工程地质-第四章 土的工程性质与分类

1、第四章第四章 土的工程性质与分类土的工程性质与分类 土：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方式，在各种自然环境中形成的堆积物。 土的工程性质主要取决于组成土的土粒的大小和矿物类型。4.1 土的组成与结构、构造 土的三相组成：颗粒（固相）、水溶液（液相）和气体（气相）。 固体（颗粒）+孔隙（水、气）4.1.1 土的粒度成分 粒组：界于一定粒径范围的土粒； 粒度成分（颗粒级配）：土中不同粒组颗粒的相对含量。漂石（块石）：200mm；卵石（碎石）：20020mm；圆砾（角砾）：202mm；砂粒：20.075mm；粉粒：0.0750.005mm；黏粒：0.00

2、5mm。4.1.2 土的矿物成分 原生矿物； 不溶于水的次生矿物； 可溶盐类及易分解的矿物； 有机质。不稳定矿物1. 原生矿物 主要有石英、长石、角闪石、云母等，是组成卵石、砾石、砂粒和粉粒的主要成分。 对工程性质影响，主要在于其颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等因素。2. 不溶于水的次生矿物1）粘土矿物为含水铝硅酸盐，主要有高岭石、伊利石、水云母及蒙脱石等； 亲水性：蒙脱石伊利石高岭石2）次生SiO2（胶态、准胶态）；3）倍半氧化物（Al2O3和Fe2O3等）。是组成黏粒的组要成分。主要特点：高度分散状态胶态或准胶态。易引起土的工程性质的显著改变，如产生大的塑性、强度剧烈降低等。3. 可溶盐

3、类及易分解的矿物 易溶盐：NaCl，CaCl2，Na2SO410H2O，Na2CO310H2O 中溶盐：CaSO4H2O和MgSO4； 难溶盐：CaCO3和MgCO3。易溶盐常以夹层、透镜体、网脉、结核或呈分散的颗粒、薄膜或粒间胶结物含于土中。含盐土浸水后盐类被溶解，土的粒间连结削弱，甚至消失，并同时增大土的孔隙性，从而降低土的强度和稳定性，增大压缩性。 常见易分解矿物：黄铁矿（FeS2）及其他硫化物和硫酸盐类。分解后对土的影响在于： 浸水后削弱或破坏土的粒间连结及增大土的孔隙性； 分解出硫酸，对建筑基础及各种管道设施其腐蚀作用。4. 有机质 当有机质在黏性土中含量达到或超过5%（在砂土中为3

4、%）时，就开始对土的工程性质产生显著影响。 比粘土矿物具有更强的胶体特性和更高的亲水性。比粘土矿物具有更强的胶体特性和更高的亲水性。影响程度取决于： 含量越高，对土的性质影响越大； 分解程度越高，影响越剧烈； 土被水浸程度或饱和度不同，有机质对土的影响不同； 与有机质土层的厚度、分布均匀性及分布方式有关。4.1.3 土中水和气体及其与土粒的相互作用1. 土中水水分子和水化离子水分子和水化离子（1）结合水：受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。热力电位电动电位1）强结合水（吸着水）：紧靠土粒表面的结合水 特点： 厚度很小； 没有溶解能力； 不能传递静水压力； 只有吸热变成蒸汽时才能移动；

5、冰点低； 具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。2）弱结合水（薄膜水）：紧靠于强结合水的外围形成的结合水膜。特征： 厚度比强结合水大得多； 不能传递静水压力； 没有溶解能力，冰点低于0度； 土中含较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。（2）非结合水：土粒孔隙中超出土粒表面静电引力作用范围的一般液态水。能传递静水压力和溶解盐分能传递静水压力和溶解盐分1）毛细水产生于土粒的分子引力和水与空气界面的表面张力共同构成的毛细力作用；存在于地下水面以上；存在与直径为0.0020.5mm的毛细空隙中；毛细上升水毛细悬挂水毛细水影响： 在非饱和土中局部存在毛细水，土粒被挤紧；当土体浸水饱和或失水干燥时，该有效应力

6、消失； 毛细水上升接近建筑物基础底面时，毛细压力将作为基底附加压力的增值，增大建筑物沉降； 毛细水上升接近或浸没基底时，在寒冷地区将加剧冻胀作用； 毛细水浸没基础时，水中盐分具有腐蚀作用。2）重力水：在重力作用下流动的水特点： 产生动水压力； 冲刷带走土中细小土粒； 溶滤水中水溶盐。机械潜蚀作用机械潜蚀作用化学潜蚀作用化学潜蚀作用两种潜蚀作用都将使土的孔隙增大，增大压缩性，降低抗剪强度。3）气态水和固态水 气态水：可在土粒表面凝聚转化为其他各种类型的水； 固态水（冰）：起到暂时的胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。2. 土中气体游离气体封闭气体4.1.4 土的结构和构造土的工程性质取决于：

7、 物质成分； 粒间联接性质和强度； 层理特点； 裂隙发育程度和方向； 结构和构造1. 土的结构：土颗粒本身的特点和颗粒间相互关系的综合特征。土颗粒本身特点：土颗粒大小、形状和磨圆度及表面性质（粗糙度）等。颗粒间相互关系特点：粒间排列及其联结性质。单粒结构集合体结构（1）单粒结构特征（散粒结构）碎石（卵石）、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式。（a）疏松单粒结构；（b）紧密单粒结构单粒结构特点： 孔隙率小，孔隙大； 透水性强； 土粒间没有内聚力； 土粒相互依靠支撑，内摩擦力大； 受压时体积变化较小。（2）集合体结构（团聚结构或絮凝结构）特征黏性土特有结构黏性土特有结构（粒间引力大于重力）（粒

8、间引力大于重力）基本单元：团聚体基本单元：团聚体集合体结构特征： 孔隙度很大压缩性大； 水容度、含水量很大，以结合水为主，排水困难压缩过程缓慢； 具有大的易变性不稳定。2. 土的构造 整个土层（土体）构成上的不均匀性（层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊、裂隙发育程度和特征等）特征的总合。 碎石土构造特征： 砂土和砂质粉土构造特征： 黏性土构造特征：（1）层状构造；（2）显微层状构造；（3）各种裂隙、节理构造。研究土体构造特征意义（1）土体构造特征反映土体的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。（2）土体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。4

9、.2 土的工程分类建筑工程系统的分类材料系统的分类我国土的工程分类1. 按堆积年代分为：（1）老堆积土：第四纪晚更新世及其以前堆积的土层（超固结）；（2）一般堆积土：第四纪全新世（文化期以前）堆积的土层；（3）新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层（欠压密）。2. 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、冰碛土及冰水沉积土和风积土；3. 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. 具有特殊成分、状态和结构特征的特殊土：湿陷性土、红黏土、软土、混合土、填土、多年冻土、膨胀土、盐渍土，污染土；5. 按颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。4.3

10、土的成因类型特征1 残积土工程性质：土层厚度、组成成分、结构及物理力学性质变化极大，均匀性很差，孔隙度较大，作为地基易引起不均匀沉降。2 坡积土工程性质：土质上下不均匀，结构疏松，压缩性高，土层厚度变化大，对建筑物常有不均匀沉降问题；下部基岩面常富水，易产生沿下卧残基层或基岩面的滑动等问题3 洪积土工程性质：（1）离山前较近的洪积土颗粒较粗，具有较高的承载力，压缩性低；（2）在离山区较远的地带，洪积物颗粒较细，成分较均匀，厚度较大，也是良好的地基；（3）中间过渡带，常形成沼泽地带，且存在尖灭或透镜体，土质较差，承载力较低。4 冲积土河床相河漫滩相牛轭湖相河口三角洲相工程性质：（1）古河床相压缩

11、性低，强度较高；现代河床堆积物密实度较差，透水性较强，若作为水工建筑物地基则将引起坝下渗漏；（2）河漫滩相冲积物覆盖于河床相冲积土之上，该双层结构冲积体常被作为地基；（3）牛轭湖相冲积土压缩性很高，承载力很低；（4）三角洲沉积物常是饱和的软黏土，承载力低，压缩性高。5 湖泊沉积物湖边沉积物：近岸带沉积多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，承载力高；远岸的则是细颗粒的砂土和粘性土，承载力低；湖心沉积物：主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。6 海洋沉积物卵石、圆砾、砂细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物有机质软泥7 冰积土和冰水沉积土 冰川和冰川融化的冰下水搬运堆积而成，其颗粒以巨大块石、碎石、砂、粉