土的工程性质与分类

土的工程性质与分类

土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运形式，在各种不同自然环境中形成的堆积物。由于土的形成年代和自然条件的不同，使各种土的工程性质有很大差异。

第四纪沉积层（即土），是由地球外壳坚硬整体的岩石，经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。一、绪论1、物理风化地质构造力；温度变化；冰冻作用；碰撞作用。颗粒大小发生改变，化学成分保持不变。

2、化学风化水解作用；水化作用；氧化作用；溶解作用。矿物化学成分变化，形成次生矿物。

3、生物风化植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用；动植物或人类活动的影响。不同的风化作用形成不同性质的土：

1、物理风化-生成巨粒土，如块石、粗粒土、砾石、砂土，这种土呈松散状态，总称无粘性土；

2、化学风化-生成细粒土，具有粘结力，如粘土与粉质粘土，总称为粘性土；

3、生物风化--生成粗粒土；土的形成：地质历史的产物，是地球表面的整体岩石在大气中经受自然力和自然环境的长期风化作用形成。土是岩石风化（物理、化学、生物风化）作用后，再经其他各种外力作用（如搬运、沉积）的产物。反向过程：土经过很长的地质年代，发生复杂的物理化学变化，逐渐压密、岩化，最终又可形成岩石。循环演变：岩石

土

岩石

土……。重复进行。地质概念：第四纪地质：（1）更新世：1.3万年到71万年（2）全新世：小于0.25万年到1.3万年。新近代沉积土：有人类文化期以来沉积的土。二、土的结构与构造（1）定义-土颗粒之间的相互排列和联结形式称为土的结构。反映土粒及其集合体的大小、形状、相互排列等的综合特征。（2）种类-土的结构分为下列三种：

①单粒结构-凡粗颗粒土(如卵石和砂土)，在沉积过程中，每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳定状态。

②蜂窝结构-当土颗粒较细(粒径在0.02mm-0.002mm)时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，因土粒之间的分子引力大于土粒自重，则下沉的土粒被吸引不再下沉。依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。一）土的结构③絮状结构（二级蜂窝结构）-是指那些粒径极细的粘土颗粒(粒径小于0.005mm)在水中长期悬浮，这种土粒在水中运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链环状的土集粒，质量增大而下沉，当一个小链环碰到另一小链环时相互吸引，不断扩大形成大链环，称为絮状结构。因小链环中已有孔隙，大链环中又有更大的孔隙，形象地称为二级蜂窝结构。（3）工程性质①单粒结构（粗粒土）由于土粒排列紧密，强度大，压缩性小，是良好的天然地基。当土粒沉积速度快，如洪水冲积形成的砂层和砾石层，往往形成疏松的单粒结构，由于土孔隙大，土粒骨架不稳定，当受到动力荷载或其它外力作用时，土粒容易移动而趋于紧密，同时产生很大的变形。因此，未经处理的这种土层，一般不宜作建筑物的地基。如果饱和疏松的土是由细砂粒或粉砂粒所组成，在强烈的振动作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，引起所谓砂土“液化”现象，在地震区将会引起震害。

②蜂窝结构和絮状结构（细粒土）由于颗粒间存在大量微细孔隙，其压缩性大、强度低、透水性弱。又因土粒之间的联结较弱且不甚稳定，在受扰力作用下(如施工扰动影响)，土粒接触点可能脱离，部分结构遭受破坏，土的强度会迅速降低。

不可用作天然地基。以上三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好。（1）定义-同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。反映了物质成分和颗粒大小等相近的各部分土层之间的相互联系特点。（2）种类-土的构造常见的有下列几种：①层状构造-土层由不同的颜色或不同的粒径的土组成层理，一层一层互相平行，为细粒土的一个重要特征。②分散构造-土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵石层为分散构造。③结核状构造-在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土、含砾石的冰碛粘土等，均属结核状构造。④裂隙状构造-土体中有很多不连续的小裂隙，某些硬塑或坚硬状态的粘土为此种构造。二）土的构造（3）工程性质分散构造的工程性质最好；结核状构造工程性质的好坏取决于细粒土部分；裂隙状构造中，裂隙破坏了土的整体性，使强度降低，渗透性增大，工程性质差。1、压缩性高反映材料压缩性高低的指标弹性模量（土称变形模量）。钢筋E1＝21万MPaC20混凝土E2=2.6万MPa

卵石E3=（40～50）MPa

饱和细砂E4＝（8～16）MPa

可知：E1≥4200E3，E2≥1600E42、强度低土的强度特指抗剪强度。3、透水性大上述三个工程特性与建筑工程设计和施工关系密切，需高度重视。三）土的工程地质性质

各类土的生成条件不同，其工程特性往往相差悬殊。

1、搬运、沉积条件通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土；

2、沉积年代通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。

3、沉积的自然地理环境我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。四、土的生成与工程特性的关系土的三相组成是指土是由固体矿物、液体水和气体三部分组成。土中的固体矿物构成土的骨架，骨架之间贯穿着大量孔隙，孔隙中充填着液体水和空气。土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示，土的三相比例随着环境的变化而发生相应的变化。如天气的晴雨、季节变化、温度高低、地下水的升降，以及建筑物荷重作用等等，都会引起土的三相之间的比例产生变化。五、土的三项组成

土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异：

固体＋气体(液体＝0)为干土，干粘土呈坚硬状态，干砂呈松散状态；

固体＋液体＋气体为湿土，湿粘土多为可塑状态；

固体＋液体(气体＝0)为饱和土，饱和粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏；饱和粘土地基受建筑荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。可见，研究土的各项工程性质，首先需从最基本的、组成土的三相本身开始研究。五、土的三项组成一）土的固体颗粒。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。1、土粒的矿物成分（1）原生矿物-由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同：单矿物颗粒-一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与辉石等，砂土即为单矿物颗粒；多矿物颗粒-一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒；（2）次生矿物-母岩岩屑经化学风化，改变原来的成份，成为一种颗粒很细的新矿物，主要是粘土矿物。粘土矿物的粒径d<0.005mm,肉眼看不清，电子显微镜下为鳞片状。（2）次生矿物粘土矿物的微观结构，由两种原子层(晶片)构成：一种是由Si-O四面体构成的硅氧晶片；一种是由Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片。因晶片结合的情况不同，粘土矿物可分为下列三种：①蒙脱石--两结构单元之间没有氢键，相互的联结弱，水分子可以进入两晶胞之间。因此，蒙脱石的亲水性最大，具有剧烈的胀缩性。②伊利石--又称水云母，Si-O四面体中的Si为Al、Fe所取代，损失的原子价由阳离子钾补偿。因此，晶格层组之间具有结合力，亲水性低于蒙脱石。③高岭石--晶胞之间有氢键，相互联结力较强，晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入。因此，高岭次生矿物除粘土矿物外，还有次生二氧化硅与难溶盐等石的亲水性最小。（3）腐植质如土中腐植质含量多，使土的压缩性增大。对有机质含量超过3%～5%的土应予注明，不宜作为填筑材料。自然界中土颗粒的大小相差悬殊，例如巨粒土漂石，粒径d>200mm，细粒土粘粒d<0.005mm，两者粒径相差超过4万倍。颗粒大小不同的土，它们的工程性质也各异。例如颗粒粗大的卵石、砾石和砂，大多数为浑圆和棱角状的石英颗粒，具有较大的透水性而无粘性；颗粒细小的粘粒，则属针状或片状的粘土矿物，具有粘滞性而透水性较低。由于土颗粒粒径大小的量变会引起土在性质上的质变，因此工程上把土在性质上表现出明显差异的界限粒径（粒组与粒组之间的分界尺寸）作为划分粒组的依据。所谓粒组就是指相邻两界限粒径之间性质相近的土粒。2、土颗粒的大小与形状

通常把土粒径按性质相近的原则划分为6个粒组：

漂石(块石)粒径d>200mm

卵石(碎石)200mm≤粒径d＞60mm

圆砾(角砾)60mm≤粒径d＞2mm

砂粒

2mm≤粒径d＞0.075mm

粉粒0.075mm≤粒径d＞0.005mm

粘粒0.005mm≤粒径d通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大、工程性质好。3、土的粒径级配自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒组混合而成。土的颗粒有粗有细，土中土粒的大小及其组成，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。粒径级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土的分类定名的标准。土中各个粒组的相对含量可通过粒径分析试验得到，工程中常用两种试验方法，互相配合使用。

（1）筛析法--适用于土粒粒径d>0.075mm的土。

（2）密度计法--适用于土粒粒径d<0.075mm的土。颗粒分析试验成果可用表或粒径级配曲线表示。3、土的粒径级配由曲线的坡度陡缓可大致判断土的均匀程度。曲线较陡，则表示颗粒大小相差不多，土粒较均匀；反之，曲线平缓，则表示粒径相差悬殊，土粒级配良好。粒径级配曲线上：纵坐标为10%所对应的粒径d10称为有效粒径；60%对应的粒径d60称为限定粒径；d60与d10的比值称为不均匀系数Cu，即Cu=d60/d10

；当Cu很小时曲线很陡，表示土均匀；当Cu很大时曲线平缓，表示土的级配良好。

（2.2）曲率系数Cc为表示土颗粒组成的又一特征。一般按经验把Cu≤5的土看作是均粒土，属级配不良；Cu>10的土属级配良好。此外，要满足级配良好的要求，除土粒大小必须不均匀外，还要求符合Cc=1～3的条件。否则土粒大小不连续，出现缺粒段，仍不能称为级配良好。工程上同时满足Cu>5且Cc=1～3

称为级配良好的土。3、土的粒径级配

土的孔隙中有水，水分子为极性分子，由带正电荷的氢原子和带负电荷的氧原子组成。粘土表面带负电荷，在土粒周围形成电场，吸引水分子带正电荷的氢原子一端，使其定向排列，形成结合水膜，如图2.4所示。二）土中水（1）强结合水（吸着水）由粘土表面的电分子力牢固地吸引的水分子紧靠土粒表面，厚度只有几个水分子厚，小于0.003μm。其吸附力高达几千个大气压。它没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，在＞105℃时才蒸发。其性质接近于固体，密度约为1.2～2.4g/cm3，冰点为－78℃，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。性质接近固体，不传递静水压力，100℃不蒸发。只含强结合水时，粘土呈固体坚硬状态；砂土呈散粒状态。结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面成薄膜状的水，不服从静水力学规律，其冰点低于零度。结合水又分为强结合水和弱结合水。1、结合水（2）弱结合水（薄膜水）紧靠强结合水的外围形成的一层结合水膜称弱结合水，也是由粘土表面的电分子力吸引的水分子，密度为1.0～1.7g/cm3,仍不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水会向邻近较薄的水膜转移。此部分水对粘性土影响最大，当粘土中含有较多的弱结合水时，因其比表面较大而具有一定的可塑性；砂土比表面较小，几乎无可塑性。弱结合水距土粒表面越远，所受到的分子引力就越弱，并逐渐过渡到自由水。2、自由水（1）重力水位于地下水位以下，在重力或压力差作用下透过土体而流动，对土粒及结构物具有浮力作用。重力水对土中的应力状态和开挖基槽、基坑以及修筑地下构筑物时所应采取的排水、防水措施有着重要的影响。

（2）毛细水位于地下水位以上，受毛细作用(表面张力)而上升，形成毛细水上升带，其上升的高度视土粒的大小而不同，一般粘土中为5～6m，砂土小于2m，粒径大于2mm的土粒无毛细现象。极细小的孔隙，土粒周围有可能被结合水充满，亦无毛细现象。故毛细水主要存在于粒径为0.002～0.5mm的孔隙中。（2）毛细水当土孔隙中存在局部毛细水时毛细水的弯液面和土的接触处的表面张力反作用于土粒，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧，（土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。在施工现场常常可以看到稍湿状态的砂堆，能保持垂直陡壁达几十厘米高而不坍落，就是因为砂粒间具有毛细粘聚力的缘故。毛细水上升到地表会引起沼泽化、盐渍化，而且还会使地基润湿、降低强度，增大变形量。如土中存在有毛细水，在工程中必须注意建筑物的防潮措施，以及地基土的浸湿和冻胀。3、气态水土的孔隙中没有被水充填的部分都是气体。土中气体分两种：1）自由气体2）封闭气泡封闭气泡与大气隔绝，存在粘性土中，当土层受荷载作用时，封闭气泡缩小；若土中封闭气泡很多时，将使土的压缩性增高，土的渗透性降低。4、固态水当气温降至零度以下时，液态的自由水结冰为固态水，使基础发生冻胀，寒冷地区基础埋深要考虑冻胀问题。土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学性质。土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。土的松密和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间在数量上所占有的比例，土力学中采用三相之间在体积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。土的物理性质指标反映土的工程性质的特征，具有重要的实用价值。例如，地基基础设计中，一个关键的问题是确定地基土的承载力，如何确定地基承载力？常用方法是《规范法》，若地基土为粉土，据孔隙比和含水量，可用《规范》查出地基承载力数值。六、土的物理性质指标地基承载力数值的大小，与地基基础的设计和施工紧密相关。如地基粉土的孔隙比e=0.8,含水量w=10%，则地基承载力可达200kPa,可作为多层房屋的天然地基；若孔隙比e=1.6,含水量w=70%，则地基承载力很低，小于50kPa，为软弱地基，多层房屋无法采用天然地基，需要考虑人工加固地基或采用桩基。由此可见，孔隙比e和含水量w的数值大小，影响建筑地基基础的方案不同，随之而来施工方法、工期、造价都不相同。总之：土中三相之间相互比例不同，土的工程性质也不同。土三项组成的定量关系，即土的物理性质指标的物理意义和数值大小。一）土的三项基本物理性指标（1）物理意义—ρ为单位体积土的质量。γ为单位体积土的重力密度，即γ＝ρg=9.8ρ≈10ρ(kN/m3)。1、土的密度ρ和土的重力密度γ（2）表达式（2.3）（3）常见值

ρ＝(1.6～2.2)g/cm3，γ＝(16～22)kN/m3（4）测定方法

①环刀法

适用于粘性土、粉土与砂土。

②灌水法

适用于卵石、砾石与原状砂。

（1）物理意义--土中固体矿物的质量与同体积4℃时的纯水质量的比值。2、土粒比重Gs（ds）（2）表达式(2.4)（3）常见值砂土Gs=2.65-2.69；粉土Gs=2.70-2.71;粘性土Gs=2.72～2.75。（4）测定方法

①比重瓶法②经验法因各种土的比重值相差不大，仅小数点后第二位不同。（1）物理意义--土的含水量表示土中含水的数量，为土体中水的质量与固体矿物质量的比值，用百分数表示。3、土的含水量w（2）表达式（2.5）（3）常见值砂土w=(0～40)%；粘性土w=(20～60)%。（4）测定方法

①烘箱法

②红外线法

③酒精燃烧法

④铁锅炒干法（1）物理意义--土的孔隙比为土中孔隙体积与固体颗粒的体积之比值。1、土的孔隙比e（2）表达式（2.6）（3）常见值砂土e=0.5～1.0;当砂土e<0.6时，呈密实状态，为良好地基。粘性土e=0.5～1.2;当粘性土e>1.0时，为软弱地基。（4）确定方法

根据ρ、Gs与W实测值计算而得，建筑工程应用很广。为确定地基承载力的指标。二）反映土的松密程度的指标（1）物理意义--土的孔隙度表示土中孔隙大小的程度，为土中孔隙占总体积的百分比。2、土的孔隙度(孔隙率)n（2）表达式(2.6)（3）常见值

n=(30～50)%（4）确定方法

根据ρ、Gs与W实测值计算而得。孔隙度与孔隙比相比，工程应用较少。三）反映土中含水程度的指标（1）物理意义-土的饱和度表示水在孔隙中的充满的程度。1、含水量w（2）表达式（2.8）（3）常见值

Sr=0～1。（4）确定方法

根据ρ、Gs与W实测值计算而得。2、土的饱和度Sr（5）工程应用

完全干燥的

Sr=0

稍湿的

0.5≤Sr

很湿的

0.8≤Sr＞0.5

饱和的

Sr>0.8

完全饱和的

Sr=1（1）物理意义--土的干密度为单位体积的土，将水分烘干后的质量。土的干重度为单位体积的土，将水分烘干后的重力密度，即γd=ρdg=9.8ρd≈10ρd（kN/m3）1、土的干密度ρd和土的干重度γd（2）表达式（3）常见值

ρd=（1.3～2.0）g/cm3,γd=（13～20）kN/m3（4）测定方法

①大环刀法；②放射性同位素法（2.9）（5）工程应用通常用作填方工程，包括土坝、路基和人工压实地基，土体压实质量控制的标准。土的干密度ρd

（或干重度γd）越大，表明土体压得越密实，也即工程质量越好，但花费的压实费用也越大。根据工程的重要程度和当地土的性质，设计规定一个合理的ρd（或γd）数值。四）特定条件下土的密度（重度）（1）物理意义—土的饱和密度为孔隙中全部充满水时，单位体积的质量。土的饱和重度为孔隙中全部充满水时，单位体积的重力密度，即γsat＝ρsatg=9.8ρsat≈10ρsat（kN/m3）。（2）表达式（3）常见值

ρsat=（1.8～2.3）g/cm3,

γsat=（18～23）kN/m3（2.10）2、土的饱和密度ρsat和饱和重度γsat（1）物理意义--土的有效密度，指地下水位以下，土体受水的浮力作用时，单位体积的质量。土的有效重度为地下水位以下，土体单位体积的重力密度，即γ’＝ρ’g=9.8ρ’≈10ρ’（kN/m3）。3、有效密度（浮密度）ρ’和有效重度（浮重度）γ’（2）表达式（3）常见值

ρ’=（0.8～1.3）g/cm3,γ’=（8～13）kN/m3γsat>γ>γd>γ’ρsat>ρ>ρd>ρ’ρw≈1g/cm3γw≈10kN/m3g≈10m/s2（2.11）4、各密度’和重度之间的相对大小综上所述，土的物理性质指标：ρ、Gs、w、e、n、Sr、ρd、ρsat、ρ’共9个，其中ρ、Gs、w由实验室测定，其余6个通过三相草图换算求得。

1、绘三相计算草图土的三相比例指标中，土的密度ρ、比重Gs和含水量w是由实验确定的(由ρ可得γ)，其它指标可由γ、Gs、和w换算得到：五）土的物理性指标的换算（1）（2）（3）（4）2、设Vs=1(或V=1)则Vv=e(式2.6)V=1+e由（2.4）和（2.5）得ms=Gsρw,mw=wGsρw,m=Gs(1+w)ρw（5）（6）（7）（8）六）研究反映土的松密和软硬状态的指标砂土、碎石土统称为无粘性土，均为单粒结构，它们最主要的物理状态指标为密实度。无粘性土的密实度对其工程性质有重要的影响。当其处于密实状态时，结构较稳定，压缩性较小，强度较大可作为建筑物的良好地基；而处于疏松状态时（特别对细、粉砂来说），稳定性差、压缩性大，强度偏低，属于软弱土之类。工程中以什么作为划分密实度的标准呢？1、用孔隙比e为标准《工业与民用建筑地基基础设计规范》中规定，以孔隙比e作为砂土密实度的划分标准。

密实中密稍密松散砾砂、粗砂、中砂

e<0.600.60≤e≤0.750.75<e≤0.85e>0.85

细砂、粉砂

e<0.700.70≤e≤0.850.85<e≤0.95e>0.95（一）无粘性土的密实度优点用一个e即可判别砂土的密实度，应用方便。同一种土，密砂的孔隙比e1，松砂的孔隙比e2，则必然e1<e2。缺点：用一个指标e，无法反映土的粒径级配因素。例如，两种级配不同的砂，一种颗粒均匀的密砂，其孔隙比为e1’，另一种级配良好的松砂，孔隙比为e2’，结果e1’>e2’，即密砂孔隙比反而大于松砂的孔隙比。2、用相对密度Dr为标准为克服上述方法的缺陷，可用天然孔隙比e与同一种砂的最松状态孔隙比emax和最密实状态孔隙比emin进行对比，看e靠近emax或靠近emin，以此为判别它的密实度，即相对密实度。Dr一般以百分数表示。显然，当Dr=0时，即e=emax时，表示砂土处于最疏松状态；当Dr=1，即e=emin时，表示砂土处于最紧密状态。因此，据Dr值可把砂土的密实度状态划分为下列四种：（2.12）密实的

1≥Dr>0.67中密的

0.67≥Dr>0.33松散的

0.33≥Dr>≥0.20极散的

0.20>Dr优点：用相对密度Dr作为判别砂土密实度的标准，计入土的级配因素，理论上完善。缺点：用长颈漏斗法测定emax或用振动叉和击锤振击金属圆筒法测定emin，因人而异，测定的数值与测试人员的素质、劳动态度有关，难以获得科学的数据。在实践中很少使用。我国《建筑地基基础设计规范》采用标准贯入试验锤击数N来评价砂类土的密实度。根据N可将砂土分为：松散

N≤10稍密

10＜N≤15中密

15＜N≤30密实

N＞30碎石土的颗粒较粗，更不易取得原状土样，也难于将贯入器击入其中，对这类土，对这类土可现场进行观察，据其骨架颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别，据此可将碎石土分为：密实、中密、稍密4、碎石土的密实度粘性土的物理特征是否与砂土相似？是否也用e、Dr和N作标准测定其密实度？从粘性土和砂土的颗粒大小、土粒与土中水的相互作用进行分析。砂土颗粒粗，d=0.075～2.0mm，为单粒结构，结合水含量比例小，土粒与土中水的相互作用不明显。因此，砂土可用e、d、N反映其密实度，以确定砂土的工程性质。粘性土的颗粒很细，d<0.005mm，细土粒周围形成电场，电分子力吸引水分子定向排列，形成粘结水膜。土粒与土中水作用很显著，关系极密切。同一种粘性土，当w小时，土呈半固体坚硬状态；当w适当增加，土粒间距离加大，土呈现可塑状态；如w再增加，土中出现较多的自由水时，粘性土变成液体流动状态。（二）粘性土的物理特征粘性土随w不断增加，土的状态变化为固态→半固态→可塑状态→液体状态，承载力相差10倍以上。当土处于固态和半固态时，土较坚硬，统称坚硬状态。半固态与固态的区别在于：半固态时随着土中水的蒸发，土的体积缩小，而固态时尽管土中水继续蒸发，但土体积已不再缩小。由此可见，粘性土最主要的物理特征并非e、Dr，而是土粒与土中水相互作用产生的稠度（即软硬程度）。粘性土的稠度，反映土粒之间的连结强度随着含水量高低而变化的性质。粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为界限含水量。界限含水量对粘性土的分类及其工程性质的评价有着十分重要的意义。（二）粘性土的物理特征（1）定义--粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量称为液限wL。

（2）测定方法①锥式液限仪--76克圆锥体，若约经15秒锥体进入土中10mm，此时的含水量为液限。②碟式液限仪--将碟子抬高10mm，连续下落25次，如土槽合拢长度为13mm,此时的含水量为液限。（二）粘性土的物理特征1、液限wL(%)（1）定义-粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量称为塑限wP2、塑限wP(%)（2）测定方法①滚搓法②液、塑限联合测定法制备3个不同含水量的试样，测定圆锥仪在5秒时的下沉深度，测定此时的含水量，在双对数坐标纸上绘出圆锥下沉深度和含水量的关系直线。深度10mm，对应的含水量为液限，2mm对应的含水量为塑限。（二）粘性土的物理特征（1）定义--粘性土呈半固态与固态之间的分界含水量称为缩限wS。3、缩限wS(%)（2）测定方法用收缩皿法，用收缩皿或环刀盛满含水量为液限的试样，放在室内逐渐晾干，至试样的颜色变淡时，放入烘箱中烘至恒重，测定烘干后收缩体积和干土重，从而求得缩限。（1）定义--粘性土与粉土的液限与塑限的差值，去掉百分数，称塑性指数，记为IP。4、塑性指数IP（2）测定方法细颗粒土体处于可塑状态下，含水量变化的最大距间。一种土的wL与wP之间的范围大，即IP大，表明该土能吸附结合水多，但仍处于可塑状态，亦即该土粘粒含量高或矿物成分吸水能力强。IP＝（wL-wP）×100(2.13)（3）工程应用用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。（1）定义——粘性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值和液限与塑限差值之比，称液性指数，记为IL。即：5、液性指数IL（2）物理意义液性指数又称相对稠度，是将土的天然含水量w与wL及wP相比较，以表明w是靠近wL还是靠近wP，反映土的软硬不同。（3）工程应用据液性指数IL大小不同,可将粘性土分为5种软硬不同的状态。（2.14）坚硬

IL≤0硬塑

0<IL≤0.25可塑

0.25<IL≤0.75软塑

0.75<IL≤1.0流塑

IL＞1.0（3）工程应用（2.14）IL＝0～1之间为塑态，分为4等分，靠近坚硬的为硬塑，靠近流塑的为软塑，中间的为可塑状态。液性指数IL在建筑工程中的一个重要用途，为确定粘性土承载力的重要指标。当w<wP时，公式（2.14）分子为负值，IL＜0，土呈坚硬状态。当w>wL时，公式（2.14）的分子大于分母，即IL＞1，土处于流塑状态。（1）定义--粘性土的塑性指数与土中胶粒（d<0.002mm的颗粒）含量百分数的比值。称为活动度A，即：6、活动度A（2）物理意义--活动度反映粘性土中所含矿物的活动性。据A的大小可分为3种：式中m--土中胶粒（d<0.002mm）含量百分数。（2.15）

A<0.75不活动粘土

0.75<A<1.25正常粘土

A>1.25活动粘土（1）定义--粘性土的原状土的无侧限抗压强度与原状土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值。称为灵敏度St，即：7、灵敏度St由技术钻孔取出的粘性土样，如能保持天然状态下土的结构和含水量不变，则称为原状土样。如土样的结构、构造受到外来因素扰动时，则称为扰动土样。土经振动后，土粒间的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，即土的天然结构受到破坏，导致土的强度降低和压缩性增大。土的这种结构性对其强度的影响，一般用灵敏度来表示。式中qu―原状土的无侧限抗压强度，kPa;

q’u―重塑土的无侧限挤压强度，kPa。（2.16）7、灵敏度St（2）物理意义——活动度反映粘性土中所含矿物的活动性。据A的大小可分为3种：（3）工程应用①保护基槽。②利用触变性

St>4高灵敏土

2＜St≤4中灵敏土

St≤2低灵敏土触变性：当粘性土结构受到扰动时，土的强度就降低。但静置一段时间，土的强度又逐渐增长，这种性质称为土的触变性。1、土的分类与定名的必要性土的颗粒大小不同，土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（《土力学及基础工程》）。因此，对地基土进行科学地分类与定名，是十分必要的。2、土的分类标准土的工程分类就是根据某些最能反映土的基本特性，便于测定的指标，把工程性能接近的土划分为一类，以便对土的工程性能作出合理的评价和正确地选择对土的研究方法。七、地基土的工程分类3、土工程分类的目的（1）根据土类，可以大致判断土的基本工程特性，并可结合其它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，可以合理确定不同土类的研究内容与方法。（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。4、土工程分类原则（1）工程特性差异性的原则；（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。土的工程分类体系，目前国内外主要有两种：（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。考虑土的组成，很注重土的天然结构性，即土的粒间连接性质和强度。我国标准《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》。（2）材料系统的分类体系-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。5、我国国家标准《土的分类标准》

目前国内作为国家标准和应用较为广泛的工程分类主要有前述《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》的分类。其划分原则与标准分述如下:（1）土按堆积年代可划分为一下三类：

1）老堆积土：第四纪晚更新世Q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；

2）一般堆积土：第四纪全新世（文化期以前Q）堆积的土层；

3）新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层Q,一般呈欠压密状态，结构强度较低。4

（2）土根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰土及冰水沉积土和风积土。

（3）土根据有机质含量可分为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭。

（4）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。

（5）土按颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。

1）碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%的土。根据颗粒级配和颗粒形状分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。

2）砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50%，并且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的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的颗粒含量不超过全重的50%，并且塑性指数小于或等于10的土。根据颗粒级配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。

土根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰土及冰水沉积土和风积土。但同一成因类型的土，在沉积形成后，可能遭到不同的自然地质条件和人为因素的变化，而具有不同的工程特性。

（1）残积土

是岩石经风化后未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物，而另一部分则被降水和风带走。它的分布主要受地形控制。土的成因类型特征

（2）坡积土

坡积土是经雨雪水的细水片流缓慢洗刷、剥蚀，及土粒在重力作用下顺着山坡逐渐移动形成的堆积物。时间越长，搬运、沉积在山坡下部的物质越厚，表面倾斜度就越小。坡积土的颗粒组成有沿斜坡自上而下、由粗变细的分选现象。在垂直剖面上，下部与基岩接触处往往是碎石、角砾土，其中充填有粘性土或砂土。上部较细，多为粘性土；矿物成分与下部基岩无直接关系；

土质上下不均一，结构疏松，压缩性高，且土层厚度变化大，因此对建筑物常有不均匀沉降的问题。（3）洪积土

是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或山前倾斜平原堆积成的洪积土体。如秦岭山前洪积扇等。（4）冲积土

是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。它发育于河谷内以及山区外的冲积平原中。（5）湖泊沉积物

分为湖边沉积物和湖心沉积物。湖边沉积物具有明显的斜层理结构，近岸带土的承载力高，远岸处则差些。湖心沉积物是由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到湖心后沉积而成的。（6）海洋沉积物

海洋沉积物在海底表层沉积的砂砾层很不稳定，随着海浪不断的移动变化，选择海洋平台等构筑物地基时，应慎重对待。

（7）冰积土和冰水混积土

冰积土和冰水混积土是分别由冰川和冰川融化的冰下水进行搬运堆积而成。其颗粒以巨大块石、碎石、砂、粉土及粘性土混合组成。

（8）风积土

风积土是指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。颗粒主要由粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙大，结构松散。土的分类按地质成因分类

按颗粒级配和塑性指数分类

残积、坡积、洪积、冲积、冰积、风积等类型

土按颗粒级配和塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。

一）碎石土分类

《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》1、定义--土的粒径d>2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土。2、分类依据--根据土的粒径级配中各粒组的含量和颗粒形状两者进行分类定名。3、定名常见的碎石土，强度大，压缩性小，渗透性大，为优良地基。棱角形为主角砾粒径d>2mm的颗粒质量＞全重50%圆形及亚圆形为主圆砾棱角形为主碎石粒径d>20mm的颗粒质量＞全重50%圆形及亚圆形为主卵石棱角形为主块石粒径d>200mm的颗粒质量＞全重50%圆形及亚圆形为主漂石粒组含量颗粒形状土的名称碎石土分类土的名称颗粒形状粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石圆砾角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%1、定义--粒径d>2mm的颗粒含量不超过全重50%，且d>0.075mm的颗粒超过全重50%的土称为砂土。2、分类依据--根据土的粒径级配各粒组含量定名。（1）密实与中密状态的砾砂、粗砂、中砂为优良地基；稍密状态的砾砂、粗砂、中砂为良好地基。（2）粉砂与细砂要具体分析：密实状态时为良好地基；饱和疏松状态时为不良地基。3、定名--按土的粒径由大到小分为5种砂土，即砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。4、工程性质二）砂土分类

《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》砂土分类砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于2mm的颗粒占全质量25-50%粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%土的名称粒组含量注：定名时应据粒径分组含量由大到小，以最先符合者确定。粒径d>0.075mm的颗粒超过总质量50%粉砂粒径d>0.075mm的颗粒超过总质量85%细砂粒径d>0.25mm的颗粒超过总质量50%中砂粒径d>0.5mm的颗粒超过总质量50%粗砂粒径d>2mm的颗粒占总质量25～50%砾砂粒组含量土的名称二）砂土分类

《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》1、定义--塑性指数IP≤10，且d>0.075mm的颗粒含量不超过总质量50%的土称为粉土。2、定名--其工程性质介于砂土与粘性土之间，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。如北京市标准：IP≤7，称为砂质粉土，7＜IP≤10，称为粘质粉土；3、密实度粉土的密实度以孔隙比有关，一般e>0.9时，为稍密，强度较低，属软弱地基；0.90≥e≥0.75，为中密；e<0.75，为密实，其强度高，属良好的天然地基。4、工程性质密实的粉土为良好的天然地基。饱和稍密的粉土，地震时易产生液化，为不良地基。三）粉土分类

《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》粉土分类1.砂质粉土粒径小于0.005mm的颗粒含量不超过全重10%2.粘质粉土粒径小于0.005mm的颗粒含量超过全重10%1、定义--土的塑性指数IP＞10时，称为粘性土。2、分类依据--按塑性指数的大小为定名。4、工程性质粘性土的工程性质与其含水量的大小密切相关。密实硬塑的粘性土为优良的地基；疏松流塑状态的粘性土为软弱地基。3、定名（1）国家标准塑性指数IP＞17，为粘土

10＜IP≤17，为粉质粘土四）粘性土分类

《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》粘性土的分类

根据堆积时代分

根据塑性指数Ip分

按工程特性分

根据有机质含量分类1）老堆积土：晚更新世及其以前2）一般堆积土：全新世堆积3）新近堆积土：全新世以后粉质粘土：10＜Ip≤17粘土：

Ip＞17湿陷性土、红粘土、软土（包括淤泥和淤泥质土）、多年冰土、膨胀土、盐滞土、混合土、填土污染土等。无机土：Q＜5%有机质土：5%≤Q≤10%泥炭质土：10％＜Q≤60％泥炭：Q＞60％1、定义--由人类活动堆填形成的各类土称为人工填土。2、分类依据--按人工填土的组成物质和堆积年代进行分类定名。3、定名（1）按人工填土的组成物质，分为下列3种：

①素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土。不含杂质。

②杂填土凡含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土，称为杂填土。

③冲填土由水力冲填泥砂形成的填土，称为冲填土。五）人工填土分类

《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》（2）按人工填土堆积年代，分为以下两种：①老填土凡粘性土填筑时间超过10年，粉土超过5年。②新填土若粘性土填筑时间小于10年，粉土少于5年，称为新填土。通常人工填土的工程性质不良，强度低，压缩性大且不均匀。其中压实填土相对较好。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。以上六大类岩土在工程中常会遇到。此外，尚有以下几种特殊性质的土，需特别加以注意。特殊土的工程地质特性

人工填土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。

特殊土是指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。从目前工程实践来看，大体可以分为：1、软土2、红粘土3、黄土4、多年冻土5、盐渍土6、膨胀土等。六）特殊土分类

《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》（1）定义--是指沿海的滨海相、三角洲相、溺谷相、内陆的河谷相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的孔隙比大(e≥1)、天然含水量高(w≥wL)、压缩性高、强度低和具有灵敏的结构性的土层。其包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土等。（2）生成条件--在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成。（3）物理性质及定名当粘性土的w>wL，e≥1.5时称为淤泥；当1.5>e≥1.0时淤泥质土；当有机质含量大于5%时，称为有机质土；当有机质含量大于60%时，称为泥炭。（4）工程性质

压缩性高、强度低、透水性低为不良地基。1、软土特殊土的工程地质特性

淤泥类土

1、高孔隙比、饱水、天然含水率大于液限孔隙比常见值为1.0～2.0；液限一般为40％～60％，饱和度一般>90％，天然含水率多为50～70％。未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动状态。2、透水性极弱：一般垂直方向地渗透系数较水平方向小些。3、高压缩性：a1~2一般为0.7～1.5Mpa－1，且随天然含水率的增大而增大。4、抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关5、较显著的触变性和蠕变性2、红粘土（1）定义--是指碳酸盐岩系的岩石，亚热带温湿气侯条件下，经红土化作用，形成并覆盖于基岩上，呈棕红、褐黄等色的高塑性粘土。（2）特征--wL>50；土质上硬下软；具有明显的胀缩性；裂隙发育。IP＝30～50，e=1.1～1.7，Sr>0.85已形成的红粘土经坡、洪积再搬运后仍保留着红粘土的基本特征、且wL>45的称为次生红粘土。（3）工程性质红粘土和次生红粘土通常强度高、压缩性低。因受基岩影响，厚度不均匀，上硬下软。具有明显的收缩性，裂隙发育，破坏了土体的整体性。特殊土的工程地质特性

红粘土1、高塑性和分散性液限一般为50～80%，塑限为30～60％，塑性指数一般为20～50%。2、高含水率、低密度天然含水率一般为30％～60％，饱和度>85％，密实度低，大孔隙明显，孔隙比>1.0；液性指数一般都小于0.4；坚硬和硬塑状态。3、强度较高，压缩性较低固结快剪值8º～18º，c值可达0.04～0.09MPa，多属中压缩性土或低压缩性土，压缩模量5～15MPa。4、不具湿陷性，但收缩性明显，失水后强烈收缩，原状土体缩率可达25％。红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物质有关。（1）沿深度上，随着深度的加大，红粘土的天然含水率、孔隙比、压缩系数都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑可变为可塑、软塑，而强度则大幅度降低。（2）在水平方向上，由于地形地貌和下伏基岩起伏变化，性质变化也很大，地势较高的，由于排水条件好，天然含水率和压缩性较低，强度较高，而地势较低的则相反。3、黄土（1）定义--是一种含大量碳酸盐类，且常能以肉眼观察到大孔隙的黄色粉状土。

（3）黄土的