4 土的工程性质与分类

4.5 土的工程分类
2. 土的工程分类应遵循的原则
1）工程特性差异性的原则。即分类应综合考虑 土的各种主要工程特性（强度与变形特性 等），用影响土的工程特性的主要因素作为 分类的依据。
2）以成因、地质年代为基础的原则。土的工程 性质受土的成因（包括形成环境）与形成年 代控制。
3）分类指标便于测定的原则，即采用的分类指 标，要既能综合反映土的基本工程特性，又 要测定方法简便。
塑性
界限含水率 塑性指数IP= wL-wP
液性指数IL=（w-wP)/IP
4.4 土的物理力学特性及指标
4. 土的压缩特性及指标 建筑物沉降——地基压缩
压缩曲线
压缩试验
压缩模量Es 压缩系数a 压缩指数Cc
4.4 土的物理力学特性及指标
5. 土的剪切特性-变形与强度 地基承载力——土的强度
强度曲线
工程地质学 Engineering Geology
第4章 土的工程性质与分类
4.1 概述 4.2 土的组成 4.3 土的结构、构造 4.4 土的物理力学特性及指标 4.5 土的工程分类 4.6 土的成因类型特征 4.7 特殊土的主要工程性质
4.1 概述
土的定义 是连续、坚固的岩石在风化作用下形成
土的比表面一般用单位体积所有土粒的总表 面积表示。由于土粒大小不同而造成比表面数值 上的巨大变化，必然导致土的性质的突变。 2）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。
4.2 土的组成
5. 粒度分析及其成果表示
土的粒度成分的测定方法：是通过土的粒度 分析（亦称颗粒分析）试验测定的。对于粒径 大于0.075mm的粗粒土，可用筛分法测定。粒径 小于0.075mm的粉粒和粘粒难以筛分，一般可以 根据土粒在水中匀速下沉时的速度与粒径的理 论关系，用比重计法或移液管法（见土工试验 有关书籍）测得颗粒级配。
沉积相：沉积环境及其在该环境中形成的沉积物的特 征的统称。
（1）残积土（Q-el）:
岩石风化后未被搬运而 残留在原地的松散岩屑 和土形成的堆积物.
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（2）坡积土（Q-dl）：经雨雪水洗刷、剥蚀、搬运， 及土粒在重力作用下顺着山坡逐渐移动形成的堆积物， 一般分布在坡腰上或坡脚下，上部与残积土相接。 具分选现象：下部多为碎石、 角砾土，上部多为粘性土； 土质（成分、结构）上下不 均一，结构疏松，压缩性高， 土层厚度变化大。
2）砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50 ％，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重 50％的土。根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、 细砂和粉砂。
3）粉土：粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重50 ％，且塑性指数小于或等于10的土。根据颗粒 级配（粘粒含量）分为砂质粉土和粘质粉土。
4）粘性土：塑性指数大于10的土。根据塑性指数 分为粉质粘土和粘土。
不均匀系数Cu d60与d10之比值反映颗粒级配的不
均匀程度称为不均匀系数Cu ： Cu=d60/d10
工程上把Cu＜5的上看作是均匀的； Cu＞10的土则是不均匀的，即级配良好。
4.2 土的组成
曲率系数（Cc）
用于来说明累积曲线的弯曲情况，从而分析 评述土粒度成分的组合特征：
Cc = d302/（d10 ·d60）
非结合水 液态水
气态水 重力水
4.2 土的组成
c.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。
4.3 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，在较大程度上还与诸如土的 粒间连结性质和强度；层理特点；裂隙发 育程度和方向以及土质的其他均匀性特征 等土体的天然结构和构造因素有关。
4.5 土的工程分类
3. 我国土的工程分类
（1）土按堆积年代可划分 老堆积土
第四纪晚更新世Q3及其以前堆积的土层， 一般呈超固结状态，具有较高的结构强度； 一般堆积土
第四纪全新世（文化期以前Q4）堆积上层； 新近堆积土
文化期以来新近堆积的上层Q4，一般呈欠 压密状态，结构强度较低。
4.5 土的工程分类
颗粒分析试验成果表示：可以绘制如图所示 的颗粒级配累积曲线。
4.2 土的组成
4.2 土的组成
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。
4.2 土的组成
（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。 （3）土根据有机质含量分
可分为无机土、有机质土、泥炭质土 和泥炭。
4.5 土的工程分类
（4）土按颗粒级配和塑性指数分
1）碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50 ％的土。
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。
4.2 土的组成
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。
4.5 土的工程分类
（5）特殊类土
具有一定分布区域或工程意义上具 有特殊成分、状态和结构特征的土称为 特殊性土，规范分为湿陷性土、红粘土、 软土（包括淤泥和淤泥质土）、混合土、 填土、多年冻土、膨胀土、盐渍土、污 染土。
4.6 土的成因类型特征
沉积环境:指沉积过程中自然地理条件、气候状况、搬 运动力类型和强度等。
砂性土所特有，对土的工程性质影响主要 在于其松密程度。
集合体结构，也称团聚结构或絮凝结 构。这类结构为粘性土所特有。
4.3 土的结构、构造
单粒结构特点
1）具有单粒结构的碎石土和砂土，虽然孔隙比较 小，而孔隙大，透水性强，土粒间一般没有内 聚力，但土粒相互依靠支承，内摩擦力大，并 且受压力时土体积变化较小。
性质及其对土的工程性质影响不同，分为 以下四大类别：
（1）原生矿物； （2）不溶于水的次生矿物（以粘土矿
物和硅、铝氧化物为主）； （3）可溶盐类及易分解的矿物； （4）有机质。
4.2 土的组成
b.土中水
在自然条件下，土中总是含水的。在一般粘 性土，特别是饱和软粘性土，土中水的体积常占 据整个土体相当大的比例（一般为50％～60％， 甚至高达80%）。研究土中水，必须明确有关土 中水的如下概念：
砂粒:Biblioteka 2mm＞d ＞0.075mm;
粉粒:
0.075mm＞d ＞0.005mm;
粘粒:
d＜ 0.005mm 。
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4.2 土的组成
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； ➢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
（3）洪积土（Q-pl）：
由暂时性洪流，将山区 高地的碎屑物质携带至 沟口或平缓地带堆积形 成的土。
1. 三相及三相比例指标
颗粒相对密度ds 重度γ 干重度γd，饱和重度γsat, 浮重度（有效重度γ’） 含水率（含水量）w 饱和度Sr 孔隙比e和孔隙率n
4.4 土的物理力学特性及指标
2. 决定无粘性土力学特性的因素及指标
紧密状态
孔隙比e 相对密度Dr
4.4 土的物理力学特性及指标
3. 决定粘性土力学特性的因素及指标
的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同 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。
4.2 土的组成
a.固体颗粒 在土的三相组成物质中，固体颗粒
（以下简称土粒）是土最主要的物质成分。 土的工程性质主要取决于组成土的土
4.3 土的结构、构造
土的构造特点 （1）对于碎石土，粗石状构造和假斑状构
造是最普遍的； （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。 （3）在粘性土中，常见有层状、显微层状 构造及各种裂隙、节理构造。
4.3 土的结构、构造
4.3 土的结构、构造
4.4 土的物理力学特性及指标
直剪试验
强度理论
= c +tg()
4.5 土的工程分类
1. 土的工程分类的目的
1）根据土类，可以大致判断土的基本工程特 性，并结合其他因素评价地基土的承载力、 抗渗流与抗冲刷稳定性，在振动作用下的 可液化性以及作为建筑材料的适宜性等；
2）根据土类，可以合理确定不同上的研究内 容与方法；
3）当土的性质不能满足工程要求时，也需根 据土类（结合工程特点）确定相应的改良 与处理方法。
（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。
4.2 土的组成
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。
4.2 土的组成
强结合水
土
结合水
中
弱结合水
水
土中水
分
固态水
类
毛细水
4.3 土的结构、构造
a.土的结构 是指土颗粒本身的特点和颗粒问相