C05第四纪堆积物

1、1第5章第四纪堆积物5.15.25.35.45.5土的组成与结构构造土的物理力学性质及其指标土的工程分类土的成因类型特征特殊土的主要工程性质地表岩石破坏搬运沉积土的形成25.1 土的组成与结构构造土(soil)是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地或在异地各种环境下形成的堆积物。35.1.1 土的粒度成分土的粒度成分(size fraction)是决定土的工程性质的主要内在因素之一，因而也是土的类别划分的主要依据。1.粒组划分、组成与土的工程性质关系43.粒度分析(particle size analysis)及其成果表示由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况，如果曲线陡峻(曲线C)，表示

2、土粒大小均匀，级配不好；反之，曲线平缓（曲线B），则表示土粒大小不均匀，但级配良好。2.粒度成分对土木工程影响的实质：比表面不同、矿物不同55.1.2 土的矿物成分（1）原生矿物原生矿物是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化的矿物碎屑。常见的原生矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、石榴石等。（2）不溶于水的次生矿物组成土的这类矿物主要有：黏土矿物 、次生SiO2 、倍半氧化物。（3）可溶性次生矿物可溶性次生矿物又叫水溶盐，按其在水中的溶解度又分为易溶盐、中溶盐和难溶盐三类。（4）有机质在自然界一般土，特别是淤泥质土中，通常都含有一定数量的有机质，当其在黏性土中的含量达到或超过5时，就

3、开始对土的工程性质具有显著的影响。6高 岭 石伊 利 石蒙 脱 石75.1.3 土中水1.土中水的概念2.结合水结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。1）强结合水：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，靠近土粒表面的水分子，受到土粒的强烈吸引(可达10002000MPa)，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，又叫吸着水。2）弱结合水：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，又叫薄膜水。83.非结合水非结合水为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。主要受重力作用控制，能

4、传递静水压力和溶解盐分，在温度0左右冻结成冰。典型的代表是重力水，界于重力水和结合水之间的过渡类型水为毛细水。1）毛细水毛细水是由于毛细作用保持在土的毛细孔隙中的地下水。2）重力水(或称自由水)重力水是存在于较粗大孔隙中，具有自由活动能力，在重力作用下流动的水，为普通液态水。3）气态水和固态水气态水以水汽状态存在，严格地讲应属土的气相部分。固态水就是冰，以冰夹层、冰透镜体和细小冰晶等形式存在于土中。 9105.1.4 土中气体气体也是土的组成部分之一，土中气体成分以O2、CO2及N2为主，此外尚有CH2、H2S等，基本上与大气的成分相一致。但土中各种气体的相对含量与大气有很大差别，土粒对气体的

5、吸附强度依次为：CO2N2O2H2，因而导致CO2在土中相对含量可高达10，而CO2在大气中仅占0.03。土中的气体按存在状态分为吸附气体、游离气体和密闭气体。5.1.5 土的结构和构造土的结构、构造是其物质成分的连结特点、空间分布和变化形式。1.土的结构1)单粒结构特征单粒结构，也称散粒结构，是碎石(卵石)、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式。土的固体颗粒电镜资料11122)集合体结构特征集合体结构，也称团聚结构或絮凝结构。对集合体结构，根据其颗粒组成、连结特点及性状的差异性，可分为蜂窝状结构和絮状结构两种类型。132.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

6、土的构造。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) 在黏性土中，常见有层状、显微层状构造及各种裂隙、节理构造。145.2 土的物理力学性质及其指标5.2.1 土的三相比例指标表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标，包括土的颗粒相对密度、重度、含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。151.土的颗粒相对密度（颗粒比重）土粒重量与同体积的4时水的重量之比，称为颗粒比重，它在数值上为单位体积土粒的重量。2.土的重度单位体积土的重量称为土的重度。3.土的干重度、饱和重度 和浮重度土单

7、位体积中固体颗粒部分的重量，称为土的干重度。土孔隙中充满水时的单位体积重量，称为土的饱和重度。在地下水位以下，单位土体积中土粒的重量扣除浮力后，即为单位土体积中土粒的有效重量，称为土的浮重度或水下重度。164.土的含水量土中水的重量与土粒重量之比，称为土的含水量，以百分数计。5.土的饱和度土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，称为土的饱和度，以百分率计。6.土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比。土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示。17指标的换算关系：三个基本指标（颗粒相对密度、含水量和重度）18195.2.2 无黏性土的紧密状态无黏性土一般指碎石土和砂

8、土，粉土属于砂土和黏性土的过渡类型，但是其物质组成、结构及物理力学性质主要接近砂土(特别是砂质粉土)，故列入无黏性土的工程特征问题一并讨论。1. 影响无黏性土紧密状态的因素（1）受荷历史和形成环境（2）颗粒组成、矿物成分及颗粒形状2. 无黏性土紧密状态指标（1）天然孔隙比20（2）相对密度21（3）标贯击数N（4）其它如Es、fk等。225.2.3 黏性土的物理特征黏性土的物理状态因其颗粒很细，与水作用很强烈，内部结构与无黏性土差别很大，工程性质也与无黏性土差别很大。1. 影响黏性土性质的主要因素及指标影响黏性土性质的主要因素包括受荷历史和形成环境、黏性土的含水量、黏性土中所含矿物的胶体活动性

9、、黏性土遇水膨胀和失水收缩的程度、黏性土的耐崩解特性以及黏性土压实的最优含水量等。黏性土的主要特性指标包括黏性土的界限含水量（包括液限、塑限和缩限）、塑性指数、液性指数、活动性指数以及最优含水量等。2. 黏性土的界限含水量3. 黏性土的塑性指数和液性指数（1）塑性指数（2）液性指数23245.2.4 土的力学性质1. 土的压缩性（1）土压缩变形的特点与机理土的压缩性是指土在压力作用下体积压缩变小的性能。（2）压缩曲线和压缩性指标1）压缩试验和压缩曲线25压缩曲线的形状与土样的成分、结构、状态以及受力历史等有关。一般情况下，高压缩性土的压缩曲线较陡；低压缩性土的压缩曲线比较平缓；原状土因有结构连

10、结，压缩性较小，压缩曲线较平缓；而扰动土因结构破坏，压缩性较大，压缩曲线较陡。同一种土因其含水量和受力历史不同，压缩曲线形态会不一样。262)土的压缩系数和压缩指数273）压缩模量根据压缩试验资料还可以求得另一个常用的压缩性指标压缩模量。压缩模量是指土在有侧限条件受压时，在受压方向上的应力与相应的应变之间的比值。4）土的变形模量土的变形模量是指土在无侧限压缩条件下，压应力与相应的压缩应变的比值。2. 土的抗剪强度土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的极限强度。许多建筑物地基的破坏、人工和自然斜坡的滑动以及挡土墙移动和倾倒等，都是由于土内的剪应力超过其本身的抗剪强度而引起的。因此，研究土的强度特性，主

11、要是研究土的抗剪性。目前，研究土的抗剪强度的途径，主要是模拟土剪切破坏时的应力和工作条件，利用室内或现场仪器进行土的剪切试验。28295.3 土的工程分类1. 土按堆积年代分类可以分为老堆积土、一般堆积土和新近堆积土。2. 土按地质成因分类可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土。3. 土按有机质含量分类可分为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭。4. 特殊土特殊土有：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. 土按颗粒级配和塑性指数分类可分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。30岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）堆积年代划分老堆积土：第

12、四纪晚更新世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。一般沉积土：第四纪全新世（文化期以前）堆积的土层。新近沉积土：第四纪文化期以来堆积的土层，一般呈欠压密状态，结构强度低。31颗粒级配和塑性指数划分碎石土、砂土、粉土和黏性土。1.碎石土(crushed stone)粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50的土。根据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。322.砂土(sand)粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50的土。根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。333.粉土(silt)粒径大于

13、0.075mm的颗粒质量不超过总质量50，且塑性指数小于或等于10的土。必要时，可根据颗粒级配分为砂质粉土(粒径小于0.005mm的颗粒质量不超过总质量10)和黏土粉土(粒径小于0.005mm颗粒质量等于或超过总质量10)。344.黏性土(cohesive soil)塑性指数Ip大于10的土。根据塑性指数分为粉质黏土(1017)。35365.4 土的成因类型特征冲积土风积土冰积土洪积土淤积土残积土坡积土37残积土残积土：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。其粒度成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。工程性质：孔隙度、强度、压缩性，均质性差，但具有一定

14、的结构强度。原位测试强度室内测试值。38坡积土(slope soil)：雨水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。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。39洪积土洪积土(pluvial soil)：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。分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性低，是工民建的良好地基。离山较远的地带，洪积土的颗粒细，透水性不好，土质弱，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。分选性：碎屑颗粒粗细均匀程度，大小均匀者，分选性好，大小混杂者，分选性差。40河床相冲积土冲积土

15、(alluvial soil)：由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷坡降平缓的地带堆积而成。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。河漫滩相冲积土41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”。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

16、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。牛轭牛轭湖相冲积土42河口（海口）三角洲相冲积土43河口（海口）三角洲相冲积土：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。44湖积土湖积土( limnetic soil )：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粘性土。湖心沉积物：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：主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，

17、含水量极高，承载力极低，不宜作天然地基。45海积土海积土(marine sediment)：海洋中靠近海岸的浅海至深海地带堆积形成的土 。滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。浅海沉积物：主要由细粒砂土、粘性土、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。深海沉积物：主要是有机质软泥。46冰积土冰积土(marine sediment)：碎屑物质或块石在冰川作用的搬运下，在谷地或沟口堆积所形成的土 。分选性极差,石料占多数,但冰水沉积物可有一定成层性、分选性。47风积土(aeolian soil)：在岩石风化碎屑物质经风力搬运作用至异地降落，堆积所形成的

18、土 。工程性质：土质均匀，质纯，孔隙大，结构松散。最常见的是风成砂及风成黄土，风成黄土具有湿陷性。风积土485.5 特殊土的主要工程性质定义：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。特殊性土的种类有：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 5.5.1 软土软土是天然含水量大、压缩性高、承载力和抗剪强度很低的呈软塑流塑状态的黏性土。软土可以细分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。淤泥质土4950地基的一个主要

19、问题，表现为建筑物的沉降量大而不均匀、沉降速率大以及沉降稳定历时较长等特点。在软土地基上修建建筑物时，一般应做基础处理或采用桩基础，同时考虑上部结构与地基的共同工作，确定应采取的建筑措施、结构措施和基础处理方法，以减少软土地基上建筑物的不均匀沉降。1.软土的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。2.软土的工程性质软土的工程特性主要有含水量高、孔隙性高、渗透性低、压缩性高、抗剪强度低并有较显著的触变性和蠕变性。3.软土中工程地质问题的防治软土具有压缩性高、强度低等特性，因此变形问题是软土515.5.2 湿陷性黄土黄土：是在干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊

20、土。分布: 我国西北及华北地区,面积约63万km2。黄土地52堆积年代划分老黄土：形成于下（早）更新世的午城黄土和中更新世的离石黄土。新黄土：上（晚）更新世的马兰黄土及全新世下部的次生黄土。新近堆积黄土：近几十年至近几百年形成的最近堆积物。黄土成因划分黄土的工程性质特征：黄色、褐黄色及灰黄色。以粉粒（0.050.005mm）为主，富含碳酸钙，孔隙比e1.0，肉眼可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡。工程特性：1.2.3.4.5.塑性较弱含水较少，坚硬硬塑状态压实程度差，孔隙比高，孔隙大抗水性弱，遇水强烈崩解，湿陷明显透水性较强，且呈各向异性6. 强度较高，粒间连接较强，压缩性中等。5

21、354黄土的工程地质问题黄土湿陷性：在一定压力下受水浸润后,结构迅速破坏而产生显著沉陷的性质。湿陷类型自重湿陷：自重压力下发生的湿陷；非自重湿陷：外荷载作用下产生的非自重湿陷。黄土湿陷性判别：经验法一般老黄土（午城黄土及大部分离石黄土）无湿陷性。新黄土（马兰黄土及新近堆积黄土）及离石黄土上部有湿陷性。55s0.02为非湿陷性黄土；0.02s0.03轻微湿陷性黄土；0.030.07强烈湿陷性黄土。公式法湿陷系数s ：由室内浸水压缩试验测得的黄土样在某种规定压力下的湿陷量与土样原始高度的比值。保持天然的湿度和结构的土样，加压至一定压力时，下沉稳定后的高度（mm）上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，

22、下沉稳定后的高度（mm）土样的原始高度（mm）。565.5.3 红黏土定义：由石灰岩、白云岩等（属碳酸盐类岩石）在亚热带温湿气候条件下，经风化、残积、坡积所形成的褐红色粘性土。红黏土57碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红，褐黄等色，液限等于或大于50%的高塑性黏土称为红黏土。红黏土及次生红黏土广泛分布于我国的云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西等地区的低山、丘陵地带顶部和山间盆地、洼地、缓坡及坡脚地段。1.结构特征和矿物组成红黏土的主要矿物成分为高岭石、伊利石、绿泥石，是碳酸盐类以及其他类岩石的风化后期产物.582.红黏土的特点和性质1)天然的含水量高，一般为4060，有的高

23、达90。2)孔隙比大，天然孔隙比一般为1.41.7，最高2.0，具有大孔性。3)高塑性。液限一般为6080，高达110；塑限一般为4060，高达90；塑性指数一般为2050。4)由于塑限很高，所以尽管天然含水量高，一般仍处于坚硬或硬可塑状态，液性指数一般小于0.25。但是其饱和度一般在90以上，因此，甚至坚硬黏土也处于饱水状态。5)一般呈现较高的强度和较低的压缩性。6)不具有湿陷性，原状土浸水后膨胀量很小，但失水后收缩剧烈。7)各种指标的变化幅度很大，具有高分散性。8)具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育的特征。9)透水性微弱，多为裂隙潜水和上层滞水。59红黏土的主要工程地质问题胀缩问题：红黏土具

24、有浸水膨胀和失水收缩的特性，对地基或建筑物的挖方地段影响较大，工程中应予以充分重视；裂隙问题：红黏土土层厚度严重不均，裂隙相当发育，裂隙与水共同作用，将导致边坡土体散落、崩塌等病害的发生；同时也软化土层，降低强度，促进土洞的发生发展和地面塌陷。605.5.4 膨胀土膨胀土：粘粒成分主要由强亲水黏土矿物（蒙脱石、伊利石）组成，并在吸水时能表现明显的膨胀和失水时能表现明显的收缩性的高塑性黏土。膨胀土61膨胀土的工程地质特性1）低含水量，呈坚硬硬塑状态；2）孔隙比小，密度大；3）高塑性，含黏粒及粉粒为主；4）具膨胀力,自由膨胀量40%；5）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。影响胀缩变形的主要因素1）主要内在因素有土的黏粒含量和蒙脱石含量、土的天然含水量和密实度及结构强度等；2）主要外部因素为气候条件、地形地貌及建筑物地基不同部位的日照、通风及局部渗水