土的工程分類和特殊土的工程地質(zhì)特征

1、第三章 土的工程分類和特別土的工程地質(zhì)特征本章學習要點：學習最具代表性的幾種工程分類方法，特別是土的工程地質(zhì)分類，建筑地基基礎設計規(guī)范分類法。掌損碎石土、砂土、粉土、粘性土的分類標志。本節(jié)是本章重點內(nèi)容之一，應掌握各類土的分類方法，會依據(jù)土的物性指標，確定土的名稱。學習掌握特別土的工程地質(zhì)特性，特別是淤泥類土、膨脹土、紅粘土、濕陷性黃土和人工填土等工程地質(zhì)性質(zhì)。第一節(jié) 土的工程地質(zhì)分類一、概述土的工程地質(zhì)分類，按其簡略內(nèi)容和適用范圍，可以概括的分為三種基本類型 一般性分類：比較全面的綜合性分類； 局部性分類：僅依據(jù)一個或較少的幾個專門指標，或僅對部分土進行分類； 專門型分類：依據(jù)某些工程部門的

2、簡略需要而進行的分類。土的工程地質(zhì)分類的一般原則和形式：在充分生疏土的不同特別性的基礎上歸納其共性，將客觀存在的各種土劃分為若干不同的類或組。常將成因和形成年月作為最粗略的第一級分類標準，即所謂地質(zhì)成因分類。將反映土的成分（粒度成分和礦物成分）和與水相互作用的關系特征作為其次級分類標準，即所謂的土質(zhì)分類。為了進一步商量土的結構及其所處狀態(tài)和土的指標變化特征，更好的供應工程設計施工所需要的資料，必須進一步進行第三級分類，即工程建筑分類。上述三種土的工程地質(zhì)分類中，土質(zhì)分類是土分類的最基本形式，有兩種分類原則：一是按土的粒度成分；二是按土的塑性特性。國內(nèi)外的土質(zhì)分類方案很多，歸納起來有三種不同體系

3、，一是按粒度成分，一種是按塑性指標，一種是綜合考慮粒度和塑性的影響。二、土的分類（一）按地質(zhì)成因分類：土按地質(zhì)成因可分為：殘積、坡積、洪積、沖積、冰積、風積等類型。（二）按顆粒級配和塑性指數(shù)分類土按顆粒級配和塑性指數(shù)可分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。1土按顆粒大小分類粒組名稱分界顆粒（mm）組亞組漂石或塊石大800中400小200卵石或碎石極大100大60中40小20圓礫或角礫粗10中5細2砂粒粗0.5中0.25細0.10極細0.05粉粒粗0.1細0.05粘粒粗0.002細2、碎石土的分類碎石土的分類土的名稱顆粒外形顆粒級配漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全重50

4、卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全重50圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的顆粒超過全重503砂土的分類土的名稱顆粒級配礫砂粒徑大于2mm的顆粒含量占全重2550粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重50中砂粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重50細砂粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重85粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重504、粉土的分類土的名稱顆粒級配砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量不超過全重10%粘質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量超過全重10%5、粘性土的分類（1）依據(jù)積累時代分1）老積累土：第四紀晚更新世及其以

5、前積累的粘性土，一般具有較高的強度和較低的壓縮性。2）一般積累土：第四紀全新世積累的粘性土3）新近積累土：全新世以后（2）依據(jù)塑性指數(shù)Ip分土的名稱塑性指數(shù)粉質(zhì)粘土10Ip17粘土Ip17（3）按工程特性分具有肯定分布區(qū)域或工程意義上具有特別成分、狀態(tài)和結構特征的土稱特別性土，依據(jù)工程特性分為： 濕陷性土 紅粘土 軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土） 多年冰土 膨脹土 鹽滯土 混合土 填土 污染土（4）依據(jù)有機質(zhì)含量分類 分類名稱有機物含量(Q)無機土Q5%有機質(zhì)土5%Q10%泥炭質(zhì)土10Q60泥炭Q60其次節(jié) 特別土的工程地質(zhì)特性特別土：是指某些具有特別物質(zhì)成分和結構，而工程地質(zhì)性質(zhì)也較特別的土。特別

6、土的種類甚多，常見的有淤泥類土、膨脹土、紅粘土、黃土類土、人工填土等。一、淤泥類土（一）形成條件和成分結構特點淤泥類土是指在水流緩慢、不通暢、缺氧和飽水條件下的環(huán)境中沉積，有微生物參加作用的條件下，含較多的有機質(zhì)，疏松軟弱的粉質(zhì)粘性土。物質(zhì)組成和結構特點：1粒度上主要是粉質(zhì)粘土和粉質(zhì)砂土2含大量粘土礦物和部分石英、長石、云母；有機質(zhì)含量較多（515）。3呈灰、灰藍、灰綠和灰黑等暗淡的顏色，污染手指并有臭味。4結構、常為蜂窩狀、疏松多孔，定向排列明顯、層理較發(fā)育，常具薄層狀構造。我國淤泥類土基本上可以分為兩大類：一類是沿海沉積淤泥類土；一類是內(nèi)陸和山區(qū)湖盆地及山前谷地沉積地淤泥類土。沿海沉積的淤

7、泥類土，分布較穩(wěn)定，厚度較大，土質(zhì)較疏松軟弱；大致可分為四個類型：1瀉湖相沉積2溺湖相沉積3濱海相沉積4三角洲相沉積分布在內(nèi)陸平原區(qū)地淤泥類土主要有：（1）湖泊（2）河漫灘（3）牛軛湖（二）工程地質(zhì)性質(zhì)的基本特點1、高孔隙比、飽水、天然含水率大于液限孔隙比常見值為1.02.0；液限一般為4060，飽和度一般90，天然含水率多為5070。未擾動時，處于軟塑狀態(tài)，一經(jīng)擾動，結構破壞，處于流淌狀態(tài)。2、透水性極弱：一般垂直方向地滲透系數(shù)較水平方向小些。3、高壓縮性：a12一般為0.71.5Mpa1，且隨天然含水率的增大而增大。4、抗剪強度很低，且與加荷速度和排水固結條件有關不排水：三軸快剪，；直剪，

8、5，c0.02Mpa；在排水條件下，抗剪強度隨固結程度提高而增大，固結快剪的1015，c0.02Mpa。5、較顯著的觸變性和蠕變性二、膨脹土在工程建設中，常常會遇到一種具有特別變形性質(zhì)的粘性土，它的體積隨含水量地增加而膨脹，隨含水量削減而收縮，并且這種作用循環(huán)可逆，具有這種膨脹和收縮性的土，即稱為膨脹土。（一）分布和成因膨脹土一般分布在盆地內(nèi)崗，山前丘陵地帶和二、三級階地上。大多數(shù)是上更新世及以前的殘坡積、沖積、洪積物，也有晚第三紀至第四紀的湖泊沉積及其風化層。（二）成分和結構特征（1）從巖性上看，以粘土為主，具有黃、紅、灰、白等色，土中含有較多的粘土，粘土占總數(shù)的98%，粘土礦物多為蒙脫石、

9、伊利石和高嶺石。蒙脫石含量越多，膨脹性越強烈。（2）結構致密，呈堅硬硬塑狀態(tài)，強度較高，內(nèi)聚力較大。（3）裂隙發(fā)育，豎向、斜交和水平三種均有，可見光滑鏡面和擦痕。（4）富含鐵、錳結核和鈣質(zhì)結核。（5）化學成分為SiO2(45%66%)、Al2O3(13%31%)、Fe2O3(315%)、硅鋁率K35。（三）一般工程地質(zhì)特征膨脹土的液限、塑限和塑性指數(shù)都較大：液限為4068，塑限為17%35，塑性指數(shù)為1833。膨脹土的飽和度一般較大，常在80以上，天然含水率較小，1730。（四）膨脹土的判別和脹縮性分級1、膨脹土的判別凡是具有前面所述的特征，且自由膨脹率Fs大于40者，應判定為膨脹土?！白杂膳?/p>

10、脹率Fs”：系指人工制備的烘干土，在水中增加的體積與原體積的比，以百分率表示。2、土的脹縮性分級膨脹土的脹縮性，依據(jù)脹縮總率劃分為強、中等和弱三級： 4，脹縮性強 24，中等 0.72， 弱脹縮總率以表示，并按下式計算：式中：在壓力0.5MPa時的膨脹率， ：土的收縮系數(shù) ：土的天然含水量：土在收縮過程中含水率的下限值，如式中為負值時，按負值考慮，如大于8時按8考慮，小于0時按0考慮。式中收縮系數(shù)可通過收縮試驗測得，它是土的收縮曲線的直線部分的斜率，即：式中：與相應的收縮率之差：反映了地基土的收縮變形受大氣降雨和蒸發(fā)的綜合影響，可按下式計算：式中：是條件系數(shù)；為土的塑限。三、紅粘土紅粘土是指碳

11、酸鹽類巖石（石灰?guī)r，白云巖，泥質(zhì)泥巖等），在亞熱帶溫濕氣候條件下，經(jīng)風化而成的殘積、坡積或殘坡積的褐紅色、棕紅色或黃褐色的高塑性粘土。（一）成因和分布成因類型：殘積、坡積、和殘坡積上部為坡積，下部為殘積的情況居多。主要分布在云南、貴州、廣西、安徽、四川東部等。（二）成分和結構特征紅粘土的粘粒組分（粒徑85，密實度低，大孔隙明顯，孔隙比1.0；液性指數(shù)一般都小于0.4；堅硬和硬塑狀態(tài)。3、強度較高，壓縮性較低固結快剪值818，c值可達0.040.09MPa，多屬中壓縮性土或低壓縮性土，壓縮模量515MPa。4、不具濕陷性，但收縮性明顯，失水后強烈收縮，原狀土體縮率可達25。紅粘土具有這些特別性質(zhì)

12、，是與其生成環(huán)境及其相應的組成物質(zhì)有關。（1）沿深度上，隨著深度的加大，紅粘土的天然含水率、孔隙比、壓縮系數(shù)都有較大的增高，狀態(tài)由堅硬、硬塑可變?yōu)榭伤?、軟塑，而強度則大幅度降低。（2）在水平方向上，由于地形地貌和下伏基巖起伏變化，性質(zhì)變化也很大，地勢較高的，由于排水條件好，天然含水率和壓縮性較低，強度較高，而地勢較低的則相反。四、濕陷性黃土黃土在肯定壓力作用下受水浸濕，土結構迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉，導致建筑物破壞，具有特性的黃土，稱濕陷性黃土。1、分布與特征作為濕陷性土的典型代表黃土，在全世界的分布比較廣泛的，據(jù)某些學者估量，黃土的掩蓋面積在整個歐洲約占10，亞洲約占30；以前蘇聯(lián)的黃土分

13、布最廣，約占其國土面積的15；我國黃土分布面積達60萬平方公里，其中有濕陷性的約為43萬平方公里。主要分布在黃河中游的甘肅、陜西、晉、寧、河南、青海等省區(qū)。地理位置屬于干旱與半干旱氣候地帶。其物質(zhì)主要來源于沙漠與戈壁。我國濕陷性黃土的固有特征有：1）黃色、褐黃色、灰黃色；2）粒度成分以粉土顆粒（0.050.005mm）為主，約占60；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有較多的可溶性鹽類，例如：重碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物；5）具垂直節(jié)理；6）一般具肉眼可見的大孔。其工程特征：1）塑性較弱；2）含水較少；3）壓實程度很差，孔隙較大；4）抗水性弱，遇水強烈崩解，膨脹量較小，但失水收縮量較明顯

14、；5）透水性較強；6）強度較高，由于壓縮中等，抗剪強度較高。2、成因我國黃土的粒度成分具有自西北向東南逐漸變細的規(guī)律，并可大致分三個弧形帶。從物質(zhì)的主導來源而言，應認為絕大部分黃土是風成的。3、地質(zhì)年月黃土在整個第四紀的各個世中均有積累，而各世中黃土由于積累年月長短不一，上覆土層厚度不一，其工程性質(zhì)不一。一般濕陷性黃土（全新世早期晚更新期）與新近積累黃土（全新世近期）具有濕陷性。而比上兩者積累時代更老的黃土，通常不具濕陷性。4、濕陷性評價在黃土地區(qū)勘察中，濕陷性評價正確與否直接影響設計措施的實行。黃土的濕陷性計算與評價，按一般的工作次序，其內(nèi)容主要有：（1）判別濕陷性與非濕陷性黃土；（2）判別

15、自重與非自重濕陷性黃土；（3）判別濕陷性黃土場地的濕陷類型；（4）判別濕陷等級；（5）確定濕陷起始壓力等。（1）濕陷性與非濕陷性黃土的判別黃土的濕陷性試驗是在室內(nèi)的固結儀內(nèi)進行的，其方法是：分級加荷至規(guī)定壓力，當下沉穩(wěn)定后，使土樣浸水直至濕陷穩(wěn)定為止，其濕陷系數(shù)的計算式是：式中：原狀土樣的原始高度，cm：原狀土樣在規(guī)定壓力下，下沉穩(wěn)定后的高度，cm：上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度，cm利用的值，可判定黃土是否有濕陷性當0.07時，濕陷性強烈（2）自重與非自重濕陷性黃土的判別自重濕陷性：當某一深處的黃土層被水浸濕后，僅在其上覆土層的飽和自重壓力（飽和度%85）下產(chǎn)生濕陷變形

16、的，稱自重濕陷性。非自重濕陷性黃土：當某一深度處的黃土層浸水后，除上覆土的飽和自重外，尚需要肯定的附加荷載（壓力）才發(fā)生濕陷的，稱非自重濕陷性。測定方法：也是在室內(nèi)固結儀上進行，即分級加荷至上覆土層的飽和自重壓力，當下沉穩(wěn)定后，使土樣浸水濕陷達穩(wěn)定為止。自重濕陷系數(shù)的計算公式：式中：土樣的原始高度，cm：原始土樣加壓至土的飽和自重壓力時，下沉穩(wěn)定后的高度，cm；：上述加壓穩(wěn)定后的土樣，在浸水作用下，下沉穩(wěn)定后的高度，cm當0.015時，定為非自重濕陷性黃土。 0.015時，為自重濕陷性黃土。黃土的濕陷性一般是自地表以下逐漸減弱，埋深七、八米以上的黃土濕陷性較強。不同地區(qū)，不同時代的黃土是不同的

17、，這與土的成因，固結成巖作用、所處的環(huán)境等條件有關。（3）濕陷性黃土場地的濕陷類型的劃分在黃土地區(qū)地基勘察中，應依據(jù)實測自重濕陷量或計算自重濕陷量制定建筑物場地的濕陷類型。實測自重濕陷量應依據(jù)現(xiàn)場試坑浸水試驗確定。計算自重濕陷量按下列公式計算：式中：第i層土在上覆土的飽和（%85）自重應力作用下的濕陷系數(shù) ：第i層土的厚度，cm n：總計算厚度內(nèi)濕陷土層的數(shù)目。總計算厚度應從天然地面算起（當挖、填方厚度及面積較大時，自設計地面算起）至其下全部濕陷性黃土層的底面為止，但其中0.015土層不計。 ：修正系數(shù)，對陜西地區(qū)取1.5；隴東地區(qū)取1.2，關中地區(qū)取0.7，其它地區(qū)取0.5。實際工程中當7c

18、m，定為非自重濕陷性黃土場地；7cm，定為自重濕陷性黃土長度 （4）黃土地基的濕陷等級濕陷等級應依據(jù)基底下各土層累積的總濕陷量和計算自重濕陷量的大小等因素按下表判定?？倽裣萘坑嬎愎剑菏街校旱趇層土的濕陷系數(shù) 第i層土的厚度，cm。計算時，土層厚度自基礎底面（初勘時從地面下1.5米）算起；對非自重濕陷性黃土地基，累計算至其下5m深度或沉降計算深度為止；對自重濕陷性黃土，應依據(jù)建筑物類別和地區(qū)建筑閱歷決定，其中非濕陷性土層不累計。濕陷性黃土地基的濕陷等級濕陷類型計算自重濕 陷量，cm總濕陷量cm非自重濕陷性場地自重濕陷性場地77353530I（稍微）II（中等）3060II（中等）II或IIII

19、II（嚴峻）60III（嚴峻）IV（很嚴峻）（5）濕陷起始壓力黃土的濕陷量是壓力的函數(shù)。事實上存在著一個壓力界限值，壓力低于這個數(shù)值，黃土即使浸了水也只產(chǎn)生壓縮變形，而不會消失濕陷現(xiàn)象，這個界限值稱為濕陷起始壓力（KPa）。濕陷起始壓力是一個有肯定有用價值的指標。例：在設計非自重濕陷性黃土地基上荷載不大的基礎和土墊層時，可以有意識地選擇適當?shù)鼗A底面尺寸及埋深，或土墊層厚度，使基底壓力或墊層底面的總壓力（自重應力與附加應力之和）不超過基底下土的。以避開濕陷的可能性。濕陷起始壓力可用室內(nèi)壓縮試驗或野外載荷試驗確定。即：單線法和雙線法。按壓縮試驗，其方法如下：雙線法應在同一取土點的同一深度處，以環(huán)刀切取2個試樣，一個在天然濕度下加第一級荷重，下沉穩(wěn)定后浸水，待濕陷穩(wěn)定后在分級加荷。分別測定這兩個試樣在各級壓力下，下沉穩(wěn)定后的試樣高度和浸水下沉穩(wěn)定后的試樣高度，就可以繪出不浸水試樣的曲線和浸水試樣的曲線，圖見教材。然后按公式計算各級荷載下的濕陷系數(shù)，從而繪制曲線。在曲線上取值為0.015所對應的壓力作為濕陷起始