中国矿业大学 土质学与土力学教案第一章(1~2节) 土(体)的物理性质与工程分类

中国矿业大学土质学与土力学教案第一章(1~2节)土(体)的物理性质与工程分类一、从工程地质成因演化论看我国松散层分布规律什么是工程地质成因演化论我国地貌轮廓的基本特征气候分区及其形成因素地壳表层沉积物的变化松散层水文地质条件的区域性特征工程地质成因演化论成因演化论是地质学的基本理论工程地质学在研究人类活动与地质环境的相互作用时，十分重视地质体的成因演化，它是解决许多重大工程地质问题的钥匙典型范例：黄土、红土、膨胀土、冻土、软土、盐渍土因成因不同而工程地质性质迥异斜坡变形破坏是斜坡与所处的环境条件相互作用、长期演变而造成的。工程地质成因演化论的基本概念工程地质条件是长期自然地质历史发展演化塑造而成的，自然地质历史发展演化区域性规律和自然地理环境的分带性规律控制着工程地质条件及其空间分布与组合规律性，促使工程地质条件的形成、发展演化的是内外动力地质作用;它们相互依存而又相互制约，基本控制着工程地质条件的形成。工程地质成因演化论的要点工程地质条件的形成是内外动力作用综合作用的结果，并随着内外动力地质作用的演化而演变着。大地构造环境控制着内动力地质作用的性质和强度，岩性与结构。作用于岩石圈表层的风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用和固结成岩作用等外动力地质作用受自然地理环境的制约。外动力地质作用造成了地形地貌分异、表层沉积与水文地质条件的差异以及物理地质现象和地质条件因素的组合。由此可见，外动力地质作用在工程地质中有着举足轻重的意义和作用。综合内外动力地质作用的集成要素，它们控制着工程地质条件的复杂程度、优劣以及与其对应的关键工程地质问题。【现代地表运动矢量图（GPS结果）（WangQetal.，2001）】新生代两大陆碰撞引发大规模地壳挤压缩短，岩石圈增厚和高原抬升西部：东部：出现地幔隆起，大规模陆内伸展，岩石圈减薄，地壳沉降，盆地充填一、从工程地质成因演化论看我国松散层分布规律什么是工程地质成因演化论我国地貌轮廓的基本特征气候分区及其形成因素地壳表层沉积物的变化松散层水文地质条件的区域性特征我国地貌轮廓基本特征西高东低，三级阶梯一级阶梯：青藏高原，柴达木盆地，平均海拔4500m。二级阶梯：青藏高原东缘至大兴安岭－太行山－巫山－雪风山之间，高山、高原和大盆地，海拔一般1000－2000m。盆地部分低于500m。塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地、内蒙古

高原、黄土高原、云贵高原。三级阶梯：大兴安岭－太行山－巫山－雪风山以东至滨海之间宽广的平原和丘陵。东北平原、华北平原、长江中下游平原、东南丘陵。海拔500m以下。一、从工程地质成因演化论看我国松散层分布规律什么是工程地质成因演化论我国地貌轮廓的基本特征气候分区及其形成因素地壳表层沉积物的变化松散层水文地质条件的区域性特征气候分区及其形成因素特点：类型多样按温度分6个热量带:赤道带、热带、亚热带、暖温带、温带、寒带按水分条件：湿润、半湿润、半干旱、干旱一、从工程地质成因演化论看我国松散层分布规律什么是工程地质成因演化论我国地貌轮廓的基本特征气候分区及其形成因素地壳表层沉积物的变化松散层水文地质条件的区域性特征地壳表层沉积物的变化自北向南有规律变化：沙漠黄土膨胀土红土淤泥质土工程地质成因演化论看地壳表层沉积物的变化在内外动力作用下，由于地貌、气候环境的分区特征，地壳表层的沉积物自北向南呈现有规律的变化：由沙漠、黄土、膨胀土、红土到东南沿海的淤泥质软土。塔克拉玛干沙漠（占国土面积的13%）

黄土高原位于北纬34°～41°、东经103°～114°之间，北界长城，南抵渭河盆地北缘，东起吕梁山西麓，西迄陇西盆地西缘，包括陇西、宁南、陇东、陕北、晋西等地，呈近东西向展布，地势西北高、东南低，总面积约23万平方公里。

甘肃董志塬

甘肃皋兰黄土峁状丘陵

陕西富县黄土树状冲沟

陕西延安黄土梁峁

黄土高原一级地貌形态主要有塬、梁、峁黄土高原地区黄土厚度分布不一，从西往东厚度变薄，兰州九州台剖面黄土厚度达318m；陇东地区厚度170m左右；陕北130m左右。中国黄土土壤地层对比1－红粘土；2－砂砾石；3－古土壤；4－黄土；5－湖相粘土、粉砂

工程地质成因演化论看地壳表层沉积物的变化在内外动力作用下，由于地貌、气候环境的分区特征，地壳表层的沉积物自北向南呈现有规律的变化：由沙漠、黄土、膨胀土、红土到东南沿海的淤泥质软土。松散层水文地质条件的区域性特征东部冲积平原和沉降平原水文地质条件西北部干旱半干旱区水文地质条件多年冻土区的水文地质条件二、土（土体）成因分类与特征形成过程：无机土来自岩石的物理风化和化学风化,有机土中的有机物来自植物、小动物的骨骼和外壳。形成过程中仍残留原地的称为残积土。由风、水、波浪、冰川或重力搬运而形成的沉积物称为运积土。细砂岩的球形风化（湖北崇阳）

叶俊林摄因寒冷风化破裂的岩石森林火灾造成的岩石破裂植物根劈作用（北京房山）

叶俊林摄花岗岩风化形成的石蛋地貌

李英章摄风化形成的倒石堆（吉林长白山天池）戈壁（新疆吐鲁番火焰山）风蚀穴（宁夏贺兰山）风蚀蘑菇

（河北承德）大连金石滩连岛沙堤（辽宁锦县大笔架山）海蚀蘑菇（广西北海）砾滩（海南岛峨蔓）珠穆朗玛峰（冰川作用形成的角峰）U型谷冰蘑菇西藏北部大陆性冰川表面消融区冰川漂砾（四川甘孜海子山）沙滩（河北北戴河）黄河河漫滩及江心洲泥石流造成的砾石堆积（西藏）崩塌形成的倒石堆二、土（土体）的成因分类与特征风化残积：残积物重力堆积：坠积物、崩塌堆积物、滑坡堆积物、土溜堆积物大陆流水堆积：坡积物、洪积物、冲积物、湖积物、沼泽沉积物、三角洲（河－湖、河－海）堆积物海水堆积：滨海堆积物、浅海堆积物、深海堆积物地下水堆积：泉水堆积物、洞穴堆积物冰川堆积：冰积堆积物、冰水堆积物、冰积湖堆积物风力堆积：风积物火山堆积：火山岩及火山碎屑岩其它：人工堆积第一章土（体）的物理性质与工程分类地质工程专业第一节土（体）的分布与成因第二节土的粒度成分与分析第三节土的物理性质指标及其换算第四节粘性土的界限含水量第五节土的工程分类第二节土的粒度成分与分析一、土的粒组（复习）二、土的粒度成分及其表示方法三、土的粒度成分分析原理四、粗粒土按粒度成分分类（建筑地基基础设计规范GBJ7-89）一、土的粒组（复习）粒度（Granularity,grainess)粒组（fraction）巨大的砾石—漂石扫描电镜描述土的粒度的方法－粒组粗粒组：砾粒组、砂粒组细粒组：粉粒组、粘粒组

二、土的粒度成分及其表示方法（复习与练习）粒度成分(grainsizecomposition):土中各种不同粒组的相对含量，亦称颗粒级配。以干土质量的百分比表示。式中x——某粒组的质量百分数,%Wa——干土中某粒组的质量,gWb——干土总质量,g粒度成分的表示方法1.表格法2.累积(累计)曲线法(grainsizeaccumulationcurve)3.三角坐标法累积曲线分析与应用(1)判断各粒组的分布情况曲线陡,粒度变化范围窄,颗粒均匀,级配不好曲线缓,粒度变化范围宽,颗粒不均匀,级配良好(2)求任一累积百分含量Xd对应的粒径dX有效粒径d10中间粒径d30平均粒径d50界限粒径d60特征粒径举例（土样1）有效粒径d10=0.10,〈0.10mm的颗粒占总质量的10%中间粒径d30=0.22,〈0.22mm的颗粒占总质量的30%平均粒径d50=0.33,〈0.33mm的颗粒占总质量的50%界限粒径d60=0.39,〈0.39mm的颗粒占总质量的60%特征粒径的应用(1)用d10估算非均质砂的渗透系数k=d102

k——cm/sd10——mm(2)不均匀系数Cu=d60/d10

曲率系数Cc=d302/（d10•d60）用Cu和Cc表示土的级配Cu<5,级配不良Cu>5,Cc=1-3,同时满足,级配良好不同时满足,级配不良3.三角坐标法

(triangularchart)三角坐标为一等腰三角形，可以表示三种粒组的含量，一般为砂粒组、粉粒组、粘粒三角坐标三角坐标三、土的粒度成分分析原理1.筛分析法(粒度大于0.075mm的土)2.沉降分析法(粒度小于0.075mm的土）测量原理：首先制备悬液，体积为V，土与水充分混合，土中存在各种粒径的颗粒，假设（1）颗粒是球形的。任一颗粒的沉降不受其他颗粒的影响；（2）水在广度上是无限的；（3）颗粒比重均匀。同一颗粒作均匀下沉。悬液中土的质量为ms，水的质量为mw，土颗粒的比重为Gs，颗粒体积为Vs=ms/Gs，水体积Vw，Vw=V-Vs四、粗粒土按粒度成分的分类

中国国家标准建筑地基基础设计规范

（ＧＢＪ７－８９）1.碎石土碎石土应为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%的土。2.砂土砂土应为粒径大于2mm的颗粒不超过全重的50%、粒径大于0.075的超过全重的50%的土。碎石土的分类（GBJ7-89）土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒超过全重50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒超过全重50%角砾棱角形为主砂土的分类（GBJ7-89）土的名称颗粒级配砾砂粒径大于2mm的颗粒