第6章土的工程地质分类

第6章 土的工程地质分类,资源与环境工程学院廖义玲,6.1 概述 分类的意义,土的分类是工程地质学中重要的基础理论课题。对种类繁多、性质各异的土，按一定的原则进行分门别类，以便合理地选择研究内容和方法，针对不同的程建筑的要求，对不同的土给以正确的评价，为合理利用和改造各类土提供客观实际的依据。在各类工程地质勘察中，都应该把研究区域内的各种土进行分类，并反映在工程地质平面图和剖面图上，作为设计施工和分析研究的依据。,一、 土的工程地质分类的基本类型 土的工程地质分类，按其具体内容和适用范围，可以概括地分为三种基本类型： 1. 一般性分类。又称通用分类。 2局部性分类。 3专门性分类。二、土的工程地质分类的一般原则和形式 1.将成因和形成年代作为最粗略的第一级分类标准，即所谓地质成因分类。 2. 反映土的成分和与水相互作用的有关特征作为第二级分类标准，即所谓土质分类。 3. 反映土的结构及其所处的状态的有关特征作为第三级分类标准，即工程建筑分类,6.2 分类体系简介,土质分类有两种分类原则： 一是按土的粒度成分; 二是按土的塑性特性。 国内外已有的土分类方案很多，归纳起来有三种不同体系： 一种是按粒度成分； 一种是按塑性指数； 一种是综合考虑粒度成分和塑性的影响。,三、我国主要的土质分类简介 土的分类标准(GBJ14590)是我国工程建设所涉及土类的通用分类标准结束了无全国统一土分类的局面。经过修订的岩土工程勘察规范(GB5002194)中规定的“土的工程分类”是目前工程建设中应用最广泛而有重大影响的一种专门分类标准。下面着重介绍这两种土质分类。,1.土的分类标准(GBJ 14590)中土的分类,该标准适用于各类工程用土的鉴别、定名和描述，以便于对土的性状作定性评价，是土的通用分类标准。 将土分为一般土和特殊土两大类。 一般土，按其不同粒组的相对含量可划分为巨粒土和含巨粒土、粗粒土、细粒土； 巨粒土和含巨粒土、粗粒土，按粒组、级配、所含细粒情况细分为16种土类； 细粒土按塑性图、所含粗粒类别及有机质情况细分为16种土类。 各类土都给以一定命名和代号。 特殊土包括膨胀上等类。,粗粒土按粒度成分的分类,细粒土的分类,2岩土工程勘察规范(GB5002194)中土的分类 该分类体系是结合我国土质条件和多年实践经验，经改进、补充而形成的岩土工程专门分类。 首先按堆积年代和地质成因进行划分，并将某些特殊条件下形成具特殊工程性质的区域性特殊土与一般性土区别开来。 按颗粒级配或塑性指数将土分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，并结合堆积年代、成因和某种待殊性质综合定名。,其划分原则与标准分述如下:,(1)土按堆积年代可划分为以下三类： 老堆积土 一般堆积土 新近堆积土 (2)根据地质成因可将土分为: 残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土、风积土和海积土等。 (3)根据有机质含量可将土分为: 无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭 (4)按颗粒级配和塑性指数可将土分为: 碎石土、砂土、粉土和粘性土（5）特殊性土分为： 湿陷性土、红粘土、软土、填土、多年冻土、膨胀土、盐渍土、污染土。,6.3土的一般性分类及一般土的工程地质特性,土的第一级分类是地质成因类型 按土的成因来划分，主要考虑了自然地理、地质环境、地质营力和地质作用等因素，有时可考虑到土的地质时代，如Q3湖积土、Q4冲积土等。 这种分类可作为编制一般性小比例尺工程地质概略图(如比例尺为1:200000，1:100000，1:50000)时划分土类之用，供规划阶段制定规划方案，以说明区域地质条件，分析一般工程地质条件。,土的第二级分类是土质类型 按土的形成条件和内部连结，划分为 “一般土”和 “特殊土”。 一般土，可划分为巨粒土、粗粒土和细粒土； 特殊土包括淤泥类土、黄土类土、膨胀性土、人工填土、冻土等类型。 根据土的粒度成分和塑性指数，也即决定土性质的最主要因素，可以进一步再细分。 这种分类可作为中等比例尺工程地质图(如1:25000，1:10000，1:5000)划分土类之用，供选择场地阶段确定设计的计算原则，初步预测场地的稳定性，以便进行场地工程地质条件比较。,土的第三级分类是土的工程地质性质 主要考虑与水作用的特点(饱水状态，稠度状态，膨胀性，湿陷性等)、土的密实情况或压缩性进行划分。 这些划分必须测得土的专门试验指标，用具体指标作为划分不同土类的标准。 这种分类可作为大比例尺工程地质详图(如1：2000，1；1000，1：500)划分土类之用，可以满足设计阶段设计计算的要求，以便评价建筑地段的稳定性。,一般土，按粒度成分相连结特征常分为巨粒土、粗粒土和细粒土二类。 前两类以前统称为无粘性土，后一类称粘性土。 无粘性土常按粒度和松密程度进行详细分类。 粘性土常按塑性指数和稠度状态进行详细分类。,一、砾类土,粒径602mm的颗粒含量占50。 颗粒粗大，主要由岩石碎屑或石英、长石等原生矿物组成； 呈单粒结构，孔隙大，透水性极强，压缩性很低，内摩擦角大，抗剪强度也大。 典型的流水沉积的砾类土，分选较好，孔隙中充填物主要为砂粒，且数量较少，故透水性最强，压缩性最低，抗剪强度最大。 基岩风化碎石和山坡堆积碎石类土或冰川堆积泥砾，产状复杂，分布不均，分选较差，充填大量砂粒、粉粒、粘粒等细小颗粒，其性质常处于砾类土和粘性土之间，透水性相对较弱，内摩擦角较小，抗剪强度较低，压缩性稍大，要注意其不均匀性。砾类土是一般建筑物的良好地基，只是在含水时，由于透水性强，开挖基坑过程中往往涌水量很大，作为坝基、渠道帮壁和底板时，也往往产生严重渗漏或潜蚀，常伴随发生帮壁坍塌，边坡失稳等现象。,二、砂类土 粗粒(0.075mm)含量占50以上、砾粒含量50、粘粒含量极少、以砂粒为主的土称为砂类土。 塑性极低或无塑性(Ip3)。 砂粒的矿物成分以石英、长石及云母等原生残余矿物为主，粘粒含量很少。 砂类土一般都没有连结，呈单粒结构，透水性强，压缩性低，且压缩过程甚快，内摩擦角较大，承载力较高。是一般建筑物的良好地基，也是良好的混凝土骨料；问题是开挖时可能严重涌水。 细砂土、粉砂土的工程地质性质较差，特别是受振动时易产生液化现象，开挖时也极易随同地下水涌入基坑，形成流砂；其颗粒细小，一般不宜用作混凝土骨料。,粗粒含量(0.075mm)不到50的土称为细粒土，习惯称为粘性土.具结合水连结和团聚结构，有时有胶结连结，孔隙较细而多；随着含水率的不同，土表现出不同稠度状态。由于水分的浸入或蒸发，土的体积会膨胀或收缩。压缩量较大而过程缓慢，抗剪强度主要取决于内聚力，内摩擦角较小。 粘性土的性质主要取决于连结和密实度。近流态或软塑态的土，具有较高的压缩系数和较低的抗剪强度，会引起地基的过量变形，边坡不稳定；而固态或硬塑态的土，具有较低的压缩性，较高的抗剪强度，地基和边坡都较稳固。粘性土是常用的修筑堤坝的土料。,三、细粒土(粘性土),塑性指数Ip10的土 为砂土和粘性土的过渡类型，其性质界于两者之间。 粉土分砂质粉土和粘质粉土两类，前者性质更接近粉细砂，后者更接近粘性土。 应考虑是否存在粉细砂问题，能否出现如液化、流砂等现象。,四、粉土,6.4 特殊土的工程地质研究,特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构，而工程地质性质也较特殊的土。这些特殊土一般都是在一定的生成条件下形成的，或是由于所处自然环境逐渐变化形成的。,1. 形成条件和成分、结构特点 淤泥类土是指在水流缓慢的沉积环境中和有微生物参与作用的条件下沉积形成的含较多有机质，疏松软弱(天然孔隙比大于1，天然含水率大于液限)的含较多粉粒的粘性土。 淤泥类土是近代未经固结的在滨海、湖泊、沼泽、河湾、废河道等地区沉积的种特殊土类。 物质组成和结构具有一定的特点：主要是粉质亚粘土；除部分石英、长石、云母矿物外，还含有大量粘土矿物(其中常以伊利石和蒙脱石占多数)，并含有少量的水溶盐类矿物，有机质含量较多。 淤泥类土常呈灰色、灰蓝、灰绿和灰黑等暗淡的颜色，污染手指，并有臭味。 结构形式常为蜂窝状或海绵状，疏松多孔，被扰动后，结构易被破坏，强度降低。淤泥类土定向排列明显，层理较发育，常具薄层状构造，常含粉砂夹层或泥炭透镜体。,一、淤泥类土,按形成和分布情况，我国淤泥类土基本上可以分为两大类： 一类是沿海沉积的淤泥类土； 一类是内陆和山区湖盆地及山前谷地沉积的淤泥类土。 一般说，前者分布较稳定，厚度较大，土质较疏松软弱； 后者常零星分布，沉积厚度较小，性质变化大。 我国沿海沉积的淤泥类土，大致可分为四个类型： (1)泻湖相沉积 (2)溺谷相沉积 (3)滨海相沉积 (4)三角洲相沉积 分布在内陆平原区的淤泥类土主要有湖泊、河漫滩和牛轭湖相等类型,2工程地质性质的基本特点,(1)高孔隙比，饱水，天然含水率大于液限。 (2)透水性极弱。 (3)高压缩性。 (4)抗剪强度低。 (5)具较显著的触变性和蠕变性。 习惯上还将天然含水率大于液限，孔隙比大于1.5的淤泥类上称为“淤泥”，即典型的淤泥类土，其压缩性很高，强度低，灵敏度较大。 将天然含水率大于液限，孔隙比为1.0-1.5的淤泥类土称为“淤泥质土”。它的特性介于典型淤泥和一般粘性土之间。 在工程实践中，将天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水率大于液限的细粒土称为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等。,1. 分布和成因类型 体积随含水率的增加而膨胀，随含水率的减少而收缩。具有明显的膨胀性和收缩性的土，称为膨胀性土(简称膨胀土)。 膨胀土一般分布在盆地内垅岗、山前丘陵地带和二、三级阶地上，大多数是上更新世Q 3及以前的残坡积、冲积、洪积物，也有晚第三纪至第四纪的湖相沉积及其风化层；个别分布在全新世Q4冲积一级阶地上。国外有些膨胀土属于冰湖沉积或海相沉积。,二、膨胀土,2成分和结构特征 一般呈红、黄、褐、灰白等不同颜色，具班状结构，常含有铁锰质或钙质结核。 土体常具有网状开裂，有蜡状光泽的挤压面，类似劈理。土层表层常出现各种纵横交错的裂隙和龟裂现象。 含有较多的粘粒，一般粘粒含量高达35以上；粘粒大部分为亲水性很强的蒙脱石和水云母等粘土矿物，膨胀收缩能力较强。 易溶盐、中溶盐、有机质含量一般均较低，常见碳酸钙或铁锰质结核。 膨胀土物质成分一般在水平方向比较均一，但裂隙、微层理或隐层理却较发育。,3一般工程地质性质液限、塑限和塑性指数都较大，膨胀土的饱和度一般较大。土常处于硬塑或坚硬状态，强度较高，内聚力较大，内摩擦角普遍较高，压缩性一般中等偏低，故常被简单认为是很好的地基。在水量增加或结构扰动时，其力学性质向不良方向转化较明显。,4膨胀土的判别和服缩性分级具有下列工程地质特征的地区，且自由膨胀率大于或等于40的土，应判定为膨胀土：裂隙发育，常有光滑面和撩痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；多出露于二级或一级以上阶地及山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑(槽)壁易发生坍塌等；建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。,三、红土,1红土的成因类型和分布 红土是在湿热气候条件下经历了一定红土化作用而形成的一种含较多粘粒，富含铁、铝氧化物胶结的红色粘性土。红土化作用是化学风化最终阶段的一种作用。任何岩土，经过红土化作用(其中的盐基成分大量淋失，铁、铝显著累积)都可以形成硅铝比较小，粘土矿物以高岭石为主，活动性较低的红土。 由于物质来源的差异及经历了不同程度的红土化作用，形成的红土类型不同： 一类是各种岩石的残积(或局部坡积)风化壳上部的原生残积红土(经过再搬运而改造形成的，称次生红土)； 一类是非残坡积成因，在氧化环境中经过搬运、沉积、红土化作用而形成的红土。 分布最广的红土有如下几类：(1)花岗岩残积红土(2)玄武岩残积红土(3)红层残积红土 (4)红粘土 (5)冲积网纹红土,2红土的工程地质特性 碎屑矿物主要是石英和少量未风化长石；粘粒含量较多，含一定量的针铁矿和赤铁矿，部分含有三水铝石。pH值低，有机质和可溶盐含量极少，游离氧化物含量较高，红土是以亲水性较弱的高岭石相石英为主，活动性较低，有铁质胶结的红色粘性土。 红土的粒度成分与母岩关系密切，砂岩、砾岩、花岗岩残积红土的粒度粗，砂砾含量多，粘粒含量较少(20一40)；碳酸盐类岩石和玄武岩残积红土，粒度细，粘粒含量多(40一80)。,红土的基本特性一般如下： (1)液限较大，含水较多，饱和度大，土常处于硬塑至可塑状态。 (2)孔隙比一般较大，变化范围也大，前期固结压力和超固结比很大，除少数软塑状态红土外，均为超固结土，这与游离氧化物胶结有关；一般常具有中等偏低的压缩性； (3)强度变化范围大，一般较高。 (4)膨胀性弱。 (5)浸水后强度一般降低。,3各类红土的不同特性及评价,(1)花岗岩残积红土(2)玄武岩残积红土(3)碳酸盐岩残积红土(4)红层残积红土 (5)冲积网纹红土,应根据其所处的地形地貌单元、土的物质组成和土体结构，所处稠度状态及与下伏基岩的关系等，划分不同的土质单元。对不同土质单元采用不同指标进行评价，尤其是碳酸盐类岩石残坡积形成的红钻土，这个问题更为突出，表现在： (1)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)由于地形地貌和下伏基岩的起伏变化，红粘土的性质变化也很大。地势较高者。由于排水条件好，天然含水率和压缩性较低，强度较高；而地势较低者则相反。(3)不同成因类型的土也有差别。(4)强烈的失水收缩。,四、黄土类土1分布和标志 我国黄土类土主要是风积成因类型，也有冲积、洪积、坡积、冰水沉积等成因类型。 黄土类土的颜色主要呈黄色或褐黄色，以粉粒为主，富含碳酸钙，有肉眼可见到的大孔，垂直节理发育，浸湿后土体显著沉陷(称湿陷性)。具有上述全部特征的土即为“典型黄土”，与之相类似，但有的特征不明显的土就称为“黄土状土”。典型黄土和黄土状土统称为“黄土类土”，习惯常简称为“黄土”。湿陷性的黄土类土一般又称为“湿陷性黄土”。,2成分和结构特征 黄土的成分和结构的基本特点是： 以石英和长石组成的粉粒为主，矿物亲水性较弱，粒度细而均一，连结虽较强但不抗水；未经很好压实、结构疏松多孔，大孔性明显。黄土具有明显的遇水连结减弱，结构趋于紧密的倾向。,3工程地质性质的基本特点：()塑性较弱 (2)含水较少(3)压实程度很差(4)抗水性弱(5)透水性较强(6)强度较高,4湿陷性的本质和湿陷系数 黄土在一定压力作用下，受水浸湿后结构迅速破坏而产生显著附加沉陷的性能，称为湿陷性，可以用浸水压缩试验求得的湿陷系数评价。,湿陷系数,5黄土的自重湿陷和非自重湿陷黄土受水浸湿后，在上部土层的饱和自重压力作用下而发生湿陷的，称为自重湿陷性黄土。自重湿陷性黄土的湿陷起始压力较小，低于其上部土层饱和自重压力；受水湿陷后，在上部土层饱和自重力作用下不发生湿陷的黄土，称为非自重湿陷性黄土。非自重湿陷性黄土的湿陷起始压力般较大，高于其上部土层的饱和自重压力。,自重湿陷系数,五、盐渍土 1形成条件 地表土层易溶盐含量大于0.5%的土称为盐渍土。 盐渍土，按地理分布可分为滨海盐渍土、冲积平原盐渍土和内陆盐渍土等类型。 滨海盐渍土主要是海水浸入到沿岸地区，经过蒸发，盐分残留地面而形成。 冲积平原盐渍土主要是由于河床淤积抬高或水库渠道渗漏等使沿岸地下水位升高，地下水通过毛细上升作用不断将盐分输送到地表土层，经过蒸发，盐分集聚而形成。 内陆盐渍土主要是由内陆洼地矿化潜水蒸发残留盐分形成的，或是封闭盆地中水分蒸发盐分沉积而成。,盐渍土的厚度并不很大，一般分布在地表以下2-4m，内陆盐湖区盐渍土厚度则可达数十米。土的含盐量主要是近地表处较多向深处盐分逐渐减少，但季节变化很大。 盐渍土的特点是干旱时具有较高的强度，潮湿时强度减弱、压缩性增强，具有溶陷性，而且与所含盐的成分和数量有关。,2类型及其特性 盐渍土的性质与所含盐的成分和含盐量有关。 土中的盐类主要是氯盐、硫酸盐和碳酸盐三类。这几类盐有不同特性，对土的影响不相同。,六、人工填土 人工填土是指由于人类活动而堆填的土。 人工填土作如下分类： (1)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。 素填土，按其堆积年限分为新素填土和老素填土两类。当年限不易确定时，可根据其孔隙比指标判