土的工程性質(zhì)與分類課件

工程地質(zhì)學(xué)

EngineeringGeology土木工程學(xué)院地下建筑與工程系工程地質(zhì)學(xué)

EngineeringGeolog第4章土的工程性質(zhì)與分類

4.1概述4.2土的組成4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)4.5土的工程分類4.6土的成因類型特征4.7特殊土的主要工程性質(zhì)第4章土的工程性質(zhì)與分類

4.1概述4.1概述土的定義是連續(xù)、堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經(jīng)過不同搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。土的物質(zhì)組成

包括作為上骨架的固體礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體。因此，土是由顆料（固相）、水溶液（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。4.1概述土的定義是連續(xù)、堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下4.2土的組成a.固體顆粒

在土的三相組成物質(zhì)中，固體顆粒（以下簡稱土粒）是土最主要的物質(zhì)成分。土的工程性質(zhì)主要取決于組成土的土粒的大小和礦物類型，即土的粒度成分和礦物成分。

4.2土的組成a.固體顆粒在土的三相組成物質(zhì)中，4.2土的組成粒組

界于一定粒徑范圍的土粒，稱為粒組。

1.基本概念粒徑（度）

顆粒大小以直徑（單位為mm）計(jì)，稱為粒徑（或粒度）。粒度成分（或稱顆粒級配）

土中不同粒組顆粒的相對含量，稱為土的粒度成分（或稱顆粒級配），它以各粒組顆粒重量占該土顆?？傊亓康陌俜?jǐn)?shù)來表示。4.2土的組成粒組1.基本概念粒徑（度）粒度成分（或4.2土的組成劃分方法不完全一致，一般采用的粒組劃分及各粒組土粒的性質(zhì)特征見表2-1。表中根據(jù)界限粒徑200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分為六大粒組：漂石（塊石）顆粒:d＞200mm;

卵石（碎石）顆粒:200mm＞d＞20mm;

圓礫（角礫）顆粒:20mm＞d＞2mm;

砂粒:2mm＞d＞0.075mm;

粉粒:0.075mm＞d＞0.005mm;

粘粒:d＜0.005mm。2.土的粒組劃分標(biāo)準(zhǔn)4.2土的組成劃分方法不完全一致，一般采4.2土的組成顆粒愈細(xì)小，與水的作用愈強(qiáng)烈。所以，

毛細(xì)作用由無到毛細(xì)上升高度逐漸增大；透水性由大到小，甚至不透水；逐漸由無粘性、無塑性到具有愈大的粘

性和塑性以及吸水膨脹性等一系列特殊

性質(zhì)（結(jié)合水發(fā)育的結(jié)果）；在力學(xué)性質(zhì)上，強(qiáng)度逐漸變小，受外力

時(shí)，愈易變形。3.各粒組特征的規(guī)律4.2土的組成顆粒愈細(xì)小，與水的作用愈強(qiáng)烈。所以，3.各4.2土的組成

4.粒度成分對土工程性質(zhì)影響的實(shí)質(zhì)1）組成土的顆粒大小不同，土的比表面不同，則土粒與水（或氣）作用的表面能大小不同。因此，不同大小顆粒與水（或氣）相互作用的程度，以至含水的種類、性質(zhì)和數(shù)量不同。

土的比表面一般用單位體積所有土粒的總表面積表示。由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化，必然導(dǎo)致土的性質(zhì)的突變。2）天然土中不同大小顆粒的組成礦物類型不同，直接影響土的工程特性。4.2土的組成4.粒度成分對土工程性4.2土的組成土的粒度成分的測定方法：是通過土的粒度分析（亦稱顆粒分析）試驗(yàn)測定的。對于粒徑大于0.075mm的粗粒土，可用篩分法測定。粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒難以篩分，一般可以根據(jù)土粒在水中勻速下沉?xí)r的速度與粒徑的理論關(guān)系，用比重計(jì)法或移液管法（見土工試驗(yàn)有關(guān)書籍）測得顆粒級配。

5.粒度分析及其成果表示顆粒分析試驗(yàn)成果表示：可以繪制如圖所示的顆粒級配累積曲線。

4.2土的組成土的粒度成分的測定方法：是通4.2土的組成4.2土的組成有效粒徑d10

小于某粒徑的土粒重量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10％時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑d10。4.2土的組成6.表征土粒特征的概念限定粒徑d60：當(dāng)小于某粒徑的土粒重量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60％時(shí)，該粒徑稱為限定粒徑d60。

有效粒徑d104.2土的組成6.表征土粒特征的概念限定不均勻系數(shù)Cud60與d10之比值反映顆粒級配的不均勻程度稱為不均勻系數(shù)Cu：

4.2土的組成工程上把Cu＜5的上看作是均勻的；Cu＞10的土則是不均勻的，即級配良好。

Cu=d60/d10

不均勻系數(shù)Cu4.2土的組成工程上把Cu曲率系數(shù)（Cc）

用于來說明累積曲線的彎曲情況，從而分析評述土粒度成分的組合特征：

Cc=d302/（d10·d60）

式中d10，d60的意義同上，d30為相應(yīng)累積含量為30％的粒徑值。

Cc值在1～3之間的土級配較好。Cc值小于1或大于3的土，累積曲線都明顯彎曲（凹面朝下或朝上）而呈階梯狀，粒度成分不連續(xù)，主要由大顆粒和小顆粒組成，缺少中間顆粒。4.2土的組成曲率系數(shù)（Cc）4.2土的組成根據(jù)組成土的固體顆粒的礦物成分的性質(zhì)及其對土的工程性質(zhì)影響不同，分為以下四大類別：

（1）原生礦物；

（2）不溶于水的次生礦物（以粘土礦

物和硅、鋁氧化物為主）；

（3）可溶鹽類及易分解的礦物；

（4）有機(jī)質(zhì)。4.2土的組成7.

土的礦物成分根據(jù)組成土的固體顆粒的礦物成分的性質(zhì)及其對土

在自然條件下，土中總是含水的。在一般粘性土，特別是飽和軟粘性土，土中水的體積常占據(jù)整個(gè)土體相當(dāng)大的比例（一般為50％～60％，甚至高達(dá)80%）。研究土中水，必須明確有關(guān)土中水的如下概念：

（1）水分子H2O是強(qiáng)極性分子.

（2）土中水是水溶液。（3）土中水溶液與土顆粒表面及氣體有著復(fù)雜的相互作用。

4.2土的組成b.土中水

在自然條件下，土中總是含水的。在一般粘性土，土中水的分類4.2土的組成按土中水所呈現(xiàn)的性質(zhì)差異及其對土的影響性質(zhì)與程度，可將土中水分為結(jié)合水和非結(jié)合水兩大類。土中水的分類4.2土的組成按土中水所呈現(xiàn)的4.2土的組成結(jié)合水非結(jié)合水土中水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水氣態(tài)水液態(tài)水固態(tài)水重力水毛細(xì)水土中水分類

4.2土的組成結(jié)合水非結(jié)合水土中水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水氣態(tài)水

土中的氣體，主要為空氣和水氣。但有時(shí)也可能含有較多二氧化碳、沼氣及硫化氫，這些氣體大多因生物化學(xué)作用生成。

氣體的存在形式：一種是封閉氣體，另一種是游離氣體。

4.2土的組成c.土中氣體

土中的氣體，主要為空氣和水氣。但有時(shí)也可能4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的工程性質(zhì)及其變化，除取決于其物質(zhì)成分外，在較大程度上還與諸如土的粒間連結(jié)性質(zhì)和強(qiáng)度；層理特點(diǎn)；裂隙發(fā)育程度和方向以及土質(zhì)的其他均勻性特征等土體的天然結(jié)構(gòu)和構(gòu)造因素有關(guān)。4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的工程性質(zhì)及其變化，除取4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造1）土顆粒本身的特點(diǎn)：土顆粒大小、形

狀和摩圓度及表面性質(zhì)（粗糙度）等。2）土顆粒之間的相互關(guān)系特點(diǎn)：粒間排

列及其連結(jié)性質(zhì)。

a.土的結(jié)構(gòu)

是指土顆粒本身的特點(diǎn)和顆粒問相互關(guān)系的綜合特征，具體來說是指:4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造1）土顆粒本身的特點(diǎn)：土顆粒大小、土的結(jié)構(gòu)類型分為單粒（散粒）結(jié)構(gòu)和集合體（團(tuán)聚）結(jié)構(gòu)。4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造單粒結(jié)構(gòu)（散粒結(jié)構(gòu)），單粒結(jié)構(gòu)為砂性土所特有，對土的工程性質(zhì)影響主要在于其松密程度。

集合體結(jié)構(gòu)，也稱團(tuán)聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)為粘性土所特有。

土的結(jié)構(gòu)類型4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造單粒結(jié)構(gòu)（散粒1）具有單粒結(jié)構(gòu)的碎石土和砂土，雖然孔隙比較

小，而孔隙大，透水性強(qiáng)，土粒間一般沒有內(nèi)

聚力，但土粒相互依靠支承，內(nèi)摩擦力大，并

且受壓力時(shí)土體積變化較小。

2）再者，由于這類土的透水性強(qiáng)，孔隙水很容易

排出，在荷載作用下壓密過程很快。因此，即

使原來比較疏松，當(dāng)建筑物結(jié)構(gòu)封頂，地基沉

降也告完成。

3）對于具有單粒結(jié)構(gòu)的土體，一般情況（靜荷載

作用）下可以不必?fù)?dān)心它的強(qiáng)度和變形問題。

4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造單粒結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）具有單粒結(jié)構(gòu)的碎石土和砂土，雖然孔隙比較4.3土的1）孔隙度很大（可達(dá)50％～98％），而各單獨(dú)

孔隙的直徑很小，特別是聚粒絮凝結(jié)構(gòu)的孔隙

更小，但孔隙度更大，因此，土的壓縮性更大。

2）含水量很大，往往超過50％，而且因以結(jié)合水

為主，排水困難，故壓縮過程緩慢。3）具有大的易變性—不穩(wěn)定性。

4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造集合體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）孔隙度很大（可達(dá)50％～98％），而各單獨(dú)4.3

土的構(gòu)造：指整個(gè)土層（土體）構(gòu)成上的不均勻性特征的總和。4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造b.土的構(gòu)造1.土的構(gòu)造定義與研究意義整個(gè)土體構(gòu)成上的不均勻性包括：層理、夾層、透鏡體、結(jié)核、組成顆粒大小懸殊及裂隙發(fā)育程度與特征等。這種構(gòu)成上的不均勻性是由于土的礦物成分及結(jié)構(gòu)變化所造成的。土的構(gòu)造：指整個(gè)土層（土體）構(gòu)成上的不均勻性特（1）土體構(gòu)造特征反映土體在力學(xué)性質(zhì)

和其他工程性質(zhì)的各向異性或土體

各部位的不均勻性，因此，要掌握

其變化規(guī)律。如，由砂土和粘性土

組成的層狀或互層構(gòu)造土體的物理

力學(xué)性質(zhì)皆顯示其各向異性特點(diǎn)。（2）土體的構(gòu)造特征是決定勘探、取樣

或原位測試布置方案和數(shù)量的重要

因素之一。4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

研究意義（1）土體構(gòu)造特征反映土體在力學(xué)性質(zhì)4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)（1）對于碎石土，粗石狀構(gòu)造和假斑狀構(gòu)

造是最普遍的；（2）對于砂土和砂質(zhì)粉土，各種不同形式

的夾層、透鏡體或交錯(cuò)層構(gòu)造，較為

普遍。（3）在粘性土中，常見有層狀、顯微層狀

構(gòu)造及各種裂隙、節(jié)理構(gòu)造。

4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的構(gòu)造特點(diǎn)（1）對于碎石土，粗石狀構(gòu)造和假斑狀構(gòu)4.3土的結(jié)構(gòu)、4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造4.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)1.三相及三相比例指標(biāo)顆粒相對密度ds重度γ干重度γd，飽和重度γsat,浮重度（有效重度γ’）含水率（含水量）w飽和度Sr孔隙比e和孔隙率n4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)1.三相及三相比例指標(biāo)顆4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)2.決定無粘性土力學(xué)特性的因素及指標(biāo)緊密狀態(tài)孔隙比e相對密度Dr4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)2.決定無粘性土力學(xué)特性4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)3.決定粘性土力學(xué)特性的因素及指標(biāo)塑性界限含水率塑性指數(shù)IP=wL-wP液性指數(shù)IL=（w-wP)/IP4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)3.決定粘性土力學(xué)特性的4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)4.土的壓縮特性及指標(biāo)

建筑物沉降——地基壓縮

壓縮曲線

壓縮模量Es

壓縮系數(shù)a

壓縮指數(shù)Cc

壓縮試驗(yàn)4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)4.土的壓縮特性及指標(biāo)4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)5.土的剪切特性-變形與強(qiáng)度

地基承載力——土的強(qiáng)度直剪試驗(yàn)強(qiáng)度曲線強(qiáng)度理論4.4土的物理力學(xué)特性及指標(biāo)5.土的剪切特性-變形與1）根據(jù)土類，可以大致判斷土的基本工程特

性，并結(jié)合其他因素評價(jià)地基土的承載力、

抗?jié)B流與抗沖刷穩(wěn)定性，在振動(dòng)作用下的

可液化性以及作為建筑材料的適宜性等；2）根據(jù)土類，可以合理確定不同上的研究內(nèi)

容與方法；3）當(dāng)土的性質(zhì)不能滿足工程要求時(shí)，也需根

據(jù)土類（結(jié)合工程特點(diǎn)）確定相應(yīng)的改良

與處理方法。4.5土的工程分類1.土的工程分類的目的1）根據(jù)土類，可以大致判斷土的基本工程特4.5土的工程1）工程特性差異性的原則。即分類應(yīng)綜合考慮

土的各種主要工程特性（強(qiáng)度與變形特性

等），用影響土的工程特性的主要因素作為

分類的依據(jù)。2）以成因、地質(zhì)年代為基礎(chǔ)的原則。土的工程

性質(zhì)受土的成因（包括形成環(huán)境）與形成年

代控制。3）分類指標(biāo)便于測定的原則，即采用的分類指

標(biāo)，要既能綜合反映土的基本工程特性，又

要測定方法簡便。4.5土的工程分類2.土的工程分類應(yīng)遵循的原則1）工程特性差異性的原則。即分類應(yīng)綜合考慮4.5土的工老堆積土

第四紀(jì)晚更新世Q3及其以前堆積的土層，一般呈超固結(jié)狀態(tài)，具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；一般堆積土第四紀(jì)全新世（文化期以前Q4）堆積上層；新近堆積土

文化期以來新近堆積的上層Q4，一般呈欠壓密狀態(tài)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低。4.5土的工程分類3.我國土的工程分類（1）土按堆積年代可劃分老堆積土4.5土的工程分類3.我國土的工程分類（1可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、風(fēng)積土和冰川沉積土，各成因類型沉積土的特征見書中有關(guān)章節(jié)。

4.5土的工程分類（2）土根據(jù)地質(zhì)成因分（3）土根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量分可分為無機(jī)土、有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭。

可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土1）碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50

％的土。2）砂土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50

％，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％的土。根據(jù)顆粒級配分為礫砂、粗砂、中砂、

細(xì)砂和粉砂。

3）粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒不超過全重50

％，且塑性指數(shù)小于或等于10的土。根據(jù)顆粒

級配（粘粒含量）分為砂質(zhì)粉土和粘質(zhì)粉土。

4）粘性土：塑性指數(shù)大于10的土。根據(jù)塑性指數(shù)

分為粉質(zhì)粘土和粘土。

4.5土的工程分類（4）土按顆粒級配和塑性指數(shù)分1）碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重504.5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)特征的土稱為特殊性土，規(guī)范分為濕陷性土、紅粘土、軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土）、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土、污染土。4.5土的工程分類（5）特殊類土具有一定分布區(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀4.6土的成因類型特征沉積環(huán)境:指沉積過程中自然地理?xiàng)l件、氣候狀況、搬運(yùn)動(dòng)力類型和強(qiáng)度等。

沉積相：沉積環(huán)境及其在該環(huán)境中形成的沉積物的特征的統(tǒng)稱。4.6土的成因類型特征沉積環(huán)境:指沉積過程中自然地理?xiàng)l土的工程性質(zhì)與分類ppt課件土的工程性質(zhì)與分類ppt課件（1）殘積土（Q-el）:巖石風(fēng)化后未被搬運(yùn)而殘留在原地的松散巖屑和土形成的堆積物.（2）坡積土（Q-dl）：經(jīng)雨雪水洗刷、剝蝕、搬運(yùn)，及土粒在重力作用下順著山坡逐漸移動(dòng)形成的堆積物，一般分布在坡腰上或坡腳下，上部與殘積土相接。具分選現(xiàn)象：下部多為碎石、角礫土，上部多為粘性土；土質(zhì)（成分、結(jié)構(gòu)）上下不均一，結(jié)構(gòu)疏松，壓縮性高，土層厚度變化大。（1）殘積土（Q-el）:巖石風(fēng)化后未被搬運(yùn)而殘留在原地的松（3）洪積土（Q-pl）：由暫時(shí)性洪流，將山區(qū)高地的碎屑物質(zhì)攜帶至溝口或平緩地帶堆積形成的土。（3）洪積土（Q-pl）：（4）沖積土（Q-al）：

指河流兩岸基巖及其上部覆蓋的松散物質(zhì)被河流流水剝蝕后搬運(yùn)、沉積在河床較平緩地帶形成的沉積物。沖積土的特點(diǎn)