工程地质-第四章 土的工程性质与分类

造。
研究土体构造特征意义
（1）土体构造特征反映土体的力学性质和其他 工程性质的各向异性或土体各部位的不均匀性。
（2）土体构造特征是决定勘探、取样或原位测试 布置方案和数量的重要因素之一。
4.2 土的工程分类
建筑工程系统的分类 材料系统的分类
我国土的工程分类
1. 按堆积年代分为： （1）老堆积土：第四纪晚更新世及其以前堆
岭石、伊利石、水云母及蒙脱石等；
亲水性：蒙脱石＞伊利石＞高岭石
2）次生SiO2（胶态、准胶态）； 3）倍半氧化物（Al2O3和Fe2O3等）。
是组成黏粒的组要成分。主要特点：高度分散状 态——胶态或准胶态。易引起土的工程性质的显 著改变，如产生大的塑性、强度剧烈降低等。
3. 可溶盐类及易分解的矿物 • 易溶盐：NaCl，CaCl2，Na2SO4·10H2O，
Na2CO3·10H2O
• 中溶盐：CaSO4·H2O和MgSO4； • 难溶盐：CaCO3和MgCO3。
易溶盐常以夹层、透镜体、网脉、结核或呈分散的 颗粒、薄膜或粒间胶结物含于土中。
含盐土浸水后盐类被溶解，土的粒间连结削弱，甚 至消失，并同时增大土的孔隙性，从而降低土的强 度和稳定性，增大压缩性。
常见易分解矿物：黄铁矿（FeS2）及其他硫 化物和硫酸盐类。
分解后对土的影响在于： • 浸水后削弱或破坏土的粒间连结及增大土
的孔隙性； • 分解出硫酸，对建筑基础及各种管道设施
其腐蚀作用。
4. 有机质
当有机质在黏性土中含量达到或超过5%（在砂土中为 3%）时，就开始对土的工程性质产生显著影响。
比粘土矿物具有更强的胶体特性和更高的亲水性。
• 固体（颗粒）+孔隙（水、气）
4.1.1 土的粒度成分
• 粒组：界于一定粒径范围的土粒； • 粒度成分（颗粒级配）：土中不同粒组颗
粒的相对含量。
漂石（块石）：＞200mm； 卵石（碎石）：200~20mm； 圆砾（角砾）：20~2mm； 砂粒：2~0.075mm； 粉粒：0.075~0.005mm； 黏粒：＜0.005mm。
热力电位 电动电位
1）强结合水（吸着水）：紧靠土粒表面的结合水
特点：
• 厚度很小； • 没有溶解能力； • 不能传递静水压力； • 只有吸热变成蒸汽时才能移动； • 冰点低； • 具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。
2）弱结合水（薄膜水）：紧靠于强结合水的外围形成的
结合水膜。
特征：
• 厚度比强结合水大得多； • 不能传递静水压力； • 没有溶解能力，冰点低于0度； • 土中含较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。
影响程度取决于：
• 含量越高，对土的性质影响越大； • 分ห้องสมุดไป่ตู้程度越高，影响越剧烈； • 土被水浸程度或饱和度不同，有机质对土的影响
不同； • 与有机质土层的厚度、分布均匀性及分布方式有
关。
4.1.3 土中水和气体及其 与土粒的相互作用
1. 土中水
水分子和水化离子
（1）结合水：受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。
2 坡积土
工程性质：土质上 下不均匀，结构疏 松，压缩性高，土 层厚度变化大，对 建筑物常有不均匀 沉降问题；
下部基岩面常富水，易产生沿下卧残基层或基岩面的滑动等问题
3 洪积土
工程性质：
（1）离山前较近的洪 积土颗粒较粗，具有较 高的承载力，压缩性低；
（2）在离山区较远的 地带，洪积物颗粒较细， 成分较均匀，厚度较大， 也是良好的地基；
（3）中间过渡带，常 形成沼泽地带，且存在 尖灭或透镜体，土质较 差，承载力较低。
4 冲积土 河床相 河漫滩相 牛轭湖相 河口三角洲相
工程性质：
（1）古河床相压缩性低，强度较高；现代河 床堆积物密实度较差，透水性较强，若作 为水工建筑物地基则将引起坝下渗漏；
（2）河漫滩相冲积物覆盖于河床相冲积土之 上，该双层结构冲积体常被作为地基；
化学潜蚀作用
两种潜蚀作用都将使土的孔隙增大，增大压缩 性，降低抗剪强度。
3）气态水和固态水
• 气态水：可在土粒表面凝聚转化为其他各 种类型的水；
• 固态水（冰）：起到暂时的胶结作用，提 高土的力学强度，降低透水性。
2. 土中气体 游离气体
封闭气体
4.1.4 土的结构和构造
土的工程性质取决于： • 物质成分； • 粒间联接性质和强度； • 层理特点； • 裂隙发育程度和方向； • ……
4.1.2 土的矿物成分
• 原生矿物； • 不溶于水的次生矿物； • 可溶盐类及易分解的矿物； • 有机质。
不稳定矿物
1. 原生矿物
主要有石英、长石、角闪石、云母等， 是组成卵石、砾石、砂粒和粉粒的主要成 分。
对工程性质影响，主要在于其颗粒形状、 坚硬程度和抗风化稳定性等因素。
2. 不溶于水的次生矿物 1）粘土矿物——为含水铝硅酸盐，主要有高
6 海洋沉积物
卵石、圆砾、砂
细粒砂土、粘性土、淤泥和生物 化学沉积物
有机质软泥
7 冰积土和冰水沉积土
冰川和冰川融化的冰下水搬运堆积而成，其颗粒以巨 大块石、碎石、砂、粉土及黏性土混合组成。
8 风积土
干燥条件下岩石的风化碎屑被风吹扬搬运一段距离后， 在有利条件下堆积起来。颗粒主要由粉粒或砂粒组成， 土质均匀，孔隙大，结构松散。
• 毛细水上升接近建筑物基础底面时，毛细 压力将作为基底附加压力的增值，增大建 筑物沉降；
• 毛细水上升接近或浸没基底时，在寒冷地 区将加剧冻胀作用；
• 毛细水浸没基础时，水中盐分具有腐蚀作 用。
2）重力水：在重力作用下流动的水
特点：
• 产生动水压力； • 冲刷带走土中细小土粒；
机械潜蚀作用
• 溶滤水中水溶盐。
4.4 特殊土的主要工程性质
• 软土 • 湿陷性黄土——西北、华北等干旱、半干旱区 • 红黏土——西南亚热带湿热气候区 • 膨胀土——南方和中南地区 • 冻土——高纬度、高海拔地区 • 盐渍土——内陆干旱、半干旱地区 • 人工填土 • 污染土
（2）非结合水：土粒孔隙中超出土粒表面静 电引力作用范围的一般液态水。
能传递静水压力和溶解盐分
1）毛细水
产生于土粒的分子 引力和水与空气界 面的表面张力共同 构成的毛细力作用；
存在于地下水面以 上；
存在与直径为 0.002~0.5mm的毛 细空隙中；
毛细上升水 毛细悬挂水
毛细水影响：
• 在非饱和土中局部存在毛细水，土粒被挤 紧；当土体浸水饱和或失水干燥时，该有 效应力消失；
积的土层（超固结）； （2）一般堆积土：第四纪全新世（文化期以
前）堆积的土层； （3）新近堆积土：文化期以来新近堆积的土
层（欠压密）。
2. 根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪 积土、冲积土、湖积土、海积土、冰碛土 及冰水沉积土和风积土；
3. 根据有机质含量可分为无机土、有机质土、 泥炭质土和泥炭；
结构和构造
1. 土的结构：土颗粒本身的特点和颗粒间相 互关系的综合特征。
• 土颗粒本身特点：土颗粒大小、形状和磨 圆度及表面性质（粗糙度）等。
• 颗粒间相互关系特点：粒间排列及其联结 性质。
单粒结构
集合体结构
（1）单粒结构特征（散粒结构） 碎石（卵石）、砾石类土和砂土等无黏性土的 基本结构形式。
4. 具有特殊成分、状态和结构特征的特殊土： 湿陷性土、红黏土、软土、混合土、填土、 多年冻土、膨胀土、盐渍土，污染土；
5. 按颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、 粉土和粘性土。
4.3 土的成因类型特征
1 残积土
工程性质：土层厚 度、组成成分、结 构及物理力学性质 变化极大，均匀性 很差，孔隙度较大， 作为地基易引起不 均匀沉降。
第四章 土的工程性质与分类
• 土：连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不 同的搬运方式，在各种自然环境中形成的 堆积物。
• 土的工程性质主要取决于组成土的土粒的 大小和矿物类型。
4.1 土的组成与结构、构造
• 土的三相组成：颗粒（固相）、水溶液 （液相）和气体（气相）。
（3）牛轭湖相冲积土压缩性很高，承载力很 低；
（4）三角洲沉积物常是饱和的软黏土，承载 力低，压缩性高。
5 湖泊沉积物
湖边沉积物：近岸带沉积多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂 土，承载力高；远岸的则是细颗粒的砂土和粘性土，承 载力低；
湖心沉积物：主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄 层，土的压缩性高，强度低。
（a）疏松单粒结构；（b）紧密单粒结构
单粒结构特点： • 孔隙率小，孔隙大； • 透水性强； • 土粒间没有内聚力； • 土粒相互依靠支撑，内摩擦力大； • 受压时体积变化较小。
（2）集合体结构（团聚结构或絮凝结构）特征 黏性土特有结构（粒间引力大于重力）
基本单元：团聚体
集合体结构特征：
• 孔隙度很大——压缩性大；
• 水容度、含水量很大，以结合水为主，排 水困难——压缩过程缓慢；
• 具有大的易变性——不稳定。
2. 土的构造
整个土层（土体）构成上的不均匀性 （层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒 大小悬殊、裂隙发育程度和特征等）特征 的总合。
• 碎石土构造特征：
• 砂土和砂质粉土构造特征：
• 黏性土构造特征： （1）层状构造； （2）显微层状构造； （3）各种裂隙、节理构