巖土體的工程地質(zhì)特性

巖土體的工程地質(zhì)特性第一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的基本概念

土是地殼表層堅硬巖石風(fēng)化作用的產(chǎn)物殘留在原地或經(jīng)過搬運堆積在異地所形成的松散堆積物。土經(jīng)后期進(jìn)一步壓實、膠結(jié)等固結(jié)成巖作用就形成了沉積巖。巖石與巖體

巖石是礦物的集合體，巖體是結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體的綜合。野外巖石中所見到的各種不同類型、不同方向的地質(zhì)界面稱為結(jié)構(gòu)面，被結(jié)構(gòu)面分割而成的大小不一、形狀各異的巖石塊體稱為結(jié)構(gòu)體。巖石與巖體不同，由于巖體中存在結(jié)構(gòu)面和軟弱夾層，并且又延伸到相當(dāng)廣闊的空間范圍，因此，巖體強度與巖石強度相比較，兩者差別顯著。一般情況下，巖體強度低于巖石強度，僅在少數(shù)情況下，巖體強度才接近于巖石強度。此外，巖體中存在復(fù)雜的天然應(yīng)力場。

第二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.1土的物質(zhì)組成

組成土的物質(zhì)可分為固相、液相和氣相三種狀態(tài)。固相部分主要是土粒，有時還有粒間的膠結(jié)物和有機質(zhì)，它們構(gòu)成土的骨架；液相部分為水及其溶解物；氣相部分為空氣和其它微量氣體。當(dāng)土骨架之間的孔隙被水充滿時，我們稱其為飽和土或完全飽和土；當(dāng)土骨架間的孔隙不含水時，稱其為干土；而當(dāng)土的孔隙中既含有水，又有一定量的氣體存在時，稱其為非飽和土或濕土。土的固體顆粒

主要研究土顆粒的礦物成分、土的粒組和土的顆粒級配。土顆粒的礦物成分

由于土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，所以土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組成及其后的風(fēng)化作用。成土礦物類型及其特征見表4.1。第三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日表4.1土中礦物成分的類型

類型成因及組成工程性質(zhì)原生礦物土中母巖礦物碎屑。主要有石英、長石、角礫巖、云母等具有較強的抗水性和抗風(fēng)化能力，親水性弱。次生礦物母巖經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用后形成。主要有可溶的礦物和不可溶的礦物。不同含量的礦物對土的工程性質(zhì)影響不同。有機質(zhì)動植物殘骸在微生物的作用下分解形成。主要為腐殖質(zhì)。高含水、高壓縮、低強度。第四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.1.1.2土粒粒組粒徑：指土粒的大小，以其平均直徑的大小表示。粒組：將土中各種不同粒徑的顆粒按適當(dāng)?shù)某叽鐒澐譃槿舾蓚€組別，每一個組別的顆粒稱為土的一個粒組。界限粒徑：用以對土粒進(jìn)行粒組劃分的分界尺寸稱為土的界限粒徑。表4.2是一種常用的粒組劃分方法。土中各種不同粒徑的粒組在土中的相對含量稱為粒度成分。需要特別指出的是，粘粒并非一定是粘土礦物顆粒，即并非所有的粘土礦物粒徑都小于0.005mm(或0.002mm)，也并非所有小于0.005mm(或0.002mm)的顆粒都是粘土礦物，粘土礦物的粒徑可達(dá)0.02mm，而非粘土礦物的粒徑則可小至0.001mm。但由于絕大多數(shù)粒徑小于0.005mm的顆粒已具有了某些近似膠體的性質(zhì)，所以我們稱其為粘粒。第五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日第六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的顆粒級配概念：以土中各粒組顆粒的相對含量(占顆?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù))表示的土中顆粒大小及組成情況稱為土的顆粒級配。累積曲線：是一種最常用的顆粒分析試驗結(jié)果表示方法，其橫坐標(biāo)表示粒徑(因為土粒粒徑相差數(shù)百、數(shù)千倍以上，小顆粒土的含量又對土的性質(zhì)影響較大，所以橫坐標(biāo)用粒徑的對數(shù)值表示)；縱坐標(biāo)則用小于(或大于)某粒徑顆粒的累積百分含量來表示。所得曲線稱為顆粒級配曲線或顆粒級配累積曲線。由級配曲線可以直觀地判斷土中各粒組的含量情況，如果曲線陡峻，表示土粒大小均勻，級配不好；反之則表示土粒不均勻但級配良好。工程上常用土粒的不均勻系數(shù)來定量判斷土的級配好壞。不均勻系數(shù)Cu可表示如下：

第七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日式中：d60稱為限定粒徑，當(dāng)土的顆粒級配曲線上小于某粒徑的土粒相對累積含量為60％時，該粒徑即為d60；

d10稱為有效粒徑，當(dāng)土的顆粒級配曲線上小于某粒徑的土粒相對累積含量為10％時，該粒徑即為d10。

一般Cu<5的土為均粒土，屬級配不良土；Cu>10的為級配良好的土；Cu＝5~10的為級配一般的土。一般工程中也有以兩個指標(biāo)來判斷土級配的情況，即：對于純凈的砂、礫，當(dāng)Cu≥5，且Cc＝1～3時，它是級配良好的，不能同時滿足上述條件時，其級配是不好的。其中Cc稱為土的曲率系數(shù)，可表示為：

式中：d30為土的顆粒級配曲線上小于某粒徑的土粒相對累積含量為30％時的粒徑。

第八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日顆粒級配曲線示意圖第九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土中的水

土中水實際上是指土中的水溶液，它包含了各種溶于水中的離子和化合物。土中水的含量多少對土的性質(zhì)有明顯的影響，尤其對粘性土等細(xì)粒土的性質(zhì)影響更大。在自然狀態(tài)下，絕大多數(shù)環(huán)境中的土總是含水的，土中水可以是液態(tài)，也可以是固態(tài)或氣態(tài)。研究土中水時必須考慮其存在狀態(tài)及其與土粒之間的相互作用。存在于土粒礦物晶格以內(nèi)的水稱為結(jié)晶水。土中的結(jié)晶水只能在較高的溫度(80～680℃，隨土粒礦物成分的不同而異)下才能化為水汽而與土粒分離，因此在一般工程中，結(jié)晶水被視為礦物固體顆粒的一部分。通常所說的水是指常溫狀態(tài)下的液態(tài)水。按土中水是否受土粒電場力作用可以將土中水分為兩類，一類稱為結(jié)合水，另一類稱為自由水。第十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日結(jié)合水

一般情況下，土粒的表面帶有負(fù)電荷，在土粒周圍形成電場，吸引水中的氫原子一端使其定向排列，形成圍繞土顆粒的結(jié)合水膜。結(jié)合水是指受土顆粒電場力作用而吸附于土粒周圍的土中水。土中的細(xì)小顆粒愈多，結(jié)合水含量愈大；愈靠近土粒表面，水分子排列得愈整齊，水的活動性也愈小。因而常將結(jié)合水分為強結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。

結(jié)合水分子定向排列示意圖第十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

強結(jié)合水：受顆粒電場力吸引，緊緊吸附于顆粒周圍的結(jié)合水稱為強結(jié)合水，也稱吸著水。厚度小，沒有溶解力，不能傳遞靜水壓力（固相），受外力作用時與土顆粒一起移動，具有很大的粘滯性、彈性和抗剪強度。粘性土中僅含有強結(jié)合水時呈堅硬狀態(tài)；砂土僅含有強結(jié)合水時呈散粒狀態(tài)。弱結(jié)合水：是強結(jié)合水外圍的結(jié)合水膜，也稱薄膜水。厚度小，也不能傳遞靜水壓力，但能向鄰近水膜更薄的土顆粒周圍緩慢轉(zhuǎn)移，這種運動和重力無關(guān)，具有可塑性。不能傳遞靜水壓力。第十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日．自由水

自由水是指土粒電場力影響范圍以外的土中孔隙水，幾乎不受或完全不受土粒表面靜電引力的影響，主要受重力控制，保持其自由活動的能力，也稱為自由液態(tài)水。土中的自由水包括重力水和毛細(xì)水兩種。

重力水：是指存在于地下水位以下含水層中的土中自由水，也稱地下水。重力水在自身重力作用下能在土體中產(chǎn)生滲流，對土粒及置于其中的結(jié)構(gòu)物都有浮力作用。能傳遞靜水壓力。主要存在于土中較大的孔隙中。

毛細(xì)水：是指存在于土中細(xì)小的孔隙中，因與土顆粒的分子引力和水與空氣界面的表面張力共同作用構(gòu)成的毛細(xì)作用而與土顆粒結(jié)合，位于結(jié)合水與重力水之間的過渡類型的水。主要存在于砂土中。毛細(xì)水還對建筑物地下結(jié)構(gòu)的防潮、地基土的浸濕、凍脹等有重要影響。第十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土中的氣體土中的氣體主要為空氣和水氣，對土體的工程地質(zhì)性質(zhì)影響較小，它能影響土體的強度和變形。封閉氣泡自由氣體與大氣完全相通，容易逸出，對工程的影響不大特點減小土體滲透性、增加彈性，延緩?fù)馏w變形隨時間的發(fā)展過程第十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

土的結(jié)構(gòu)是指由土粒的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等形成的綜合特征。它是在成土過程中逐漸形成的，與土的礦物成分、顆粒形狀和沉積條件等有關(guān)，對土的工程性質(zhì)有重要影響。土的結(jié)構(gòu)一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。蜂窩結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)特點較大顆粒因自重下落沉積而成。粒徑較粗，粒間為點接觸。密實狀態(tài)的是良好地基；疏松狀態(tài)的壓縮性大，不適合直接作為地基。特點靠粉粒間引力聯(lián)結(jié)而成。單個孔隙體積大于土粒本身尺寸，孔隙的體積也較大。絮狀結(jié)構(gòu)特點針、片狀粘粒在較濃電解質(zhì)溶液中凝聚沉積而成?？紫扼w積比蜂窩結(jié)構(gòu)更大，土體一般十分松軟。土的構(gòu)造定義指各部分土的集合體之間的相互關(guān)系特征。主要是層理構(gòu)造，此外還有結(jié)核構(gòu)造、砂類土的分散構(gòu)造、以及粘性土的裂隙構(gòu)造。單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)第十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

在這三種結(jié)構(gòu)中，以密實的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好，蜂窩結(jié)構(gòu)與絮狀結(jié)構(gòu)若被擾動破壞，則強度低、壓縮性高，一般不可用作天然地基。

不論哪種結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)成土骨架的固態(tài)顆粒之間存在孔隙，孔隙中存在水和氣體，土是由顆粒（固相）、水（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大，土的三相間的數(shù)量比例也不盡相同，而且土粒與其周圍的水又發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)作用。第十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.2土的物理力學(xué)性質(zhì)

由固體、液體和氣體三相物質(zhì)組成的土體，其各組分在體積、質(zhì)量或重量上的比值，反映了土的許多基本物理性質(zhì)，而且在一定程度上間接反映了土的力學(xué)性質(zhì)，我們稱其為土的物理性質(zhì)指標(biāo)，也有稱為土的三相比例指標(biāo)。土物理性質(zhì)指標(biāo)的確定是工程地質(zhì)勘察工作必不可少的任務(wù)。土中的三相物質(zhì)本來是交錯分布的，為了便于標(biāo)記和闡述，我們將其三相物質(zhì)抽象地分別集合在一起，構(gòu)成一種理想的三相圖，如圖所示。圖中符號的意義如下：

ms--土粒質(zhì)量；

mw--土中水的質(zhì)量；

ma--空氣的質(zhì)量，ma≈0；

m--土的總質(zhì)量，m=ms+mw；

Vs--土粒體積；

Vw--土中水的體積；

Va--土中氣體體積；

Vv--土中孔隙的體積，Vv＝Va+Vw；

V一土的總體積，V=Vv+Vs

土的三相比例關(guān)系示意圖

第十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的實測物理性質(zhì)指標(biāo)土的實測物理性質(zhì)指標(biāo)：土粒相對密度、土的含水量和土的密度。土粒相對密度，用比重瓶法進(jìn)行測定。土的含水量一般用烘干法測定，現(xiàn)場可用炒土法測定，當(dāng)工程急需時，還可用燒土法進(jìn)行測定。土的密度一般用環(huán)刀法測定。1.土粒相對密度土粒相對密度是指土粒的質(zhì)量與一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下即101.325kPa同體積4℃的純水質(zhì)量之比(為一無量綱量)，即

(4.3)式中，ds為土粒相對密度；ρs為土粒密度(g/cm3或t/m3)；ρw1為純水在一個大氣壓下4℃時的密度(1g/cm3或1t/m3)。第十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日1.土粒相對密度

土粒相對密度是指土粒的質(zhì)量與一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下即101.325kPa同體積4℃的純水質(zhì)量之比(為一無量綱量)，即

第十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

土粒相對密度主要取決于土的礦物成分，也與土的顆粒大小有一定關(guān)系。它的數(shù)值一般為2.6~2.8；土中有機質(zhì)含量增大時，土粒相對密度明顯減小(例如泥炭土的土粒相對密度為1.5~1.8)。由于同類土的土粒相對密度變化幅度很小，加之土粒相對密度的測試方法要求嚴(yán)，容易出現(xiàn)測試誤差，所以工程中常按地區(qū)經(jīng)驗來選取土粒相對密度。

土粒相對密度參考值第二十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.土的含水量概念：土體中水相物質(zhì)(液態(tài)水和冰)的質(zhì)量與土粒質(zhì)量的百分比被稱為土的含水量w，即：

土的含水量是反映土的干濕程度的指標(biāo)之一，它表明土體中水相物質(zhì)的含量多少。含水量的變化對粘性土等一類細(xì)粒土的力學(xué)性質(zhì)有很大影響，一般說來，同一類土(細(xì)粒土)的含水量愈大，土愈濕愈軟，作為地基時的承載能力愈低。天然土體的含水量變化范圍很大，我國西北地區(qū)由于降水量少，蒸發(fā)量大，沙漠表面的干砂含水量為零，一般的干砂，含水量也接近于零；而飽和的砂土含水量可高達(dá)40％；在我國沿海軟粘土地層中，土體含水量可高達(dá)60％~70％，云南某地的淤泥和泥炭土含水量更是高達(dá)270％~299％。第二十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日3.土的密度天然狀態(tài)下，單位體積土體的質(zhì)量(包含土體顆粒的質(zhì)量和孔隙水的質(zhì)量，氣體的質(zhì)量一般忽略不計)稱為土的密度，用符號ρ表示。其單位為g/cm3或t/m3。

天然狀態(tài)下，土的密度變化范圍較大，這除與土的緊密程度有關(guān)外，還與土體中含水量的多少有關(guān)。一般情況下，土密度的變化范圍為1.6~2.2g/cm3；腐殖土的密度較小，常為1.5~1.7g/cm3甚至更小(前述云南某地的淤泥最小密度為1.1~1.2g/cm3)。第二十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的物理性質(zhì)換算指標(biāo)

1.土的孔隙比e和孔隙率n

土的孔隙比是土體中的孔隙體積與土顆粒體積之比，即

土的孔隙率又稱土的孔隙度，是指土中孔隙體積與土的總體積的百分比，即

土體的孔隙比是土體的一個重要物理性質(zhì)指標(biāo)，可以用來評價土體的壓縮特性，一般e<0.6的土是密實的低壓縮性土；e＞1.0的土是疏松的高壓縮性土?？紫堵屎涂紫侗榷际怯靡苑从惩林锌紫逗慷嗌俚奈锢砹浚紫堵手庇^也更易被人們接受，而孔隙率常用于進(jìn)行土的變形分析。第二十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.土的飽和度Sr在土中，被水所充填的孔隙體積與孔隙總體積的百分比稱為土的飽和度，用符號Sr表示。其表達(dá)式為

土的飽和度是反映土體含水情況的物理性質(zhì)指標(biāo)，是反映土體中孔隙被水所充填的程度，而含水量反映的是土體中液態(tài)水的含量多少。根據(jù)飽和度大小，砂性土可分為稍濕(Sr≤50％)、很濕(50％<Sr≤80％)與飽和(Sr>80％)三種濕度狀態(tài)。第二十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日3.土的其它密度指標(biāo)土的干密度：是指單位體積土體中固體顆粒的質(zhì)量，也可將其理解為單位體積的干土質(zhì)量，用符號ρd表示，其單位為g/cm3，表達(dá)式為土的干密度一般為1.3~1.8。

土的飽和密度：是指單位體積的飽和土體(Sr=100％)質(zhì)量，用符號ρsat表示，其表達(dá)式為：

式中，ρw為水的密度，實用上取ρw=ρw1＝1g/cm3。第二十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.土的其它密度指標(biāo)土的浮密度：也稱土的有效密度，是指單位體積土體中土顆粒質(zhì)量與同體積的水質(zhì)量的差值，用符號ρ′表示，單位同密度。其表達(dá)式如下

同一種土在體積不變的條件下，各密度指標(biāo)有如下關(guān)系：ρ′<ρd≤ρ≤ρsat

當(dāng)天然土體處于絕對干燥狀態(tài)時ρd＝ρ，而當(dāng)天然土體處于完全飽和狀態(tài)時ρ＝ρsat，但土的飽和密度大于土的干密度。第二十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日5.土的各重度指標(biāo)在土的自重應(yīng)力分析中涉及土的重力密度(即土的重度)。土的各重度指標(biāo)為土的各相應(yīng)密度指標(biāo)與重力加速度的乘積。即：

γ′=ρ′gγd=ρdgγ=ρgγsat=ρsatg，它們分別稱為土的浮重度(也稱土的有效重度)、干重度、重度(或土的天然重度)、飽和重度，單位都為kN/m3。工程實用上取重力加速度g=l0m/s2，水的重度取10kN/m3。第二十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的物理性質(zhì)指標(biāo)換算

土粒比重、土的含水量和土的密度是土的實測物理性質(zhì)指標(biāo)，其余各指標(biāo)均為換算指標(biāo)，即土的換算指標(biāo)可以由其實測指標(biāo)通過數(shù)學(xué)推演而獲得。1.孔隙比e和孔隙率n的換算由前面所述土的密度、孔隙比和孔隙率的定義式可得取ρw=ρw1，并進(jìn)行整理可得

第二十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.干密度ρd的換算根據(jù)土的干密度定義式可得(以下?lián)Q算中認(rèn)為e已知)

對上式進(jìn)行變換可得

第二十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日3.飽和密度ρsat的換算根據(jù)土的飽和密度定義式可得：

第三十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日浮密度ρ’和飽和度Sr的換算4.浮密度ρ’的換算

5.飽和度Sr的換算由定義式可得

第三十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的三相比例指標(biāo)換算公式表第三十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的三相比例指標(biāo)換算公式表第三十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日例題1

某一原狀土樣，經(jīng)試驗測得的基本指標(biāo)值如下，密度，含水量12.9%，土粒相對密度2.67。試求孔隙比、孔隙率、飽和度、干密度、飽和密度以及浮密度。第三十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日例題2某場地土的土粒比重，孔隙比，飽和度，若保持土體積不變，將其飽和度提高到0.85，每1m3的土應(yīng)加多少水？第三十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.2.4粘性土的水理性質(zhì)

粘性土是指具有內(nèi)聚力的所有細(xì)粒土，包括粉土、粉質(zhì)粘土和粘土。工程實踐表明，粘性土的含水量對其工程性質(zhì)影響極大。當(dāng)粘性土的含水量小于某一限度時，結(jié)合水膜變得很薄，土顆粒靠得很近，土顆粒間粘結(jié)力很強，土就處于堅硬的固態(tài)；含水量增大到某一限度值時，隨著結(jié)合水膜的增厚，土顆粒間聯(lián)結(jié)力減弱，顆粒距離變大，土從固態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)；含水量再增大，結(jié)合水膜進(jìn)一步增厚，土就進(jìn)入了可塑狀態(tài)；再進(jìn)一步增加含水量，土中開始出現(xiàn)自由水，自由水的存在進(jìn)一步減弱了顆粒間的聯(lián)結(jié)能力，當(dāng)土中自由水含量增達(dá)到一定程度后，土顆粒間的聯(lián)結(jié)力喪失，土就進(jìn)入了流動狀態(tài)。第三十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日1.土的界限含水量與含水狀態(tài)特征稠度：指細(xì)粒土因含水率的變化而表現(xiàn)出的各種不同物理狀態(tài)。土的不同稠度狀態(tài)表明了由于含水量不同，土粒相對活動的難易程度或土粒間的連接強度。土的界限含水量：指土由一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)時的含水量分界值。包括液限、塑限和縮限。⑴液限wL：是指土的流動狀態(tài)與可塑狀態(tài)的界限含水量，用符號wL表示。多用錐式液限儀測定，也可用碟式液限儀來測定。粘性土的界限含水力量及含水狀態(tài)特征第三十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日錐式液限儀示意圖碟式液限儀示意圖第三十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日塑限和縮限⑵塑限wp：指土的可塑狀態(tài)與半固態(tài)的界限含水量，用符號wp表示。常用搓條法測定。⑶縮限ws：是土體的固態(tài)和半固態(tài)的界限含水量。

塑限wp和液限wL是決定土工程性質(zhì)的兩個重要的界限含水率。當(dāng)土的含水率在塑限和液限范圍內(nèi)時，土處于塑態(tài)稠度，具有可塑性?？伤苄缘母叩涂梢杂伤芟辸p和液限wL這兩個界限含水率的差值大小來反映，二者差值愈大，意味著細(xì)粒土處于塑態(tài)的含水率變化范圍大，可塑性愈高，反之兩者差值愈小，土的可塑性愈低。第三十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日細(xì)粒土稠度狀態(tài)的變化，是由于土中含水率增減引起的，其實質(zhì)是由于土顆粒周圍結(jié)合水厚度或者擴散層厚度發(fā)生了變化，使土粒間連接強度發(fā)生變化所致。獲知某種粘性土的界限含水量后，可根據(jù)其實際含水量的大小確定其所具有的含水狀態(tài)特征。但對于顆粒組成不同的粘性土，在含水量相同時，其軟硬程度卻未必相同，因為不同土的可塑狀態(tài)含水量范圍各不相同，為了表述不同土的上述差異，人們引入了土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)的概念。第四十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)（1）塑性指數(shù)：指液限和塑限的差值，應(yīng)用時通常去掉百分號，用符號Ip表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

Ip＝wL-wp

塑性指數(shù)用以判定粘性土可塑性的強弱。粘性土可塑性的強弱主要取決于土中粘粒含量和粘粒礦物的親水程度。土中粘粒含量愈多，粘粒礦物的親水性愈強時，Ip值越大，土的可塑性也越強。工程上以土的塑性指數(shù)作為粘性土分類的重要依據(jù)。（2）液性指數(shù)：土的天然含水率和塑限含水率之差與塑性指數(shù)的比值，用符號IL來表示，即：

液性指數(shù)用來判斷粘性土的稠度狀態(tài)，是反映粘性土軟硬程度的指標(biāo)。第四十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

當(dāng)土的天然含水量小于其塑限時，IL＜0，天然土處于堅硬狀態(tài)(固態(tài)或半固態(tài))；當(dāng)土的天然含水量大于其液限時，IL>1.0，天然土處于流動狀態(tài)；而當(dāng)IL=0～1.0時，則天然土處于可塑狀態(tài)。

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007—2002)規(guī)定，粘性土根據(jù)其IL，可劃分為5種軟硬狀態(tài)，劃分標(biāo)準(zhǔn)見下表。粘性土軟硬程度的劃分

必須指出，液限和塑限都是用重塑土測定的，它沒有反映土的原狀結(jié)構(gòu)的影響。保持原狀結(jié)構(gòu)的土，即使天然含水量大于液限，但仍有一定的強度，并不呈流動性質(zhì)。但是，一旦天然結(jié)構(gòu)被破壞時，強度立即喪失而出現(xiàn)流動性質(zhì)。第四十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日3.粘性土的靈敏度和觸變性

天然狀態(tài)下的粘性土通常具有相對較高的強度，當(dāng)土體受到擾動時，土的結(jié)構(gòu)破壞，壓縮量增大。土的結(jié)構(gòu)性對土體強度的這種影響一般用土的靈敏度來衡量。土的靈敏度是指原狀土的無側(cè)限抗壓強度與重塑土的無側(cè)限抗壓強度之比，用符號St表示，用公式可表示為

式中：qu為原狀土的無側(cè)限抗壓強度；

q0為重塑土的無側(cè)限抗壓強度。重塑是指在含水量不變的前提下將土體完全擾動(攪成粉末狀)后，又將其壓實成和原狀土同等密實的狀態(tài)(密度與原狀土相等)。第四十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

土的靈敏度越大，則表示原狀土受擾動以后強度降低的越嚴(yán)重。工程實踐表明，隨著土體含水量增大，土的靈敏度明顯增大。因此，在雨季施工時，對于靈敏度高的地基土，一定要盡量減小對地基土的擾動，以免降低地基土的強度(如在基礎(chǔ)施工過程中搭設(shè)操作平臺)。粘性土受擾動以后其強度降低，但靜置一段時間以后，隨著土粒、離子及水分子之間的新的平衡狀態(tài)的建立，土體的強度又會逐漸增長。被擾動粘性土的這種強度隨時間推移而逐漸恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。采用深層擠密類的方法進(jìn)行地基處理時，處理以后的地基應(yīng)靜置一段時間再進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)的修建，以便讓地基強度得以恢復(fù)。第四十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.2.5無粘性土的密實度

無粘性土包括碎石、礫石和砂類土等單粒結(jié)構(gòu)的土。無粘性土的密實程度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)的無粘性土其強度較大，可以作為良好的天然地基；而處于疏松狀態(tài)的無粘性土其承載能力小、受荷載作用壓縮變形大，是不良的地基地層，在其上修筑建（構(gòu)）筑物時，應(yīng)對其采用合適的方法進(jìn)行適當(dāng)處理。通常用來衡量無粘性土密實程度的物理量有兩個，一個是孔隙比e，另一個是無粘性土的相對密度Dr。用孔隙比對無粘性土的密實程度劃分結(jié)果見下表。第四十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日用孔隙比判斷無粘性土的密實度表第四十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

用孔隙比來判斷無粘性土的密實度雖然簡便，而且對同一種土，孔隙比小的相對一定較密實，似乎用其作判據(jù)，意義也十分明了。但對不同的無粘性土，特別是定名相同而級配不同的無粘性土，用孔隙比作其密實度判據(jù)時，常會產(chǎn)生下述問題：顆粒均勻、級配不良的某無粘性土在一定外力作用下可能已經(jīng)不能進(jìn)一步被壓縮了(已經(jīng)達(dá)到了其最密實狀態(tài))，但與其定名相同、級配良好、孔隙比與之相比較小的無粘性土卻又有可能在該外力作用下被進(jìn)一步壓實(該土并未達(dá)到最密實狀態(tài))。顯然用孔隙比作密實度判據(jù)時無法正確反映此類情況下無粘性土的密實狀態(tài)，為此人們又引入了無粘性土的相對密度來判斷無粘性土的密實程度。無粘性土的相對密度涉及無粘性土的最大孔隙比和最小孔隙比等概念。孔隙比判斷無粘性土的密實度第四十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日無粘性土的相對密度

無粘性土的相對密度是指無粘性土的最大孔隙比與其天然孔隙比的差值和最大孔隙比與最小孔隙比的差值之比，用符號Dr表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下

emax用松砂器法測定，emin用振密法測定。

Dr愈大，無粘性土愈密實，因此可用其作為無粘性土密實度的判定準(zhǔn)則。我國鐵道部《鐵路工程技術(shù)規(guī)范》以及公路橋涵、地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范等均規(guī)定，Dr>0.67時，無粘性土為密實的，0.33<Dr≤0.67時為中密的；0.20<Dr≤0.33時為稍密的，Dr≤0.20時為極松狀態(tài)。第四十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

用相對密度劃分無粘性土的密實程度雖然在概念上非常合理，但由于在實際工程中難以操作，因此其應(yīng)用就受到了一定限制。所以工程上還經(jīng)常采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、靜力觸探試驗等原位測試方法來劃分無粘性土的密實度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的錘擊數(shù)可將無粘性土劃分為密實、中密、稍密和松散4種密實狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判定砂土密實度第四十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)主要是用于定量描述土的變形規(guī)律、強度規(guī)律和滲透規(guī)律。第五十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日1.土的壓縮性

土的壓縮性是土體在荷載的作用下產(chǎn)生變形的特性，土的壓縮是由于孔隙體積減小引起的。在荷載作用下，透水性大的飽和無粘性土，其壓縮過程在短時間內(nèi)就可以結(jié)束。相反地，粘性土的透水性低，飽和粘性土中的水分只能慢慢排出，因此其壓縮穩(wěn)定所需的時間要比砂土長得多。土的壓縮隨時間而增長的過程，稱為土的固結(jié)。對于飽和粘性土來說，土的固結(jié)問題是十分重要的。計算地基沉降量時，必須取得土的壓縮性指標(biāo)，無論用室內(nèi)試驗或原位試驗來測定它，應(yīng)該力求試驗條件與土的天然狀態(tài)及其在外荷作用下的實際應(yīng)力條件相適應(yīng)。在一般工程中，常用不允許土樣產(chǎn)生側(cè)向變形（側(cè)限條件）的室內(nèi)壓縮試驗來測定土的壓縮性指標(biāo)，其試驗條件雖與地基土的實際工作情況有出入，但仍有其實用價值。第五十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑴壓縮曲線

壓縮曲線是室內(nèi)土的壓縮試驗成果，它是土的孔隙比與所受壓力的關(guān)系曲線。壓縮試驗時，用金屬環(huán)刀切取保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，并置于圓筒形壓縮容器的剛性護(hù)環(huán)內(nèi)，土樣上下各墊有一塊透水石，土樣受壓后土中水可以自由排出。由于金屬環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，土樣在壓力作用下只可能發(fā)生豎向壓縮，而無側(cè)向變形。土樣在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和后，進(jìn)行逐級加壓固結(jié)，以便測定各級壓力p作用下土樣壓縮至穩(wěn)定的孔隙比變化。壓縮曲線可按兩種方式繪制，一種是采用普通直角坐標(biāo)繪制的e-p曲線，在常規(guī)試驗中，一般按p=50、100、200、300、400kPa五級加荷；另一種的橫坐標(biāo)則取p的常用對數(shù)取值，即采用半對數(shù)直角坐標(biāo)紙繪制成曲線（圖4.8b），試驗時以較小的壓力開始，采取小增量多級加荷，并加到較大的荷載（例如1000kPa）為止。壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡，說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高。第五十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的壓縮曲線土的壓縮曲線示意圖第五十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑵壓縮系數(shù)壓縮系數(shù)是指壓縮曲線上任一點的切線（或割線）斜率a，它表示相應(yīng)于壓力p作用下土的壓縮性：

式中，負(fù)號表示隨著壓力p的增加，e逐級減少?；?/p>

式中，a表示土的壓縮系數(shù)，kPa-1或MPa-1；

p1一般是指地基某深度處土中豎向自重應(yīng)力，kPa或MPa；

p2指地基某深度處土中自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和，kPa或MPa；

e1指相應(yīng)于p1作用下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比；

e2是指相應(yīng)于p2作用下壓縮穩(wěn)定后的孔隙比。第五十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的壓縮性分類由于e~p呈曲線關(guān)系，即壓縮系數(shù)是應(yīng)力的函數(shù)，隨應(yīng)力大小、應(yīng)力變化的區(qū)間的變化而變化，并不是常量。通常采用由壓力p1=100kPa（0.1MPa）增加到p2=200kPa（0.2MPa）時所得的壓縮系數(shù)1-2來評定土的壓縮性，壓縮系數(shù)越大，表明在同一壓力變化范圍內(nèi)土的孔隙比減小的越多，則土的壓縮性越高。評定標(biāo)準(zhǔn)如下：，屬低壓縮性土，屬中壓縮性土，屬高壓縮性土第五十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑶壓縮指數(shù)土的e-p曲線改繪成半對數(shù)壓縮曲線e-logp曲線時，它的后段接近直線，其斜率Cc為：

式中，Cc稱為土的壓縮指數(shù)。第五十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

同壓縮系數(shù)a一樣，壓縮指數(shù)Cc值越大，土的壓縮性越高。對同一個試樣，壓縮指數(shù)是個定量，不隨壓力增加而變化。從圖中可見Cc與a不同，它在直線段范圍內(nèi)并不隨壓力而變，試驗時要求斜率確定得很仔細(xì)，否則出入很大。低壓縮性土的Cc值一般小于0.2，Cc值大于0.4一般屬于高壓縮性土。國內(nèi)外廣泛采用e-logp曲線來分析研究應(yīng)力歷史對土的壓縮性的影響。第五十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑷壓縮模量壓縮模量Es是指土在完全側(cè)限條件下，豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量之比值，根據(jù)e-p曲線可以求算。

式中，Es表示土的壓縮模量，MPa。壓縮模量越大，表明土在同一壓力變化范圍內(nèi)土的壓縮變形越小，則土的壓縮性越低；反之，Es越小，表示土的壓縮性越高。第五十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑸變形模量土的變形模量E0是指土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。土的壓縮性指標(biāo)，除從室內(nèi)壓縮試驗測定外，還可以通過現(xiàn)場原位測試取得。例如可以通過載荷試驗或旁壓試驗所測得的地基沉降（或土的變形）與壓力之間近似的比例關(guān)系，從而利用地基沉降的彈性力學(xué)公式來反算土的變形模量。第五十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.土的抗剪強度土的抗剪強度：是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，土的抗剪強度指標(biāo)由顆粒間的內(nèi)摩擦力（）以及由膠結(jié)物和水膜的分子引力所產(chǎn)生的粘聚力（c）共同組成。通常認(rèn)為粗粒土的粘結(jié)強度等于零；細(xì)粒土的粘結(jié)強度由原始粘結(jié)力和固化粘結(jié)力兩部分組成，原始粘結(jié)力來源于顆粒間的靜電力和范德華力，固化粘結(jié)力來源于顆粒間的膠結(jié)物質(zhì)的膠結(jié)作用。摩擦強度一是顆粒之間因剪切滑動時產(chǎn)生的滑動摩擦，另一個是因剪切使顆粒之間脫離咬合狀態(tài)而移動所產(chǎn)生的咬合摩擦。土體破壞通?？蓺w于剪切破壞，剪切破壞是由土體中的剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強度所引起的。例如邊坡的滑動,就是由于滑動面上的剪應(yīng)力達(dá)到抗剪強度產(chǎn)生的。土的抗剪強度是土的主要力學(xué)性質(zhì)之一，工程實際中有關(guān)地基承載力、擋土墻土壓力、土坡穩(wěn)定性等方面的問題都與土的抗剪強度有關(guān)。第六十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的抗剪強度土的抗剪強度，主要取決于土的組成、結(jié)構(gòu)、含水量、孔隙比以及所受的應(yīng)力狀態(tài)等。當(dāng)土體中的應(yīng)力組合滿足一定關(guān)系時，土體即發(fā)生破壞,這種應(yīng)力組合即為破壞準(zhǔn)則，亦即判定土體是否破壞的標(biāo)準(zhǔn)。土的抗剪強度主要通過室內(nèi)試驗和原位測試確定，試驗儀器的種類和試驗方法對確定強度值有很大的影響。抗剪強度的試驗方法主要有：直接剪切試驗、三軸壓縮試驗、無側(cè)限抗壓試驗、十字板剪切試驗等。

第六十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的庫倫強度準(zhǔn)則

土的破壞準(zhǔn)則是一個十分復(fù)雜的問題，目前已有多個關(guān)于土的破壞準(zhǔn)則，但還沒有一個被認(rèn)為能完滿適用于土的理想的破壞準(zhǔn)則。目前在工程實踐中廣泛采用的破壞準(zhǔn)則是莫爾—庫侖破壞準(zhǔn)則，這一準(zhǔn)則被普遍認(rèn)為是適合巖土體的。

1776年庫侖總結(jié)土的破壞現(xiàn)象，提出土的抗剪強度公式為：

式中，τf為土的抗剪強度；σ為剪切面上的法向應(yīng)力；c為土的粘聚力；φ為土的內(nèi)摩擦角。第六十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日3.無側(cè)限抗壓強度、土的滲透性3.無側(cè)限抗壓強度土在側(cè)向不受限制的條件下，抵抗垂直壓力的極限強度（qu）稱為土的無側(cè)向抗壓強度。無側(cè)限抗壓強度可用于測定土的靈敏度。4.土的滲透性土是具有連續(xù)孔隙的介質(zhì)，在水位差作用下，水透過土體孔隙的現(xiàn)象稱為滲透。土體具有被水透過的性質(zhì)稱為土的滲透性。由水的滲透引起的土工結(jié)構(gòu)滲漏、土坡失穩(wěn)、地基變形等均屬于土體的滲流問題。第六十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.3土的分類與分級

土是自然地質(zhì)的歷史產(chǎn)物，土的礦物成分、成因類型、沉積環(huán)境、沉積歷史等不同時，土的性質(zhì)差異很大。為了能在工程建設(shè)中大致地判斷土的基本工程屬性，合理地選擇土性研究的內(nèi)容和方法，又能使科學(xué)研究及工程技術(shù)人員在技術(shù)交流活動中對土有共同的概念和認(rèn)識，有必要對土進(jìn)行科學(xué)的分類。常見的土的分類體系有：⑴根據(jù)土的地質(zhì)成因分類，將土分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風(fēng)積土等。⑵根據(jù)結(jié)構(gòu)性差異大的粘性土的沉積年代分類，將粘性土分為老粘性土(第四紀(jì)晚更新世Q3及其以前沉積的土，其沉積歷史約在10萬年以上)、一般粘性土(全新世Q4文化期以前沉積的土，文化期以前即距今約9千年以前)和新近沉積的粘性土(全新世Q4文化期以來新近沉積的土)。⑶根據(jù)有機質(zhì)含量可分為無機土、有機土、泥炭質(zhì)土和泥炭。⑷根據(jù)土的特殊性質(zhì)進(jìn)行分類，將其分為濕陷性黃土、紅粘土、膨脹土、多年凍土、鹽漬土、軟土、人工填土等。⑸根據(jù)土的顆粒級配或塑性指數(shù)分類，將土分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。第六十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.3.1《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)該標(biāo)準(zhǔn)是工程用土的通用分類。工程用土分為一般土和特殊土兩大類。1.一般土的分類一般土按其不同粒組的相對含量劃分為巨粒土和含巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土。⑴巨粒土和含巨粒土、粗粒土按其粒組、級配、所含細(xì)粒的塑性高低劃分為16類，其分別定名見下表。第六十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日第六十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

⑵細(xì)粒土根據(jù)塑性圖分類：塑性圖的橫坐標(biāo)為土的液限，縱坐標(biāo)為塑性指數(shù)。當(dāng)取質(zhì)量為76kg、錐角為30°的液限儀錐尖入土深度為17mm對應(yīng)的含水量為液限時，按塑性圖（a）分類；當(dāng)取質(zhì)量為76kg、錐角為30°的液限儀錐尖入土深度為10mm對應(yīng)的含水量為液限時，按塑性圖（b）分類。

塑性圖第六十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日細(xì)粒土分類細(xì)粒土是指土樣中細(xì)粒組質(zhì)量大于或等于總質(zhì)量50%的土。其中，粗粒組質(zhì)量占總質(zhì)量的25%~50%者稱為含粗粒的細(xì)粒土；含部分有機質(zhì)者稱有機質(zhì)土.第六十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.特殊土分類

根據(jù)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)，特殊土包括指黃土、膨脹土和紅粘土，可按其塑性指數(shù)在塑性圖上的位置初步判別。當(dāng)取液限儀錐尖入土深度為17mm的含水量為液限時，按表4.12和圖4.12判別。第六十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日當(dāng)取液限儀錐尖入土深度為10mm的含水量為液限時，按下表和圖判別。圖4.13塑性圖第七十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.3.2地基土的分類

根據(jù)土的顆粒級配或塑性指數(shù)對土體進(jìn)行分類，是我國各部門最為常用而且分類結(jié)果大致相同的一種土的分類方法。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)，將地基土分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。在工程實踐中應(yīng)用時，應(yīng)結(jié)合工程的具體情況，參照有關(guān)部門的規(guī)范或規(guī)程執(zhí)行。第七十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日1.碎石土土的名稱顆粒形狀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的顆粒超過全重的50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全重的50%圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的顆粒超過全重的50%碎石土的分類

碎石土定義粒徑大于2mm的顆粒含量超過顆?？傊亓?0%的土。第七十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.砂類土砂類土定義粒徑大于2mm的顆粒含量不超過顆?？傊亓康?0%、但粒徑大于0.075mm的顆粒超過顆?？傊亓康?0%的土。土的名稱顆粒級配礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于2mm的顆粒占全重的25%～50%粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重的50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重的50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重的85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過的50%砂類土的分類第七十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日3.粉土

在粉土的各粒組顆粒中，0.005~0.075mm的顆粒一般占絕大多數(shù)，這類顆粒的吸附水能力弱于粘性土，但卻明顯強于砂土。如果用含水量近于飽和的粉土團成小球，放在手心來回?fù)u晃，并用另一只手進(jìn)行振擊，則土中水會迅速滲出土面，這是其野外鑒別的重要手段之一。定義粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過顆?？傊亓?0%、塑性指數(shù)Ip小于等于10的土。粉土砂質(zhì)粉土：粒徑小于0.005mm的顆粒含量小于等于顆?？傊亓康?0%。粘質(zhì)粉土：粒徑小于0.005mm的顆粒含量大于顆?？傊亓康?0%。特點吸附水能力弱于粘性土，但卻明顯強于砂土。第七十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.粘性土定義指塑性指數(shù)Ip大于10的土。粘性土粉質(zhì)粘土：10＜Ip≤17粘土：Ip≤17特點受含水的影響極大，沉積歷史愈久，結(jié)構(gòu)性愈強、力學(xué)性質(zhì)愈好。第七十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的野外鑒別碎石土密實度程度、砂土、粘性土及粉土、新近沉積土、細(xì)粒土的野外鑒別見下表所示。第七十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日砂土的野外鑒別第七十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日粉土和粘性土的野外鑒別第七十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日第七十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.4特殊土的工程地質(zhì)特征特殊性土是指具有一定分布區(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征的土。包括黃土、紅粘土、軟土、凍土、膨脹土、鹽漬土、填土等。黃土黃土古稱“黃壤”，本源于土地之色。黃土在世界范圍內(nèi)的分布面積大約有1300萬km2，在我國也有63萬余km2，其中原生黃土的分布面積約有38.1萬km2，主要分布在我國的黃河流域。除黃河流域外，在新疆天山南北的塔里木盆地和準(zhǔn)格爾盆地以及東北的松遼平原也有黃土分布，其它地方為零星分布。第八十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.4.1黃土

黃土一般具備以下特征：①顏色以黃色、褐黃色為主，有時呈灰黃色；②顆粒組成以粉粒為主，含量一般在60％以上，幾乎沒有粒徑大于0.25mm的顆粒；③富含碳酸鈣鹽類；④垂直節(jié)理發(fā)育；⑤一般有肉眼可見的大孔隙。當(dāng)缺少其中的一項或幾項特征時，稱為黃土狀土或次生黃土，滿足前述所有特征的稱為原生黃土或典型黃土。我國黃土的形成經(jīng)歷了地質(zhì)時代中的整個第四紀(jì)時期，按形成的年代可分為老黃土和新黃土，各層黃土形成年代和成因如下表所示。第八十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日表中的午城黃土其標(biāo)準(zhǔn)剖面首先在山西隰縣午城鎮(zhèn)找到，故定名為午城黃土；離石黃土的標(biāo)準(zhǔn)剖面首先在山西離石縣找到，故因此而定名；馬蘭黃土的標(biāo)準(zhǔn)剖面首先在北京西北的馬蘭山谷階地上找到，并因此而得名。濕陷性黃土若不事先進(jìn)行有效的處理，浸水后常由此引發(fā)嚴(yán)重的工程事故，西安市豁口鎮(zhèn)某建筑物由于地下管溝進(jìn)水導(dǎo)致地基泡水，濕陷沉降最嚴(yán)重5天中累積濕陷量達(dá)30余cm。黃土的野外性狀見表4.22所示。第八十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日黃土的野外性狀（見下表）第八十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日1.黃土的主要工程地質(zhì)性質(zhì)⑴孔隙比大孔隙比是影響黃土濕陷性的主要指標(biāo)之一，一般變化在0.85~1.24，大多數(shù)在1.0~1.1。⑵天然含水量低當(dāng)wL＞30%時，黃土的濕陷性一般較弱。⑶結(jié)構(gòu)性由于黃土在沉積過程中的物理化學(xué)因素促使顆粒相互接觸處產(chǎn)生了固化聯(lián)結(jié)鍵，這種聯(lián)結(jié)鍵構(gòu)成土骨架具有一定的結(jié)構(gòu)強度，使得濕陷性黃土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系和強度特性表現(xiàn)出與其它土類明顯不同的特點，因此，濕陷性黃土在一定條件下具有保持土的原始基本單元結(jié)構(gòu)形式不被破壞的能力。但當(dāng)結(jié)構(gòu)性一旦遭受破壞時，其力學(xué)性質(zhì)將呈現(xiàn)屈服、軟化、濕陷等性狀。⑷欠壓密性由于濕陷性黃土在漫長的沉積過程中，其上覆壓力增長速率始終比顆粒間固化鍵強度的增長速率要緩慢的多，使得黃土顆粒間保持著比較疏松的高孔隙度結(jié)構(gòu)，因而在上覆荷重作用下未被固結(jié)壓密，處于欠壓密狀態(tài)。⑸濕陷性黃土在一定壓力下受水浸濕后結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生附加下沉的現(xiàn)象稱為濕陷。浸水后發(fā)生濕陷的黃土稱為濕陷性黃土。濕陷變形是在充分浸水飽和情況下產(chǎn)生的，其大小與土本身密度、結(jié)構(gòu)性、土的初始含水量和浸水飽和時的作用壓力有關(guān)。第八十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.濕陷性評價⑴濕陷系數(shù)濕陷系數(shù)是判定黃土濕陷性地定量指標(biāo)，由室內(nèi)壓縮實驗測定。

式中，hp指保持天然濕度和結(jié)構(gòu)的試樣，加至一定壓力時，下沉穩(wěn)定后的高度（mm）；h′p指加壓穩(wěn)定后的試樣，在浸水（飽和）作用下，附加下沉穩(wěn)定后的高度（mm）；h0是指試樣的原始高度（mm）。根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》（GB50025-2004）規(guī)定，測定濕陷系數(shù)的試驗壓力，是自基礎(chǔ)底面（如基底標(biāo)高不確定時，自地面下1.5m）算起，10m以內(nèi)的土層應(yīng)采用200kPa，10m以下的土層至非濕陷性土層頂面，應(yīng)采用其上覆土的飽和自重壓力（當(dāng)大于300kPa時，仍采用300kPa）。當(dāng)基底壓力大于300kPa時，宜采用實際壓力。對壓縮性較高的新近沉積黃土，基底下5m以內(nèi)的土層采用100~150kPa壓力，5~10m和10m以下至非濕陷性黃土層頂面，應(yīng)分別用20kPa和上覆土的飽和自重壓力。第八十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑵濕陷性的判定根據(jù)我國黃土地區(qū)的工程實踐經(jīng)驗，以濕陷系數(shù)是否大于或等于0.015作為判定黃土濕陷性的界限值，如下表所示。第八十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑶場地濕陷類型

當(dāng)自重濕陷量的實測值或計算值≤70mm時，為非自重濕陷性黃土場地；當(dāng)自重濕陷量的實測值或計算值＞70mm時，為自重濕陷性黃土場地。第八十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日3.新近堆積黃土的分布及一般工程地質(zhì)性質(zhì)新近堆積黃土有坡積、洪積、風(fēng)積、沖積和重力堆積等成因，但混合沉積較多，主要分布在黃土塬、梁、峁的坡腳和斜坡后緣，沖溝兩側(cè)及溝口處的洪積扇和山前坡積地帶，河道拐彎處的內(nèi)側(cè)，河漫灘及低階地，山間或黃土梁、峁之間凹地的表部，平原上被淹沒的沼洼地。新近堆積黃土以幾十年到百余年內(nèi)形成的土質(zhì)最差，結(jié)構(gòu)疏松，極易鍬挖，顏色雜亂，大孔排列紊亂，?；煊蓄伾灰坏耐翂K，多蟲孔和植物根孔，在裂隙和孔壁上常有鈣質(zhì)粉末或菌絲狀白色條紋存在，常含有機質(zhì)、斑狀或條紋狀氧化鐵，有的混砂、礫或延時碎屑，有的混碎磚、陶瓷碎片或朽木等人類活動的遺物。新近堆積黃土的厚度由1~2m到7~10m，厚度變化大，雖地形起伏而異。水平和垂直方向上的巖性變化大，土質(zhì)非常不均勻。其主要工程地質(zhì)性質(zhì)如下：①具有略高于一般濕陷性黃土的含水量；②多具有高壓縮性；③液限多在30%以下；④在同一場地新近堆積黃土的濕陷性與承載力有差別。第八十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.4.2軟土

軟土泛指天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水量大于液限，含有較多有機質(zhì)，且疏松多孔的細(xì)粒土。我國的軟土主要分布在沿海地區(qū)，如東海、黃海、渤海、南海等沿海地區(qū)。在內(nèi)陸平原、河流兩岸河漫灘、湖泊盆地及山間洼地亦有分布。我國東南沿海軟土的分布厚度，廣州灣－興化灣一帶一般為5~20m（汕頭除外），興化灣－溫州灣南為10~30m，溫州灣北－連云港一般大于40m。第八十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日1.地質(zhì)成因

軟土生成于緩慢流動的流水環(huán)境和靜水環(huán)境，軟土屬濱海相、湖泊相、河灘相和沼澤相沉積。在準(zhǔn)靜水和靜水環(huán)境中，水中離子含量增大，再加上水中的微生物膠團作用，使懸浮于水中的細(xì)小一維或片狀顆粒以面對點、面對邊的方式絮凝沉積，形成絮狀結(jié)構(gòu)的土。軟土包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭和泥炭質(zhì)土，其劃分標(biāo)準(zhǔn)如表4.24所示。第九十頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.軟土的主要工程地質(zhì)性質(zhì)軟土普遍具有含水量大、持水性高、滲透性小、孔隙比大、壓縮性高、強度及長期強度低(易產(chǎn)生流變)的共同特點，對公路、鐵道工程和建筑工程的勘察設(shè)計、施工等都極為不利。①天然含水量高軟土的天然含水量一般都大于30%，接近或大于液限。②滲透性小軟土的透水性差，特別是垂直方向透水性更差，屬微透水或不透水層。軟土的固結(jié)需要相當(dāng)長的時間，使地基變形穩(wěn)定時間很長，一般達(dá)數(shù)年以上。③壓縮性高由于軟土主要由粉粒和粘粒組成，含量可達(dá)60~70%，且含有機質(zhì)等親水性高的物質(zhì)，使軟土的壓縮性很強。④強度低軟土的抗剪強度與加荷速率和排水條件密切相關(guān)，軟土的不排水抗剪強度一般小于20kPa。第九十一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑤具觸變性觸變性是指當(dāng)原狀土受到振動或擾動后，土體的結(jié)構(gòu)連接受到破壞，強度大幅度降低，土體發(fā)生液化。軟土地基受振動荷載后，常導(dǎo)致建筑物地基大面積失效，或產(chǎn)生大范圍滑坡，使建筑物產(chǎn)生側(cè)向滑動、沉降或基礎(chǔ)下土體擠出等現(xiàn)象，對建筑物破壞很大。觸變性可用靈敏度（St）表示，根據(jù)靈敏度的大小，可將飽和粘性土劃分為：低靈敏土（1＜St≤2）中靈敏土（2≤St

＜4）高靈敏土（St

＞4）軟土的靈敏度一般在3~4之間，最大可達(dá)8~9，因此，軟土屬于高靈敏度。⑥不均勻性由于沉積環(huán)境的變化，土質(zhì)均勻性差。第九十二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日

多年凍土

在負(fù)溫作用下，地殼表層處于凍結(jié)狀態(tài)的土層或巖層稱為凍土。1.地質(zhì)成因在我國北方的西北、東北以及青藏高原等廣大地區(qū)，冬季的氣溫都會下降到0℃以下，有些地區(qū)甚至下降到零下-30~-40℃。在負(fù)溫作用下，地層的溫度也會隨著降低，當(dāng)?shù)貙訙囟冉抵?℃以下，土體便會因土中水結(jié)冰而變?yōu)閮鐾?。某些?xì)粒土?xí)谕林兴畠鼋Y(jié)時發(fā)生明顯的體積膨脹，亦稱為土的凍脹現(xiàn)象；地層溫度回升時，凍脹土又會因為土中水的消融而產(chǎn)生明顯的體積收縮，導(dǎo)致地面產(chǎn)生融陷。根據(jù)凍土隨季節(jié)氣溫的變化情況可將其劃分為季節(jié)凍土和多年凍土兩大類，其中季節(jié)凍土冬季凍結(jié)，夏季全部融化，處于年復(fù)一年的冬凍春融周期性變化狀態(tài)；多年凍土是位于高寒地區(qū)的部分處于常年負(fù)溫狀態(tài)、結(jié)冰水常年不融化的土層，這是由于高寒地區(qū)地表土層的年散熱量大于其吸熱量，自地表向下一定深度范圍內(nèi)存在著負(fù)溫積累。多年凍土在垂直方向自上而下可被劃分為季節(jié)性凍土層、過渡層及多年凍土層。第九十三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.凍土的主要工程地質(zhì)性質(zhì)⑴凍脹性土在凍結(jié)過程中，土體積會增大，從而產(chǎn)生凍脹力。凍土在凍結(jié)狀態(tài)時，具有較高的強度和較低的壓縮性或無壓縮性。土體發(fā)生凍脹的機理除土中水結(jié)冰后體積增大是其直接原因以外，更主要的還在于土層凍結(jié)過程中非凍結(jié)區(qū)的水分向凍結(jié)區(qū)的不斷遷移和聚積。土中的弱結(jié)合水外層在約-0.50℃便開始凍結(jié)，越靠近土粒表面，水的冰點越低。當(dāng)大氣負(fù)溫傳入土中后，土中的自由水首先開始結(jié)冰，成為冰晶體；溫度的進(jìn)一步下降致使部分弱結(jié)合水參與凍結(jié)，從而使顆粒的電場力增大；顆粒電場力的增強促使非凍結(jié)區(qū)的水分通過毛細(xì)作用向凍結(jié)區(qū)遷移，以滿足顆粒周圍的電場平衡；部分弱結(jié)合水再次參與凍結(jié)使顆粒的電場平衡再次被打破，并導(dǎo)致非凍結(jié)區(qū)的水分繼續(xù)向凍結(jié)區(qū)遷移；如此不斷循環(huán)，致使凍結(jié)區(qū)的冰晶體不斷擴大，非凍結(jié)區(qū)的水分大量向凍結(jié)區(qū)聚積，造成凍結(jié)區(qū)土體產(chǎn)生明顯的凍脹現(xiàn)象。第九十四頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日影響土凍脹性的因素影響土凍脹性大小的因素共有三個方面：第一是土的種類：凍脹常發(fā)生在細(xì)粒土中，特別是粉土、粉質(zhì)砂土和粉質(zhì)粘土等，凍結(jié)時水分的遷移聚積最為強烈，凍脹現(xiàn)象嚴(yán)重。這是因為這類土的顆粒表面能大，電場強，能吸附較多的結(jié)合水，從而在凍結(jié)時發(fā)生水分向凍結(jié)區(qū)的大量遷移和積聚；此外這類土的毛細(xì)孔隙通暢，毛細(xì)作用顯著，毛細(xì)水上升高度大、速度快，為水分向凍結(jié)區(qū)的快速、大量遷移創(chuàng)造了條件。而粘性土雖然顆粒表面能更大，電場更強，但由于其毛細(xì)孔隙小、封閉氣體含量多，對水分遷移的阻力大，水分遷移的通道不通暢，結(jié)冰面向下推移速度快，因而其凍脹性較上述粉質(zhì)土為小。第二是土中水的條件：當(dāng)?shù)叵滤桓?，毛?xì)水為上升毛細(xì)水時，土的凍脹性就嚴(yán)重；而如果沒有地下水的不斷補給，懸掛毛細(xì)水含量有限時，土的凍脹性必然弱一些。第三是溫度的影響：如果氣溫驟然降低且冷卻強度很大時，土體中的凍結(jié)面就會迅速向下推移，毛細(xì)通道被冰晶體所堵塞，凍結(jié)區(qū)積聚的水分量少，土的凍脹性就會明顯減弱。反之，若氣溫下降緩慢，負(fù)溫持續(xù)時間長，凍結(jié)區(qū)積聚的水分量大、冰夾層厚，則土的凍脹性又會增強。工程中可針對上述影響因素，采取相應(yīng)的防治凍脹措施。第九十五頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑵融沉性當(dāng)土層解凍時，冰晶體融化，多余的水分通過毛細(xì)孔隙向非凍結(jié)區(qū)擴散，或在重力作用下向下部土體滲流，水沿孔隙逐漸排出，在土體自重作用下，孔隙比迅速減小，因而土層出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，即融沉性。凍土融沉后，其承載能力大為降低，壓縮性急劇增高。第九十六頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日土的凍脹性和融沉性除與氣溫條件有關(guān)外，主要與土的粒度成分、凍前土的含水量以及地下水位有著密切關(guān)系。同樣條件下，粗粒土比細(xì)粒土凍脹和融沉性小；凍前土的含水量越小，則土的凍脹和融沉性越??；無地下水補給條件比有地下水補給條件土的凍脹和融沉性小。反之則越大。在道路工程中，季節(jié)凍土在冬季嚴(yán)重的凍脹地段，春融時由于表層凍土首先融化，而土層內(nèi)部仍處于凍結(jié)狀態(tài)，水分不能下滲，導(dǎo)致表層土內(nèi)含水量過多，使道路產(chǎn)生強烈的融沉甚至造成在路基上的翻漿現(xiàn)象。在多年凍土地區(qū)的不同季節(jié)，還常常出現(xiàn)與地下水活動有關(guān)的不良地質(zhì)現(xiàn)象如冰丘(凍脹引起地表產(chǎn)生隆起的凍脹土丘)、冰錐(冬季地下水沿裂隙沖破地表，并沿地表斜坡流動，在流動過程中逐漸被凍結(jié)在斜坡上的錐形冰體)以及與多年凍土層中的藏冰消融活動有關(guān)的熱融滑塌等，嚴(yán)重威脅建筑物和道路工程的安全和穩(wěn)定。第九十七頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.4.4紅粘土1.地質(zhì)成因及分布紅粘土是出露于碳酸巖系夾雜著一些非碳酸鹽類巖石，在亞熱帶溫濕氣候條件下經(jīng)風(fēng)化作用所形成的風(fēng)化物與碳酸鹽類的風(fēng)化物混雜在一起，構(gòu)成的棕紅、褐黃等色的高塑性土。紅粘土屬第四紀(jì)殘積、坡積型土，一般分布在盆地、洼地、山麓、山坡、谷地或丘陵等地區(qū)，形成緩坡、陡坎地形，常與巖溶、土洞關(guān)系密切。我國紅粘土主要分布在云南、貴州和廣西等省區(qū)；其次，四川盆地南緣和東部、鄂西、湘西、湘南、粵北、皖南和浙西等地亦有分布。我國北方紅粘土零星分布在一些較溫濕的巖溶盆地，如陜南、魯南和遼東等。第九十八頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.主要工程地質(zhì)性質(zhì)①紅粘土的主要礦物成分：高齡石、伊利石和綠泥石，具有穩(wěn)定的結(jié)晶格架；天然含水量接近縮限，孔隙呈飽和水狀態(tài)，因此其脹縮性以收縮為主，在天然狀態(tài)下膨脹量很小，失水后干硬收縮。②高塑性、高孔隙比。紅粘土高分散性，粘粒含量為60~80%，其中小于0.002mm的膠粒含量占40~70%，粒間膠體氧化鐵具有較強的粘結(jié)力，形成團粒。因此，具有高塑性、高孔隙比特征。③具有較高的力學(xué)強度和較低的壓縮性。由于粘粒間膠結(jié)力強且非親水性，因此，紅粘土無濕陷性、壓縮性低、力學(xué)性能好。④紅粘土的壓實性較差。第九十九頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日⑤土層分布不均勻。紅粘土的厚度受下伏基巖起伏的影響而變化很大，尤其是水平方向上變化大。⑥上硬下軟。一般情況下，紅粘土的表層壓縮性低、強度較高、穩(wěn)定性好，屬良好的地基地層。但在接近下伏基巖面的下部，隨著含水量的增大，土體成軟塑或流塑狀態(tài)，強度明顯變低。⑦裂隙性。紅粘土天然狀態(tài)下呈致密狀，無層理，表部呈堅硬、硬塑狀態(tài)，失水后含水量低于縮限時，土中開始出現(xiàn)裂縫，近地表處呈豎向開口狀，向深處漸弱，為網(wǎng)狀閉合微裂隙。裂隙的產(chǎn)生，破壞了土體的完整性，降低土的總體強度；同時，使失水通道向深部土體延伸，促使深部土體收縮，加深、加寬原有裂隙，嚴(yán)重時甚至形成深長地裂。紅粘土裂隙發(fā)育深度一般為2~4m，有些可達(dá)7~8m。在該土層中開挖后，受氣候影響，裂隙的發(fā)生和發(fā)展迅速，將開挖面切割成支離破碎，影響邊坡的穩(wěn)定性。第一百頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.4.5膨脹土膨脹土呈灰白、灰綠、灰黃、棕紅、褐黃等色，主要由親水性礦物伊利石和蒙脫石組成，粘粒含量高，天然孔隙比小，具有強烈的吸水膨脹和失水收縮的特性。1.地質(zhì)成因及分布膨脹土的成因類型很多，有河流相、殘積、坡積、洪積相，還有湖相及濱海相。主要生成于第四紀(jì)晚更新世，第四紀(jì)中更新世也有生成，更早、更晚的時期幾乎沒有生成。膨脹土在我國南方分布的較多、北方分布的較少。第一百零一頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日2.主要工程地質(zhì)性質(zhì)①分布：多出露于二級及二級以上的河谷階地、山前和盆地邊緣及丘陵地帶，一般地形坡度平緩，無明顯的陡坎。②結(jié)構(gòu)致密，多呈堅硬~硬塑狀態(tài)。液限多在40~55%，塑性指數(shù)多在22~35之間。土內(nèi)分布有裂隙，斜交剪切裂隙越發(fā)育，其脹縮程度越大。③天然含水量接近或略小于塑限，強度高，壓縮性一般中等偏低。④斷口平滑，土層中常含有鐵結(jié)核，有的富集成層或呈透鏡體。⑤膨脹土地區(qū)易產(chǎn)生邊坡開裂、崩塌和滑動。土方開挖工程中遇雨易發(fā)生坑底隆起和坑壁側(cè)脹開裂，地下洞室周圍易產(chǎn)生高地壓和洞室周邊土體大變形現(xiàn)象；地裂縫發(fā)育，對道路、渠道等易造成危害；其反復(fù)的吸水膨脹和失水收縮會造成圍墻、室內(nèi)地面以及輕型建、構(gòu)筑物的破壞，甚至種植在建筑物周圍的闊葉樹木生長(吸水)都會對建筑物的安全構(gòu)成影響。第一百零二頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日4.4.6鹽漬土地表深度1.0m范圍內(nèi)易溶鹽含量大于0.3％，且具有溶陷、鹽脹、腐蝕等特性的土稱為鹽漬土。鹽漬土中常見的易溶鹽有氯鹽(NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2)、硫酸鹽(Na2SO4、MgSO4)和碳酸鹽(Na2CO3、NaHCO3、CaCO3)。鹽漬土的厚度一般不大。平原和濱海地區(qū)，一般在地表向下2~4m，其厚度與地下水的埋深、土的毛細(xì)作用上升高度和蒸發(fā)強度有關(guān)。內(nèi)陸盆地鹽漬土的厚度有的可達(dá)幾十米，如柴達(dá)木盆地中鹽湖區(qū)的鹽漬土厚度達(dá)30m以上。第一百零三頁，共一百四十四頁，2022年，8月28日1.地質(zhì)成因

⑴形成當(dāng)含鹽量較高的當(dāng)?shù)叵滤赝翆拥拿?xì)管升高至地表或接近地表，通過蒸發(fā)作用，又或者區(qū)域氣候條件干燥，蒸發(fā)量大于降雨量，水中鹽分析出