地基土的工程分类方法及特点研究

1、天 津 大 学 网 络 教 育 学 院专科毕业论文题目：地基土的工程分类方法及特点研究完成期限：2011年 9月 10日 至 2011年 12月 10日学 习 中 心 本部教学七部 年 级2009级专 业 建筑工程技术 指 导 教 师 林建桃 姓 名 朱臻臻 学 号101105423001 摘 要工业与民用建筑地基基础设计规范(TJ7一74)中，地基土的分类是从地基设计的需要出发，以有利于判别和评价地基土的工程性质为目的而进行的。但是由于地基基础领域是土木工程中非常活跃的领域，也是非常有挑战性的领域，现代土木工程对复杂的工程地质情况要求日益严格。地基基础选择恰当与否，关系到整个工程的质量、投资

2、和进度。故对地基土进行研究有重大的经济意义和社会意义。本文针对地基土复杂多变、区域性强、处理复杂等特点，针对不同地质情况，根据地基土(岩)层的形成年代，首先对地基土分类的必要性和依据进行了分析；其次是详细分析了地基土的工程分类，在此基础上对地基土的工程特点进一步剖析了地质问题。 关键词：工程性能；地质条件；地基土；工程分类地基土的工程分类方法及特点研究一、研究背景（一）地基土的分类的必要性关于土的物理性质，已知土的颗粒大小不同，例如砂土和粘性土，它们的工程性质很不相同。自然界的土，往往是各种不同大小粒组成的混合物。在建筑工程的勘察、设计与施工中，需要对组成地基土的混合物进行分析、计算与评价。对

3、地基土进行工程分类的目的是为判别土的工程特性和评价土作为建筑材料的适宜性。把工程性质接近的土分成一类，以便对土作出合理的评价，选择正确的对土的研究方法。因此，必须选择对土的工程性质最有影响，最能反映土的基本属性、便于测定的指标作为分类的依据。所以，对地基土进行科学地分类与定名，是非常有必要的。（二）地基土的分类依据地基土的分类方法很多，我国不同部门根据其用途对土采用各自的分类方法。土作为承受建筑荷载的地基，它的工程性质和力学性能是地基土分类的最主要的依据。岩石是指颗粒间牢固联结，是整体或局部有节理、裂隙的岩体，作为建筑场地和建筑地基，可按下列原则分类：（1） 按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。

4、（2） 根据坚固性分为硬质岩和软质岩石。（3） 根据风化程度分为微风化、中等风化和强风化。（4） 按软化系数KR分为软化岩石和不软化岩石。KR为饱和状态与风干状态的岩石单轴极限抗压强度之比，KR0.75为软化岩石，KR0.75为不软化岩石1。作为建筑场地和建筑特地基的土的分类，一般可按下列原则进行：（1） 根据沉积年代可分为老沉积土（第四纪晚更新世Q3及以前沉积的土，距今约15万年）、一般沉积土（第四纪全新世Q4文化期以前积的土、距今约2.5万年）和新沉积的土（Q4文化期以来新近沉积的土，距今约2.5万年）。（2） 根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土和冲积土等。（3） 根据有机质含量可分

5、为无机土、有机土、泥炭质土和泥浆。（4） 根据颗粒级配或塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。（5） 根据土的工程特性可分为一般土和特殊土。二、地基土的工程分类（一）岩石的工程分类1、岩石的定义 颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理、裂隙的岩体称为岩石。岩石是整体地壳的组成部分非经搬运后的一块巨石。2、岩石的分类岩石的工程分类主要是依据岩体的工程性状，包括岩石的坚硬程度和岩体的完整程度。岩石的坚硬程度直接与地基的强度和变形性质有关，而岩体的完整性反映了它的裂隙性、破碎程度。它们对岩石强度和稳定性影响很大，尤其是对边坡和基坑工程更为突出。（1） 按坚固性分 硬质岩石凡新鲜岩石的饱和单轴极限抗压强

6、度fr30Mpa者，为硬质岩石，比如花岗岩等。 软质岩石 凡新鲜岩石的饱和单轴极限抗压强度fr30Mpa者，为软质岩石，比如页岩、粘土岩石等2。（2） 按风化程度分 微风化 岩质新鲜，表面稍有风化迹象，锤击声清脆，并感觉锤有弹跳，裂隙少，岩块大于50cm，镐不能挖掘，岩芯呈圆柱状。 中等风化岩石的结构、构造清楚。岩体层理清晰，锤击声清脆，微有弹跳感。裂隙较发育，岩块为20-50cm ，裂隙中填充少量风化物。有镐难挖掘，岩芯柱状分裂，但可拼成圆柱状。 强风化岩石结构、构造及岩体层理都不甚清晰。矿物成分已显著变化，有次生矿物。锤击为空壳声，碎块用手易折断，裂隙发育，岩块为2-20cm,用镐可以挖掘

7、。岩芯柱破碎，不能拼成圆柱状。（二）碎石土的工程分类1、碎石的定义碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%的土。2、碎石的分类碎石土根据粒组含量及颗粒形状分为漂石、卵石或碎石、圆砾或角砾。漂石和块石的粒径大于200mm的颗粒含量超过全重的50%,漂石主要是以圆形及亚圆形为主，块石主要是以棱角形为主。卵石与碎石的粒径大于20mm的颗粒含量超过全重的50%，卵石主要是以圆形及亚圆形为主，碎石主要是以棱角形为主。圆砾与角砾的粒径大于20mm的颗粒含量超过全重的50%，圆砾主要是以圆形及亚圆形为主，角砾主要是以棱角形为主3。（三）砂土的工程分类1、砂土的定义砂土是指粒径d大于2mm的颗粒含量

8、不超过全重的50%，且大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土称为砂土。2、砂土的分类根据土的粒径级配各粒组含量分类按照土的粒径由大到小可以分为5种砂土，即砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。 砾砂的粒径d2mm的颗粒占总质量的25-50%; 粗砂的粒径d0.5mm的颗粒占总质量的50%; 中砂的粒径d0.25mm的颗粒占总质量的50%; 细砂的粒径d0.075mm的颗粒占总质量的85%; 粉砂的粒径d0.075mm的颗粒占总质量的50%;（四）粉土的工程分类1、粉土的定义粉土是指塑性指数IP小于等于10，且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%的土。必要时可根据颗粒级配分为砂质粉土（

9、粒径小于0.005mm的颗粒不超过全重的10%）和黏质粉土（粒径小于0.005mm的颗粒超过全重的50%）。前面所提到的砂粒、粉粒、黏粒三个粒组差别是很明显的。自然界中的土体，一般是这三种粒组的混合体。当其中某种粒组占主要分量时，则土体即显示出那种粒组的特性。粉土中0.05-0.1mm和0.005-0.05mm的颗粒占绝大多数，其水与土粒间的作用明显不同于黏性土和砂土，主要表现“粉粒”的特性。当含水率接近饱和时，将土捏成土团，放在手掌上颤动，土中水迅速渗出土面，并呈现光泽。野外可用这种方法进行鉴别。粉土有搓条法测定塑限时，一般较困难4。2、粉土的分类国家标准中，粉土的性质介于砂土和粘性土之间，

10、新列为一大类。若干省市的规范中，将粉土细分为砂质粉土与粘质粉土两种。例如果，北京市标准：IP7，称为砂质粉土；7IP10,称为粘质粉土；又如上海市标准：粒径 d0.005mm的颗粒含量小于等于全重的10%，定为砂质粉土；d0.005mm的颗粒含量超过全重的10%，小于等于全重的15%，称为粘质粉土，有的省市则称粉土为粉性土。从粉土的密实度上讲，粉土的密实度以孔隙比为划分标准：e0.90,为稍密；0.90e0.75,为中密；e0.75为密实。（五）粘性土的工程分类1、粘性土的定义粘性土是指塑性指数IP10的土。2、粘性土的分类粘性土的工程性质与土的成因、生成年代的关系很密切。不同成因或不同生成年

11、代的粘性圭即使某些物理性质指标很接近，但其工程性质可能相差悬殊。因此粘性土应按塑性指数和生成年代进行分类。（1） 粘性土按塑性指数分类因为塑性指数反映了土体具有可塑性的变化范围，塑性指数IP越大，土中细粒含量越多，因此可按塑性指数IP的大小，将粘性土分为粘土和粉质粘土两大类。粘性土按液性指数IL分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑状态。（2） 粘性土按形成年代分类按形成年代，可分为老粘性土、一般粘性土和新沉积的粘性土。老粘性土距今约15万年第四纪晚更新世（Q3）及以前沉积的粘性土。因沉积年代久远，在自重压力作用及周围环境的影响下，工程性质较好，具有较低的压缩性和较高的强度。一般粘性土一般粘性土是距

12、今约2.5万年第四纪全新世（Q4）以前沉积的粘性土，分布最广，工程性质变化大，工程中最常遇到。新近沉积的粘性土新近沉积的粘性土是指距今2.5万年文化期以来新沉积的粘性土，这类土体一般在自重应力作用下还未完全固结，其强度较低，压缩性较大。按一般的规律，沉积年代越久，土的压缩性越低而强度越高，但是由于土体的矿物成分、成因和生成环境等因素的不同，时常出现例外情况，因此在进行地基基础设计时，一定要根据当地的工程设计经验，做具体的分析。（六）特殊土1、人工填土人工填土是指由于人类活动而堆填的土。这类土物质成分复杂，均匀性差。根据其物质成分和堆填方式，填土可分为以下三类：（1） 素填土：由碎石、砂土或粉土

13、、粘性土等组成的填土，不含杂质或含杂质很少。按主要成分又可细分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土和粘性素填土。经分层压实的填土为压实填土。（2） 杂填土：由含有大量生活垃圾、建筑及工业垃圾等杂物堆填而成的土。按主要成分又可细分为生活垃圾土、建筑垃圾土和工业垃圾土。（3） 冲填土：由水力冲填泥沙形成的土。工程中遇到的人工填土，各地均不相同。在古城区同到的人工填土，一般都保留着人类活动的遗物或古建筑的碎砖瓦砾灰渣等。山区建设和新城区、新开发区建设中遇到的人工填土，一般填土的时间较短。城市市区遇到的人工填土常会发现不少炉渣、生活垃圾及建筑等杂填土。2、软土软土是指沿海的滨海相、溺谷相、内陆或山区的

14、河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的高压缩性、高含水率、大孔隙比、低强度的土层。包括淤泥、淤泥质土。这类土大多具有高灵敏度的特性。淤泥和淤泥质土是工程中经常遇到的软土，这类土是在缓慢流动的水或静水中沉积而形成并已经过生特化学作用。这类土中，液性指数大于1.0，天然孔隙比小于1.5、大于等于1.0的，称为淤泥质土；液性指数大于1.0，天然孔隙比大于等于1.5的，称为淤泥。当土的有机质含量大于5%j时，称为有机质土；大于60%时称为泥炭。对于沿海地区的淤泥和淤泥质土，由于海浪的作用，常见有极薄的粉土夹层，俗称“千层饼”土。这类土的强度很低，压缩性很高，作为建筑地基，往往需要进行人工处理。3、

15、湿陷性土湿陷性土是指土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变形达到一定数值的土。湿陷性土的湿陷性可由湿陷系数衡量，即：式中：自重湿陷系数 h0试样原始高度 hz 在饱和自重压力作用下试样变形稳定后的高度 hz 在饱和自重压力作用下试样浸水湿陷变形稳定后的高度式中：湿陷系数 h1在某级压力作用下，试样变形稳定后的高度 h2在某级压力作用下，浸水湿陷变形稳定后的高度54、膨胀土 膨胀土一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物质所组成的粘性土，受温度、湿度的变化影响，可产生强烈的胀缩变形，具有失水收缩、吸水膨胀的特性。在这类地基上修建建筑物，当土体吸水膨胀时，可能由于强烈的膨胀力使建筑物发生破坏。而当土体失

16、水收缩时，可能产生大量裂隙，使土体自身强度下降或消失。除了上述几种特殊土之外，还有红粘土、次生红粘土、多年冻土、混合土、盐渍土、污染土等。三、地基土的工程特点（一）岩石微风化之后的硬质岩石，是最为优良的地基。例如美国的超高层摩尔大楼大多建造大这类由岩基上。强风化的软质岩石工程性质较差，这类地基土的承载力不如一般卵石地基承载力高。岩石的种类很多，比如，大理岩的岩面质感细致，常用来作为壁面或地板；板岩经常作为建材，建筑石板或围墙；石灰岩石油珊瑚形成的，经常被居民用以作为围墙建材，以遮蔽强烈的东北季风，以此来保护农作物；安山岩由于材质坚硬，亦常用来作为庙宇的龙珠、墙壁的石雕、墓牌、地砖等。每一种岩石

17、都有自己的用途，从而成为了优良的地基。（二）碎石土（1） 密实碎石土骨架颗粒含量大于总重的70%，呈交错排列，连续接触。锹镐挖掘困难，井壁一般较稳定。钻进极困难，冲击钻探时钻杆、吊锤跳动剧烈。这种土为优等地基。（2） 中密碎石土骨架颗粒含量等于总重的60%-70%,呈交错排列，大部分接触。镐可挖掘，井壁有掉块现象，从井壁取出大颗粒处，能保持颗粒凹面形状。钻进较困难，冲击钻探时钻杆、吊锤跳动不剧烈。这种土为优良地基土。（3） 稍密碎石土骨架颗粒含量小于总重的60%，排列混乱，大部分不接触。锹可以挖掘，井壁易坍塌，从井壁取出大颗粒后砂土立即坍落。钻进较容易，冲击钻探时钻杆稍有跳动，这种土为良好土基

18、土。常见的碎石土地，强度大，压缩性小，渗透性大，为优良的地基土。（三）砂土在建筑工程分类过程中，粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50%，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%的土，被定名为砂土。（1） 密实与中密状态的矽砂、粗砂、中砂为优良地基土；稍密状态的矽砂、粗砂、中砂为良好地基土。（2） 粉砂与细砂要具体分析：密实状态时为良好地基土；饱和疏松状态时为不良地基土。（四）粉土密实的粉土为良好地基土，饱和稍密的粉土，地震时易产生液化，因此为不良地基土。（五）粘性土粘性土指的是含粘土粒较多，透水性较小的土。压实后水稳性好，强度较高，毛细作用小。工程上应根据塑性指数分为粉质粘土和粘

19、土，塑性指数大于10，且小于等于17的土成为粉质粘土，塑性指数大于17的土成为粘土。而粘土是粘性土的典型代表，具强塑性、吸水性、膨胀性、收缩性、吸附性、冻胀性、烧结性、耐火性等特殊性质。作为建筑物地基，粘性土的承载力取决于它的天然稠度状态。其工程特点与其含水量的大小密切相关。密实硬塑的粘性土为优良地基土，疏松流塑状态的粘性土为软弱地基土。（六）人工填土人工填土是指由于人类活动而堆填的土。 人工填土种类繁多，性质相差很悬殊，对人工填土的分类主要考虑堆积年限、组成物质和密实度等因素。通常人工填土的工程性质不良，强度低，压缩性大且不均匀。而目前，对人工填土作如下分类：素填土、杂填土、冲填土三类，人工

20、填土的最基本特点是不均匀性、低密实度、高压缩性和低强度，有时具有湿陷性。素填土：主要由粘性土、砂或碎石组成，夹有少量碎砖、瓦片等杂物，有机质含量不超过10；杂填土：主要为建筑垃圾、生活垃圾或工业废料等，它们各自有各自的特征；冲填土：用水力冲填法将水底泥砂等沉积物堆积而成的。在这三种人工填土中，其中压实填土对较好。杂填土因成分复杂，平面与立面分布很不均匀，无规律，工程性质最差。4、 总结 本文通过对地基土工程的分类方法及特点进行全面系统的分析与总结，得出一些对工程实际有指导意义的策略。通过上面的分析与研究，得到如下粗浅结论：（1） 对地基土进行工程分类的目的是为判别土的工程特性和评价土作为建筑材

21、料的适宜性。把工程性质接近的土分成一类，以便对土作出合理的评价，选择正确的对土的研究方法。因此，必须选择对土的工程性质最有影响，最能反映土的基本属性、便于测定的指标作为分类的依据。所以，对地基土进行科学地分类研究是很有意义的。通过规范的编制工作，把大量的实践经验和试验资料集中上升到理论的高度，提出了符合我国实际情况的分类体系，从而指导生产实践并在实践中进一步完善。（2） 地基土的分类方法很多，我国不同部门根据其用途对土采用各自的分类方法。土作为承受建筑荷载的地基，它的工程性质和力学性能是地基土分类的最主要的依据。（3） 常见的地基土的分类主要有：岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土以及诸如人工填土

22、、淤泥、淤泥质土、红粘土、次生红粘土、湿陷性黄土、膨胀土和冻土等地基土地。（4） 地基土的工程特点较为复杂，需要具体情况具体分析。同一种地基土在不同环境和情况下，工程特点各不相同。比如微风化的岩石受力性能很好，是最优良的地基，而强风化的软质岩石工程性质较差，这类地基土的承载力不如一般卵石地基承载力高。（5） 通过对软土软硬程度和砂土液化等级分层剖面研究，根据分层合并的原则将各个工程建设层中具有工程意义的软弱土层，分别进行合并；对于砂类土，将各个钻孔剖面中对应各工程建设层内的具有相当厚度的极易产生液化或液化砂土层，分别进行合并。再根据等级优先、厚度优先、浅埋优先等原则，得出了各钻孔各工程建设分层中的最不利软弱土层（即软土中的最软层，砂类土最易产生液化的土层）。从而使工程技术人员在工程中明确危险土层位置并及时采取措施，避免事故的发生，达到及时指导工程的实际意义。（6） 运用可拓学理论，建立了地基土工程地质特性评价模型，对会址区的软土和砂类土进行评价研究。从可拓评价结果来看：在会址区范围内，软土层主要以中等（可拓评价等级 2-3）的软层为主，特软的软层（可拓评价等级 1-2）分布较为分散；而在会址区范围内，能够产生振动液化和渗流液化灾