第四章 土的工程性质与分类

洪积物以碎屑为主，洪积扇的不同部位组成的 差异：
A 地下水深埋带 ◆地下水位深 ◆颗粒较大（砾石或粗砂） ◆低压缩和高承载力，良好地基 ◆ 磨圆度低 B 地下水溢出带 ◆砂性土和黏性土交错分布，透水性不同 ◆地下水埋藏浅，不利于工程 C 周期性干湿循环带 ◆多分布黏性土 ◆成分均匀，厚度大，良好地基
1、土按照堆积年代划 分
老堆积土 一般堆积土
新近堆积土
二、土的工程分类
2、土根据地质成因划 分 残积土 坡积土 洪积土 冲积土 湖积土 海积土 冰积土 风积土
二、土的工程分类
3、土根据有机质含量划分
无机土
有机质土 泥炭质土
泥炭
二、土的工程分类
4、特殊性土 湿陷性土 红粘土 软土（淤泥和淤泥质土） 填土 多年冻土 膨胀土 盐渍土
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
特点：颗粒细，常含大量有机质。通常存在较厚的淤泥、泥 炭、压缩性高，强度低，为不良地基
二、湿陷性黄土
在一定压力作用 （自重压力或自重 压力与附加压力共 同作用下）下受水 浸湿，土结构迅速 破坏而发生显著附 加下沉，具有这种 特性的黄土，叫湿 陷性黄土。
湿陷性黄土 被冲刷后
二、湿陷性黄土
目前国内常用的处理方法：
强夯法
换土垫层法 土（或灰土或水泥土）桩挤密法
预浸法
深基础或桩基础
三、红黏土
物理风化 化学风化 生物风化
次生矿物 有 机 质
粘性土
动植物的活动
土在工程上的作用
1. 作为建筑物的地基； 2. 作为建筑材料；
3. 作为建筑物周围的介质环境；
图 3-1 地基、基础和上部结构示意图 B-基础宽度；D-基础砌置深度
土用作地下硐室的建筑环境
土用作路基材料
土的三相组成
固相 + 液相 + 气相
洪积扇相接形成洪积裙
洪积土 特征：
●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。 ●（因历次洪水能量不同，堆积下来 的物质也不同）常具有不规则粗细颗粒交 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。
工程地质
第四章
土的工程性质 及分类
土的形成过程
地表岩石破坏 搬运 沉积
土：岩石经过风化、剥蚀、搬运然后沉积下来的
松散堆积物。
土：覆盖在地表的没有胶结或者弱胶结的颗粒堆积物
风化、搬运、沉积
地质成岩作用
岩石
土
风化
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的 影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动 母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的 过程中因碰撞和摩擦而破碎 作用而改变其矿物的化学成分，形成 新的矿物 量变 无粘性土 原生矿物 质变
由河流的流水作用将碎屑物质搬运到 河谷中坡降平缓的地段堆积而成的土体。
河床相 形 成 条 件 河漫滩相 牛轭湖相 河口三角 洲相
冲积土
河床相：主要分布在河床地带，其次是阶地上。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。 河漫滩相：洪水期河水满溢河床两侧，携带碎屑物质堆积而成。 覆盖在河床相冲积土上，常形成为上下两层的“二元结构”， 下层粗颗粒土，上层为细粒土或粉土、粘土。作为建筑物地基， 注意其软弱夹层。
湖泊沉积物
湖边沉积物
湖心沉积物
湖边沉积物
湖积土
湖心沉积物
湖边沉积物：是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边
沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾 和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和黏性土。具有明显 的斜层理构造，近岸带土的承载力高，远岸则带差些。
湖心沉积物：是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心
一、软土
泛指淤泥及淤泥质土。
形成条件和成分特点：
淤泥类土是指在水流缓慢、不通畅、缺氧和 饱水的环境中沉积，有微生物参与作用的条 件下，含较多的有机质，疏松软弱的土。
一、软土
软土处理：
排水固结 换土垫层法 深层搅拌法
二、湿陷性黄土
黄土：
黄土是第四纪干旱和半干旱气候条 件下形成的一种特殊沉积物。 颜色：黄色、淡黄色或褐黄色 分布: 我国西北 及华北地区,面 积约63万km2。
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
一、土的粒度划分
粒度
粒组
粒径 界限粒径
土的粒组划分
粒组 统称 粒组名称 漂石（块石）粒 卵石（碎石）粒 砾粒 粗粒 砂粒 粗砾 细砾 粒径d范围 （mm） d>200 60<d≤200 20<d≤60 2<d≤20 筛 分 法 分析方法 直接测定 透水性很大，压缩性极 小，颗粒间无粘结，无 毛细性。 主 要 特 征
五、填土
填土的工程分类： 3、冲填土
由水力充填泥沙形成的沉积土。
①冲填土的颗粒组成和分布规律与所充填泥沙的来源及充填时 的水力条件有着密切的关系；多数情况下，充填的物质为 粘土和粉砂；在冲填入口，沉积的土粒粗，顺出口方向变 细；纵横方向上不均匀，土层多呈透镜体状或薄层状构造。 ②冲填土的含水量大，透水性较弱，排水固结差，一般呈软塑 或流塑状态。 ③冲填土一般比同类沉积饱和土的强度低，压缩性高。
工程特性：
1. 高塑性，含黏粒及粉粒为主； 2. 低含水量，呈坚硬－硬塑状态；
3. 孔隙比小，密度大；
4. 具膨胀力,自由膨胀量>40%； 5. 天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂 隙发育,稳定性差。浸水后或被扰动时,强度骤然 降低。
四、膨胀土
对工程影响
因外墙地基土收缩 造成房屋开裂
外墙地基土收缩 基础向外扭转 墙体产生水平裂缝
1、性质很不均匀，分布和厚度变化上缺乏规律性；
2、物质成分异常复杂。有天然土颗粒，有砖瓦碎片 和石块，以及人类活动和生产所抛弃的各种垃圾；
3、是一种欠压密土，一般具有较高的压缩性，孔隙 比很大。 4、往往具有浸水湿陷性。
五、填土
填土的工程分类： 素填土 杂填土 冲填土
五、填土
填土的工程分类： 1、素填土
地质评价：在山坡的残积物分布地段，修筑建筑物注意不均匀 沉降和土坡稳定性问题。
坡积土
经雨雪水的细水片流缓慢洗刷、剥蚀， 及土粒在自重作用下顺着山坡逐渐移动形 成的堆积物。
它一般分布在平缓的坡腰上或破脚下，与残积土相接
坡积土
Байду номын сангаас
特征：
●颗粒、粒度成分有明显 分选性，颗粒从坡顶向坡脚逐 渐变细。 ●厚度变化较大，土质不 均匀（上下不均一）。斜坡较 陡地段厚度薄，坡脚地段较厚 。（结构疏松）孔隙大，压缩 性高。
巨 粒
粗砂 中砂
细砂
0.5<d≤2 0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.2 5
0.005<d≤0.0 75 d≤0.005
透水性大，压缩性小， 无粘性，有一定毛细性 。
细粒
粉粒
黏粒
透水性小，压缩性中等 ，毛细上升高度大，微 静水沉降 粘性。 原理 透水性极弱，压缩性变 化大，具粘性和可塑性
二、土的工程分类
沿水平方向：地势高处，天然含水量、孔隙比、压缩性
均较低，强度高。地势低处，则相反；
裂隙对红粘土强度和稳定性影响：裂隙破坏了土体的
整体性和连续性，使土体强度显著降低，土体沿裂隙面成 脆性破坏。
三、红黏土
红黏土地基评价：
• 红黏土的表层，为良好地基。可充分利用其作为天然地基 持力层，基础宜尽量浅埋。 • 红黏土的底层，接近下卧基岩面附近，尤其在基岩面低洼 处，因地下水积聚，常呈软塑－流塑状态，强度低，压缩 性高，容易引起地基不均匀沉降。应注意查清基岩面起伏 状况，并进行必要的处理。 • 红黏土强度高，压缩性低，对于一般建筑物，地基承载 力由强度控制，不考虑地基变形；但由于有些地方的红 黏土厚度和性质很不均匀，从而容易形成很大沉降差， 基础设计时以变形作为控制依据。 • 考虑红粘土物理性质指标的垂直向变化，划分土质单元、 分层统计、确定设计参数、按多层地基进行计算
后沉积形成，主要是黏土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄 层，土的压缩性高，强度低。
沼泽土：湖泊逐渐淤塞，则可演变为沼泽，沼泽沉积
土称为沼泽土。主要由半腐烂的植物残体——泥炭组成， 含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。
海洋沉积物
海积土：
滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高，
透水性较大。
浅海沉积物：主要由细粒砂土、黏性土、淤泥和生物化
红黏土是指碳酸盐类岩石（石灰岩， 白云岩，泥质灰岩等），在亚热带温 湿气候条件下，经风化而成的残积或 坡积的褐红色、棕红色或黄褐色的高 塑性黏土。
三、红黏土
主要分布：云南、 贵州、广西、安徽、 四川东部等。
三、红黏土
物理力学性质变化范围及其规律：
沿深度方向：随着深度的加大，其天然含水量、孔隙比
和压缩性有较大提高，状态由坚硬、硬塑变为可塑、软塑、 流塑状态，强度大大降低；
由碎石、砂土、粉土或粘性土等一种或几种材料组 成的填土，其中不含杂质或杂质很少。
压实或堆填时间较长的素填土可以作为一般建筑物的天然地基
五、填土
填土的工程分类： 2、杂填土
含有大量杂物的填土。
以生活垃圾和腐蚀性及易变性工业废料为主要成分的杂填土 一般不宜作为建筑物地基，以建筑垃圾或一般工业肥料 主要组成的杂填土，适当措施处理后可作为一般建筑物 地基。
地质评价：修筑建筑物，注意不均匀沉降和地基稳定性问题。
坡积土
坡 脚 倒 石 堆 （ 锥 ）
地貌上称 为坡积裙
坡 积 物
洪积土
由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时 性山洪急流带来的碎屑物质在山沟的出口 处或山前倾斜平原堆积形成的土体。
洪积土
洪积扇
由山口向外，碎屑物由粗的，棱角状 逐渐过渡到细的砂土、粘性土。
最常见的是风成砂和风成黄土
风积土
沙丘
沙波纹
黄土高原
§ 4.5 特殊土的主要工程性质
特殊土的种类有：
沿海及内陆静水沉积的淤泥类软土
南方和中南地区的膨胀土 西南亚热带湿热气候条件下的红黏土 西北、华北干旱气候区的黄土 西北、华北干旱气候区的盐渍土 高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土 各地人类工程活动的人工填土
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。
四、膨胀土
对工程影响
湖南某高架灌渠支墩因膨胀土地基而倾斜
五、填土
填土是一定的地质、地貌和社会历史 条件下，由于人类活动而堆填的土。
在我国大多数古老城市的地 表面，普遍覆盖一层人工杂 填土堆积层。这种填土无论 其物质组成，分布特征和工 程性质均相当复杂，且具有 地区性特点。
五、填土
人工填土的工程性质与天然沉积土比较 有很大不同：
二、土的工程分类
5、土按照颗粒级配和塑性指数划分
碎石土 砂土 粉土
粘性土
土的主要成因类型
残积土
岩石经风化后未被搬运而残留于原地的 碎屑物质所组成的土体。
残积土
母岩
残积土 特征：
●颗粒大小不一，棱角明显； 无层理构造，孔隙度大。 ●与基岩（母岩）之间没有明 显界限；和母岩在成分上有直接的关 系（过渡）。 ●粒度成分和矿物成分受气候和 母岩岩性的控制。其发育情况还和地 形有关。孔隙度↑、强度↓、压缩性 ↑，均质性差，但具有一定的结构强 度。
学沉积物组成。离海岸越近，颗粒越粗；离海岸越远，颗 粒越细。层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度 低。
陆坡沉积物：主要是有机质软泥，成分均一。 深海沉积物：主要是有机质软泥。
海积土
冰积土
由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物。颗粒粒径变 化较大，土质也不均匀。
风积土
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。
四、膨胀土
膨胀土是指含有大量的强亲水性矿物成 分，同时具有显著的吸水膨胀和失水收 缩且胀缩变形往复可逆的高塑性黏土。
四、膨胀土
膨胀土地基上的房屋开裂
因外墙基土收缩、基础向外扭转， 墙体呈水平裂缝
主要分布：全国。云南、 广西、贵州、湖北最具 代表性。一般位于山前 丘陵地区或河谷高阶地 上。
四、膨胀土
A
B
C
洪积土
洪积物与坡积物的区别：
①由于坡积物来自附近山坡，所以坡积物一
般比洪积物成分更单纯；
②片流动力弱而不稳定，故坡积物的分选性 比洪积物差；
③坡积物比洪积物的磨圆度低，砾石的棱角
较明显； ④坡积物多分布于坡麓，构成坡积裙地貌， 而洪积物分布于谷口形成洪积扇地貌。
残积物、坡积物与洪积物
冲积土