土的工程性質與分類

土的工程性質與分類

土是連續(xù)、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經過不同的搬運形式，在各種不同自然環(huán)境中形成的堆積物。由于土的形成年代和自然條件的不同，使各種土的工程性質有很大差異。

第四紀沉積層（即土），是由地球外殼堅硬整體的巖石，經風化、剝蝕、搬運、沉積，形成固體礦物、流體水和氣體的一種集合體。一、緒論1、物理風化地質構造力；溫度變化；冰凍作用；碰撞作用。顆粒大小發(fā)生改變，化學成分保持不變。

2、化學風化水解作用；水化作用；氧化作用；溶解作用。礦物化學成分變化，形成次生礦物。

3、生物風化植物根分泌有機酸；遺體腐爛；微生物作用；動植物或人類活動的影響。不同的風化作用形成不同性質的土：

1、物理風化-生成巨粒土，如塊石、粗粒土、礫石、砂土，這種土呈松散狀態(tài)，總稱無粘性土；

2、化學風化-生成細粒土，具有粘結力，如粘土與粉質粘土，總稱為粘性土；

3、生物風化--生成粗粒土；土的形成：地質歷史的產物，是地球表面的整體巖石在大氣中經受自然力和自然環(huán)境的長期風化作用形成。土是巖石風化（物理、化學、生物風化）作用后，再經其他各種外力作用（如搬運、沉積）的產物。反向過程：土經過很長的地質年代，發(fā)生復雜的物理化學變化，逐漸壓密、巖化，最終又可形成巖石。循環(huán)演變：巖石

土

巖石

土……。重復進行。地質概念：第四紀地質：（1）更新世：1.3萬年到71萬年（2）全新世：小于0.25萬年到1.3萬年。新近代沉積土：有人類文化期以來沉積的土。二、土的結構與構造（1）定義-土顆粒之間的相互排列和聯結形式稱為土的結構。反映土粒及其集合體的大小、形狀、相互排列等的綜合特征。（2）種類-土的結構分為下列三種：

①單粒結構-凡粗顆粒土(如卵石和砂土)，在沉積過程中，每一個顆粒在自重作用下單獨下沉并達到穩(wěn)定狀態(tài)。

②蜂窩結構-當土顆粒較細(粒徑在0.02mm-0.002mm)時，在水中單個下沉，碰到已沉積的土粒，因土粒之間的分子引力大于土粒自重，則下沉的土粒被吸引不再下沉。依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窩狀結構。一）土的結構③絮狀結構（二級蜂窩結構）-是指那些粒徑極細的粘土顆粒(粒徑小于0.005mm)在水中長期懸浮，這種土粒在水中運動，相互碰撞而吸引逐漸形成小鏈環(huán)狀的土集粒，質量增大而下沉，當一個小鏈環(huán)碰到另一小鏈環(huán)時相互吸引，不斷擴大形成大鏈環(huán)，稱為絮狀結構。因小鏈環(huán)中已有孔隙，大鏈環(huán)中又有更大的孔隙，形象地稱為二級蜂窩結構。（3）工程性質①單粒結構（粗粒土）由于土粒排列緊密，強度大，壓縮性小，是良好的天然地基。當土粒沉積速度快，如洪水沖積形成的砂層和礫石層，往往形成疏松的單粒結構，由于土孔隙大，土粒骨架不穩(wěn)定，當受到動力荷載或其它外力作用時，土粒容易移動而趨于緊密，同時產生很大的變形。因此，未經處理的這種土層，一般不宜作建筑物的地基。如果飽和疏松的土是由細砂?；蚍凵傲ＫM成，在強烈的振動作用下，土的結構會突然破壞變成流動狀態(tài)，引起所謂砂土“液化”現象，在地震區(qū)將會引起震害。

②蜂窩結構和絮狀結構（細粒土）由于顆粒間存在大量微細孔隙，其壓縮性大、強度低、透水性弱。又因土粒之間的聯結較弱且不甚穩(wěn)定，在受擾力作用下(如施工擾動影響)，土粒接觸點可能脫離，部分結構遭受破壞，土的強度會迅速降低。

不可用作天然地基。以上三種結構中，以密實的單粒結構工程性質最好。（1）定義-同一土層中，土顆粒之間相互關系的特征稱為土的構造。反映了物質成分和顆粒大小等相近的各部分土層之間的相互聯系特點。（2）種類-土的構造常見的有下列幾種：①層狀構造-土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層一層互相平行，為細粒土的一個重要特征。②分散構造-土層中土粒分布均勻，性質相近，如砂與卵石層為分散構造。③結核狀構造-在細粒土中混有粗顆?；蚋鞣N結核，如含礓石的粉質粘土、含礫石的冰磧粘土等，均屬結核狀構造。④裂隙狀構造-土體中有很多不連續(xù)的小裂隙，某些硬塑或堅硬狀態(tài)的粘土為此種構造。二）土的構造（3）工程性質分散構造的工程性質最好；結核狀構造工程性質的好壞取決于細粒土部分；裂隙狀構造中，裂隙破壞了土的整體性，使強度降低，滲透性增大，工程性質差。1、壓縮性高反映材料壓縮性高低的指標彈性模量（土稱變形模量）。鋼筋E1＝21萬MPaC20混凝土E2=2.6萬MPa

卵石E3=（40～50）MPa

飽和細砂E4＝（8～16）MPa

可知：E1≥4200E3，E2≥1600E42、強度低土的強度特指抗剪強度。3、透水性大上述三個工程特性與建筑工程設計和施工關系密切，需高度重視。三）土的工程地質性質

各類土的生成條件不同，其工程特性往往相差懸殊。

1、搬運、沉積條件通常流水搬運沉積的土優(yōu)于風力搬運沉積的土；

2、沉積年代通常土的沉積年代越長，土的工程性質越好。

3、沉積的自然地理環(huán)境我國地域遼闊，地形高低、氣候冷熱、雨量多少各地相差懸殊，自然地理環(huán)境不同所生成的土的工程性質差異也很大。四、土的生成與工程特性的關系土的三相組成是指土是由固體礦物、液體水和氣體三部分組成。土中的固體礦物構成土的骨架，骨架之間貫穿著大量孔隙，孔隙中充填著液體水和空氣。土的各組成部分的質量和體積之間的比例關系，用土的三相比例指標表示，土的三相比例隨著環(huán)境的變化而發(fā)生相應的變化。如天氣的晴雨、季節(jié)變化、溫度高低、地下水的升降，以及建筑物荷重作用等等，都會引起土的三相之間的比例產生變化。五、土的三項組成

土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質也隨之各異：

固體＋氣體(液體＝0)為干土，干粘土呈堅硬狀態(tài)，干砂呈松散狀態(tài)；

固體＋液體＋氣體為濕土，濕粘土多為可塑狀態(tài)；

固體＋液體(氣體＝0)為飽和土，飽和粉細砂或粉土遇強烈地震，可能產生液化，而使工程遭受破壞；飽和粘土地基受建筑荷載作用發(fā)生沉降需幾十年才能穩(wěn)定?？梢?，研究土的各項工程性質，首先需從最基本的、組成土的三相本身開始研究。五、土的三項組成一）土的固體顆粒。土的固體顆粒是土的三相組成中的主體，是決定土的工程性質的主要成分。1、土粒的礦物成分（1）原生礦物-由巖石經物理風化而成，其成分與母巖相同：單礦物顆粒-一個顆粒為單一的礦物，如常見的石英、長石、云母、角閃石與輝石等，砂土即為單礦物顆粒；多礦物顆粒-一個顆粒中包含多種礦物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的礫石，往往為多礦物顆粒；（2）次生礦物-母巖巖屑經化學風化，改變原來的成份，成為一種顆粒很細的新礦物，主要是粘土礦物。粘土礦物的粒徑d<0.005mm,肉眼看不清，電子顯微鏡下為鱗片狀。（2）次生礦物粘土礦物的微觀結構，由兩種原子層(晶片)構成：一種是由Si-O四面體構成的硅氧晶片；一種是由Al-OH八面體構成的鋁氫氧晶片。因晶片結合的情況不同，粘土礦物可分為下列三種：①蒙脫石--兩結構單元之間沒有氫鍵，相互的聯結弱，水分子可以進入兩晶胞之間。因此，蒙脫石的親水性最大，具有劇烈的脹縮性。②伊利石--又稱水云母，Si-O四面體中的Si為Al、Fe所取代，損失的原子價由陽離子鉀補償。因此，晶格層組之間具有結合力，親水性低于蒙脫石。③高嶺石--晶胞之間有氫鍵，相互聯結力較強，晶胞之間的距離不易改變，水分子不能進入。因此，高嶺次生礦物除粘土礦物外，還有次生二氧化硅與難溶鹽等石的親水性最小。（3）腐植質如土中腐植質含量多，使土的壓縮性增大。對有機質含量超過3%～5%的土應予注明，不宜作為填筑材料。自然界中土顆粒的大小相差懸殊，例如巨粒土漂石，粒徑d>200mm，細粒土粘粒d<0.005mm，兩者粒徑相差超過4萬倍。顆粒大小不同的土，它們的工程性質也各異。例如顆粒粗大的卵石、礫石和砂，大多數為渾圓和棱角狀的石英顆粒，具有較大的透水性而無粘性；顆粒細小的粘粒，則屬針狀或片狀的粘土礦物，具有粘滯性而透水性較低。由于土顆粒粒徑大小的量變會引起土在性質上的質變，因此工程上把土在性質上表現出明顯差異的界限粒徑（粒組與粒組之間的分界尺寸）作為劃分粒組的依據。所謂粒組就是指相鄰兩界限粒徑之間性質相近的土粒。2、土顆粒的大小與形狀

通常把土粒徑按性質相近的原則劃分為6個粒組：

漂石(塊石)粒徑d>200mm

卵石(碎石)200mm≤粒徑d＞60mm

圓礫(角礫)60mm≤粒徑d＞2mm

砂粒

2mm≤粒徑d＞0.075mm

粉粒0.075mm≤粒徑d＞0.005mm

粘粒0.005mm≤粒徑d通常粗粒土的壓縮性低、強度高、滲透性大、工程性質好。3、土的粒徑級配自然界里的天然土，很少是一個粒組的土，往往由多個粒組混合而成。土的顆粒有粗有細，土中土粒的大小及其組成，工程中常用土中各粒組的相對含量占總質量的百分數來表示，稱為土的粒徑級配。粒徑級配是決定無粘性土工程性質的主要因素，以此作為土的分類定名的標準。土中各個粒組的相對含量可通過粒徑分析試驗得到，工程中常用兩種試驗方法，互相配合使用。

（1）篩析法--適用于土粒粒徑d>0.075mm的土。

（2）密度計法--適用于土粒粒徑d<0.075mm的土。顆粒分析試驗成果可用表或粒徑級配曲線表示。3、土的粒徑級配由曲線的坡度陡緩可大致判斷土的均勻程度。曲線較陡，則表示顆粒大小相差不多，土粒較均勻；反之，曲線平緩，則表示粒徑相差懸殊，土粒級配良好。粒徑級配曲線上：縱坐標為10%所對應的粒徑d10稱為有效粒徑；60%對應的粒徑d60稱為限定粒徑；d60與d10的比值稱為不均勻系數Cu，即Cu=d60/d10

；當Cu很小時曲線很陡，表示土均勻；當Cu很大時曲線平緩，表示土的級配良好。

（2.2）曲率系數Cc為表示土顆粒組成的又一特征。一般按經驗把Cu≤5的土看作是均粒土，屬級配不良；Cu>10的土屬級配良好。此外，要滿足級配良好的要求，除土粒大小必須不均勻外，還要求符合Cc=1～3的條件。否則土粒大小不連續(xù)，出現缺粒段，仍不能稱為級配良好。工程上同時滿足Cu>5且Cc=1～3

稱為級配良好的土。3、土的粒徑級配

土的孔隙中有水，水分子為極性分子，由帶正電荷的氫原子和帶負電荷的氧原子組成。粘土表面帶負電荷，在土粒周圍形成電場，吸引水分子帶正電荷的氫原子一端，使其定向排列，形成結合水膜，如圖2.4所示。二）土中水（1）強結合水（吸著水）由粘土表面的電分子力牢固地吸引的水分子緊靠土粒表面，厚度只有幾個水分子厚，小于0.003μm。其吸附力高達幾千個大氣壓。它沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力，在＞105℃時才蒸發(fā)。其性質接近于固體，密度約為1.2～2.4g/cm3，冰點為－78℃，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度。性質接近固體，不傳遞靜水壓力，100℃不蒸發(fā)。只含強結合水時，粘土呈固體堅硬狀態(tài)；砂土呈散粒狀態(tài)。結合水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面成薄膜狀的水，不服從靜水力學規(guī)律，其冰點低于零度。結合水又分為強結合水和弱結合水。1、結合水（2）弱結合水（薄膜水）緊靠強結合水的外圍形成的一層結合水膜稱弱結合水，也是由粘土表面的電分子力吸引的水分子，密度為1.0～1.7g/cm3,仍不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結合水會向鄰近較薄的水膜轉移。此部分水對粘性土影響最大，當粘土中含有較多的弱結合水時，因其比表面較大而具有一定的可塑性；砂土比表面較小，幾乎無可塑性。弱結合水距土粒表面越遠，所受到的分子引力就越弱，并逐漸過渡到自由水。2、自由水（1）重力水位于地下水位以下，在重力或壓力差作用下透過土體而流動，對土粒及結構物具有浮力作用。重力水對土中的應力狀態(tài)和開挖基槽、基坑以及修筑地下構筑物時所應采取的排水、防水措施有著重要的影響。

（2）毛細水位于地下水位以上，受毛細作用(表面張力)而上升，形成毛細水上升帶，其上升的高度視土粒的大小而不同，一般粘土中為5～6m，砂土小于2m，粒徑大于2mm的土粒無毛細現象。極細小的孔隙，土粒周圍有可能被結合水充滿，亦無毛細現象。故毛細水主要存在于粒徑為0.002～0.5mm的孔隙中。（2）毛細水當土孔隙中存在局部毛細水時毛細水的彎液面和土的接觸處的表面張力反作用于土粒，使土粒之間由于這種毛細壓力而擠緊，（土因而具有微弱的粘聚力，稱為毛細粘聚力。在施工現場常?？梢钥吹缴詽駹顟B(tài)的砂堆，能保持垂直陡壁達幾十厘米高而不坍落，就是因為砂粒間具有毛細粘聚力的緣故。毛細水上升到地表會引起沼澤化、鹽漬化，而且還會使地基潤濕、降低強度，增大變形量。如土中存在有毛細水，在工程中必須注意建筑物的防潮措施，以及地基土的浸濕和凍脹。3、氣態(tài)水土的孔隙中沒有被水充填的部分都是氣體。土中氣體分兩種：1）自由氣體2）封閉氣泡封閉氣泡與大氣隔絕，存在粘性土中，當土層受荷載作用時，封閉氣泡縮小；若土中封閉氣泡很多時，將使土的壓縮性增高，土的滲透性降低。4、固態(tài)水當氣溫降至零度以下時，液態(tài)的自由水結冰為固態(tài)水，使基礎發(fā)生凍脹，寒冷地區(qū)基礎埋深要考慮凍脹問題。土是由固體、液體、氣體三相所組成。三相組成部分的性質與數量以及它們之間的相互作用，決定著土的物理力學性質。土中的孔隙體積大，土就松散；含水多，土就軟弱。土的松密和軟硬程度主要取決于組成土體的三相之間在數量上所占有的比例，土力學中采用三相之間在體積和質量上的比例關系，作為反映土的物理性質的指標。土的物理性質指標反映土的工程性質的特征，具有重要的實用價值。例如，地基基礎設計中，一個關鍵的問題是確定地基土的承載力，如何確定地基承載力？常用方法是《規(guī)范法》，若地基土為粉土，據孔隙比和含水量，可用《規(guī)范》查出地基承載力數值。六、土的物理性質指標地基承載力數值的大小，與地基基礎的設計和施工緊密相關。如地基粉土的孔隙比e=0.8,含水量w=10%，則地基承載力可達200kPa,可作為多層房屋的天然地基；若孔隙比e=1.6,含水量w=70%，則地基承載力很低，小于50kPa，為軟弱地基，多層房屋無法采用天然地基，需要考慮人工加固地基或采用樁基。由此可見，孔隙比e和含水量w的數值大小，影響建筑地基基礎的方案不同，隨之而來施工方法、工期、造價都不相同?？傊和林腥嘀g相互比例不同，土的工程性質也不同。土三項組成的定量關系，即土的物理性質指標的物理意義和數值大小。一）土的三項基本物理性指標（1）物理意義—ρ為單位體積土的質量。γ為單位體積土的重力密度，即γ＝ρg=9.8ρ≈10ρ(kN/m3)。1、土的密度ρ和土的重力密度γ（2）表達式（2.3）（3）常見值

ρ＝(1.6～2.2)g/cm3，γ＝(16～22)kN/m3（4）測定方法

①環(huán)刀法

適用于粘性土、粉土與砂土。

②灌水法

適用于卵石、礫石與原狀砂。

（1）物理意義--土中固體礦物的質量與同體積4℃時的純水質量的比值。2、土粒比重Gs（ds）（2）表達式(2.4)（3）常見值砂土Gs=2.65-2.69；粉土Gs=2.70-2.71;粘性土Gs=2.72～2.75。（4）測定方法

①比重瓶法②經驗法因各種土的比重值相差不大，僅小數點后第二位不同。（1）物理意義--土的含水量表示土中含水的數量，為土體中水的質量與固體礦物質量的比值，用百分數表示。3、土的含水量w（2）表達式（2.5）（3）常見值砂土w=(0～40)%；粘性土w=(20～60)%。（4）測定方法

①烘箱法

②紅外線法

③酒精燃燒法

④鐵鍋炒干法六）研究反映土的松密和軟硬狀態(tài)的指標砂土、碎石土統稱為無粘性土，均為單粒結構，它們最主要的物理狀態(tài)指標為密實度。無粘性土的密實度對其工程性質有重要的影響。當其處于密實狀態(tài)時，結構較穩(wěn)定，壓縮性較小，強度較大可作為建筑物的良好地基；而處于疏松狀態(tài)時（特別對細、粉砂來說），穩(wěn)定性差、壓縮性大，強度偏低，屬于軟弱土之類。工程中以什么作為劃分密實度的標準呢？1、用孔隙比e為標準《工業(yè)與民用建筑地基基礎設計規(guī)范》中規(guī)定，以孔隙比e作為砂土密實度的劃分標準。

密實中密稍密松散礫砂、粗砂、中砂

e<0.600.60≤e≤0.750.75<e≤0.85e>0.85

細砂、粉砂

e<0.700.70≤e≤0.850.85<e≤0.95e>0.95（一）無粘性土的密實度優(yōu)點用一個e即可判別砂土的密實度，應用方便。同一種土，密砂的孔隙比e1，松砂的孔隙比e2，則必然e1<e2。缺點：用一個指標e，無法反映土的粒徑級配因素。例如，兩種級配不同的砂，一種顆粒均勻的密砂，其孔隙比為e1’，另一種級配良好的松砂，孔隙比為e2’，結果e1’>e2’，即密砂孔隙比反而大于松砂的孔隙比。2、用相對密度Dr為標準為克服上述方法的缺陷，可用天然孔隙比e與同一種砂的最松狀態(tài)孔隙比emax和最密實狀態(tài)孔隙比emin進行對比，看e靠近emax或靠近emin，以此為判別它的密實度，即相對密實度。Dr一般以百分數表示。顯然，當Dr=0時，即e=emax時，表示砂土處于最疏松狀態(tài)；當Dr=1，即e=emin時，表示砂土處于最緊密狀態(tài)。因此，據Dr值可把砂土的密實度狀態(tài)劃分為下列四種：（2.12）密實的

1≥Dr>0.67中密的

0.67≥Dr>0.33松散的

0.33≥Dr>≥0.20極散的

0.20>Dr優(yōu)點：用相對密度Dr作為判別砂土密實度的標準，計入土的級配因素，理論上完善。缺點：用長頸漏斗法測定emax或用振動叉和擊錘振擊金屬圓筒法測定emin，因人而異，測定的數值與測試人員的素質、勞動態(tài)度有關，難以獲得科學的數據。在實踐中很少使用。我國《建筑地基基礎設計規(guī)范》采用標準貫入試驗錘擊數N來評價砂類土的密實度。根據N可將砂土分為：松散

N≤10稍密

10＜N≤15中密

15＜N≤30密實

N＞30碎石土的顆粒較粗，更不易取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中，對這類土，對這類土可現場進行觀察，據其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別，據此可將碎石土分為：密實、中密、稍密4、碎石土的密實度粘性土的物理特征是否與砂土相似？是否也用e、Dr和N作標準測定其密實度？從粘性土和砂土的顆粒大小、土粒與土中水的相互作用進行分析。砂土顆粒粗，d=0.075～2.0mm，為單粒結構，結合水含量比例小，土粒與土中水的相互作用不明顯。因此，砂土可用e、d、N反映其密實度，以確定砂土的工程性質。粘性土的顆粒很細，d<0.005mm，細土粒周圍形成電場，電分子力吸引水分子定向排列，形成粘結水膜。土粒與土中水作用很顯著，關系極密切。同一種粘性土，當w小時，土呈半固體堅硬狀態(tài)；當w適當增加，土粒間距離加大，土呈現可塑狀態(tài)；如w再增加，土中出現較多的自由水時，粘性土變成液體流動狀態(tài)。（二）粘性土的物理特征粘性土隨w不斷增加，土的狀態(tài)變化為固態(tài)→半固態(tài)→可塑狀態(tài)→液體狀態(tài)，承載力相差10倍以上。當土處于固態(tài)和半固態(tài)時，土較堅硬，統稱堅硬狀態(tài)。半固態(tài)與固態(tài)的區(qū)別在于：半固態(tài)時隨著土中水的蒸發(fā)，土的體積縮小，而固態(tài)時盡管土中水繼續(xù)蒸發(fā)，但土體積已不再縮小。由此可見，粘性土最主要的物理特征并非e、Dr，而是土粒與土中水相互作用產生的稠度（即軟硬程度）。粘性土的稠度，反映土粒之間的連結強度隨著含水量高低而變化的性質。粘性土由一種狀態(tài)轉到另一種狀態(tài)的分界含水量，稱為界限含水量。界限含水量對粘性土的分類及其工程性質的評價有著十分重要的意義。（二）粘性土的物理特征（1）定義--粘性土呈液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量稱為液限wL。

（2）測定方法①錐式液限儀--76克圓錐體，若約經15秒錐體進入土中10mm，此時的含水量為液限。②碟式液限儀--將碟子抬高10mm，連續(xù)下落25次，如土槽合攏長度為13mm,此時的含水量為液限。（二）粘性土的物理特征1、液限wL(%)（1）定義-粘性土呈塑態(tài)與半固態(tài)之間的分界含水量稱為塑限wP2、塑限wP(%)（2）測定方法①滾搓法②液、塑限聯合測定法制備3個不同含水量的試樣，測定圓錐儀在5秒時的下沉深度，測定此時的含水量，在雙對數坐標紙上繪出圓錐下沉深度和含水量的關系直線。深度10mm，對應的含水量為液限，2mm對應的含水量為塑限。（二）粘性土的物理特征（1）定義--粘性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的分界含水量稱為縮限wS。3、縮限wS(%)（2）測定方法用收縮皿法，用收縮皿或環(huán)刀盛滿含水量為液限的試樣，放在室內逐漸晾干，至試樣的顏色變淡時，放入烘箱中烘至恒重，測定烘干后收縮體積和干土重，從而求得縮限。（1）定義--粘性土與粉土的液限與塑限的差值，去掉百分數，稱塑性指數，記為IP。4、塑性指數IP（2）測定方法細顆粒土體處于可塑狀態(tài)下，含水量變化的最大距間。一種土的wL與wP之間的范圍大，即IP大，表明該土能吸附結合水多，但仍處于可塑狀態(tài)，亦即該土粘粒含量高或礦物成分吸水能力強。IP＝（wL-wP）×100(2.13)（3）工程應用用塑性指數IP作為粘性土與粉土定名的標準。（1）定義——粘性土的液性指數為天然含水量與塑限的差值和液限與塑限差值之比，稱液性指數，記為IL。即：5、液性指數IL（2）物理意義液性指數又稱相對稠度，是將土的天然含水量w與wL及wP相比較，以表明w是靠近wL還是靠近wP，反映土的軟硬不同。（3）工程應用據液性指數IL大小不同,可將粘性土分為5種軟硬不同的狀態(tài)。（2.14）堅硬

IL≤0硬塑

0<IL≤0.25可塑

0.25<IL≤0.75軟塑

0.75<IL≤1.0流塑

IL＞1.0（3）工程應用（2.14）IL＝0～1之間為塑態(tài)，分為4等分，靠近堅硬的為硬塑，靠近流塑的為軟塑，中間的為可塑狀態(tài)。液性指數IL在建筑工程中的一個重要用途，為確定粘性土承載力的重要指標。當w<wP時，公式（2.14）分子為負值，IL＜0，土呈堅硬狀態(tài)。當w>wL時，公式（2.14）的分子大于分母，即IL＞1，土處于流塑狀態(tài)。（1）定義--粘性土的塑性指數與土中膠粒（d<0.002mm的顆粒）含量百分數的比值。稱為活動度A，即：6、活動度A（2）物理意義--活動度反映粘性土中所含礦物的活動性。據A的大小可分為3種：式中m--土中膠粒（d<0.002mm）含量百分數。（2.15）

A<0.75不活動粘土

0.75<A<1.25正常粘土

A>1.25活動粘土（1）定義--粘性土的原狀土的無側限抗壓強度與原狀土結構完全破壞的重塑土的無側限抗壓強度的比值。稱為靈敏度St，即：7、靈敏度St由技術鉆孔取出的粘性土樣，如能保持天然狀態(tài)下土的結構和含水量不變，則稱為原狀土樣。如土樣的結構、構造受到外來因素擾動時，則稱為擾動土樣。土經振動后，土粒間的膠結物質以及土粒、離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，即土的天然結構受到破壞，導致土的強度降低和壓縮性增大。土的這種結構性對其強度的影響，一般用靈敏度來表示。式中qu―原狀土的無側限抗壓強度，kPa;

q’u―重塑土的無側限擠壓強度，kPa。（2.16）7、靈敏度St（2）物理意義——活動度反映粘性土中所含礦物的活動性。據A的大小可分為3種：（3）工程應用①保護基槽。②利用觸變性

St>4高靈敏土

2＜St≤4中靈敏土

St≤2低靈敏土觸變性：當粘性土結構受到擾動時，土的強度就降低。但靜置一段時間，土的強度又逐漸增長，這種性質稱為土的觸變性。1、土的分類與定名的必要性土的顆粒大小不同，土的工程性質很不相同。自然界的土往往是各種不同大小粒組的混合物。在建筑工程的勘察、設計與施工中，需要對組成地基土的混合物，進行分析、計算與評價（《土力學及基礎工程》）。因此，對地基土進行科學地分類與定名，是十分必要的。2、土的分類標準土的工程分類就是根據某些最能反映土的基本特性，便于測定的指標，把工程性能接近的土劃分為一類，以便對土的工程性能作出合理的評價和正確地選擇對土的研究方法。七、地基土的工程分類3、土工程分類的目的（1）根據土類，可以大致判斷土的基本工程特性，并可結合其它因素評價地基土的承載力、抗?jié)B流與抗沖刷穩(wěn)定性，在振動作用下的可液化性，以及作為建筑材料的適宜性等。（2）根據土類，可以合理確定不同土類的研究內容與方法。（3）當土的性質不能滿足工程要求時，也需根據土類（結合工程特點）確定相應的改良與處理方法。4、土工程分類原則（1）工程特性差異性的原則；（2）以成因、地質年代為基礎的原則；（3）分類指標便于測定的原則。土的工程分類體系，目前國內外主要有兩種：（1）建筑工程系統的分類體系-側重于把土作為建筑地基和環(huán)境，故以原狀土為基本對象。考慮土的組成，很注重土的天然結構性，即土的粒間連接性質和強度。我國標準《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》。（2）材料系統的分類體系-側重于把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基等工程，故以擾動土為基本對象。對土的分類以土的組成為主，不考慮土的天然結構。5、我國國家標準《土的分類標準》

目前國內作為國家標準和應用較為廣泛的工程分類主要有前述《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》的分類。其劃分原則與標準分述如下:（1）土按堆積年代可劃分為一下三類：

1）老堆積土：第四紀晚更新世Q及其以前堆積的土層，一般呈超固結狀態(tài)，具有較高的結構強度；

2）一般堆積土：第四紀全新世（文化期以前Q）堆積的土層；

3）新近堆積土：文化期以來新近堆積的土層Q,一般呈欠壓密狀態(tài)，結構強度較低。4

（2）土根據地質成因可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、冰土及冰水沉積土和風積土。

（3）土根據有機質含量可分為無機土、有機質土、泥炭質土和泥炭。

（4）具有一定分布區(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀態(tài)和結構特征的土稱為特殊性土。規(guī)范分為濕陷性土、紅粘土、軟土（包括淤泥和淤泥質土）、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土、污染土。

（5）土按顆粒級配和塑性指數分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。

1）碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重的50%的土。根據顆粒級配和顆粒形狀分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫。

2）砂土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50%，并且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的50%的土。根據顆粒級配分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。

3）粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%，并且塑性指數小于或等于10的土。根據顆粒級配分為砂質粉土和粘質粉土。

4）粘性土：塑性指數大于10的土。根據塑性指數分為粉質粘土和粘土。

土根據地質成因可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、冰土及冰水沉積土和風積土。但同一成因類型的土，在沉積形成后，可能遭到不同的自然地質條件和人為因素的變化，而具有不同的工程特性。

（1）殘積土

是巖石經風化后未被搬運的那一部分原巖風化剝蝕后的產物，而另一部分則被降水和風帶走。它的分布主要受地形控制。土的成因類型特征

（2）坡積土

坡積土是經雨雪水的細水片流緩慢洗刷、剝蝕，及土粒在重力作用下順著山坡逐漸移動形成的堆積物。時間越長，搬運、沉積在山坡下部的物質越厚，表面傾斜度就越小。坡積土的顆粒組成有沿斜坡自上而下、由粗變細的分選現象。在垂直剖面上，下部與基巖接觸處往往是碎石、角礫土，其中充填有粘性土或砂土。上部較細，多為粘性土；礦物成分與下部基巖無直接關系；

土質上下不均一，結構疏松，壓縮性高，且土層厚度變化大，因此對建筑物常有不均勻沉降的問題。（3）洪積土

是由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流帶來的碎屑物質在山溝的出口或山前傾斜平原堆積成的洪積土體。如秦嶺山前洪積扇等。（4）沖積土

是由河流的流水作用將碎屑物質搬運到河谷中坡降平緩的地段堆積而成的。它發(fā)育于河谷內以及山區(qū)外的沖積平原中。（5）湖泊沉積物

分為湖邊沉積物和湖心沉積物。湖邊沉積物具有明顯的斜層理結構，近岸帶土的承載力高，遠岸處則差些。湖心沉積物是由河流和湖流挾帶的細小懸浮顆粒到湖心后沉積而成的。（6）海洋沉積物

海洋沉積物在海底表層沉積的砂礫層很不穩(wěn)定，隨著海浪不斷的移動變化，選擇海洋平臺等構筑物地基時，應慎重對待。

（7）冰積土和冰水混積土

冰積土和冰水混積土是分別由冰川和冰川融化的冰下水進行搬運堆積而成。其顆粒以巨大塊石、碎石、砂、粉土及粘性土混合組成。

（8）風積土

風積土是指在干旱的氣候條件下，巖石的風化碎屑物被風吹揚，搬運一段距離后，在有利的條件下堆積起來的一類土。顆粒主要由粉?；蛏傲＝M成，土質均勻，質純，孔隙大，結構松散。土的分類按地質成因分類

按顆粒級配和塑性指數分類

殘積、坡積、洪積、沖積、冰積、風積等類型

土按顆粒級配和塑性指數可分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。

一）碎石土分類

《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》1、定義--土的粒徑d>2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土。2、分類依據--根據土的粒徑級配中各粒組的含量和顆粒形狀兩者進行分類定名。3、定名常見的碎石土，強度大，壓縮性小，滲透性大，為優(yōu)良地基。棱角形為主角礫粒徑d>2mm的顆粒質量＞全重50%圓形及亞圓形為主圓礫棱角形為主碎石粒徑d>20mm的顆粒質量＞全重50%圓形及亞圓形為主卵石棱角形為主塊石粒徑d>200mm的顆粒質量＞全重50%圓形及亞圓形為主漂石粒組含量顆粒形狀土的名稱碎石土分類土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質量50%卵石碎石圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全質量50%粒徑大于20mm的顆粒超過全質量50%粒徑大于2mm的顆粒超過全質量50%1、定義--粒徑d>2mm的顆粒含量不超過全重50%，且d>0.075mm的顆粒超過全重50%的土稱為砂土。2、分類依據--根據土的粒徑級配各粒組含量定名。（1）密實與中密狀態(tài)的礫砂、粗砂、中砂為優(yōu)良地基；稍密狀態(tài)的礫砂、粗砂、中砂為良好地基。（2）粉砂與細砂要具體分析：密實狀態(tài)時為良好地基；飽和疏松狀態(tài)時為不良地基。3、定名--按土的粒徑由大到小分為5種砂土，即礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂。4、工程性質二）砂土分類

《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》砂土分類礫砂粗砂中砂細砂粉砂粒徑大于2mm的顆粒占全質量25-50%粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質量50%土的名稱粒組含量注：定名時應據粒徑分組含量由大到小，以最先符合者確定。粒徑d>0.075mm的顆粒超過總質量50%粉砂粒徑d>0.075mm的顆粒超過總質量85%細砂粒徑d>0.25mm的顆粒超過總質量50%中砂粒徑d>0.5mm的顆粒超過總質量50%粗砂粒徑d>2mm的顆粒占總質量25～50%礫砂粒組含量土的名稱二）砂土分類

《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》1、定義--塑性指數IP≤10，且d>0.075mm的顆粒含量不超過總質量50%的土稱為粉土。2、定名--其工程性質介于砂土與粘性土之間，新列為一大類。若干省市的規(guī)范中，將粉土細分為砂質粉土與粘質粉土兩種。如北京市標準：IP≤7，稱為砂質粉土，7＜IP≤10，稱為粘質粉土；3、密實度粉土的密實度以孔隙比有關，一般e>0.9時，為稍密，強度較低，屬軟弱地基；0.90≥e≥0.75，為中密；e<0.75，為密實，其強度高，屬良好的天然地基。4、工程性質密實的粉土為良好的天然地基。飽和稍密的粉土，地震時易產生液化，為不良地基。三）粉土分類

《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》粉土分類1.砂質粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量不超過全重10%2.粘質粉土粒徑小于0.005mm的顆粒含量超過全重10%1、定義--土的塑性指數IP＞10時，稱為粘性土。2、分類依據--按塑性指數的大小為定名。4、工程性質粘性土的工程性質與其含水量的大小密切相關。密實硬塑的粘性土為優(yōu)良的地基；疏松流塑狀態(tài)的粘性土為軟弱地基。3、定名（1）國家標準塑性指數IP＞17，為粘土

10＜IP≤17，為粉質粘土四）粘性土分類

《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》粘性土的分類

根據堆積時代分

根據塑性指數Ip分

按工程特性分

根據有機質含量分類1）老堆積土：晚更新世及其以前2）一般堆積土：全新世堆積3）新近堆積土：全新世以后粉質粘土：10＜Ip≤17粘土：

Ip＞17濕陷性土、紅粘土、軟土（包括淤泥和淤泥質土）、多年冰土、膨脹土、鹽滯土、混合土、填土污染土等。無機土：Q＜5%有機質土：5%≤Q≤10%泥炭質土：10％＜Q≤60％泥炭：Q＞60％1、定義--由人類活動堆填形成的各類土稱為人工填土。2、分類依據--按人工填土的組成物質和堆積年代進行分類定名。3、定名（1）按人工填土的組成物質，分為下列3種：

①素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等組成的填土。不含雜質。

②雜填土凡含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土，稱為雜填土。

③沖填土由水力沖填泥砂形成的填土，稱為沖填土。五）人工填土分類

《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》（2）按人工填土堆積年代，分為以下兩種：①老填土凡粘性土填筑時間超過10年，粉土超過5年。②新填土若粘性土填筑時間小于10年，粉土少于5年，稱為新填土。通常人工填土的工程性質不良，強度低，壓縮性大且不均勻。其中壓實填土相對較好。雜填土因成分復雜，平面與立面分布很不均勻、無規(guī)律，工程性質最差。以上六大類巖土在工程中常會遇到。此外，尚有以下幾種特殊性質的土，需特別加以注意。特殊土的工程地質特性

人工填土1．性質很不均勻，分布和厚度變化上缺乏規(guī)律性；2．物質成分異常復雜。有天然土顆粒，有磚瓦碎片和石塊，以及人類活動和生產所拋棄的各種垃圾；3．是一種欠壓密土，一般具有較高的壓縮性，孔隙比很大。4．往往具有浸水濕陷性。

特殊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)和結構特征的土。從目前工程實踐來看，大體可以分為：1、軟土2、紅粘土3、黃土4、多年凍土5、鹽漬土6、膨脹土等。六）特殊土分類

《建筑地基基礎設計規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》（1）定義--是指沿海的濱海相、三角洲相、溺谷相、內陸的河谷相、湖泊相、沼澤相等主要由細粒土組成的孔隙比大(e≥1)、天然含水量高(w≥wL)、壓縮性高、強度低和具有靈敏的結構性的土層。其包括淤泥、淤泥質粘性土、淤泥質粉土等。（2）生成條件--在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經生物化學作用形成。（3）物理性質及定名當粘性土的w>wL，e≥1.5時稱為淤泥；當1.5>e≥1.0時淤泥質土；當有機質含量大于5%時，稱為有機質土；當有機質含量大于60%時，稱為泥炭。（4）工程性質

壓縮性高、強度低、透水性低為不良地基。1、軟土特殊土的工程地質特性

淤泥類土

1、高孔隙比、飽水、天然含水率大于液限孔隙比常見值為1.0～2.0；液限一般為40％～60％，飽和度一般>90％，天然含水率多為50～70％。未擾動時，處于軟塑狀態(tài)，一經擾動，結構破壞，處于流動狀態(tài)。2、透水性極弱：一般垂直方向地滲透系數較水平方向小些。3、高壓縮性：a1~2一般為0.7～1.5Mpa－1，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5、較顯著的觸變性和蠕變性2、紅粘土（1）定義--是指碳酸鹽巖系的巖石，亞熱帶溫濕氣侯條件下，經紅土化作用，形成并覆蓋于基巖上，呈棕紅、褐黃等色的高塑性粘土。（2）特征--wL>50；土質上硬下軟；具有明顯的脹縮性；裂隙發(fā)育。IP＝30～50，e=1.1～1.7，Sr>0.85已形成的紅粘土經坡、洪積再搬運后仍保留著紅粘土的基本特征、且wL>45的稱為次生紅粘土。（3）工程性質紅粘土和次生紅粘土通常強度高、壓縮性低。因受基巖影響，厚度不均勻，上硬下軟。具有明顯的收縮性，裂隙發(fā)育，破壞了土體的整體性。特殊土的工程地質特性

紅粘土1、高塑性和分散性液限一般為50～80%，塑限為30～60％，塑性指數一般為20～50%。2、高含水率、低密度天然含水率一般為30％～60％，飽和度>85％，密實度低，大孔隙明顯，孔隙比>1.0；液性指數一般都小于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8o～18o，c值可達0.04～0.09MPa，多屬中壓縮性土或低壓縮性土，壓縮模量5～15MPa。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％。紅粘土具有這些特殊性質，是與其生成環(huán)境及其相應的組成物質有關。（1）沿深度上，隨著深度的加大，紅粘土的天然含水率、孔隙比、壓縮系數都有較大的增高，狀態(tài)由堅硬、硬塑可變?yōu)榭伤堋④浰?，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。3、黃土（1）定義--是一種含大量碳酸鹽類，且常能以肉眼觀察到大孔隙的黃色粉狀土。

（3）黃土的水理特性：①透水性；②遇水膨脹，干燥后又收縮，多次反復容易形成裂縫及剝落，剝落與邊坡所處的位置、土質、易溶鹽含量有關；③崩解性，新黃土浸入水后很快就全部崩解，老黃土要經過一段時間才全部崩解，紅色黃土浸水后基本不崩解。（2）分布--中國黃土分布面積廣、厚度大，有世界聞名的黃土高原。主要分布于烏鞘嶺以東，太行山以西，長城以南，秦嶺以北的黃河中游地區(qū)，包括甘肅、陜西、山西