
1N 1kg m/s 2
第一节 岩石的物理水里力学性质
二.
颗粒密度和比重 颗粒密度：单位体积固位颗粒的质量（ s
）
s
Ms VS
比重：单位体积固体颗粒的重力与4℃时同体积水的
重力之比（ds）
ds
s w
三. 孔隙度和孔隙比：
孔隙度：孔隙体积与岩石总体积之比（n）n
W2
M w2 Ms
100 %
饱水系数：岩石吸水率与饱水率之比。
Kw
W1 W2
(Kw 0.5 ~ 0.9)
第一节 岩石的物理水里力学性质
二. 透水性：指岩石能透过水的能力。用渗透系数K表
示。（m/s） 达西层流定律：Q K dh F
dl
地下水位
渗透系数：
KIF
K Q V IF I
dh
H1 H2
Vn V
100%
孔隙比：孔隙体积与岩石中固体颗粒体积之比（e）
e Vn Vs
第一节 岩石的物理水里力学性质
一. 吸水性：指岩石吸收水的性能。其吸水程度用吸水率
表示。
吸水率：（常压条件下）吸入水量与干燥岩石质量之
比。
w1
M w1 Ms
土木工程施工技术知识点-重点
第一章1.土方工程的分类主要：场地平整;坑、槽开挖;土方填筑.辅助：施工排、降水;土壁支撑。
2.施工特点：（1）量大面广；（2）劳动强度大，人力施工效率低、工期长；（3）施工条件复杂,受地质、水文、气侯影响大，不确定因素多。
3.土的工程性质：土的天然含水率，土的干密度与自然密度，土的可松性，土的渗透性4.确定场地设计标高原则：(1) 满足生产工艺和运输的要求(2）尽量利用地形，减少挖填方数量;（3)争取在场区内挖填平衡，降低运输费; (4)有一定泄水坡度，满足排水要求。
（5)考虑历史最高洪水位,以防止洪水发生时造成的损失.5.场地设计标高的调整：按泄水坡度、土的可松性、就近借弃土等调整6.土方调配的原则：（1）应力求达到挖填平衡和运输量最小原则（2)考虑先期施工与后期利用相结合（3)尽可能与大型地下建筑物的施工相结合（4）调配区大小划分应满足主要土方施工机械工作面大小的要求,是土方机械和运输车辆的效率能达到最高.7.流砂现象的原因：当动水压力大于或等于土的浸水重度（GD≥γ’）时，土粒被水流带到基坑内。
主要发生在细砂、粉砂、轻亚粘土、淤泥中。
8.流砂的防治：减小动水压力（板桩等增加L)；平衡动水压力(抛石块、水下开挖、泥浆护壁）；改变动水压力的方向（井点降水）；枯水期施工9.降排水方法：1．集水井法:用于土质较好、水量不大、基坑可扩大者挖至地下水位时，挖排水沟→设集水井→抽水→再挖土、沟、井2．井点降水法(1）特点效果明显，使土壁稳定、避免流砂、防止隆起、方便施工;可能引起周围地面和建筑物沉降。
10.边坡稳定条件是:在土体的重力及外部荷载作用下所产生的剪应力小于土体的抗剪强度.11.确定边坡大小的因素：土质、开挖深度、开挖方法、留置时间、排水情况、坡上荷载12.边坡护面措施：覆盖法，挂网法，挂网抹面法，土袋、砌砖压坡法,喷混凝土法、土钉墙13.土方机械的类型：1.挖掘机械：正铲、反铲、拉铲、抓铲：2.挖运机械：推土机、装载机、铲运机：3.运输机械：自卸汽车、翻斗车：4.密实机械：压路机、蛙式夯、振动夯.14.错误!推土机:液压式、索式：工作特点：用途多，费用低，适用于:（1）平整场地－－运距在100m内，一~三类土的挖运,压实；（2）坑槽开挖－－深度在1。
第4章+岩土体的工程地质特性(4)
2、土粒粒组
砂
3、土的颗粒级配
工程上常用土粒的不均匀系数来定量判断土的级配好坏。 不均匀系数Cu可表示如下：（颗粒级配累积曲线上找点计算）
Cu
d 60 d10
式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒 相对累积含量为60％时，该粒径即为d60； d10称为有效粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相 对累积含量为10％时，该粒径即为d10。 一般Cu<5的土为均粒土，属级配不良土；Cu>10的为级配良好 的土；Cu＝5~10的为级配一般的土。
4.2.3.土的各重度指标 土的各重度指标为土的各相应密度指标 与重力加速度的乘积。即： γ′=ρ′g 浮重度(也称土的有效重度) γd=ρdg 干重度 γ=ρg 天然重度 γsat=ρsatg， 饱和重度 单位都为kN/m3。工程实用上取重力加速度 g=l0m/s2，水的重度取10kN/m3。
（2）碎石土密实度的野外鉴定
(4)粉土的密实度应根据孔隙比e划分为：稍密、中密
和密实，
其湿度应根据含水量ω(%)分为：稍湿、湿、很湿，并
应分别符合表1-12及1-13的规定。
(5)粘性土为塑性指数IP＞10的土，可按表1-14规定分为粘土 和粉质粘土，其状可按3-15分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及 流塑。
(6)淤泥在静水或缓慢流水环境中沉积，并经生物化 学作用形成，是天然含水量大于液限、天然孔隙比 e≥1.5的粘性土。但1.0≤e＜1.5的土应为淤泥质土。
(7)人工填土据其组成的成因，分为素填土、杂填土 及冲填土。 素填土为由碎石土、砂土、粉土及粘性土等组成的 填土； 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂 物的填土； 冲填土为水力冲填泥沙形成的填土。
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。
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
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：
土的工程地质性质
密闭气体的成分可能是空气、水汽或天然气。在压 力作用下这种气体可被压缩或溶解于水中，而当压 力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来。 含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程 性质研究已成为土力学的一个新分支。
四、土的结构与构造特征:
土的结构：指组成土的土颗粒本身的大小、
形状、表面特征和土粒的连结关系及排列情况 的综合特征。 土的结构类型: 单粒结构:又称散粒结构，是卵石（碎石）、砾
可溶岩类和易分解矿物：主要为氯化物、钠盐等。 ——特点：遇水溶解。
有机质 ：主要为生物残骸。 ——特点：遇水溶解强度显著降低。
2、土的粒度成分
土颗粒大小与矿物成分决定土的工程性质。
土颗粒构成土的骨架主体，性质稳定、变化小；
粒组：界于一定粒径（颗粒直径）范围内的土粒； 粒度成分（颗粒级配）：不同粒组颗粒的相对含量； 比表面：单位体积所具有的土粒的总表面积。
２.自由水包括：
２．自由水（１） 毛细水 重力水
１）毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支 配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。这
种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮 有重要影响。
2）重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，对于 土颗粒和结构物都有浮力作用，在土力学计算中应当考 虑这种渗流及浮力的作用力。在以后的章节中将进一步 讨论重力水的渗流及浮力的作用与计算问题。
则差些；湖心沉积物压缩性高，强度很低；若湖泊逐渐淤塞，则可
演变为沼泽，形成沼泽土，主要由半腐烂的植物残体和泥炭组成的， 含水量极高，承载力极低，一般不宜作天然地基。
6.海洋沉积物（Qm）
滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂等组成 Nhomakorabea具有基本水平或缓倾的 层理构造，其承载力较高，但透水性较大。 浅海沉积物：主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物（硅 质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏松、含水量高、压缩性 大而强度低。 陆坡和深海沉积物：主要是有机质软泥，成分均一。 海洋沉积物：在海底表层沉积的砂砾层很不稳定，随着海浪不断移动 变化，选择海洋平台等构筑物地基时，应慎重对待。
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%
精华版土木工程地质知识点
精华版土木工程地质知识点
1. 岩石分类：岩石可以分为三类：火成岩、沉积岩和变质岩。
火成岩是由熔岩或火山碎屑形成的，沉积岩是由沉积物（如泥、砂、碎屑）在地表形成的，变质岩是经过高温、高压和化学反应形成的。
2. 地层划分：地层是指用一定的标志将地壳分为一系列层，如亚古生代、古生代、中生代、新生代等。
地层可以根据动物化石和植物化石来划分。
3. 岩土工程性质：土体的性质包括密度、含水量、孔隙度、压缩性、剪切性等。
岩石的性质包括密度、硬度、强度、韧性等。
4. 断层和岩体结构：断层是地壳中的断裂带，经常伴随着地震。
岩体结构是指岩石的结构和构造，如节理、褶皱、岩脉等。
5. 地下水：地下水是地下岩层中的水，是地表径流和降水的一部分。
地下水对土木工程有很大影响，如渗透、涌泉、地基沉降等。
6. 岩土力学：岩土力学是研究岩土工程中各种力学问题的学科，包括土体的力学性质、岩石强度学、地质力学、地震工程等。
7. 岩土工程设计：岩土工程设计是指根据地质条件和建筑要求设计出合适的岩土工程方案，包括基础工程、地下工程、坡防护、挡土墙等。
8. 土壤改良和加固：土壤改良和加固是指对土体进行物理、化学或生物的改良，以改善土体性质或提高土体的承载能力。
常见的方法包括土壤稳定剂、灌浆加固、土钉墙等。
9. 矿产资源开采：矿产资源开采是指对地下矿物资源进行开采，包括金属矿、化学矿、煤炭等。
矿产资源开采对环境和生态造成的影响非常大。
10. 地质灾害：地质灾害是由地质因素引起的自然灾害，包括地震、滑坡、泥石流、崩塌等。
土木工程师需要考虑地质灾害对工程的影响，并采取相应的防护措施。
土的组成和结构、构造
成都粘土-2004/03/10
Photo © Xu Zemin
1.6 cm
成都粘土中的钙质结核-2004/03/10
Photo © Xu Zemin
成都粘土-2004/03/10
Photo © Xu Zemin
过渡类型-hybrid
四川 松潘 川主寺
卵石土 卵石质砂土
狭义碎石土-四川康定
Photo © Xu Zemin
砂土-金沙江攀枝花段-2004/11/28
砂土
Photo © Xu Zemin
砂土-金沙江攀枝花段-2004/11/28
Photo © Xu Zemin
粉土-四川松潘
粉土
Photo © Xu Zemin
EXAMPLE 1
粘土
滇池盆地 淤泥质(有机质)粘土
对于直径在0.075 mm以上的粒组（粗 粒 土 ） ， 可 以 用 筛 分 法 测 定 ； 对 于 0.075 mm以下的粉粒和粘粒（无法做筛子）， 可以用比重计法或移液管法测定。
筛子孔洞：20 2 0.5 0.25 0.1 0.075 mm
Photo © Xu Zemin
Photo © Xu Zemin
2007/07/12－昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂） 人工填土
Photo © Xu Zemin
2007/07/12－昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）
Photo © Xu Zemin
2007/07/12－昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）
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EXAMPLE 2 云南红（粘）土
易透水，无粘性，无塑性，干燥时松 散；毛细作用弱
透水性较弱，湿时稍有粘性，无塑性 和膨胀性；饱和时易流动；毛细上升 高度大；湿土震动时有水析现象 透水性差；湿时有粘性、可塑；遇水 膨胀、干时收缩；毛细上升高度大
土木工程地质知识点
土木工程地质知识点1.土壤和岩石的分类和性质：-土壤：根据颗粒大小和颗粒组成的不同，可将土壤分为砂、粉砂、粉土、粘土等不同类型。
土壤的性质包括颗粒分布、含水量、孔隙度、密实度、压缩性等，这些性质直接影响土壤的工程行为。
-岩石：岩石根据成因和结构可分为火成岩、沉积岩和变质岩。
岩石的性质包括密度、强度、溶解性、破碎性等，这些性质直接影响岩石的工程行为。
2.地层和地质构造：-地层：地层是指地壳中不同年龄和性质的岩石和土壤层。
根据地质历史，地层可分为不同的层序，如砾石层、沙层、泥层等。
地层的特征对土木工程设计和地质灾害评估非常重要。
-地质构造：地质构造是地壳中的断裂、褶皱、隆起和下陷等变形现象。
常见的地质构造有断层、褶皱、岩浆活动等。
地质构造的研究对地理勘察和工程设计具有重要意义。
3.土壤和岩石力学特性：-孔隙水压力：土壤和岩石中的孔隙水会影响力学特性，特别是承载力和压缩性。
孔隙水压力的分布和变化会导致土壤和岩石的变形和破坏。
-滑动面和剪切强度：土壤和岩石的滑动面是导致坡面崩塌、边坡滑塌等地质灾害的主要因素。
土壤和岩石的剪切强度是决定滑动面稳定性的重要参数。
-岩土抗剪强度：土壤和岩石的抗剪强度是土木工程设计、边坡稳定性和基础设计的重要指标。
抗剪强度与土壤和岩石的物理特性和微观结构密切相关。
4.地质灾害和地质工程：-边坡稳定性：地质构造、地层和水文条件是边坡稳定性的主要影响因素。
通过地质勘察和数值模拟，可以评估并采取相应的设计和施工措施，以确保边坡的安全性。
-岩石和土壤的涌水问题：地下水的涌入会导致地下结构和基础的损坏。
通过地质勘测和防水措施，可以减少涌水带来的影响。
-地震作用：地震会对土木工程结构造成破坏。
通过地震勘测和地震设计，可以降低地震作用对工程的危害。
总之，土木工程地质知识点包括土壤和岩石的分类和性质、地层和构造、土壤和岩石力学特性，以及地质灾害和地质工程等内容。
了解和掌握这些知识点对于土木工程设计、施工和管理都具有重要意义。
工程地质课件 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：
4-岩土的工程性质
透水性:
岩石允许水透过的性能。用渗透系数衡量。
软化性:
岩石浸水后强度降低的性能。用软化系数衡量。 软化系数=岩石饱水状态的抗压强度/岩石干燥状态 的抗压强度
通常认为，岩石软化系数> 0.75，软化性弱，抗水、 抗风化和抗冻性能强；软化系数 <0.75 ，工程地质 性质较差。
抗冻性
岩石抵抗冻融破坏的性能。用强度损失率和重量 损失率表示岩石的抗冻性能。
胶结物的成分： 硅 质 胶 结 （ 170MPa ） > 钙 质 > 铁 质 〉 泥 质 胶 结 （80MPa） 。
胶结形式：
基底胶结：强度和稳定性完全取决于胶结物。
孔隙胶结：强度与碎屑和胶结物的成分都有关。 接触胶结：一般孔隙度大、容重小、吸水率高、易透 水，强度低。
构造： 构造反映矿物分布的不均匀性，如变质岩的 片理构造，使岩石的物理力学性质在局部发生 很大变化。岩石受力破坏和岩石遭受风化，首 先都是从岩石的这些缺陷中开始发生的。
强度损失率:饱和岩石在一定负温度(一般为-25°C) 条件下，冻融一定次数 (一般为10～25次，有的要求 冻融100～200次或更高)，冻融前后的抗压强度之差 与冻融前抗压强度的比值。
重量损失率:在上述条件下，冻融前后干试样重量 之差与冻融前干试样重量的比值，以百分数表示。
力学性质
岩石、土在各种静力、动力作用下所表现的性质。 岩石、土在应力作用下，首先发生变形，然后破坏。 力学性质包括变形和强度两方面。
岩浆岩 侵入岩：
岩浆在地下缓慢冷凝结晶生成的，矿物结晶良好， 颗粒之间连接牢固，多呈块状构造。
因此，侵入岩孔隙度低、抗水性强、力学强度及 弹性模量高，具有较好的工程性质。 从矿物上看多石英、长石、角闪石及辉石的含量 越多，岩石强度越高，云母含量增加使岩石强度降低。 从结构上看，晶粒均匀细小的岩石强度高，粗粒 结构及斑状结构岩石强度相对较低。
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
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2. 分类：
黄 土 膨 胀 土 软 土 冻 土 红 粘 土 盐 渍 土
填 土
第三节 岩石、土的工程性质
2、按颗粒级配分类（按不同粒级的含量分类）
漂石土、块石土：＞200mm的颗粒＞50％
碎石类土: 卵石土、碎石土：＞20mm的颗粒＞50％
圆砾土、角砾土：＞2mm的颗粒＞50％
砾砂：＞2mm的颗粒占25－50％
砂类土：中 粗砂 砂： ：＞ ＞00..255mmmm的的颗颗粒粒＞＞550％ 0％
细砂：＞0.075mm的颗粒＞85％
粉砂：＞0.075mm的颗粒＞50％
粉土：＞0.075mm的颗粒＜50％，塑性指IP 10
粘
土：粉 粘质 土粘 ：I土P＞： 1107＜I
P
17
第三节 岩石、土的工程性质
备注：液限：土从流动状态变为可塑状态的界限含水量。
WL 塑限：土从可塑状态变为半固体状态的界限含水
第三节 岩石、土的工程性质
一. 按岩石坚硬程度分类 坚硬岩 较坚硬岩
Rc：＞60MPa 60-30MPa
较软岩 软岩
30-15MPa 15-5MPa
极软岩
<5MPa
二. 岩土按施工工程分级（铁路部门）
I II
III IV V VI
坚石 次坚石 软石 硬土 普通 土松土
三. 岩体按结构分类 整体块状结构 层状结构 碎裂状结构 散体结构
第三节 岩石、土的工程性质
四. 土的分类 （一）一般土分类（土的颗粒分组及按颗粒级配分类）
1. 颗粒分组（又叫粒组）：
漂石、块石：＞200mm 卵石、碎石：＝20－200mm 圆砾、角砾： 2 20mm 砂： 0.075 2mm 粉砂： 0.005 0.075mm
粘粒：＜0.005mm
量。（目前用搓条法确定塑限）。WP 塑性指数：是液限和塑限的差值。表示土处在可
塑状态的含水量变化范围。
漂石土
卵石土
碎石土
角砾土
粘性土
粘性土
第三节 岩石、土的工程性质
（二）土的成因分类： （三）特殊土分类
残积土 坡积和崩积土 洪积土 冲积土 瘀积土 风积土
1. 定义：指按区域性分布 的，具有某种特