工程地质学第4章

工程地质学主讲：李肖锋第4章土的工程性质与分类§4.1土的组成与结构、构造§4.2土的物理性质及其指标§4.3土的工程分类§4.4土的成因类型§4.5特殊土的主要工程性质§4.1土的组成与结构、构造土的概念岩石圈表层在漫长的地质年代里，经受各种复杂的地质作用所形成的松软物质。

土是由固体颗粒以及颗粒间孔隙中的水、气组成的。土是一个多相、分散、多孔的系统。固体相、液体相、气体相，三相体系固体矿物颗粒（固相）—土骨架土中气体（气相）影响土的性质土中水（液相）—影响土的湿度和塑性三相物质体系地质作用的概念：在地质历史发展过程中，促使地壳的组成物质、构造和地表形态不断变化的作用，统称为地质作用。土层：土具有成层特征，同一层内土的物质组成和结构、构造基本一致，其工程地质性质亦大体相同。土体的概念：在建筑物所影响到的土中，不都是由单一土层组成的，而往往由多土层、性质各异、厚薄不等，以特定的上下次序组合在一起，与工程建筑的安全、经济和正常使用有关的土层组合体。土体概念的提出，对工程地质问题的评价、工程地质条件的论证都是至关重要的。（4.１.1）土的粒度成分一、粒径和粒组划分土颗粒的大小是以“粒径”来表示的mm规则不规则等效粒径：非球型颗粒，其与球状颗粒在水中下沉速度相等时，非球状与球状颗粒的粒径是等效的。

粒组：

界于一定粒径范围的土粒，称为粒组.

2.土的粒组划分标准：

划分方法不完全一致，一般采用的粒组划分及各粒组土粒的性质特征见表2-1。表中根据界限粒径200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分为六大粒组：漂石（块石）颗粒:d＞200mm;卵石（碎石）颗粒:200mm＞d＞200mm;圆砾（角砾）颗粒:20mm＞d＞2mm;砂粒:2mm＞d＞0.075mm;粉粒:0.075mm＞d＞0.005mm;粘粒:d＜0.005mm。土颗粒的大小与形状基本概念粒度、粒组粘粒粉粒砂粒砾石碎石块石0.0050.075220200巨粒粗粒细粒粒径d/mm

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.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。

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。1土的粒径级配（1）定义

工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2）粒径分析方法筛分法（d>0.075mm的土）密度计法（d<0.075mm的土）筛分法（d>0.075mm的土）沉降分析法或密度计法（d<0.075mm的土）通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。沉降分析法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量（3）颗粒级配的表示方法——颗粒累计级配曲线法Cu=

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。

©

由曲线的坡度大致判别：如曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，级配不良；反之，曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。

©利用不均匀系数Cu和曲率系数Cc定量判别：Cu<5级配不良；Cu>10级配良好。

Cc反应曲线的整体形状，过大或过小都表示缺乏中间粒径。对砂砾类土，当同时满足3~15=cuCC和时，则级配良好。>60102301060/dddCddCcu==.级配良、劣的判别：d10、d30、d60为小于某粒径的土粒含量为10%、30%和60%时所对应的粒径,d10-有效粒径，d30中值粒径、

d60-限制粒径4.1.2土的矿物成分土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。

原生矿物次生矿物与母岩相同，性质稳定、无粘性、透水性好、压缩性低。常见石英、长石、云母等，是无粘性土的主要成分由岩石风化而成：性质不稳、亲水性强、易膨胀。常见矿物：粘土矿物（高岭石、伊利石、蒙脱石）、褐铁矿等。粘性土及细粒土含量高。使土产生塑性蒙脱石三种粘土矿物的显微电镜扫描图像吸水性增强晶胞间变得较松散粘土矿物中的蒙脱石吸水性最强，是膨胀土的主要矿物一.土中矿物成分的类型土的固体相部分是由各种矿物颗粒或矿物集合体组成的。不同矿物的性质有差异，其土的性质也不同。土的矿物成分:原生矿物、次生矿物、有机质、可溶盐及易分解的矿物原生矿物：岩石经物理风化破碎，但成分没有发生变化的矿物碎屑。石英长石云母角闪石辉石次生矿物：原生矿物经过化学风化作用，使其进一步分解，形成一些颗粒更细小的新矿物。粘土矿物

有机质：土中动植物残骸在微生物作用下分解形成的产物。分解不完全的动植物残骸分解完全的腐殖质有机质亲水性强，土中有机质含量增多时，土的可塑性和压缩性增大，强度降低，对工程建筑不利。二.矿物成分与粒度成分的关系土颗粒的大小，其矿物成分是有规律的。漂石、卵石、砾石粒径往往大于矿物颗粒，多由母岩碎屑组成。砂粒与原生矿物颗粒的大小相近，往往由单矿物组成。

石英长石云母粉粒和粘粒由稳定的原生矿物（石英）及次生矿物、有机质组成。三.粘土矿物的类型及其工程地质性质粘土矿物是由原生硅酸盐类经水解作用而形成的次生硅酸盐矿物，具有层状或链状晶体结构，外形多呈片状，且含有不同数量的水。具有很高的表面能、亲水性及一系列特殊性质，只要有少量存在，就显著改变土的工程性质。蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石其晶体是由很多相互平行的晶胞构成的。其亲水性强，吸水膨胀。——“斑脱土”伊利石其晶体与蒙脱石相似，其表面能、亲水性次之。也具有弱膨胀性。高岭石其晶体也是由相互平行的晶胞组成，氢键连结，颗粒稍大，其表面能、亲水性较弱。

(一)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：

（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。

4.1.3土中的水和气体一.土中的水（一）矿物成分水矿物成分水存在于矿物晶体格架的内部，又称矿物内部结合水。

结构水结晶水（二）孔隙中的水孔隙中的水即存在于土粒间孔隙中的水。固态水液态水气态水1、液态水（1）结合水细小的土粒表面具有静电引力，在其作用下，与土粒表面接触部分的水分子可被极化，并吸附在土粒周围形成一层水膜。这部分在土粒静电引力范围内，被吸附在土粒周围的水就叫结合水。（土粒表面结合水和物理结合水）土粒的静电引力强度是随离开土粒表面的距离增大而减弱的。紧靠土粒表面的水分子，受土粒的强烈吸引，而失去自由活动能力，整齐地排列起来，这部分水称为强结合水。距离土粒表面稍远的水分子，受到土粒的吸引力减弱，有部分活动能力，排列疏松不整齐，这部分水叫弱结合水。不受重力影响，密度大，冰点低不能传递静水压力，具有粘滞性和抗剪性。（2）毛细水毛细水是由于毛细作用保持土的毛细孔隙中的地下水。水分子不能直接被土粒吸引住，但也受到静电引力的影响。冰点低于0ºC，有极微弱的抗剪强度，能传递静水压力。（3）重力水重力水又叫自由水，不受颗粒吸附和毛细力作用控制。2、固态水固态水就是冰，将土粒胶结起来形成冻土。3、气态水以水汽状态存在，严格来说应属土的气相部分。2土中气土中的气体，主要为空气和水气。但有时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢，这些气体大多因生物化学作用生成。

（1.）非封闭气体（/开敞/自由气体）：对土无影响；（2.）封闭气体：使土的渗透性减小，弹性增大和拖延了土的压缩和膨胀变形随时间的发展。4.1.4土的结构和构造

土的工程性质及其变化，除取决于其物质成分外，在很大程度上还取决于土的颗粒间的连结性质和强度；层理特点；裂隙发育程度和方向以及土质的其它均匀特征等土体的天然结构和构造因素有关．只有了解土的结构和构造特征，才能够对土的工程地质特征做出正确的评价．

一、土的结构土的结构是指组成土的土粒大小、形状、表面特征、土粒间的连结关系和土粒的排列情况。土的粒度成分反映了土粒大小及其组合特征，也是说明土结构特征的主要指标，对土的工程地质性质影响显著。土粒形状及表面特征对粗粒土的工程地质性质影响很大。（一）土粒间的连结关系土中颗粒与颗粒的连结，是孔隙中水对土粒的连结。1、结合水连结通过结合水水膜而将相邻土粒连结起来的连结形式。2、毛细水连结相邻土粒由毛细压力作用形成的连结。3、胶结连结土中某些盐类的结晶将土粒胶结起来的连结。4、冰连结含冰土的暂时性连结。（二）土的结构类型

1、巨粒土及粗粒土的结构类型

单粒结构土的颗粒粗大,土粒间的分子引力相对很小,粒间几乎没有连结,或者连结很弱。2、细粒土的结构类型

细粒土颗粒细小，具胶体特征，在水中一般都不能以单个颗粒沉积，而凝聚成较复杂的集合体进行沉积，形成细粒土特有的团聚结构。土的结构

.土的结构：1.单粒结构：无粘性土具有的结构，密实的单粒结构土为良好的地基土2、蜂窝结构：（粒径0.075~0.005mm）；粉土具有此结构。3.絮状结构：（粒径<0.005）粘性土具有。后两者常是不良地基土单粒结构蜂窝结构絮状结构

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。

2）再者，由于这类土的透水性强，孔隙水很容易排出，在荷载作用下压密过程很快。因此，即使原来比较疏松，当建筑物结构封顶，地基沉降也告完成。

3）对于具有单粒结构的土体，一般情况（静荷载作用）下可以不必担心它的强度和变形问题。

集合体结构特点：

1）孔隙度很大（可达50％～98％），而各单独孔隙的直径很小，特别是聚粒絮凝结构的孔隙更小，但孔隙度更大，因此，土的压缩性更大.

2）含水量很大，往往超过50％，而且因以结合水为主，排水困难，故压缩过程缓慢.

3）具有大的易变性—不稳定性。

二、土的构造在一定土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征，称为土的构造。土的构造包括土层单元体的大小、形状、排列和相互关系。单元体的分界面称结构面或层面。单元体的大小通常用厚度来表示。土的构造是土在形成、变化过程中，与各种因素发生复杂的相互作用而形成的。层状构造/层理构造分散/块状构造裂隙构造结核构造（二）.土的构造：反映土粒集合体之间的关系研究意义：（1）.土体构造特征反映土体在力学性质和其他工程性质的各向异性或土体各部位的不均匀性，因此，要掌握其变化规律。如，由砂土和粘性土组成的层状或互层构造土体的物理力学性质皆显示其各向异性特点。又如，黄土由于其垂直节理（裂隙）发育，强烈地降低其抗水稳定性和力学稳定性，特别在边坡地段，沿裂隙极易产生坍方和滑坡现象。（2）土体的构造特征是决定勘探、取样或原位测试布置方案和数量的重要因素之一。2.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。

§4.2土的物理性质及其指标土的物理性质是指土本身由于三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态；固、液两相相互作用时所表现出来的性质。三相比例关系——---物理状态轻重、干湿、松密固、液相互作用——物理性质稠度、塑性、胀缩、透水、毛细性物理性质在一定程度上决定了它的力学性质土的物理性质是土的基本工程地质性质，其指标在工程计算中直接被应用。自然界的土通常由固态相的土粒液态相的水气态相的空气组成，通常说的三相体系。土颗粒土中水土中气——土的三相组成部分三相指标的定义固相液相气相土颗粒土中水土中气土的三相简图——将土的三相抽象的分开、集中，绘出的图，在图的两侧风别表示其体积、质量。气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m,单位g体积V，单位cm3为了便于说明和计算，用三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系。气水土

粒一、指标定义

1.土粒比重（土粒相对密度）dsds可用比重瓶法测定,但由于变化幅度不大（2.6~2.8),通常可按经验数值选用，如下表。粘性土土的名称砂土粉土粉质粘土粘土土粒比重2.65~2.692.70~2.712.72~2.732.74~2.76土粒比重参考值气水土

粒（一）、三项基本物理性质指标比重瓶法测土粒比重：事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克ms装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量m2，按下式计算土粒比重：

式中：m1——瓶加水的质量；m2——瓶加土加水的质量；ms——烘干土的质量。3.土的含水量%sWmm=w含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标，一般用烘箱法测定。土的密度用环刀法测定。2.土的密度气水土

粒1.孔隙比e和孔隙率n2.土的饱和度Sr砂土根据饱和度的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态。Sr50%为稍湿；50%<Sr80—很湿;Sr>%80饱和,Sr=100%,完全饱和。（二）、导出指标的定义及定义式土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密实程度的重要物理性质指标，e或n越大，土越疏松，反之土越密实。一般e<0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。气水土

粒Sr%5080稍湿很湿饱和3.干密度d、饱和密度sat、和有效密度´mVVmVVmVWssWVssatsdrrrrr-=´.+==单位：计算自重应力时，须采用土的重力密度，简称重度。土的湿重度、干重度d、饱和重度sat、有效重度´分别按下式计算：气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m,体积V，干重度饱和重度和有效重度注意大小关系：（1）干重度rd物理意义：单位体积的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。工程应用：常用做填方工程中土体压实质量控制的标准。几个重力密度的物理意义（2）土的饱和重度物理意义：孔隙中全部充满水时单位体积的重力，即饱和度为100%时的重力密度。（3）土的有效重度物理意义：土体受水的浮力作用时单位体积的重力。令w1=

w,Vs=1所以VV=e,V=1+e推导如下：二、指标的换算由上式：熟记以上五个换算公式，并知道密度与重度的关系，有效密度与饱和密度的关系，若已知三项基本试验指标，可换算出其他所有指标例题分析【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为2.66，求该土样的含水量ω、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度

【解答】无粘性土的密实度越高，承载力越高，压缩性越小无粘性土的密实度有三种表达方式4.2.2无粘性土的紧密状态1.孔隙比e

优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素0.61.0松散中密密实2.相对密实度Dr——主要衡量砂土的密实度定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。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。按Dr划分砂土密实度标准松散Dr≤1/3；中密2/3≥Dr＞1/3；密实Dr＞2/3用数轴法表示：Dr1/32/3松散中密密实3.标准贯入试验锤击数N及圆锥动力触探捶击数N63.5为标准（我国国家标准！）301510松散中密密实稍密N砂土密实度碎石土的密实度51020N63.5松散稍密中密密实4.2.3

粘性土的物理特征

粘性土的物理状态取决于含水量的多少，含水越少粘性土越坚硬，承载力越高、压缩性越小；反之，粘性土越软，承载力越低、压缩性越大。不过，仅用含水量w指标尚难说明，还需学习下列指标液限、塑限、缩限塑性指数液性指数灵敏度一、几个界限含水量指标

液限、塑限、缩限1、定义

液限WL、塑限Wp、缩限Ws2、测定方法

wSWpWL液态固态塑态半固态0粘性土的界限含水量

同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。1)搓条法测塑限2）锥式液限仪法测液限；3）液塑限联合测定法即测塑限、也测液限。界限含水量的测定方法：塑限：搓条法（滚搓法）；液限：锥式液限仪（如下图）。.联合测定法及测试结果整理取同种土三个不同含水量的土样，测定锥的入土深度、含水量，并作图求解二、粘性土的塑性指数和液性指数1.塑性指数IPIP表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗粒粗细、矿物成分和水中离子成分的浓度有关。IP反映土的粘粒含量，IP越高、粘粒含量越高；

IP用来划分确定粘性土的名称：10<

IP≼17的土为粉质粘土；

IP>17的土为粘土。IL>1.0

0.75<IL≤1

0.25<IL≤0.75

0<IL≤0.25

IL<0

液性指数

流塑

软塑

可塑

硬塑

坚硬

状态

（省去%）2.液性指数三、粘性土的灵敏度St

饱和粘性土受到外力扰动,其结构被破坏,强度会降低的现象,但当扰动停止后，其状态和强度又随时间的增长而逐渐恢复，这分别称为粘性土的结构性、触变性。为了反映粘性土的结构性强弱，引入了灵敏度的概念：原土无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度St24高灵敏度中灵敏度低灵敏度1一、土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性。压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体受压力作用，随时间增长，压缩量增大、孔隙体积减小的过程4.2.4土的力学性质刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形1.压缩仪示意图二、侧限压缩试验、e-p曲线及压缩性指标（一）侧限压缩试验：研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验2.

e和eo公式及e-p曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vvo＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)pH1s土样压缩后变形量为s，整个压缩中土粒体积和底面积不变土样底面积在受压前后不变整理其中根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线p底面积Ao底面积A1左：eo=(AoHo-1)/1=AoHo-1，Ao=（1+eo）/Ho所以土粒高=1/Ao=HO/（1+eo）同理右图土粒高=1/A1=H1/（1+e）e0eppee-p曲线（二）、压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据侧限压缩曲线可以得到.压缩系数a、压缩模量Es二个压缩性指标，据原位压缩试验可得变形模量E0、旁压模量EM曲线A曲线B曲线A压缩性＞曲线B压缩性1.压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线△p△e利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性《规范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性

a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土

a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土单位是：MPa-12.压缩模量Es土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比，Es愈大，a愈小，土的压缩性愈低。规范规定：Es1-2

＜4MPa为高压缩性土；Es1-2

≥

15MPa为低压缩性土单位MPa2、土的抗剪强度工程中地基土的强度问题：建筑工程荷载作用于地基土，若地基土的强度足够大时，则不发生破坏；否则就发生强度破坏。试验证明：地基土的破坏属剪切破坏，而不是被压坏。因此，地基的强度实际是土的抗剪强度——土体抵抗剪切破坏的极限能力。.剪切滑动面路堤滑塌、挡土墙倾倒、基础歪倒等工程问题，多是由于地基土体发生剪切破坏，并形成了滑动剪切面所致。

土的抗剪强度及其指标的测定

重要目的

:测定土的抗剪强度指标c一、直接剪切试验试验仪器：直剪仪STA在不同的垂直压力下进行剪切试验，得相应的抗剪强度τf，绘制τf-

曲线，得该土的抗剪强度线-坐标系取同种土的一组样品,至少4个样,分别对其施加不同的法向应力,然后施加剪应力,使其破坏,然后在-坐标系中作图求的c库仑定律——土体抗剪强度f

定律1776年，库仑根据砂土剪切试验f=tan砂土后来，根据粘性土剪切试验f=c+tan粘土c库仑定律：土的抗剪强度是剪切面上的法向应力

的线性函数.即无粘性土的抗剪强度与剪切面上的法向应力成正比,粘性土的抗剪强度有多一项粘聚力cc:土的粘聚力:土的内摩擦角ffP(kPa)对饱和土而言，应取I有效法向应力‘、有效摩擦角’及有效粘聚力C’计算和c称为土的抗剪强度指标，叫内摩擦力库伦定律是以莫尔提出的材料破坏理论为基础通过试验建立的，故又称作莫尔库伦强度理论§4.3土的工程分类

1、土的工程分类原则和体系。2、我国土的工程分类

4.3.1土的工程分类原则和体系一、土的工程分类的目的⑴根据土类，可以大致判断土的基本工程特性，并且可以结合其它因素评价地基承载力、抗渗流和抗冲刷稳定性，在振动作用下的可液化性以及作为建筑材料的适宜性等；

⑵根据土类，可以合理确定不同土的研究内容和方法；

⑶当土的性质不能满足要求时，也需根据土类（结合工程特点）确定相应的改良与处理方法。二、土的工程分类原则

1、工程特性差异性原则；2、以成因、地质年代为基础的原则；3、分类指标便于测定的原则。

三、土工程分类体系1、建筑工程系统的分类体系——侧重于把土作为建筑地基和环境，故以原状土为基本对象。2、材料系统的分类体系——侧重侧重于把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基等工程，故以扰动土为基本对象，对土的分类以土的组成为主，不考虑土的天然结构性。4.3.2我国土的工程分类一、《建筑地基设计规范》的分类法1.岩石2.碎石土3.砂土4.粉土5.粘性土6.人工填土7.特殊土《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)

《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)土（岩）的工程分类

地基土（岩）分类的任务是根据分类用途和土（岩）的各种性质的差异将其划分为一定的类别。下面介绍（岩）土的工程分类：

一、岩石1、定义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。⑴按坚固性分为：硬质岩石、软质岩石。细分为

坚硬岩frk>60、较硬岩60≥frk>30、较软岩30≥frk>15、软岩15≥frk>5、极软岩frk≤5⑵按风化程度分为：微风化、中等风化、强风化。⑶按完整性分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎

二、碎石土1、定义：粒径d>2mm的颗粒含量超过全重50%的土。2、分类依据：土的粒组含量及颗粒形状。3、定名：漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。4、工程性质：根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，可挖性与可钻性分为密实、中密、稍密三等。常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。

三、砂土

1、定义：粒径d>2mm的颗粒含量不超过全重的50%，且粒径d>0.075mm的颗粒超过全重50%的土。2、分类依据：粒组含量。3、进一步划分定名：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。4、密实度：密实、中密、稍密、松散四状态。5、工程性质：砾砂、粗砂、中砂一般为良好地基；细砂、粉砂应具体分析。细砂土碎石土粗砂土粘性土粉质粘土土的名称砾砂粗砂中砂细砂粉砂颗粒级配粒径大于2mm的颗粒含量占全重25％～50％注：碎石土和砂土的定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50％粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50％粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85％粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50％砂土进一步划分类型与定名依据例：某土粒径d>2mm的颗粒含量为全重的50.5%，粒径d>0.5mm的颗粒含量为全重的65%，粒径d>0.25mm的颗粒含量为全重的75%，应定名为什么？三选一（碎石土、粗砂、中砂）。又例：某土粒径d>2mm的颗粒含量为全重的15%，粒径d>0.5mm的颗粒含量为全重65%，粒径d>0.25mm的颗粒含量为全重75%，应定名为什么？二选一（粗砂、中砂）。再例：某土粒径d>2mm的颗粒含量为全重的15%，粒径d>0.5mm的颗粒含量为全重35%，粒径d>0.25mm的颗粒含量为全重45%，粒径d>0.075mm的颗粒含量为全重65%应定名为什么？（粉砂）。

四、粉土

1、定义：粒径d>0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，且塑性指数Ip≤10的土。2、组成：一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。3、分类：根据粒径d<0.005mm的颗粒含量是否超过全重10%，分为粘质粉土、砂质粉土。4、密实度：根据e大小分为密实(e<0.65)、中密(0.65≤e<0.85)、稍密(e≥0.85)。5、湿度:由Sr分为稍湿、很湿、饱和。或由含水量分为稍湿、湿、很湿。6、工程性质：密实粉土为良好的天然地基；e>1为松散状态，属软弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。

五、粘性土1、定义：塑性指数Ip>10的土。2、分类依据：Ip3、定名：Ip>17为粘土；10<Ip≤17为粉质粘土。

六、人工填土1、定义：由于人类活动而形成的堆积物。2、分类依据：组成物质；堆积年代。3、定名：⑴按组成物质分为：素填土、杂填土、冲填土。⑵按堆积年代分为：老填土（粘性土填筑年代超过10年，粉土超过5年）；新填土（粘性土填筑代小于10年，粉土小于5年）。

七、特殊土

1.淤泥，淤泥质土：是在静水或缓慢流水环境中沉积并经生物化学作用后形成的，天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粘性土。当e>1.5为淤泥，1.0<e<1.5时为淤泥质土。

2、膨胀土一种富含亲水性粘土矿物且含水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑性粘土。一般强度较高，压缩性低。3.湿陷性黄土颜色呈黄色，以粉粒为主，富含碳酸盐，垂直节理发育，遇水浸湿后土体显著沉陷的土4、红粘土粘土矿物以高岭石为主，遇水膨胀性不大，但失水后，体积会有明显的收缩，因此一般认为红粘土的收缩性强于膨胀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，它处于岩石风化壳的上部。残积土(eluvium)：4.4土的成因类型特征残积土（三峡工程）残积土的工程性质：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。残积土剖面图

片流将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。地貌上称坡积裙。坡积土(diluvium)：坡积层片流的洗刷作用：雨水、融雪水形成的坡面细流对整个坡面所进行的比较均匀、缓慢和短期内并不显著的地质作用。——山坡地貌逐渐变缓，对坡面地貌形态的发展产生影响；——产生松散堆积物，形成坡积层。坡积物（层）断面影响坡积层稳定的因素：下伏基岩顶面的倾斜程度下伏基岩与坡积层接触带的含水情况坡积层本身的特性坡积土的工程性质：结构疏松，一般具较高的压缩性。坡积形成的黄土湿陷性较大。

由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山沟出口处堆积而成。

地貌上称洪积扇。洪积土(proluvium):洪积层新疆天山脚下洪积扇洪积土的工程性质：一般为较理想的建筑物地基，尤其是离山前较近的洪积土颗粒较粗，地下水位埋藏较深，具有较高的承载力，压缩性低，是建筑物的良好地基。在离山区较远的地带，洪积物的颗粒较细，成分较均匀、厚度较大，一般也是良好的天然地基。

河床相冲积土：

在河流上游多是粗大的石块、砾石和粗砂，中下游或平原地区沉积物变细，磨圆度好，厚度很大。古河床相土的压缩性低，强度高。现代河床堆积物的密实度差，透水性强，若作为水工建筑物的地基将引起坝下渗漏。饱水砂土还可能由于振动而引起液化。冲积土(alluvium)：

河漫滩相冲积土：

是在洪水期河水漫溢河床两侧，携带碎屑物质堆积而成。土粒较细，可以是粉土、粉质黏土或黏土，并夹有淤泥或泥炭等软弱土层，覆盖于河床相冲积土之上，形成上细下粗的“二元结构”。图3-21河漫滩沉积1-河床沉积物；2-河漫滩冲积层；3-山坡坡积物河漫滩相冲积土

牛轭湖相冲积土：

是在废河道形成的牛轭湖中沉积的松软土，颗粒很细，常含大量有机质，有时形成泥炭。压缩性很高，承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基。牛轭湖相冲积物

通常是淤泥质土或典型淤泥。面积宽广而厚度极大。不宜作为建筑物的天然地基。但表层硬壳层，有时可用作低层建筑物的地基。

河口（海口）三角洲相冲积土：河口三角洲相冲积物湖积土(lakedeposit)：可分为湖边沉积物和湖心沉积物。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。湖积（土）层海积土(marinedeposit)：按海水深度及海底地形，海洋可分为滨海带、浅海区、陆坡区和深海区。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。陆坡和深海沉积物：主要是有机质软泥，成分均一。海积（土）层风积土(eoliandeposit)：

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，最常见的是风成砂和风成黄土，黄土具有湿陷性。风蚀作用形成的戈壁荒漠风积（土）层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。冰积土(glacialdeposit)：由冰川消融而沉积下来的岩石碎屑称为冰碛物。以冰融水为主要营力经过再搬运而形成的沉积物称为冰水沉积物。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4.5特殊土的工程地质特性

是在静水或水流缓慢的环境中沉积，并有微生物的参与，含有较多有机质的疏松软弱黏性土。分布:沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相；内陆平原或山区的湖相和冲积、洪积、沼泽相。淤泥类黏土(muckysoil)：一、淤泥类黏土分类：

孔隙比e>1.5时,称淤泥;1.5>e>1.0时,称淤泥质土;5%<有机质含量<10%时,称有机质土;10%<有机质含量<60%时,称泥炭质土;有机质含量>60%时,称泥炭。一、淤泥类黏土工程特性：1、含水量高，高孔隙比。天然含水量>液限，原状土常处于软塑－流塑状态。2、透水性极弱，水平向渗透系数较大。3、压缩性大，欠压密状态，抗剪强度很低。4、显著的蠕变和触变性(高灵敏度)，强震下易震陷。

蠕变(creep)：在长期不变的剪应力作用下，土的剪切变形随时间缓慢增长的特性。触变(thixotropy)：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。一、淤泥类黏土淤泥类土的建筑地基的沉降量很大而且持续时间很长。淤泥类土不能作为永久性大中型建筑物的天然地基，必须进行地基处理。处理方法主要有预压固结、深层石灰拌和法。一、淤泥类黏土一、淤泥类黏土珠海某海堤下淤泥层造成滑坡破坏膨胀土(expansivesoil)：

是一种富含亲水性黏土矿物,且随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的硬塑性黏土。

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。

因外墙基土收缩、基础向外扭转，墙体呈水平裂缝二、膨胀土膨胀土地基上的房屋开裂特征：1)呈黄褐、灰白、花斑等颜色；2)黏粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等黏土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常含铁锰或钙质结核，结构致密；3)表面有大量网状裂隙，裂面有腊状光泽的挤压面。二、膨胀土工程特性：高塑性，含黏粒及粉粒为主；低含水量，呈坚硬－硬塑状态；孔隙比小，密度大；具膨胀力,自由膨胀量>40%；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。二、膨胀土膨胀土地基上房屋开裂的特点为：①山墙呈“倒八字形”，裂缝上宽下窄；②外纵墙下端呈水平裂缝，基础向外扭转，墙体上部内倾；③房屋角端裂缝严重，而且常伴随着一定的水平位移和转动；④地坪多出现平行于外纵墙的通长裂缝；⑤地基反复