工程地质学 第3版 课件 第4章 土的工程地质特性

第4章

土的工程地质特性

学习目标掌握土与土体的概念，土的物质组成、结构和构造特征；掌握土的物理性质、水理性质、力学性质指标及其获取方法；熟悉土的分类体系，掌握不同岩土体野外鉴别与描述方法；熟悉一般土和特殊土的工程地质特征；增强社会责任感：通过学习地质灾害对人类社会的影响，让学生认识到保护环境的重要性，增强环保意识；培养科学精神：强调科学求实的态度和严谨的科学研究方法，让学生在解决工程地质问题时能够坚持科学原则；倡导可持续发展：通过案例分析，使学生了解到合理利用资源、保护生态环境的重要性，促进可持续发展的理念；本章内容4.1概述4.2土的物质组成与结构构造

4.2.1土的固体颗粒

4.2.2土中的水4.2.3土中的气体4.3土的物理性质4.4土的力学性质4.4.1土的压缩性

4.4.2土的抗剪强度

4.5土的透水性与毛细性4.6土的工程地质分类4.7特殊土的工程地质特性

本章小结土是地壳表层岩石风化作用产物残留在原地或经过搬运堆积在异地所形成的松散堆积物，它是由固、液、气三相物质组成的混合物。土经后期进一步压实、胶结等固结成岩作用，就形成了沉积岩。注意固相：主要是土颗粒，还包括粒间的胶结物和有机质，构成土的骨架，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。液相:为水及其溶解物。气相:为空气和其它微量气体。土三相物质的质量与体积的比例不同，土的性质也将不同。4.1概述土层：一般情况下，土具有成层的特征，同一层土内的物质组成和结构、构造基本一致，工程地质性质大致相同，就是人们常说的“土层”。土体：土体是由性质各异，厚薄不等的若干土层，以特定的上下次序组合在一起。土体乃是指与建筑地基、建筑环境有关的土与土层所构成的地质体。4.1概述13物质组成结构构造分类分级及其工程地质特性如何研究土？4土物理性质力学性质24.1概述4.2.1土的固体颗粒类型成因及组成

工程性质原生矿物

土中母岩矿物碎屑。主要有石英、长石、角砾岩、云母等

具有较强的抗水性和抗风化能力，亲水性弱。

次生矿物

母岩经化学风化作用后形成。主要有可溶的矿物和不可溶的矿物。

不同含量的矿物对土的工程性质影响不同。

有机质

动植物残骸在微生物的作用下分解形成。主要为腐殖质。

高含水、高压缩、低强度。表1土中矿物成分的类型4.2土的物质组成与结构构造漂砾石、卵砾石、砾粒等粗颗粒，其多数是由母岩碎屑构成，并保持了母岩具有的多矿物结构。砂粒与原生矿物颗粒的大小相近，往往是由单矿物组成，常见的是石英、长石、云母等主要造岩矿物。粉粒常由抗水能力强、化学稳定性较高的原生矿物石英组成，其次还有次生的高岭石。干旱地区，难溶盐的碳酸盐矿物也是粉粒组的主要矿物成分。粘粒组几乎全由次生矿物和腐殖质组成。1.矿物成分与粒度成分的关系4.2土的物质组成与结构构造蒙脱石高岭石伊利石黏土矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石。蒙脱石的颗粒大小与细粘粒和胶粒相当，具有巨大的表面能，亲水性较强，膨胀性显著，高压缩，抵抗剪。伊利石的工程地质性质介于蒙脱石与高岭石之间。高岭石颗粒相对较大，与粗粘粒相当，亲水性弱，低压缩，抗剪强度较大。其表面能、亲水性都较蒙脱石弱。2.粘土矿物及其工程地质性质4.2土的物质组成与结构构造粒径：土粒的大小，以其平均直径的大小表示。粒组：将土中各种不同粒径的颗粒按适当的尺寸划分为若干个组别，每一个组别的颗粒称为土的一个粒组。界限粒径：用以对土粒进行粒组划分的分界尺寸称为土的界限粒径。4.2.1土的固体颗粒1.粒径与粒组划分4.2土的物质组成与结构构造粒组名称粒径范围(mm)一般特征漂石或块石颗粒＞200透水性大，无粘性，无毛细水卵石或碎石颗粒200～60圆砾或角砾颗粒粗60～20透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小中20～5细5～2砂粒粗2～0.5易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加，无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散，毛细上升高度不大，随粒径减小而增大。中0.5～0.25细0.25～0.1极细0.1～0.075粉粒粗0.075～0.01透水性小，湿时有粘性，遇水有膨胀，干时有收缩,毛细上升高度较大较快，极易出现冻胀现象。细0.01～0.005粘粒＜0．005透水性极小，湿时有粘性，遇水膨胀大，干时收缩显著，毛细上升高度大，但速度较慢。表2粒组划分4.2土的物质组成与结构构造2.粒度成份分析3.粒度成分表示表格法和图解法（累计曲线法，分布曲线法和三角图法）。累积曲线法：土粒粒组分析试验结果常用土的颗粒级配累积曲线表示。以粒径大小为横坐标，以小于（或大于）某粒径颗粒的累积百分含量为纵坐标，在直角坐标系中表示两者的关系曲线。（1）筛分法：适用于砂粒（颗粒大于0.075mm的土）以上较粗的颗粒。砾石类和砂土类采用筛分法（2）静水沉降法：常用于粉粒（小于0.075mm的土）以下较细的颗粒。主要有密度计法和移液管法4.2土的物质组成与结构构造累计曲线法横坐标采用对数坐标，表示土颗粒直径，单位mm；纵坐标为小于某粒径土的累积含量，用百分比表示。土的粗细常用平均粒径（mm）d50表示，d50指土中大于或小于此粒径的土粒含量均占50。d10，d30，d60分别相当于累计百分含量为10％，30％和60％的粒径，d10称为有效粒径，d60称为限制粒径。4.2土的物质组成与结构构造颗粒级配累计曲线示意图细细粒组粗极细细中粗细中粗大极大粘粒粉粒砂粒圆砾或角砾卵石或碎石粗粒组0102030405060708090100小于某粒的土重含量(%)0.0010.010.1110100粒径(mm)4.2土的物质组成与结构构造概念：以土中各粒组颗粒的相对含量(占颗粒总质量的百分数)表示的土中颗粒大小及其组成分布情况称为土的颗粒级配。

由土颗粒累计曲线图可以直观地判断土中各粒组的含量情况。根据积累曲线的形态，可以大致判断土的均匀程度。如果曲线较陡，表示土粒集中分布在某一粒组，大小较均匀，该土级配不好；反之则表示土粒不均匀但级配良好。工程上常用土粒的不均匀系数Cu来定量判断土的级配好坏。

4.土的颗粒级配4.2土的物质组成与结构构造

工程上常用土粒的不均匀系数（Cu）来定量判断土的级配好坏。利用累计曲线可以计算土的不均匀系数（Cu）和曲线系数（Cc）。

（1）不均匀系数

不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况（土的不均匀程度），Cu≤10的土为非管涌土，Cu>5的土为不均匀土。一般Cu＜5的土为均粒土，属级配不良土；Cu＞10的土为级配良好的土；Cu＝5~10的为级配一般的土。但如Cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，故需同时用曲率系数判定。4.2土的物质组成与结构构造

（2）曲率系数

曲率系数则是描述累计曲线整体形状的指标，可表示为：

当Cc=1～3时，为级配连续；当Cc<1或Cc>3时，为级配不连续。一般工程中也可以用两个指标来判断土的级配情况，即对于纯净的砂、砾，当Cu≥5（土的级配不均匀），且Cc＝1～3（级配连续）时，为级配良好的土；不能同时满足上述条件时，其级配是不良的。4.2土的物质组成与结构构造式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为60％时，该粒径即为d60；

d10称为有效粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为10％时，该粒径即为d10。

d30为土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为30％时的粒径。4.2土的物质组成与结构构造按照《土的工程分类标准》（GB50145——2007）：巨粒土/含巨粒的土：巨粒组质量多于总质量15%的土。粗粒土：粗粒组多于总质量50%的土砾类土：砾粒组质量多于总质量50%的土砂类土：砾粒组质量少于或等于总质量50%的土细粒土：细粒组质量多于或等于总质量50%的土

5.土按粒度成分的分类4.2土的物质组成与结构构造

根据土中水的储存部位将土体中的水分为矿物中的结合水及土空隙中的水。矿物中的结合水常分为结构水、结晶水和沸石水三种类型。土空隙中的水分为结合水和非结合水（自由水）两种类型，按其物态分为液态、气态和固态。4.2.2土中的水4.2土的物质组成与结构构造（1）矿物中的结合水

只能在较高的温度下才能化为水汽而与土粒分离，因此在一般工程中常被视为矿物固体颗粒的一部分，因其存在形式、结合程度的差异，常分为结构水、结晶水和沸石水三种类型。结构水以OH‑离子或H+离子的形式存于矿物晶格架中的固定位置上。结晶水以水分子的形式存于矿物晶格架中的固定位置上。沸点水以水分子形式存于矿物晶胞之间。（2）土空隙中的水

土空隙中的水是指常温状态下存在于土空隙中的液态水。按其受土颗粒吸附程度及其对土的影响程度，分为结合水和非结合水（自由水）两种类型；按其物态课分为液态、气态和固态。4.2土的物质组成与结构构造1）

结合水

结合水是指受土颗粒电场力作用而吸附于土粒周围的土中水。一般情况下，土粒的表面带有负电荷，在土粒周围形成电场，当土空隙中的水与土粒表面接触时，水分子被极化，被吸附于土粒周围定向排列，形成围绕土颗粒的水膜，这部分水称为土粒表面结合水。

结合水分子定向排列示意图

土中的细小颗粒愈多，结合水含量愈大；愈靠近土粒表面，水分子排列得愈整齐，水的活动性也愈小。因而常将结合水分为强结合水和弱结合水两种。4.2土的物质组成与结构构造

①强结合水：受颗粒电场力吸引，紧紧吸附于颗粒周围的结合水称为强结合水，也称吸着水。厚度小，没有溶解力，不能传递静水压力（固相），受外力作用时与土颗粒一起移动，具有很大的粘滞性、弹性和抗剪强度。粘性土中仅含有强结合水时呈坚硬状态；砂土仅含有强结合水时呈散粒状态。②弱结合水：是强结合水外围的结合水膜，也称薄膜水。厚度小，也不能传递静水压力，但能向邻近水膜更薄的土颗粒周围缓慢转移，这种运动和重力无关，具有可塑性。不能传递静水压力。4.2土的物质组成与结构构造2）

非结合水（自由水）

自由水是指土粒电场力影响范围以外的土中孔隙水，几乎不受或完全不受土粒表面静电引力的影响，主要受重力控制，保持其自由活动的能力，也称为自由液态水。土中的自由水包括重力水和毛细水两种。①重力水：是指存在于地下水位以下含水层中的土中自由水，也称地下水。重力水在自身重力作用下能在土体中产生渗流，对土粒及置于其中的结构物都有浮力作用。能传递静水压力。主要存在于土中较大的孔隙中。②毛细水：是指存在于土中细小的孔隙中，因与土颗粒的分子引力和水与空气界面的表面张力共同作用构成的毛细作用而与土颗粒结合，位于结合水与重力水之间的过渡类型的水。主要存在于砂土中。毛细水还对建筑物地下结构的防潮、地基土的浸湿、冻胀等有重要影响。4.2土的物质组成与结构构造4

土中的气体主要为空气和水气，对土体的工程地质性质影响较小，它能影响土体的强度和变形。自由气体封闭气泡特点减小土体渗透性、增加弹性，延缓土体变形随时间的发展过程与大气完全相通，容易逸出，对工程的影响不大○4.2.3土中的气体4.2土的物质组成与结构构造1.土的结构

土的结构是指由土颗粒本身大小、形状、相互排列及其联结关系等形成的综合特征。它是在成土过程中逐渐形成的，与土的矿物成分、颗粒形状和沉积条件等有关，对土的工程性质有重要影响。土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。蜂窝结构单粒结构特点较大颗粒因自重下落沉积而成。粒径较粗，粒间为点接触。密实状态的是良好地基；疏松状态的压缩性大，不适合直接作为地基。特点靠粉粒间引力联结而成。单个孔隙体积大于土粒本身尺寸，孔隙的体积也较大。絮状结构特点针、片状粘粒在较浓电解质溶液中凝聚沉积而成。孔隙体积比蜂窝结构更大，土体一般十分松软。单粒结构蜂窝结构絮状结构4.2.4土的结构与构造4.2土的物质组成与结构构造

在这三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构若被扰动破坏，则强度低、压缩性高，一般不可用作天然地基。

不论哪种结构形式，构成土骨架的固态颗粒之间存在孔隙，孔隙中存在水和气体，土是由颗粒（固相）、水（液相）和气（气相）所组成的三相体系。各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例也不尽相同，而且土粒与其周围的水又发生了复杂的物理化学作用。4.2土的物质组成与结构构造

土的构造是指土体中物质成分、颗粒大小、结构形式等都相近的各部分土的集合体之间的相互关系特征。土最重要的结构特征是层理构造，除此外还有结核构造，砂类土的分散构造，粘性土的裂隙构造。各种构造特征都造成了土的不均匀性。2.土的构造4.2土的物质组成与结构构造土的物理性质是指由于土的三相组成相对比例变化所表现出来的物理状态以及固、液两相相互作用时所表现出来的性质。包括：基本物理性质：包括土的密度、土的含水性和土的孔隙性。它反映的是土的三相物质的比例关系，以及土的松密和干湿程度。水理性质：土与水作用后表现出来的性质。包括土的稠度、塑性、胀缩性、以及各种土的透水性和毛细性。4.3土的物理性质图中符号的意义如下：

ms--土粒质量；

mw--土中水的质量；

ma--空气的质量，ma≈0；

m--土的总质量，m=ms+mw；

Vs--土粒体积；

Vw--土中水的体积；

Va--土中气体体积；

Vv--土中孔隙的体积，Vv＝Va+Vw；

V--土的总体积，V=Vv+Vs

4.4.1土的基本物理性质1.土粒相对密度

定义：土粒密度是指土颗粒质量Ms与其体积Vs

之比。

获取：采取比重瓶法直接测得。主要取决于土粒的矿物成份。意义：主要用来换算其它指标。比重：指土粒质量与同体积4℃时蒸馏水的质量之比，无量纲。在数值上等于固体颗粒单位体积的质量。土的种类砾类土砂类土粉土粉质粘土粘土土粒密度2.65-2.752.65-2.702.65-2.702.68-2.732.72-2.76平均值2.662.682.712.744.3土的物理性质

土粒相对密度：土粒相对密度是指土粒的质量与一个标准大气压下即101.325kPa同体积4℃的纯水质量之比，为一无量纲量。主要取决于土的矿物成分，也与土的颗粒大小有一定关系。它的数值一般为2.6~2.8；土中有机质含量增大时，土粒相对密度明显减小(例如泥炭土的土粒相对密度为1.5~1.8)。工程中常按地区经验来选取土粒相对密度。土粒相对密度参考值4.3土的物理性质定义：指土中所含水分的多少，用含水率和饱和度表示。（1）含水率定义：土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比称为含水率，常用百分率表示。获取：实验室烘干法测定。意义：是计算干密度、孔隙率和饱和度的重要指标。①土的天然含水率在很大程度上决定了土的力学性质。②土的孔隙全部被水充满时的含水率称饱和含水率Wsat，反映了土中孔隙充满水时的含水特性，也反映了孔隙体积的多少。2.土的含水性4.3土的物理性质（2）饱和度定义：土空隙中所含水的体积与空隙体积的百分比值。反映土中孔隙的充水程度。获取：其它指标换算得到。意义：能表明土中孔隙被水充满的程度。饱和度值愈大，表明土中孔隙充水愈多。在工程上，主要用来评价砂土的饱和程度，按饱和度的大小将土划分为如下三种状态：Sr≤50%为稍湿；50%＜Sr≤80%为很湿；Sr＞80%为饱和土。4.3土的物理性质定义：土的总质量m与总体积V之比,即单位体积土体的质量（主要是土颗粒和孔隙水的质量），称为土的密度，用符号ρ表示。其单位为g/cm3或t/m3。获取：实验室直接测定，多采用环刀法或蜡封法。意义：它综合反映了土的物质组成和结构特征，反映了三相物质组成质量和体积间的比例关系。可用来计算其它指标。3.土的密度4.3土的物理性质（1）土的天然密度土的天然密度指天然状态下土的密度。野外采取天然土样时应注意：一是保持土的结构不变，不扰动；二是保持土中的含水量不变。此土即为天然状态。天然状态下，土的密度变化范围较大，这除与土的紧密程度有关外，还与土体中含水量的多少有关。一般情况下，土密度的变化范围为1.6~2.2g/cm3；腐殖土的密度较小，常为1.5~1.7g/cm3甚至更小(前述云南某地的淤泥最小密度为1.1~1.2g/cm3)。4.3土的物理性质

（2）土的干密度

定义：土的干密度是指单位体积土体中固体颗粒的质量，也可理解为单位体积的干土质量，即土空隙中没有水时干土的密度。用符号ρd表示，其单位为g/cm3，表达式为：获取：用土的天然密度及含水率计算求得。土的干密度一般为1.3~1.8。意义：干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成份和孔隙性。干密度越大，土越密实。反映了土粒排列的密实程度，反映了土的孔隙性，常用来作为填土压密程度的质量要求指标。

4.3土的物理性质（3）土的饱和密度

是指土的孔隙完全被水充满时的密度，即土孔隙中全部充满水时(Sr=100％)单位体积土体的质量，用符号ρsat表示，其表达式为：

式中，ρw为水的密度，实用上取ρw=ρw1＝1g/cm3。获取：换算求得。意义：反映了土的密实程度和孔隙充水情况。4.3土的物理性质（4）土的浮密度

土的浮密度也称土的有效密度，是指单位体积土体中土颗粒质量与同体积的水质量的差值，用符号ρ′表示，单位同密度。其表达式如下

同一种土在体积不变的条件下，各密度指标有如下关系：ρ′<ρd≤ρ≤ρsat

当天然土体处于绝对干燥状态时ρd＝ρ，而当天然土体处于完全饱和状态时ρ＝ρsat，但土的饱和密度大于土的干密度。4.3土的物理性质定义：土中孔隙的大小、数量、分布特征和连通情况。主要取决于土的粒度成分和土排列的疏密程度。（1）孔隙比e

土的孔隙比是土体中的孔隙体积与土颗粒体积之比，即

（2）孔隙率n

土的孔隙率又称土的孔隙度，是指土中孔隙体积与土的总体积的百分比，即

4.土的孔隙性4.3土的物理性质获取：通过土粒密度、干密度和含水率计算得到。意义：孔隙率和孔隙比的大小取决于土的结构状态，是表征土结构特征的重要指标。是计算地基沉降和评价土密实程度的重要指标。土体的孔隙比可以用来评价土体的压缩特性，一般e<0.6的土是密实的低压缩性土；e＞1.0的土是疏松的高压缩性土。

（3）砂土的相对密度Dr

砂土的密实程度可以用相对密度Dr表示，获取：可在实验室中通过倒转法和击实法测定。

意义：①作为砂土振动液化的判断标准。②是评价砂土强度和稳定性的重要指标。③可以把砂土按密实程度分类。密实程度疏松的中密的密实的相对密度0<Dr<=0.330.33<Dr<=0.660.66<Dr<=14.3土的物理性质5.土的基本物理性质指标之间的关系（1）实测指标：土的基本物理性质指标中的土粒密度、土的天然密度、土的含水率可以通过实验室直接测得，称实测指标。土粒相对密度，用比重瓶法进行测定。土的密度一般用环刀法测定。土的含水率一般用烘干法测定，现场可用炒土法测定，当工程急需时，还可用烧土法进行测定。（2）导出指标：土的干密度、饱和度、孔隙率、孔隙比等指标可通过上述三个指标换算求得，称导出指标。土的孔隙性对土的基本物理性质有决定意义，它支配着土的含水性和土的密度，在三个性质中起主导作用。4.3土的物理性质

土粒比重、土的含水量和土的密度是土的实测物理性质指标，其余各指标均为换算指标，即土的换算指标可以由其实测指标通过数学推演而获得。（1）孔隙比e和孔隙率n的换算由前面所述土的密度、孔隙比和孔隙率的定义式可得取ρw=ρw1，并进行整理可得:

4.3土的物理性质（2）干密度ρd的换算

根据土的干密度定义式可得(以下换算中认为e已知):

对上式进行变换可得:

（3）饱和密度ρsat的换算

根据土的饱和密度定义式可得：4.3土的物理性质（4）浮密度ρ`的换算

（5）饱和度Sr的换算

由定义式可得:4.3土的物理性质土的三相比例指标换算公式表1.3～1.8g/m3ρd干密度1.6～2.0g/m3ρ密度20%～60%w含水量粘性土:2.72～2.75粉土:2.70～2.71砂类土:2.65～2.69ds土粒比重常见的数值范围单位常用换算公式三相比例指标符号名称4.3土的物理性质土的三相比例指标换算公式表常见的数值范围单位常用换算公式三相比例指标符号名称0～100%饱和度粘性土和粉土:30%～60%砂类土:25%～60%孔隙率粘性土和粉土:0.40～1.20砂类土:0.30～0.90孔隙比0.8～1.3g/m3浮密度1.8～2.3g/m3饱和密度4.3土的物理性质粘性土是指具有内聚力的所有细粒土，包括粉土、粉质粘土和粘土。工程实践表明，粘性土的含水量对其工程性质影响极大。当粘性土的含水量小于某一限度时，结合水膜变得很薄，土颗粒靠得很近，土颗粒间粘结力很强，土就处于坚硬的固态；含水量增大到某一限度值时，随着结合水膜的增厚，土颗粒间联结力减弱，颗粒距离变大，土从固态变为半固态；含水量再增大，结合水膜进一步增厚，土就进入了可塑状态；再进一步增加含水量，土中开始出现自由水，自由水的存在进一步减弱了颗粒间的联结能力，当土中自由水含量增达到一定程度后，土颗粒间的联结力丧失，土就进入了流动状态。4.3.4

粘性土的水理性质4.3土的物理性质1.稠度：指细粒土因含水率的变化而表现出的各种不同的物理状态。土的不同稠度状态表明了由于含水量不同，土粒相对活动的难易程度或土粒间的连接强度。

2.土的界限含水量：指土由一种状态过渡到另一种状态时的含水量分界值。包括液限、塑限和缩限。

粘性土的界限含水力量及含水状态特征4.3土的物理性质（1）缩限ws：是土体的固态和半固态的界限含水量。（2）

塑限wp：指土的可塑状态与半固态的界限含水量，用符号wp表示。常用搓条法测定。（3）液限wL：是指土的流动状态与可塑状态的界限含水量，用符号wL表示。多用锥式液限仪测定，也可用碟式液限仪来测定。锥式液限仪示意图塑限wp和液限wL是决定土工程性质的两个重要的界限含水率。4.3土的物理性质3.粘性土的可塑性当细粒土的含水率在液限和塑限之间时，土处于塑态稠度，在外力作用下可以揉塑成任意形状而不破坏土粒间的连结，并且在外力解除后仍保持已有的形状，这种性质称为可塑性。细粒土可塑性的大小用塑性指数来表示。可塑性的高低可以由塑限wp和液限wL这两个界限含水率的差值大小来（塑性指数IP）反映。二者差值愈大，即塑性指数越大，意味着细粒土处于塑态的含水率变化范围越大，也就是细粒土的可塑性越强。反之，二者差值越小，则土的可塑性越弱。主要取决于土中粘粒含量和粘粒矿物的亲水程度。土中粘粒含量愈多，粘粒矿物的亲水性愈强时，值愈大，则土的塑性愈强。塑性指数为粘性土液限和塑限之差：IP=wL-wP4.3土的物理性质4.粘性土的塑性指数和液性指数（1）塑性指数：指液限和塑限的差值，应用时通常去掉百分号，用符号Ip表示，其数学表达式为：

Ip＝wL-wp

塑性指数用以判定粘性土可塑性的强弱。粘性土可塑性的强弱主要取决于土中粘粒含量和粘粒矿物的亲水程度。土中粘粒含量愈多，粘粒矿物的亲水性愈强时，Ip值越大，土的可塑性也越强。工程上以土的塑性指数作为粘性土分类的重要依据。（2）液性指数：土的天然含水率和塑限含水率之差与塑性指数的比值，用符号IL来表示，即：

液性指数用来判断粘性土的稠度状态，是反映粘性土软硬程度的指标。4.3土的物理性质

当土的天然含水量小于其塑限时，IL＜0，天然土处于坚硬状态(固态或半固态)；当土的天然含水量大于其液限时，IL>1.0，天然土处于流动状态；而当IL=0～1.0时，则天然土处于可塑状态。

《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)规定，粘性土根据其IL，可划分为5种软硬状态，划分标准见下表。粘性土软硬程度的划分

必须指出，液限和塑限都是用重塑土测定的，它没有反映土的原状结构的影响。保持原状结构的土，即使天然含水量大于液限，但仍有一定的强度，并不呈流动性质。但是，一旦天然结构被破坏时，强度立即丧失而出现流动性质。状态特征坚硬硬塑可塑软塑流动液性指数IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1.0IL＞1.04.3土的物理性质

5.研究细粒土的稠度和可塑性的意义

细粒土的稠度反映了土粒间的连接强度，塑性反映了土粒于水相互作用的程度，在一定程度上表明了土中粘粒的含量和矿物成分的亲水程度。稠度状态能反映土体的强度和稳定性。因此，稠度和塑性于土的力学性质直接相关，塑性指标细粒土物力性质的重要参数，是评价粘性土变形和强度的基础。4.3土的物理性质6.粘性土的灵敏度和触变性

天然状态下的粘性土通常具有相对较高的强度，当土体受到扰动时，土的结构破坏，压缩量增大。土的结构性对土体强度的这种影响一般用土的灵敏度来衡量。土的灵敏度是指原状土的无侧限抗压强度与重塑土的无侧限抗压强度之比，用符号St表示，用公式可表示为

式中：qu为原状土的无侧限抗压强度；

q0为重塑土的无侧限抗压强度。重塑是指在含水量不变的前提下将土体完全扰动(搅成粉末状)后，又将其压实成和原状土同等密实的状态(密度与原状土相等)。4.3土的物理性质

土的灵敏度越大，则表示原状土受扰动以后强度降低的越严重。工程实践表明，随着土体含水量增大，土的灵敏度明显增大。因此，在雨季施工时，对于灵敏度高的地基土，一定要尽量减小对地基土的扰动，以免降低地基土的强度(如在基础施工过程中搭设操作平台)。粘性土受扰动以后其强度降低，但静置一段时间以后，随着土粒、离子及水分子之间的新的平衡状态的建立，土体的强度又会逐渐增长。被扰动粘性土的这种强度随时间推移而逐渐恢复的胶体化学性质称为土的触变性。采用深层挤密类的方法进行地基处理时，处理以后的地基应静置一段时间再进行上部结构的修建，以便让地基强度得以恢复。4.3土的物理性质7.无粘性土的密实度

无粘性土包括碎石、砾石和砂类土等单粒结构的土。无粘性土的密实程度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态的无粘性土其强度较大，可以作为良好的天然地基；而处于疏松状态的无粘性土其承载能力小、受荷载作用压缩变形大，是不良的地基地层，在其上修筑建（构）筑物时，应对其采用合适的方法进行适当处理。通常用来衡量无粘性土密实程度的物理量有两个，一个是孔隙比e，另一个是无粘性土的相对密度Dr。用孔隙比对无粘性土的密实程度划分结果见下表。4.3土的物理性质（1）用孔隙比判断无粘性土的密实度名称土的密实度密实中密稍密松散砾砂、粗砂、中砂e<0.60.6≤e≤0.750.75≤e≤0.85e>0.85细砂、粉砂e<0.70.7≤e≤0.850.85≤e≤0.95e>0.954.3土的物理性质

用孔隙比来判断无粘性土的密实度虽然简便，而且对同一种土，孔隙比小的相对一定较密实，似乎用其作判据，意义也十分明了。但对不同的无粘性土，特别是定名相同而级配不同的无粘性土，用孔隙比作其密实度判据时，常会产生下述问题：颗粒均匀、级配不良的某无粘性土在一定外力作用下可能已经不能进一步被压缩了(已经达到了其最密实状态)，但与其定名相同、级配良好、孔隙比与之相比较小的无粘性土却又有可能在该外力作用下被进一步压实(该土并未达到最密实状态)。显然用孔隙比作密实度判据时无法正确反映此类情况下无粘性土的密实状态，为此人们又引入了无粘性土的相对密度来判断无粘性土的密实程度。无粘性土的相对密度涉及无粘性土的最大孔隙比和最小孔隙比等概念。4.3土的物理性质（2）用相对密度划分无粘性土的密实度

无粘性土的相对密度是指无粘性土的最大孔隙比与其天然孔隙比的差值和最大孔隙比与最小孔隙比的差值之比，用符号Dr表示，其数学表达式如下：

emax用松砂器法测定，emin用振密法测定。

Dr愈大，无粘性土愈密实，因此可用其作为无粘性土密实度的判定准则。我国铁道部《铁路工程技术规范》以及公路桥涵、地基基础设计规范等均规定，Dr>0.67时，无粘性土为密实的，0.33<Dr≤0.67时为中密的；0.20<Dr≤0.33时为稍密的，Dr≤0.20时为极松状态。4.3土的物理性质

用相对密度划分无粘性土的密实程度虽然在概念上非常合理，但由于在实际工程中难以操作，因此其应用就受到了一定限制。所以工程上还经常采用标准贯入试验、静力触探试验等原位测试方法来划分无粘性土的密实度。根据标准贯入试验的锤击数可将无粘性土划分为密实、中密、稍密和松散4种密实状态。标准贯入试验判定砂土密实度N≤1010＜N≤1515＜N≤30N＞30标准贯入锤击数松散稍密中密密实密实度4.3土的物理性质细粒土的胀缩性和崩解性1.胀缩性

细粒土的膨胀性包括膨胀性和收缩性。由于含水率的增加而发生体积增大的性能，称膨胀性；而由于土中失去水分而体积缩小的性能，称收缩性。（1）发生胀缩性的根本原因细粒土产生膨胀的根本原因是由于颗粒表面的结合水膜的厚度产生了变化，从而导致了颗粒之间引力的变化，进而产生产生了土的胀缩性。（2）细粒土胀缩性对工程的影响土体的膨胀和收缩降低了土体的强度，引起土体的变形，导致上层建筑物毁坏。如：细粒土组成的滑坡等。4.3土的物理性质

（1）自由膨胀率:人工制备的干土，在水中增加的体积与原体积的比。即式中：为土样在水中膨胀稳定后的体积；为土样原有体积。(2)膨胀率：土样在一定压力下，㓎水膨胀稳定后所增加的体积与原体积之。即式中：为一定压力作用下的膨胀率；为土样㓎水膨胀稳定后的高度（mm）；为土样的与土样的原始高度（mm）。（3）膨胀力：当土样的体积不变时，由于㓎水膨胀产生的最大内应力。（3）表征细粒土膨胀性的指标:自由膨胀率、膨胀率、膨胀力。4.3土的物理性质

(1)体缩率：土样收缩减小的体积与收缩前体积的比值，以百分率表示。即式中：为土样收缩前的体积(cm3);为土样收缩后的体积(cm3)。(2)线缩率：土样收缩后高度减少量与原高度之比。即式中：为土样收缩前的高度(cm);h为土样收缩后的高度(cm)。(3)收缩系数：原状土样在直线收缩阶段，含水量减少1%时的竖向线缩率。即式中：为收缩过程中与直线变化阶段两点含水量之差对应的竖向线缩率之差（%）；为收缩过程中直线变化阶段两点含水量之差（%）。（4）表征细粒土收缩性指标：体缩率、线缩率、收缩系数。4.3土的物理性质

土由于浸水而产生崩散解体的特性，又叫湿化性。

对工程的影响：崩解常造成塌岸现象，影响边坡的稳定性。意义：对工程建筑的安全与稳定性有重要意义。

影响因素：土的膨胀性，水溶液成分也浓度和土的结构。细粒土评价指标：崩解时间、崩解速度、崩解特征。2.细粒土的崩解性4.3土的物理性质外力作用压应力压缩性剪应力抗剪性动荷载击实性4.4土的力学性质

土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质，包括变形和强度两个方面，对应压缩性、抗剪性和击实性。湿陷性

研究意义土作为建筑物地基时，建筑物荷重通过基础传到地基中。当压应力超过土的阻力时，土层产生压缩变形，引起建筑物下沉；当土中的剪应力超过土的抗剪强度时，土内产生剪切变形，使局部土层发生剪切破坏，当剪切变形范围逐渐扩大成连续的滑动面时，则土体产生相对滑动，危及建筑物的安全稳定。所以在确定地基土承载能力时，必须研究土的压缩性和抗剪性，并结合建筑物特征，掌握地基土可能产生的最大沉降量和沉降差及地基的稳定性，使其限制在允许的范围内。基础建立在一半是软粘土一半是砂卵石的地基上。由于次固结作用产生倾斜。基底压力大于极限承载力导致地基整体滑动破坏4.4土的力学性质1.土的压缩性概念是土体在荷载的作用下压缩变形、体积变小的特性。（1）土体被压缩变小的三种可能：土粒本身的压缩变形、

孔隙中不同形态的水和气体的压缩变形、孔隙中部分水和气体被挤出，土粒相互靠拢使孔隙体积减少。（2）土的压缩性的特点和实质：是土孔隙中的水分和气体排除，土粒相互移动紧密排列，从而引起孔隙体积减少的过程。对饱和土主要是孔隙中的水被排出；对非饱和土首先是气体被排出，后同饱水土的压缩过程。在荷载作用下，透水性大的饱和无粘性土，其压缩过程在短时间内就可以结束。相反地，粘性土的透水性低，饱和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多。土的压缩随时间而增长的过程，称为土的固结。对于饱和粘性土来说，土的固结问题是十分重要的。4.4.1土的压缩性4.4土的力学性质

2.室内压缩试验

室内压缩试验是取原状土样放入压缩仪内进行试验，压缩仪的构造如图4-1所示。由于土样受到环刀和护环等刚性护壁的约束，在压缩过程中只能发生垂向压缩，不可能发生侧向膨胀，所以又叫侧限压缩试验。室内压缩试验可求得压缩系数а，压缩指数Cc

，压缩模量Es

。4.4土的力学性质

试验的荷载逐级加上，根据各级压力pi下的稳定压缩量△hi，计算出相应的稳定孔隙比ei，有式中：e0土样的原始孔隙比；h0土样的原始高度。4.4土的力学性质

可根据压缩试验成果绘制孔隙比与压力的关系曲线，称压缩曲线。它是土的孔隙比与所受压力的关系曲线。

压缩性不同的土，其压缩曲线的形状是不一样的。曲线愈陡，说明随着压力的增加，土孔隙比的减小愈显著，因而土的压缩性愈高。（1）压缩曲线4.4土的力学性质土的压缩曲线土的压缩曲线示意图4.4土的力学性质⑵压缩定律与压缩系数

在压缩曲线上，当压力的变化范围不大时，可将压缩曲线上相应一小段M1M2近似地用直线来代替。若M1点的压力为p1相应孔隙比为e1；M2点的压力为p2相应孔隙比为e2；则M1M2段的斜率可用下式表示，即：

这个公式是土的力学性质的基本定律之一，称压缩定律。它表明：在压力变化范围不大时，孔隙比的变化值(减小值)与压力的变化值（增加值）成正比。其比例系数称为压缩系数，用符号a表示，单位为MPa-1。压缩系数值越大，土的压缩性就越高。式中，a表示土的压缩系数，kPa-1或MPa-1；

p1一般是指地基某深度处土中竖向自重应力，kPa或MPa；

p2指地基某深度处土中自重应力与附加应力之和，kPa或MPa；

e1指相应于p1作用下压缩稳定后的孔隙比；

e2是指相应于p2作用下压缩稳定后的孔隙比。4.4土的力学性质（3）土的压缩系数意义

用于判断土的压缩性的强弱和用于土力学计算。由于同一种土的压缩系数并不是常数，而是随所取压力变化范围的不同而变的，因此，评价不同种类和状态土的压缩系数大小，必须以同一压力变化范围来比较。在《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）中规定,以p1=0.1MPa，p2=0.2MPa时相应的压缩系数a1-2作为判断土的压缩性的标准。压缩系数越大，表明在同一压力变化范围内土的孔隙比减小的越多，则土的压缩性越高。属低压缩性土属中压缩性土属高压缩性土4.4土的力学性质（4）

压缩指数

土的e-p曲线改绘成半对数压缩曲线e-logp曲线时，它的后段接近直线，其斜率Cc为：

式中，Cc称为土的压缩指数。4.4土的力学性质

同压缩系数a一样，压缩指数Cc值越大，土的压缩性越高。对同一个试样，压缩指数是个定量，不随压力增加而变化。从图中可见Cc与a不同，它在直线段范围内并不随压力而变，试验时要求斜率确定得很仔细，否则出入很大。低压缩性土的Cc值一般小于0.2，Cc值大于0.4一般属于高压缩性土。国内外广泛采用e-logp曲线来分析研究应力历史对土的压缩性的影响。4.4土的力学性质3.压缩模量Es

是指土在完全侧限条件下，竖向附加压应力与相应的应变增量之比值，根据e-p曲线可以求算。式中，Es表示土的压缩模量，MPa。压缩模量越大，表明土在同一压力变化范围内土的压缩变形越小，则土的压缩性越低；反之，Es越小，表示土的压缩性越高。工程上常用压力从0.1MPa至0.2MPa或至0.3MPa范围内的或来判断土的压缩性或计算压缩模量。4.4土的力学性质4.变形模量

土的变形模量E0是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值。通过载荷试验或旁压试验所测得的地基沉降（或土的变形）与压力之间近似的比例关系，从而利用地基沉降的弹性力学公式来反算土的变形模量。E0和Es的异同相同点：土的变形模量E0和压缩模量Es都是评价土的压缩性和计算地基变形的重要指标。E0=βEs不同点：Es是在有侧限条件下，通过室内压缩试验求得；E0是在无侧限条件下，通过现场荷载试验求得。4.4土的力学性质5.土的前期固结压力

一般来说，沉积时间较长的土层经历固结时间长，比较密实，压缩性较低；而沉积时间较短的土层经历固结时间短，比较疏松，压缩性较高。所谓固结是指土体在建筑物荷重或自重压力及其它应力作用下，其变形随时间发展至完全稳定的全过程。而前期固结压力(σp′)是指土层在地质历史上曾经受过的最大有效固结压力。工程中根据先期固结压力与目前自重应力的相对关系，将土层的天然固结状态划分为三种，即正常固结、超固结和欠固结。并用超固结比OCR作为反映土层天然固结状态的定量指标：4.4土的力学性质6.影响土压缩性的主要因素 （1）粒度成份和矿物成份的影响细粒土在可塑状态下，随着粘粒含量的增多，可使结合水膜增厚，孔隙比增大，土的透水性减弱，压缩性增高而压缩过程缓慢。粗粒土土粒愈粗，表面愈粗糙，接触面积大，摩擦阻力大，压缩量小而压缩过程愈快。（2）含水率的影响细粒土随着含水率的增大，土的压缩性增强。粗粒土中水一般起润滑作用，可减少摩擦阻力，所以含水率高的粗粒土的压缩性也高些。（3）密实度的影响粘性土的密实度与连接有关，随着密实度的增大，连接增强，土的压缩性减弱。密实度对粗粒土力学性质影响很大。密实度越大，土的压缩性越弱。4.4土的力学性质（4）结构状态的影响土的结构状态影响着土的连结强度，扰动土的压缩性比原状土增强。（5）构造特征的影响土中结构面的存在往往增强了土的压缩性，当作用力垂直于结构面延伸方向时，将提高土的压缩性；当不连续面平行于作用力方向时，对压缩性没有明显影响。（6）受理历史的影响细粒土前期固结压力的影响是很显著的。当其他条件相同时，超压密粘性土的压缩性往往脚的。（7）增荷率和加荷速度的影响增荷率小时，细粒土的结构连接力被破坏的程度不大，压缩量较小；反之，压缩量则较大。（8）动荷载的作用在动荷载作用下，土将缠身附加的压缩变形。 4.4土的力学性质

1.抗剪强度与抗剪性

土的抗剪强度是指土具有的抵抗剪切破坏的极限能力，而土具有的抗剪切破坏的特性称为抗剪性。土的强度是指土的抗剪强度。土颗粒自身强度远远大于土粒间的连结强度，故在外力作用下，接触面两侧的土颗粒发生相互错动，引起土中的一部分相对另一部分产生滑动而引起剪切破坏。土粒抵抗这种滑动的性能，称为土的抗剪性。剪切破坏的本质：土体的剪切破坏是土颗粒沿某个面发生了与剪切方向一致的相对移动，这个面称为剪切面，严格地说应是剪切带。土体破坏通常可归于剪切破坏，剪切破坏是由土体中的剪应力达到抗剪强度所引起的。4.4.2土的抗剪强度4.4土的力学性质

2.库仑定律上述公式表明：土的抗剪强度指标由颗粒间的内摩擦力（φ）以及由胶结物和水膜的分子引力所产生的粘聚力（c）共同组成。在一定载荷范围内，土的抗剪强度与法向应力之间呈直线关系，其比值即为土的内摩擦系数tgφ。目前在工程实践中广泛采用的破坏准则是莫尔—库仑破坏准则。

通常认为粗粒土的粘结强度等于零；细粒土的粘结强度由原始粘结力和固化粘结力两部分组成，原始粘结力来源于颗粒间的静电力和范德华力，固化粘结力来源于颗粒间的胶结物质的胶结作用。摩擦强度一是颗粒之间因剪切滑动时产生的滑动摩擦，另一个是因剪切使颗粒之间脱离咬合状态而移动所产生的咬合摩擦。4.4土的力学性质

3.库仑定律

1776年库仑总结土的破坏现象，提出土的抗剪强度公式为：式中，τf为土的抗剪强度；σ为剪切面上的法向应力；c为土的粘聚力；φ为土的内摩擦角。c和φ为称为土的抗剪强度指标。

α剪切破裂面与大主应力的作用面成夹角，其值等于（45°+φ/2）的。

4.4土的力学性质粗粒土：抗剪强度决定于与法向应力成正比的内摩擦力（滑动阻力、滚动阻力、咬合力）τf

=

σtgφ。细粒土：抗剪强度决定于粒间连结强度（结合水连结、胶结连结、毛细连结）、粘滞阻力。τf=c+σtgφ4.4土的力学性质

土的抗剪强度，主要取决于土的组成、结构、含水量、孔隙比以及所受的应力状态等。

土的抗剪强度主要通过室内试验和原位测试确定。抗剪强度的试验方法主要有：直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压试验、十字板剪切验等。

4.直剪实验

这是一种快速有效求抗剪强度指标的方法，在一般工程中普遍使用。直接剪切仪分为应变控制式和应力控制式两种。目前我国普遍采用的是应变控制式直剪仪，即等速推动试样产生位移测定相应的剪应力。4.4土的力学性质

对同一种土至少取4个试样，分别在不同垂直压力P下剪切破坏（一般可取垂直压力为100、200、300、400kPa），将试验结果绘制成如图所示的抗剪强度τf和垂直压力P之间关系。试验结果表明，对于粘性土τf-P基本上成直线关系，该直线与横轴的夹角为内摩擦角φ，在纵轴上的截距为内聚力c。4.4土的力学性质为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试验可分为快剪、固结快剪和固结慢剪三种方法。快剪是在试样施加竖向压力P后，立即快速施加水平剪应力使试样剪切破坏；固结快剪是允许试样在竖向压力下充分排水，待固结稳定后，再快速施加水平剪应力使试样剪切破坏；慢剪试验则是允许试样在竖向压力下排水，待固结稳定后，以缓慢的速率施加水平剪应力使试样剪切破坏。4.4土的力学性质直接剪切仪具有构造简单，操作方便等优点，但它存在若干缺点，比如剪切面限定，不是沿土样最薄弱的面剪切破坏；不能严格控制排水条件等。直剪实验存在的一些问题：①

实验是固定剪切面，而该面不一定是土样的软弱面；②

试样面积小，剪切面上剪应力分布不均匀；③实验不能严格控制排水程度和测定孔隙水压力；④剪切过程中，剪切面逐渐减小，而计算强度时仍按原面积计算，因此产生误差。三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。4.4土的力学性质

5.三轴剪切实验

三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。步骤如下：将土切成圆柱体套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压力室内压入水，使试件在各个方向受到周围压力，并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力。然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终于受剪而破坏。设剪切破坏时由传力杆加在试件上的竖向压应力为Δσ1，则试件上的大主应力为σ1=σ3+Δσ1，而小主应力为σ3，以(σ1-σ3)为直径可画出一个极限应力圆。用同一种土样的若干个试件(三个上)按以上所述方法分别进行试验，每个试件施加不同的周围压力σ3，可分别得出剪切破坏时的大主应力σ1，将这些结果绘成一组极限应力圆。由于这些试件都剪切至破坏，根据莫尔-库伦理论，作一组极限应力圆的公共切线，即为土的抗剪强度包线，通常可近似取为一条直线，该直线与横座标的夹角即为土的内摩擦角φ，直线与纵座标的截距即为土的内聚力c。4.4土的力学性质莫尔——库伦理论4.4土的力学性质

三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：

(1)不固结不排水试验

试样在施加周围压力和随后施加竖向压力直至剪切破坏的整个过程中都不允许排水，试验自始至终关闭排水阀门。

(2)固结不排水试验

试样在施加周围压力σ3打开排水阀门，允许排水固结，待固结稳定后关闭排水阀门，再施加竖向压力，使试样在不排水的条件下剪切破坏。

(3)固结排水试验

试样在施加周围压力σ3时允许排水固结，待固结稳定后，再在排水条件下施加竖向压力至试件剪切破坏。

三轴压缩仪的突出优点是能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力变化。此外，试件中的应力状态也比较明确，破裂面是在最弱处，而不象直接剪切仪那样限定在上下盒之间。4.4土的力学性质6.影响土抗剪强度的主要因素总的来说，土的抗剪强度，主要取决于连接和密实度。连接愈强，内聚力愈大；密实度愈大，内摩擦力愈大，同时，内聚力也愈强。细粒土抗剪强度主要取决于连结，粗粒土主要取决于粒度和密实度。（1）粒度成分和矿物成分的影响：1）粒度成分：细粒土，粘粒含量多，结合水膜厚，内磨檫角小，抗剪强度低。粗粒土的土粒愈粗，表面愈粗糙，摩擦阻力越大，ϕ角愈大2）矿物成分：由于不同矿物的颗粒形状不同，有的为片状，有的为粒状。不同矿物颗粒形状对土的摩擦阻力也有不同影响。（2）天然含水率的影响随着天然含水率或液性指数的增大，粒间连结减弱，强度降低。（3）密实度的影响随着密实度增大，土粒间接触点增多，细粒土连接增强，土的强度增高。4.4土的力学性质（4）结构状态的影响土的结构状态影响土的连接强度。原状土和扰动土的连接强度是不一样的。扰动土由于结构被破坏，连结削弱，抗剪强度显著降低。（5）构造特征的影响由于不连续面的存在，导致抗剪强度的各向异性。此外，不连续面的粗糙程度，结合程度和延续性都对图抗剪强度有较大影响。（6）受力条件的影响垂直压力越大，抗剪强度越高，超固结土强度较高。（7）动荷载的影响相同的土，在动载荷作用下抗剪强度比在静荷载作用下要小。振动强度越大，土的抗剪强度降低越明显。动荷载使土的抗剪强度降低，其中砂土较显著，饱水土又比非饱水土显著，严重时将导致发生液化和触变现象。4.4土的力学性质4.5.1土的透水性（1）定义：水在土的孔隙中渗透流动的性能。（2）意义：在计算漏水量，水库或渠沟渗漏，地下水回水浸没，以及地基沉降与时间关系等问题时，都需要研究土的透水性。（3）评价指标：渗透系数K。（4）影响因素：主要有粒度成分，矿物成分，溶液中阳离子成分及浓度，以及土的机构和构造等。4.5土的透水性和毛细性

4.5.2土的毛细性（1）定义：在弯液面力的作用下，沿毛细孔隙向各方向运动的性能。毛细水主要存在于孔径0.002~0.5mm的毛细孔隙中（多存在于微细砂及粉土中）（2）意义：对于由地下水位变化而引起的地面沼泽地、盐渍化、建筑物地基强度变化及附加沉降等具有实际意义。毛细定律：毛细水上升的高度与水的表面张力成正比，与毛细管直径成反比，即α----水的表面张力系数4.5土的透水性和毛细性

土是岩石风化的产物，土的矿物成分、成因类型、沉积环境、沉积历史等不同时，土的性质差异很大。土的工程地质分类，按其具体内容和适用范围，可分为三种基本类型：（1）一般性分类。对包括工程建筑常遇到的各类土，考虑土的主要工程地质特性进行划分。是最常见的土分类，又称通用分类。（2）局部性分类。仅根据一个或较少的几个专门指标，或仅对部分土进行分类。是一般性分类的补充和发展。（3）专门性分类。根据某些工程部门的具体需要而进行的分类。是一般性分类在实际运用中的补充和发展。三类分级标准：第一级分类标准：即地质成因分类。第二类分类标准：即土质分类。按粒度成分和塑性特征。第三级分类标准：即工程建筑分类。国外的土分类方案，有三种不同体系：（1）按粒度成分；（2）按塑性指数；（3）综合考虑粒度成分和塑性指数的影响。4.6土的工程地质分类常见的土的分类体系有：

⑴根据土的地质成因分类，将土分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等。

⑵根据结构性差异大的粘性土的沉积年代分类，将粘性土分为老粘性土(第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的土，其沉积历史约在10万年以上)、一般粘性土(全新世Q4文化期以前沉积的土，文化期以前即距今约9千年以前)和新近沉积的粘性土(全新世Q4文化期以来新近沉积的土)。

⑶根据有机质含量可分为无机土、有机土、泥炭质土和泥炭。⑷根据土的特殊性质进行分类，将其分为湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土、盐渍土、软土、人工填土等。

⑸根据土的颗粒级配或塑性指数分类，将土分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。4.6土的工程地质分类第四纪堆积物成因类型符号4.6土的工程地质分类4.6.1《土的工程分类标准》(GB/T50145-2007)

工程用土分为一般土和特殊土两大类。1.一般土的分类

一般土按其不同粒组的相对含量划分为巨粒土和含巨粒土、粗粒土、细粒土。

⑴巨粒土和含巨粒土、粗粒土：按其粒组、级配、所含细粒的塑性高低划分为16类。巨粒土和含巨粒土的分类土类粒组含量

土代号

土名称

巨粒土巨粒含量75%~100%漂石粒＞50%B漂石漂石粒≤50%Cb卵石混合巨粒土巨粒含量50%~75%漂石粒＞50%BSI混合土漂石漂石粒≤50%CbSI混合土卵石巨粒混合土巨粒含量15%~50%漂石粒＞卵石SIB漂石混合土漂石粒≤卵石SICb卵石混合土4.6土的工程地质分类砾类土的分类土类粒组含量

土代号

土名称

砾石细粒含量＜5%级配：Cu≥5，Cc=1~3GW级配良好砾级配：不同时满足上述要求GP级配不良砾含细粒土砾细粒含量5%~15%GF含细粒土砾细粒土质粒细粒含量15%~50%细粒为粘土GC粘土质粒细粒为粉土

GM粉土质粒《土的分类标准》(GBJ145-90)4.6土的工程地质分类《土的分类标准》(GBJ145-90)砂类土的分类土类

粒组含量

土代号

土名称

砂细粒含量＜5%级配：Cu≥5，Cc=1~3SW级配良好砂级配：不同时满足上述要求SP级配不良砂含细粒土砂细粒含量5%~15%SF含细粒土砂细粒土质砂细粒含量15%~50%细粒为粘土SC粘土质砂细粒为粉土SM粉土质砂4.6土的工程地质分类

⑵细粒土根据塑性图分类细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。塑性图的横坐标为土的液限，纵坐标为塑性指数。

当取质量为76kg、锥角为30°的液限仪锥尖入土深度为17mm对应的含水量为液限时，按塑性图（a）分类。0102030405060700102030405060708090100110Ip=10Ip=6BAA线Ip=0.73(wL-20)B线wL=50%塑性指数Ip液限wL

(%)塑性图a4.6土的工程地质分类0102030405060700102030405060708090100110Ip=10Ip=7BAA线Ip=0.63(wL-20)B线wL=40%塑性指数Ip液限wL

(%)塑性图b《土的分类标准》(GBJ145-90)

当取质量为76kg、锥角为30°的液限仪锥尖入土深度为10mm对应的含水量为液限时，按塑性图（b）分类。4.6土的工程地质分类

细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。其中，粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒土；含部分有机质者称有机质土。细粒土分类用塑性图a确定细粒土的类别时用塑性图b确定细粒土的类别时土的塑性指数在塑性土中的位置土代号土名称

土的塑性指数在塑性土中的位置土代号土名称塑性指数Ip液限wL

塑性指数Ip液限wLIp≥0.73（wL-20）≥50%CH高液限粘土Ip≥0.63（wL-20）≥40%CH高液限粘土<50%CL低液限粘土<40%CL低液限粘土Ip≥0.73（wL-20）≥50%MH高液限粉土Ip≥0.63（wL-20）≥40%MH高液限粉土<50%ML低液限粉土<40%ML低液限粉土4.6土的工程地质分类2.特殊土分类

根据《土的分类标准》(GBJ145-90)，特殊土包括指黄土、膨胀土和红粘土，可按其塑性指数在塑性图上的位置初步判别。当取液限仪锥尖入土深度为17mm的含水量为液限时，按右表和下图判别。高液限粉土（红粘土）MHRwL＞55%IP＜0.73（wL-20）高液限粘土（膨胀土）CHEwL＞50%低液限粘土（黄土）CLYwL＜40%IP≥0.73（wL-20）液限wL

塑性指数IP土名称土代号土的塑性指标在塑性图中的位置黄土、膨胀土和红土的判别塑性图P塑性指数IL液限w(%)CLYMHRLPA线

I

=0.73(w-20)CHEA60504030201001101009080706050403020104.6土的工程地质分类

当取液限仪锥尖入土深度为10mm的含水量为液限时，按下表和图判别。高液限粉土（红粘土）MHRwL＞45%IP＜0.63（wL-20）高液限粘土（膨胀土）CHEwL＞40%低液限粘土（黄土）CLYwL＜35%IP≥0.63（wL-20）液限wL

塑性指数IP土名称土代号土的塑性指标在塑性图中的位置

黄土、膨胀土和红土的判别塑性图4.6土的工程地质分类

根据土的颗粒级配或塑性指数对土体进行分类，是我国各部门最常用而且分类结果大致相同的一种土的分类方法。根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001，2009