土的分类与特殊土课件

第7节土的分类与特殊土

一、岩土分类综述岩土工程地质分类，按其内容、原则和适用范围，概括为一般分类、局部分类和专门分类。一般分类：几乎包括了全部有关的岩土，并考虑了岩土的主要工程地质性质及其特征。这种全面的分类方法，有重大的理论和实践意义。一般分类适用于各类工程建设，适用性广，一般多用于分析、对比和综合研究各类土的形成和变化规律，同时也是制定专门分类的基础。

局部分类：常根据一个或几个工程指标，仅对部分岩土进行分类。如按粒度成分、塑性指数、膨胀性、压缩性或砂土的相对密度进行分类等。这样的单一分类应用范围较窄，但划分具体明确，常作为一般分类的补充。

专门分类：是根据某些工程部门的具体要求而进行的分类。它密切结合工程类型，直接为工程的设计、施工服务。如水工建筑、工业与民用建筑、铁路建筑等部门都有相应的岩土分类，并以规范形式确定颁布，在本部门统一推行。（一）.规范分类根据《建筑地基基础设计规范》（GBJ50007-2002）和《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），作为建筑地基的土，可分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。岩石碎石土砂土粉土黏性土人工填土

1.碎石土：指粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50％的土；根据土的颗粒级配中各粒组的含量和颗粒形状可进一步分类定名。土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径d＞200mm的颗粒质量超过总质量50％块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径d＞20mm的颗粒质量超过总质量50％碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径d＞2mm的颗粒质量超过总质量50％角砾棱角形为主

2.砂土：指粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50％的土，且粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50％的土；根据土的颗粒级配中各粒组的含量进一步分类，

土的名称颗粒级配砾砂粒径d＞2mm颗粒质量占总质量25～50％粗砂粒径d＞0.5mm颗粒质量超过总质量50％中砂粒径d＞0.25mm颗粒质量超过总质量50％细砂粒径d＞0.075mm颗粒质量超过总质量85％粉砂粒径d＞0.075mm颗粒质量超过总质量50％老堆积土:第四纪晚更新世及以前堆积的土层，一般呈超固结状态，具有较高的结构强度；一般堆积土:指第四纪全新世（文化期以前）堆积的土层；新近堆积土:文化期以来堆积的土层，一般呈欠固结状态，结构强度较低。（三）按堆积年代的分类二、一般土的工程地质特征

1.砾石类土的工程地质特征

主要由颗粒较粗、性质较稳定矿物组成，具孔隙大、透水性强、压缩性低、抗剪强度大特点。但与黏粒含量及孔隙中充填物性质和数量有关。流水沉积砾石类土，分选较好，孔隙中充填少量砂粒，透水性最强、压缩性最低，抗剪强度最大。残积和坡积碎石类土，分选较差，孔隙中充填大量砂粒和粉黏粒等细小颗粒，透水性相对较弱，内摩擦角较小，抗剪强度较低，压缩性稍大。总的来说，砾石类土一般构成良好地基，但由于透水性强，常使基坑涌水大，坝基、渠道渗漏。

2.砂类土的工程地质特征

砂土的颗粒一般较大，主要由石英、长石、云母等原生矿物组成。一般呈单粒结构，并有透水性强，压缩性低，压缩速度快、内摩擦角较大、抗剪强度较高等特点，但均与砂粒的大小和密度有关。通常，粗、中砂土的上述特性明显，且一般构成良好地基，为较好的建筑材料，但可能产生涌水或渗漏；

粉细砂土的工程地质性质相对差，特别是饱和粉细砂土经受振动后易发生液化。

3.黏性土的工程地质特性黏性土中黏粒含量较高，常含亲水性较强的黏土矿物，具有水胶连接和团聚结构，有时有结晶连接，孔隙多而细小。其状态因含水量的变化而呈固态、流态和可塑态等不同的稠度状态，压缩量大且固结速度慢，抗剪强度主要取决于黏聚力，其内摩擦角较小。（一）黄土

（二）膨胀土

（三）软土

（四）冻土

三、特殊土的工程地质性质

特殊土是具有特殊的成分、状态、结构特征，而且具有特殊工程性质的土。

黄土是在干旱、半干旱气候条件下形成的第四纪的一种松散的特殊土。（一）黄土

I.颜色为淡黄、褐色或灰黄色；

II.

粒度成分以粉土为主，约占有60%~70%，一般不含＞0.25mm的颗粒；

III.含各种可溶盐，富含碳酸盐（CaCO3），可形成钙质结核（姜结石）；

IV.

孔隙多且大，结构疏松；

V.

无层理，但有垂直节理和柱状节理。天然条件下能保持近于垂直的边坡；

VI.

具有湿陷性。1.黄土的特征

黄土在世界上的分布面积达1300万km2，我国黄土面积是世界上最大的，达64万km2，比法国和瑞士的面积总和还要大。黄土最厚处约410m左右，在兰州市七里河区西津村。在我国，西北、中原、华北、华东、东北等地均有分布，但主要集中在黄河的中游——陕、甘、宁、青及山西、河南一带，其厚度各不相同。陕甘地区多厚100～200m，薄处仅几公分。2.黄土的分布

具有(Ⅰ～Ⅴ)项特征的为标准黄土，只有其中部分特征的黄土叫黄土状土或黄土质土。具有湿陷性的黄土为湿陷性黄土。黄土高原的自然景象风成黄土地貌3.黄土的分类

（1）按生成年代分类下更新世Q1

（午城黄土）中更新世Q2

（离石黄土）上更新世Q3

（马兰黄土）全新世Q41

老黄土

新黄土新近堆积的黄土：全新世Q42

午城黄土、离石黄土因沉积年代久，大孔隙已退化，土质紧密，不具湿陷性；马兰黄土沉积年代较新，有强烈的湿陷性；新近堆积的黄土结构疏松，压缩性强，工程性质最差。

表不同黄土的主要特征

特征年代颜色土层特征姜石及包含物古土壤层沉积环境及层位开挖情况（新近堆积黄土）浅至深褐色，暗黄或灰黄色多虫孔及植物根孔，混硫酸盐结晶似粉状，结构松软呈蜂窝状少量小砾石及小姜石，有时混有人类活动遗物无山前、山脚坡积洪积扇表层，古河道及已堵塞的湖塘、沟谷和河流泛滥区开挖极为容易，速度很快新黄土（次生黄土）褐黄至黄褐色具大孔性，有虫孔及植物根孔，土质较均匀，稍密至中密少量小姜石及砾石和人类活动遗物有埋藏土，呈浅灰色或无河流两岸阶地沉积锹开挖较容易，但速度较慢Q3马兰黄土浅黄至灰黄具大孔性，有虫孔及植物根孔，铅直节理发育，土质较均匀，易产生陷穴和天生桥，结构较疏松，稍密至中密少量细小姜石零星分布浅部有埋藏土，一般为浅灰色阶地塬坡表部及其过渡地带，其下为Q2黄土锹开挖较容易老黄土Q2（（离石黄土）深黄、棕黄及微黄少量大孔或无，土质紧密，块状节理发育，抗蚀力强，不见层理，下部有砂粒等粗颗粒上部有姜石，少而小，古土壤层下姜石粒径5～20厘米，成层分布或呈钙质胶结有数层至十余层，上部间距3～4米，每层厚约1米下部为Q1黄土用镐锹开挖较费力Q1（午城黄土）微红及橙红不具大孔性，土质紧密至坚硬，颗粒均匀，柱状节理发育，不见层理，有时夹砂砾石等粗颗粒姜石含量较Q2较少，成层及零星分布于土层内，粒径1～3厘米古土壤层不多，呈棕红及褐色下与第三纪红黏土或砂砾层接触用镐、锹开挖较困难

（2）按成因分类

黄土按生成过程及特征分为风积、坡积、残积、洪积、冲积等成因类型。

（3）按塑性指数（IP=wL－wP）分类

IP＞17黄土质黏土

7＜IP≤17黄土质砂黏土

1＜IP≤7黄土质黏砂土

IP≤1黄土质砂土

划分自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土，对工程建设有明显的现实意义。在自重湿陷性黄土地区

修筑的渠道→与渠道平行的裂缝；管道漏水后→管道断裂；路基受水后→局部严重坍塌；地基土→很大的裂缝或倾斜

（4）按湿陷性分类

可分为湿陷性黄土和非湿陷性黄土两类。其中湿陷性黄土又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。黄土的粒度成分黄土的比重和密度黄土的含水量黄土的透水性黄土的压缩性黄土的抗剪强度黄土的湿陷性4.黄土的工程性质

粉粒约占60~70%，其次是砂粒和粘粒。（1）黄土的粒度成分黄土结构疏松，密度较低，一般：Gs：2.54～2.84；r：1.5～1.8g/cm3；rd：1.3～1.6g/cm3，与e有关一般认为：rd

＞1.5g/cm3时，一般为非湿陷性黄土（2）黄土的比重和密度（3）黄土的含水量

黄土的天然含水量一般为1~38.6%，有的干燥地区则为1~12%。一般认为：天然含水量>25%时，无湿陷性。天然含水量低的黄土湿陷性较强黄土湿陷性的判定方法黄土的相对湿陷系数

dsh=（h2－h2’）/h2

dsh

＜

0.02，非湿陷性黄土

0.02≤

dsh

≤0.03，轻微湿陷性黄土

0.03＜

dsh

≤0.07，中等湿陷性黄土

dsh

＞

0.07，强烈湿陷性黄土

天然黄土在一定压力的作用下，受水浸湿后土体结构受到破坏而发生的下沉现象，称为黄土湿陷。（4）黄土湿陷性自重湿陷性黄土的判定方法室内试验法：室内普通固结仪中进行。现场法：挖平底方形坑或圆坑，边长或直径大于等于黄土层的厚度且不应小于10m。深度一般为50cm，坑底铺厚5～10cm的砂或砾，坑内灌水，保持水深30cm。浸水至黄土全部饱和，湿陷达到稳定时为止。其稳定标准为最后5天的平均湿陷量小于1mm。测出自重湿陷量Dzś。

当Dzś≤7cm时非自重湿陷性黄土场地；当Dzś＞7cm时自重湿陷性黄土场地。

根据野外无载荷试坑浸水试验，得出

兰州地区黄土

→明显或强烈的自重湿陷性；

西安、太原黄土→绝大多数为非自重湿陷性。黄土的湿陷起始压力

湿陷起始压力——对非自重湿陷性黄土，其湿陷性需在一定的荷载压力作用下才会表现出来，这一使得黄土开始表现出湿陷性所需的压力即为黄土的湿陷起始压力。密度越大粘粒含量越高土层的埋深越大湿陷起始压力愈大湿陷起始压力的确定室内压缩试验

野外载荷试验（单双线法）现场常用野外简化方法。防治黄土湿陷的措施

①采用物理、化学等方法，提高黄土强度，降低孔隙度，加强其内部联结；

Ⅰ强夯法；Ⅱ挤密法

②防排水。包括排除地表水和地下水。

③换填法。在湿陷性黄土层不厚(1～3m)，下面又是硬土层或基岩。换填的土是砂夹卵石，回填厚度每层15cm，填后浇水再夯实。

④预浸水法

⑤深层浸水法强夯法

黄土陷穴的防治措施有：

①

开挖回填、夯实、灌浆；

②

做好地表排水工程。

防止水流渗漏是保证建筑物稳定的措施之一。天然洞穴人工洞穴这些洞穴使上覆土层陷落5.黄土陷穴（二）膨胀土

膨胀土——是一种粘性土，含有较多的亲水性粘土矿物，吸水膨胀，遇水崩解或软化，失水收缩，抗冲刷性能差，这种具有较明显的胀缩性的土称为膨胀土。1.膨胀土的特征

（1）颜色有灰白、棕、红、黄、褐、及黑色；（2）粒度成分中粘土颗粒为主，一般在50%以上，最低也要大于30%，粉粒次之，砂粒最少；（3）矿物成分中粘土矿物占优势，多为伊利石、蒙脱石，高岭石含量很少；（4）胀缩强烈，膨胀时产生膨胀压力，收缩时形成收缩裂隙。长期反复胀缩使土体强度产生衰减；（5）各种成因的大小裂隙发育；（6）早期生成的膨胀土具有超固结性。2.膨胀土的分布与危害

膨胀土分布很广，全世界都有分布，在我国的分布也很广。外界条件的改变土中水份的变化

地基产生体积变形

基础破坏，建筑物、地坪开裂

膨胀土的季节性湿度变化常引起道路隆起、路轨移动，泵站、电站地基基础破坏等。强亲水性

多裂隙性强胀缩性强度衰减性快速崩解性弱抗风化性等4.膨胀土的工程性质

主要为残积、坡积、洪积、湖积及混合沉积类型。生成年代：多在上新世N2～更新世晚期的Q3之间。3.膨胀土的成因类型及生成年代5.膨胀土的工程地质问题及防治措施

（1）膨胀土地区的路基

主要的病害：边坡变形和基床变形抗剪强度的衰减及承载力的降低

边坡溜坍、滑坡等失稳现象路基长期均匀下沉、翻浆冒泥等病害严重影响行车安全

（2）膨胀土地区的地基

地基的问题：承载力的问题和建筑物变形的问题

特殊性：本身地基承载力较低还要考虑强度衰减，不仅有土的压缩变形还有湿胀干缩变形。（3）防治措施：

①防水保湿措施

含水量的变化膨胀土胀缩变形建筑物周围的排水条件：

加宽散水坡；设隔水层；加强防漏措施；地下热力管道等应采取隔热层等。

②建筑物布置和基础设计措施

选择地形平坦地段，避免引起湿度变化；

增加基础附加荷载克服土的膨胀；

加大基础的埋深；

加强结构刚度及增设沉降缝等。

③地基处理措施设置土垫层；采用支墩板基础或桩基等；石灰加固法膨胀土的特性和建筑物的损坏特征找出规律性和有效的处理措施1.软土的特征

⑴颜色多为灰绿、灰黑色、有油腻感，能染指，有时有腐臭味；

⑵粒度成分以粘粒为主，约占60～70%，其次为粉粒；

⑶矿物成分多为伊利石，高岭石次之，含有机质，有时可高达8～9%；

软土——在静水或缓慢流水环境中沉积的，天然含水量大，压缩性高，承载力低，抗剪强度低的软塑－流塑状态的粘性土，如淤泥等。（三）软土3.软土的分类沿海沉积型:内陆湖盆沉积型河滩沉积型沼泽沉积型滨海相;泻湖相;溺谷相;三角洲相2.软土的分布

软土在我国分布很广，主要是在沿海地带及平原低地、沼泽地区，在高原山区的古代或内湖沼泽地区也常遇到软土。⑷具海绵状结构，孔隙比大、含水量高、透水性小、压缩性高、强度很低；

⑸具层理构造，垂直方向沉积有明显的分选性。4.软土的工程性质

1.

软土的天然含水量较高，持水性强，透水性差（竖向渗透系数小于水平向渗透系数）；

2.

地基承载力很低，抗剪强度也很低，长期强度更低，这与排水固结程度有密切的关系；3.

软土孔隙比高，一般在1.0～1.8之间，有的可高达5.8（滇池淤泥）；

4.

压缩性高，沉降量大；

5.

具有触变性；

6.

流变性。5.软土的工程地质问题和防治措施

软土地基的变形破坏主要是承载力低，地基变形大或发生挤出，造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。

在软土地基设计中，经常采取以下措施：

1.

轻基浅埋；

2.

减小建筑物作用于地基的压力；

3.

侧向约束地基土，在四周打板桩基础；

4.

设置反压护道；

5.

若软土层＜2m，可采用换土法；

6.

其它的一些方法，如：砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。

在软土地区修建铁路，主要存在地基的沉降和地基的稳定性问题。萧甬铁路由于软基的塌方

（来源：新华网）

温度小于等于0℃，并含有冰的土层，称为冻土。冻土常分布在高纬度和海拔较高的高原、高山地区。1.冻土的类型及分布冻土根据其冻结时间分为季节性冻土和多年冻土两种。(1)季节性冻土受季节影响，冬冻夏融，呈周期性冻结和融化的土称为季节性冻土或暂时冻土。(四）多年冻土

季节性冻土在我国主要分布在东北、华北及西北的广大地区。季节性冻土厚度自南向北愈来愈大。石家庄以南季节冻土厚度一般小于0.5m，北京地区为1m左右，辽源、海拉尔一带则为2～3m。因季节性冻土呈周期性的冻融，一般冻结的深度不大，故对地基稳定性和建筑物破坏只有一定的影响，且相对容易防治。(2)多年冻土冻结状态持续多年（三年以上）或永久不融的土，