工程地質(zhì)學(xué)第4章

工程地質(zhì)學(xué)主講：李肖鋒第4章土的工程性質(zhì)與分類§4.1土的組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造§4.2土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)§4.3土的工程分類§4.4土的成因類型§4.5特殊土的主要工程性質(zhì)§4.1土的組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土的概念巖石圈表層在漫長的地質(zhì)年代里，經(jīng)受各種復(fù)雜的地質(zhì)作用所形成的松軟物質(zhì)。

土是由固體顆粒以及顆粒間孔隙中的水、氣組成的。土是一個多相、分散、多孔的系統(tǒng)。固體相、液體相、氣體相，三相體系固體礦物顆粒（固相）—土骨架土中氣體（氣相）影響土的性質(zhì)土中水（液相）—影響土的濕度和塑性三相物質(zhì)體系地質(zhì)作用的概念：在地質(zhì)歷史發(fā)展過程中，促使地殼的組成物質(zhì)、構(gòu)造和地表形態(tài)不斷變化的作用，統(tǒng)稱為地質(zhì)作用。土層：土具有成層特征，同一層內(nèi)土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)、構(gòu)造基本一致，其工程地質(zhì)性質(zhì)亦大體相同。土體的概念：在建筑物所影響到的土中，不都是由單一土層組成的，而往往由多土層、性質(zhì)各異、厚薄不等，以特定的上下次序組合在一起，與工程建筑的安全、經(jīng)濟(jì)和正常使用有關(guān)的土層組合體。土體概念的提出，對工程地質(zhì)問題的評價(jià)、工程地質(zhì)條件的論證都是至關(guān)重要的。（4.１.1）土的粒度成分一、粒徑和粒組劃分土顆粒的大小是以“粒徑”來表示的mm規(guī)則不規(guī)則等效粒徑：非球型顆粒，其與球狀顆粒在水中下沉速度相等時，非球狀與球狀顆粒的粒徑是等效的。

粒組：

界于一定粒徑范圍的土粒，稱為粒組.

2.土的粒組劃分標(biāo)準(zhǔn)：

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＞200mm;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。土顆粒的大小與形狀基本概念粒度、粒組粘粒粉粒砂粒礫石碎石塊石0.0050.075220200巨粒粗粒細(xì)粒粒徑d/mm

3.各粒組特征的規(guī)律：

★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，愈易變形。

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。1土的粒徑級配（1）定義

工程中常用土中各粒組的相對含量，占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)來表示，稱為土的粒徑級配。（2）粒徑分析方法篩分法（d>0.075mm的土）密度計(jì)法（d<0.075mm的土）篩分法（d>0.075mm的土）沉降分析法或密度計(jì)法（d<0.075mm的土）通過密度計(jì)測定土水懸濁液的密度來確定。沉降分析法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量（3）顆粒級配的表示方法——顆粒累計(jì)級配曲線法Cu=

6.表征土粒特征的概念

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，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑d10。

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，該粒徑稱為限定粒徑d６0。

?

由曲線的坡度大致判別：如曲線較陡，則表示粒徑大小相差不多，級配不良；反之，曲線平緩，則表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，即級配良好。

?利用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc定量判別：Cu<5級配不良；Cu>10級配良好。

Cc反應(yīng)曲線的整體形狀，過大或過小都表示缺乏中間粒徑。對砂礫類土，當(dāng)同時滿足3~15=cuCC和時，則級配良好。>60102301060/dddCddCcu==.級配良、劣的判別：d10、d30、d60為小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應(yīng)的粒徑,d10-有效粒徑，d30中值粒徑、

d60-限制粒徑4.1.2土的礦物成分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(zhì)的主要成分。

原生礦物次生礦物與母巖相同，性質(zhì)穩(wěn)定、無粘性、透水性好、壓縮性低。常見石英、長石、云母等，是無粘性土的主要成分由巖石風(fēng)化而成：性質(zhì)不穩(wěn)、親水性強(qiáng)、易膨脹。常見礦物：粘土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石）、褐鐵礦等。粘性土及細(xì)粒土含量高。使土產(chǎn)生塑性蒙脫石三種粘土礦物的顯微電鏡掃描圖像吸水性增強(qiáng)晶胞間變得較松散粘土礦物中的蒙脫石吸水性最強(qiáng)，是膨脹土的主要礦物一.土中礦物成分的類型土的固體相部分是由各種礦物顆?；虻V物集合體組成的。不同礦物的性質(zhì)有差異，其土的性質(zhì)也不同。土的礦物成分:原生礦物、次生礦物、有機(jī)質(zhì)、可溶鹽及易分解的礦物原生礦物：巖石經(jīng)物理風(fēng)化破碎，但成分沒有發(fā)生變化的礦物碎屑。石英長石云母角閃石輝石次生礦物：原生礦物經(jīng)過化學(xué)風(fēng)化作用，使其進(jìn)一步分解，形成一些顆粒更細(xì)小的新礦物。粘土礦物

有機(jī)質(zhì)：土中動植物殘骸在微生物作用下分解形成的產(chǎn)物。分解不完全的動植物殘骸分解完全的腐殖質(zhì)有機(jī)質(zhì)親水性強(qiáng)，土中有機(jī)質(zhì)含量增多時，土的可塑性和壓縮性增大，強(qiáng)度降低，對工程建筑不利。二.礦物成分與粒度成分的關(guān)系土顆粒的大小，其礦物成分是有規(guī)律的。漂石、卵石、礫石粒徑往往大于礦物顆粒，多由母巖碎屑組成。砂粒與原生礦物顆粒的大小相近，往往由單礦物組成。

石英長石云母粉粒和粘粒由穩(wěn)定的原生礦物（石英）及次生礦物、有機(jī)質(zhì)組成。三.粘土礦物的類型及其工程地質(zhì)性質(zhì)粘土礦物是由原生硅酸鹽類經(jīng)水解作用而形成的次生硅酸鹽礦物，具有層狀或鏈狀晶體結(jié)構(gòu)，外形多呈片狀，且含有不同數(shù)量的水。具有很高的表面能、親水性及一系列特殊性質(zhì)，只要有少量存在，就顯著改變土的工程性質(zhì)。蒙脫石伊利石高嶺石蒙脫石其晶體是由很多相互平行的晶胞構(gòu)成的。其親水性強(qiáng)，吸水膨脹?！鞍呙撏痢币晾渚w與蒙脫石相似，其表面能、親水性次之。也具有弱膨脹性。高嶺石其晶體也是由相互平行的晶胞組成，氫鍵連結(jié)，顆粒稍大，其表面能、親水性較弱。

(一)土中水

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。

4.1.3土中的水和氣體一.土中的水（一）礦物成分水礦物成分水存在于礦物晶體格架的內(nèi)部，又稱礦物內(nèi)部結(jié)合水。

結(jié)構(gòu)水結(jié)晶水（二）孔隙中的水孔隙中的水即存在于土粒間孔隙中的水。固態(tài)水液態(tài)水氣態(tài)水1、液態(tài)水（1）結(jié)合水細(xì)小的土粒表面具有靜電引力，在其作用下，與土粒表面接觸部分的水分子可被極化，并吸附在土粒周圍形成一層水膜。這部分在土粒靜電引力范圍內(nèi)，被吸附在土粒周圍的水就叫結(jié)合水。（土粒表面結(jié)合水和物理結(jié)合水）土粒的靜電引力強(qiáng)度是隨離開土粒表面的距離增大而減弱的。緊靠土粒表面的水分子，受土粒的強(qiáng)烈吸引，而失去自由活動能力，整齊地排列起來，這部分水稱為強(qiáng)結(jié)合水。距離土粒表面稍遠(yuǎn)的水分子，受到土粒的吸引力減弱，有部分活動能力，排列疏松不整齊，這部分水叫弱結(jié)合水。不受重力影響，密度大，冰點(diǎn)低不能傳遞靜水壓力，具有粘滯性和抗剪性。（2）毛細(xì)水毛細(xì)水是由于毛細(xì)作用保持土的毛細(xì)孔隙中的地下水。水分子不能直接被土粒吸引住，但也受到靜電引力的影響。冰點(diǎn)低于0oC，有極微弱的抗剪強(qiáng)度，能傳遞靜水壓力。（3）重力水重力水又叫自由水，不受顆粒吸附和毛細(xì)力作用控制。2、固態(tài)水固態(tài)水就是冰，將土粒膠結(jié)起來形成凍土。3、氣態(tài)水以水汽狀態(tài)存在，嚴(yán)格來說應(yīng)屬土的氣相部分。2土中氣土中的氣體，主要為空氣和水氣。但有時也可能含有較多的二氧化碳、沼氣及硫化氫，這些氣體大多因生物化學(xué)作用生成。

（1.）非封閉氣體（/開敞/自由氣體）：對土無影響；（2.）封閉氣體：使土的滲透性減小，彈性增大和拖延了土的壓縮和膨脹變形隨時間的發(fā)展。4.1.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

土的工程性質(zhì)及其變化，除取決于其物質(zhì)成分外，在很大程度上還取決于土的顆粒間的連結(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)的其它均勻特征等土體的天然結(jié)構(gòu)和構(gòu)造因素有關(guān)．只有了解土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，才能夠?qū)ν恋墓こ痰刭|(zhì)特征做出正確的評價(jià)．

一、土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)是指組成土的土粒大小、形狀、表面特征、土粒間的連結(jié)關(guān)系和土粒的排列情況。土的粒度成分反映了土粒大小及其組合特征，也是說明土結(jié)構(gòu)特征的主要指標(biāo)，對土的工程地質(zhì)性質(zhì)影響顯著。土粒形狀及表面特征對粗粒土的工程地質(zhì)性質(zhì)影響很大。（一）土粒間的連結(jié)關(guān)系土中顆粒與顆粒的連結(jié)，是孔隙中水對土粒的連結(jié)。1、結(jié)合水連結(jié)通過結(jié)合水水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來的連結(jié)形式。2、毛細(xì)水連結(jié)相鄰?fù)亮Ｓ擅?xì)壓力作用形成的連結(jié)。3、膠結(jié)連結(jié)土中某些鹽類的結(jié)晶將土粒膠結(jié)起來的連結(jié)。4、冰連結(jié)含冰土的暫時性連結(jié)。（二）土的結(jié)構(gòu)類型

1、巨粒土及粗粒土的結(jié)構(gòu)類型

單粒結(jié)構(gòu)土的顆粒粗大,土粒間的分子引力相對很小,粒間幾乎沒有連結(jié),或者連結(jié)很弱。2、細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)類型

細(xì)粒土顆粒細(xì)小，具膠體特征，在水中一般都不能以單個顆粒沉積，而凝聚成較復(fù)雜的集合體進(jìn)行沉積，形成細(xì)粒土特有的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)。土的結(jié)構(gòu)

.土的結(jié)構(gòu)：1.單粒結(jié)構(gòu)：無粘性土具有的結(jié)構(gòu)，密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)土為良好的地基土2、蜂窩結(jié)構(gòu)：（粒徑0.075~0.005mm）；粉土具有此結(jié)構(gòu)。3.絮狀結(jié)構(gòu)：（粒徑<0.005）粘性土具有。后兩者常是不良地基土單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)

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。

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)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。

二、土的構(gòu)造在一定土體中，結(jié)構(gòu)相對均一的土層單元體的形態(tài)和組合特征，稱為土的構(gòu)造。土的構(gòu)造包括土層單元體的大小、形狀、排列和相互關(guān)系。單元體的分界面稱結(jié)構(gòu)面或?qū)用?。單元體的大小通常用厚度來表示。土的構(gòu)造是土在形成、變化過程中，與各種因素發(fā)生復(fù)雜的相互作用而形成的。層狀構(gòu)造/層理構(gòu)造分散/塊狀構(gòu)造裂隙構(gòu)造結(jié)核構(gòu)造（二）.土的構(gòu)造：反映土粒集合體之間的關(guān)系研究意義：（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)。又如，黃土由于其垂直節(jié)理（裂隙）發(fā)育，強(qiáng)烈地降低其抗水穩(wěn)定性和力學(xué)穩(wěn)定性，特別在邊坡地段，沿裂隙極易產(chǎn)生坍方和滑坡現(xiàn)象。（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。2.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)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。

§4.2土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)土的物理性質(zhì)是指土本身由于三相組成部分的相對比例關(guān)系不同所表現(xiàn)的物理狀態(tài)；固、液兩相相互作用時所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。三相比例關(guān)系——---物理狀態(tài)輕重、干濕、松密固、液相互作用——物理性質(zhì)稠度、塑性、脹縮、透水、毛細(xì)性物理性質(zhì)在一定程度上決定了它的力學(xué)性質(zhì)土的物理性質(zhì)是土的基本工程地質(zhì)性質(zhì)，其指標(biāo)在工程計(jì)算中直接被應(yīng)用。自然界的土通常由固態(tài)相的土粒液態(tài)相的水氣態(tài)相的空氣組成，通常說的三相體系。土顆粒土中水土中氣——土的三相組成部分三相指標(biāo)的定義固相液相氣相土顆粒土中水土中氣土的三相簡圖——將土的三相抽象的分開、集中，繪出的圖，在圖的兩側(cè)風(fēng)別表示其體積、質(zhì)量。氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m,單位g體積V，單位cm3為了便于說明和計(jì)算，用三相組成示意圖來表示各部分之間的數(shù)量關(guān)系。氣水土

粒一、指標(biāo)定義

1.土粒比重（土粒相對密度）dsds可用比重瓶法測定,但由于變化幅度不大（2.6~2.8),通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用，如下表。粘性土土的名稱砂土粉土粉質(zhì)粘土粘土土粒比重2.65~2.692.70~2.712.72~2.732.74~2.76土粒比重參考值氣水土

粒（一）、三項(xiàng)基本物理性質(zhì)指標(biāo)比重瓶法測土粒比重：事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量m1。然后把烘干土若干克ms裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量m2，按下式計(jì)算土粒比重：

式中：m1——瓶加水的質(zhì)量；m2——瓶加土加水的質(zhì)量；ms——烘干土的質(zhì)量。3.土的含水量%sWmm=w含水量是標(biāo)志土的濕度的一個重要物理指標(biāo)，一般用烘箱法測定。土的密度用環(huán)刀法測定。2.土的密度氣水土

粒1.孔隙比e和孔隙率n2.土的飽和度Sr砂土根據(jù)飽和度的指標(biāo)值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態(tài)。Sr50%為稍濕；50%<Sr80—很濕;Sr>%80飽和,Sr=100%,完全飽和。（二）、導(dǎo)出指標(biāo)的定義及定義式土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密實(shí)程度的重要物理性質(zhì)指標(biāo)，e或n越大，土越疏松，反之土越密實(shí)。一般e<0.6的土是密實(shí)的低壓縮性土，e>1.0的土是疏松的高壓縮性土。氣水土

粒Sr%5080稍濕很濕飽和3.干密度d、飽和密度sat、和有效密度′mVVmVVmVWssWVssatsdrrrrr-=′.+==單位：計(jì)算自重應(yīng)力時，須采用土的重力密度，簡稱重度。土的濕重度、干重度d、飽和重度sat、有效重度′分別按下式計(jì)算：氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m,體積V，干重度飽和重度和有效重度注意大小關(guān)系：（1）干重度rd物理意義：單位體積的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。工程應(yīng)用：常用做填方工程中土體壓實(shí)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。幾個重力密度的物理意義（2）土的飽和重度物理意義：孔隙中全部充滿水時單位體積的重力，即飽和度為100%時的重力密度。（3）土的有效重度物理意義：土體受水的浮力作用時單位體積的重力。令w1=

w,Vs=1所以VV=e,V=1+e推導(dǎo)如下：二、指標(biāo)的換算由上式：熟記以上五個換算公式，并知道密度與重度的關(guān)系，有效密度與飽和密度的關(guān)系，若已知三項(xiàng)基本試驗(yàn)指標(biāo)，可換算出其他所有指標(biāo)例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗(yàn)測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度ds為2.66，求該土樣的含水量ω、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、飽和重度sat和有效重度

【解答】無粘性土的密實(shí)度越高，承載力越高，壓縮性越小無粘性土的密實(shí)度有三種表達(dá)方式4.2.2無粘性土的緊密狀態(tài)1.孔隙比e

優(yōu)點(diǎn)：簡單方便缺點(diǎn)：無法反映土的級配因素0.61.0松散中密密實(shí)2.相對密實(shí)度Dr——主要衡量砂土的密實(shí)度定義：優(yōu)點(diǎn)：計(jì)入土的級配因素，理論上比較完善。缺點(diǎn)：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin

的測定受人為的影響較大。按Dr劃分砂土密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)松散Dr≤1/3；中密2/3≥Dr＞1/3；密實(shí)Dr＞2/3用數(shù)軸法表示：Dr1/32/3松散中密密實(shí)3.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N及圓錐動力觸探捶擊數(shù)N63.5為標(biāo)準(zhǔn)（我國國家標(biāo)準(zhǔn)?。?01510松散中密密實(shí)稍密N砂土密實(shí)度碎石土的密實(shí)度51020N63.5松散稍密中密密實(shí)4.2.3

粘性土的物理特征

粘性土的物理狀態(tài)取決于含水量的多少，含水越少粘性土越堅(jiān)硬，承載力越高、壓縮性越??；反之，粘性土越軟，承載力越低、壓縮性越大。不過，僅用含水量w指標(biāo)尚難說明，還需學(xué)習(xí)下列指標(biāo)液限、塑限、縮限塑性指數(shù)液性指數(shù)靈敏度一、幾個界限含水量指標(biāo)

液限、塑限、縮限1、定義

液限WL、塑限Wp、縮限Ws2、測定方法

wSWpWL液態(tài)固態(tài)塑態(tài)半固態(tài)0粘性土的界限含水量

同一種粘性土隨其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫界限含水量。1)搓條法測塑限2）錐式液限儀法測液限；3）液塑限聯(lián)合測定法即測塑限、也測液限。界限含水量的測定方法：塑限：搓條法（滾搓法）；液限：錐式液限儀（如下圖）。.聯(lián)合測定法及測試結(jié)果整理取同種土三個不同含水量的土樣，測定錐的入土深度、含水量，并作圖求解二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)1.塑性指數(shù)IPIP表示土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍大小。它與顆粒粗細(xì)、礦物成分和水中離子成分的濃度有關(guān)。IP反映土的粘粒含量，IP越高、粘粒含量越高；

IP用來劃分確定粘性土的名稱：10<

IP?17的土為粉質(zhì)粘土；

IP>17的土為粘土。IL>1.0

0.75<IL≤1

0.25<IL≤0.75

0<IL≤0.25

IL<0

液性指數(shù)

流塑

軟塑

可塑

硬塑

堅(jiān)硬

狀態(tài)

（省去%）2.液性指數(shù)三、粘性土的靈敏度St

飽和粘性土受到外力擾動,其結(jié)構(gòu)被破壞,強(qiáng)度會降低的現(xiàn)象,但當(dāng)擾動停止后，其狀態(tài)和強(qiáng)度又隨時間的增長而逐漸恢復(fù)，這分別稱為粘性土的結(jié)構(gòu)性、觸變性。為了反映粘性土的結(jié)構(gòu)性強(qiáng)弱，引入了靈敏度的概念：原土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度St24高靈敏度中靈敏度低靈敏度1一、土的壓縮性是指土在壓力作用下體積縮小的特性。壓縮量的組成固體顆粒的壓縮土中水的壓縮空氣的排出水的排出占總壓縮量的1/400不到，忽略不計(jì)壓縮量主要組成部分說明：土的壓縮被認(rèn)為只是由于孔隙體積減小的結(jié)果無粘性土粘性土透水性好，水易于排出壓縮穩(wěn)定很快完成透水性差，水不易排出壓縮穩(wěn)定需要很長一段時間土的固結(jié)：土體受壓力作用，隨時間增長，壓縮量增大、孔隙體積減小的過程4.2.4土的力學(xué)性質(zhì)剛性護(hù)環(huán)加壓活塞透水石環(huán)刀底座透水石土樣荷載注意：土樣在豎直壓力作用下，由于環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，只產(chǎn)生豎向壓縮，不產(chǎn)生側(cè)向變形1.壓縮儀示意圖二、側(cè)限壓縮試驗(yàn)、e-p曲線及壓縮性指標(biāo)（一）側(cè)限壓縮試驗(yàn)：研究土的壓縮性大小及其特征的室內(nèi)試驗(yàn)方法，亦稱固結(jié)試驗(yàn)2.

e和eo公式及e-p曲線研究土在不同壓力作用下，孔隙比變化規(guī)律Vvo＝e0Vs＝1H0/(1+e0)H0Vv＝eVs＝1H1/(1+e)pH1s土樣壓縮后變形量為s，整個壓縮中土粒體積和底面積不變土樣底面積在受壓前后不變整理其中根據(jù)不同壓力p作用下，達(dá)到穩(wěn)定的孔隙比e，繪制e-p曲線，為壓縮曲線p底面積Ao底面積A1左：eo=(AoHo-1)/1=AoHo-1，Ao=（1+eo）/Ho所以土粒高=1/Ao=HO/（1+eo）同理右圖土粒高=1/A1=H1/（1+e）e0eppee-p曲線（二）、壓縮性指標(biāo)壓縮性不同的土，曲線形狀不同，曲線愈陡，說明在相同壓力增量作用下，土的孔隙比減少得愈顯著，土的壓縮性愈高根據(jù)側(cè)限壓縮曲線可以得到.壓縮系數(shù)a、壓縮模量Es二個壓縮性指標(biāo)，據(jù)原位壓縮試驗(yàn)可得變形模量E0、旁壓模量EM曲線A曲線B曲線A壓縮性＞曲線B壓縮性1.壓縮系數(shù)a土體在側(cè)限條件下孔隙比減少量與豎向壓應(yīng)力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲線△p△e利用單位壓力增量所引起得孔隙比改變表征土的壓縮性高低在壓縮曲線中，實(shí)際采用割線斜率表示土的壓縮性《規(guī)范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa對應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2評價(jià)土的壓縮性

a1-2＜0.1MPa-1低壓縮性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中壓縮性土

a1-2≥0.5MPa-1高壓縮性土單位是：MPa-12.壓縮模量Es土在側(cè)限條件下豎向壓應(yīng)力與豎向總應(yīng)變的比值，或稱為側(cè)限模量說明：土的壓縮模量Es與土的的壓縮系數(shù)a成反比，Es愈大，a愈小，土的壓縮性愈低。規(guī)范規(guī)定：Es1-2

＜4MPa為高壓縮性土；Es1-2

≥

15MPa為低壓縮性土單位MPa2、土的抗剪強(qiáng)度工程中地基土的強(qiáng)度問題：建筑工程荷載作用于地基土，若地基土的強(qiáng)度足夠大時，則不發(fā)生破壞；否則就發(fā)生強(qiáng)度破壞。試驗(yàn)證明：地基土的破壞屬剪切破壞，而不是被壓壞。因此，地基的強(qiáng)度實(shí)際是土的抗剪強(qiáng)度——土體抵抗剪切破壞的極限能力。.剪切滑動面路堤滑塌、擋土墻傾倒、基礎(chǔ)歪倒等工程問題，多是由于地基土體發(fā)生剪切破壞，并形成了滑動剪切面所致。

土的抗剪強(qiáng)度及其指標(biāo)的測定

重要目的

:測定土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c一、直接剪切試驗(yàn)試驗(yàn)儀器：直剪儀STA在不同的垂直壓力下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，得相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度τf，繪制τf-

曲線，得該土的抗剪強(qiáng)度線-坐標(biāo)系取同種土的一組樣品,至少4個樣,分別對其施加不同的法向應(yīng)力,然后施加剪應(yīng)力,使其破壞,然后在-坐標(biāo)系中作圖求的c庫侖定律——土體抗剪強(qiáng)度f

定律1776年，庫侖根據(jù)砂土剪切試驗(yàn)f=tan砂土后來，根據(jù)粘性土剪切試驗(yàn)f=c+tan粘土c庫侖定律：土的抗剪強(qiáng)度是剪切面上的法向應(yīng)力

的線性函數(shù).即無粘性土的抗剪強(qiáng)度與剪切面上的法向應(yīng)力成正比,粘性土的抗剪強(qiáng)度有多一項(xiàng)粘聚力cc:土的粘聚力:土的內(nèi)摩擦角ffP(kPa)對飽和土而言，應(yīng)取I有效法向應(yīng)力‘、有效摩擦角’及有效粘聚力C’計(jì)算和c稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，叫內(nèi)摩擦力庫倫定律是以莫爾提出的材料破壞理論為基礎(chǔ)通過試驗(yàn)建立的，故又稱作莫爾庫倫強(qiáng)度理論§4.3土的工程分類

1、土的工程分類原則和體系。2、我國土的工程分類

4.3.1土的工程分類原則和體系一、土的工程分類的目的⑴根據(jù)土類，可以大致判斷土的基本工程特性，并且可以結(jié)合其它因素評價(jià)地基承載力、抗?jié)B流和抗沖刷穩(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；

⑵根據(jù)土類，可以合理確定不同土的研究內(nèi)容和方法；

⑶當(dāng)土的性質(zhì)不能滿足要求時，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。二、土的工程分類原則

1、工程特性差異性原則；2、以成因、地質(zhì)年代為基礎(chǔ)的原則；3、分類指標(biāo)便于測定的原則。

三、土工程分類體系1、建筑工程系統(tǒng)的分類體系——側(cè)重于把土作為建筑地基和環(huán)境，故以原狀土為基本對象。2、材料系統(tǒng)的分類體系——側(cè)重側(cè)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(jié)構(gòu)性。4.3.2我國土的工程分類一、《建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范》的分類法1.巖石2.碎石土3.砂土4.粉土5.粘性土6.人工填土7.特殊土《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)

《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021-2001)土（巖）的工程分類

地基土（巖）分類的任務(wù)是根據(jù)分類用途和土（巖）的各種性質(zhì)的差異將其劃分為一定的類別。下面介紹（巖）土的工程分類：

一、巖石1、定義：顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。⑴按堅(jiān)固性分為：硬質(zhì)巖石、軟質(zhì)巖石。細(xì)分為

堅(jiān)硬巖frk>60、較硬巖60≥frk>30、較軟巖30≥frk>15、軟巖15≥frk>5、極軟巖frk≤5⑵按風(fēng)化程度分為：微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化。⑶按完整性分為：完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎

二、碎石土1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量超過全重50%的土。2、分類依據(jù)：土的粒組含量及顆粒形狀。3、定名：漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫。4、工程性質(zhì)：根據(jù)骨架顆粒含量占總重的百分比，顆粒的排列，可挖性與可鉆性分為密實(shí)、中密、稍密三等。常見碎石土強(qiáng)度大、壓縮性小、滲透性大，為良好地基。

三、砂土

1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量不超過全重的50%，且粒徑d>0.075mm的顆粒超過全重50%的土。2、分類依據(jù)：粒組含量。3、進(jìn)一步劃分定名：礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂。4、密實(shí)度：密實(shí)、中密、稍密、松散四狀態(tài)。5、工程性質(zhì)：礫砂、粗砂、中砂一般為良好地基；細(xì)砂、粉砂應(yīng)具體分析。細(xì)砂土碎石土粗砂土粘性土粉質(zhì)粘土土的名稱礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂顆粒級配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重25％～50％注：碎石土和砂土的定名時應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重85％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％砂土進(jìn)一步劃分類型與定名依據(jù)例：某土粒徑d>2mm的顆粒含量為全重的50.5%，粒徑d>0.5mm的顆粒含量為全重的65%，粒徑d>0.25mm的顆粒含量為全重的75%，應(yīng)定名為什么？三選一（碎石土、粗砂、中砂）。又例：某土粒徑d>2mm的顆粒含量為全重的15%，粒徑d>0.5mm的顆粒含量為全重65%，粒徑d>0.25mm的顆粒含量為全重75%，應(yīng)定名為什么？二選一（粗砂、中砂）。再例：某土粒徑d>2mm的顆粒含量為全重的15%，粒徑d>0.5mm的顆粒含量為全重35%，粒徑d>0.25mm的顆粒含量為全重45%，粒徑d>0.075mm的顆粒含量為全重65%應(yīng)定名為什么？（粉砂）。

四、粉土

1、定義：粒徑d>0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，且塑性指數(shù)Ip≤10的土。2、組成：一般為砂粒、粉粒、粘粒的混合體。3、分類：根據(jù)粒徑d<0.005mm的顆粒含量是否超過全重10%，分為粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土。4、密實(shí)度：根據(jù)e大小分為密實(shí)(e<0.65)、中密(0.65≤e<0.85)、稍密(e≥0.85)。5、濕度:由Sr分為稍濕、很濕、飽和。或由含水量分為稍濕、濕、很濕。6、工程性質(zhì)：密實(shí)粉土為良好的天然地基；e>1為松散狀態(tài)，屬軟弱地基；飽和稍密粉土，地震時易產(chǎn)生液化，為不良地基。

五、粘性土1、定義：塑性指數(shù)Ip>10的土。2、分類依據(jù)：Ip3、定名：Ip>17為粘土；10<Ip≤17為粉質(zhì)粘土。

六、人工填土1、定義：由于人類活動而形成的堆積物。2、分類依據(jù)：組成物質(zhì)；堆積年代。3、定名：⑴按組成物質(zhì)分為：素填土、雜填土、沖填土。⑵按堆積年代分為：老填土（粘性土填筑年代超過10年，粉土超過5年）；新填土（粘性土填筑代小于10年，粉土小于5年）。

七、特殊土

1.淤泥，淤泥質(zhì)土：是在靜水或緩慢流水環(huán)境中沉積并經(jīng)生物化學(xué)作用后形成的，天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粘性土。當(dāng)e>1.5為淤泥，1.0<e<1.5時為淤泥質(zhì)土。

2、膨脹土一種富含親水性粘土礦物且含水量的增減體積發(fā)生顯著脹縮變形的硬塑性粘土。一般強(qiáng)度較高，壓縮性低。3.濕陷性黃土顏色呈黃色，以粉粒為主，富含碳酸鹽，垂直節(jié)理發(fā)育，遇水浸濕后土體顯著沉陷的土4、紅粘土粘土礦物以高嶺石為主，遇水膨脹性不大，但失水后，體積會有明顯的收縮，因此一般認(rèn)為紅粘土的收縮性強(qiáng)于膨脹土巖石經(jīng)風(fēng)化后未被搬運(yùn)而殘留于原地的碎屑物質(zhì)所組成的土體，它處于巖石風(fēng)化殼的上部。殘積土(eluvium)：4.4土的成因類型特征殘積土（三峽工程）殘積土的工程性質(zhì)：粒度成分和礦物成分受氣候和母巖巖性的控制。其發(fā)育情況還和地形有關(guān)。孔隙度↑、強(qiáng)度↓、壓縮性↑，均質(zhì)性差，但具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。殘積土剖面圖

片流將山坡高處的風(fēng)化碎屑物順坡沖洗，堆積在較平緩的山坡腳處而形成。地貌上稱坡積裙。坡積土(diluvium)：坡積層片流的洗刷作用：雨水、融雪水形成的坡面細(xì)流對整個坡面所進(jìn)行的比較均勻、緩慢和短期內(nèi)并不顯著的地質(zhì)作用?！狡碌孛仓饾u變緩，對坡面地貌形態(tài)的發(fā)展產(chǎn)生影響；——產(chǎn)生松散堆積物，形成坡積層。坡積物（層）斷面影響坡積層穩(wěn)定的因素：下伏基巖頂面的傾斜程度下伏基巖與坡積層接觸帶的含水情況坡積層本身的特性坡積土的工程性質(zhì)：結(jié)構(gòu)疏松，一般具較高的壓縮性。坡積形成的黃土濕陷性較大。

由暴雨形成的暫時性山洪急流帶來的碎屑物質(zhì)在山溝出口處堆積而成。

地貌上稱洪積扇。洪積土(proluvium):洪積層新疆天山腳下洪積扇洪積土的工程性質(zhì)：一般為較理想的建筑物地基，尤其是離山前較近的洪積土顆粒較粗，地下水位埋藏較深，具有較高的承載力，壓縮性低，是建筑物的良好地基。在離山區(qū)較遠(yuǎn)的地帶，洪積物的顆粒較細(xì)，成分較均勻、厚度較大，一般也是良好的天然地基。

河床相沖積土：

在河流上游多是粗大的石塊、礫石和粗砂，中下游或平原地區(qū)沉積物變細(xì)，磨圓度好，厚度很大。古河床相土的壓縮性低，強(qiáng)度高?，F(xiàn)代河床堆積物的密實(shí)度差，透水性強(qiáng)，若作為水工建筑物的地基將引起壩下滲漏。飽水砂土還可能由于振動而引起液化。沖積土(alluvium)：

河漫灘相沖積土：

是在洪水期河水漫溢河床兩側(cè)，攜帶碎屑物質(zhì)堆積而成。土粒較細(xì)，可以是粉土、粉質(zhì)黏土或黏土，并夾有淤泥或泥炭等軟弱土層，覆蓋于河床相沖積土之上，形成上細(xì)下粗的“二元結(jié)構(gòu)”。圖3-21河漫灘沉積1-河床沉積物；2-河漫灘沖積層；3-山坡坡積物河漫灘相沖積土

牛軛湖相沖積土：

是在廢河道形成的牛軛湖中沉積的松軟土，顆粒很細(xì)，常含大量有機(jī)質(zhì)，有時形成泥炭。壓縮性很高，承載力很低，不宜作為建筑物的天然地基。牛軛湖相沖積物

通常是淤泥質(zhì)土或典型淤泥。面積寬廣而厚度極大。不宜作為建筑物的天然地基。但表層硬殼層，有時可用作低層建筑物的地基。

河口（?？冢┤侵尴鄾_積土：河口三角洲相沖積物湖積土(lakedeposit)：可分為湖邊沉積物和湖心沉積物。湖邊沉積物：是湖浪沖蝕湖岸形成的碎屑物質(zhì)在湖邊沉積而形成的。近岸帶沉積的多是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土，遠(yuǎn)岸帶則是細(xì)顆粒的砂土和黏性土。具有明顯的斜層理構(gòu)造，近岸帶土的承載力高，遠(yuǎn)岸則帶差些。湖心沉積物：是由河流攜帶的細(xì)小懸浮顆粒到達(dá)湖心后沉積形成，主要是黏土和淤泥，常夾有細(xì)砂、粉砂薄層，土的壓縮性高，強(qiáng)度低。沼澤土：湖泊逐漸淤塞，則可演變?yōu)檎訚桑訚沙练e土稱為沼澤土。主要由半腐爛的植物殘?bào)w——泥炭組成，含水量極高，承載力極低，不宜作天然地基。湖積（土）層海積土(marinedeposit)：按海水深度及海底地形，海洋可分為濱海帶、淺海區(qū)、陸坡區(qū)和深海區(qū)。濱海沉積物：主要由卵石、圓礫和砂組成，承載力較高，透水性較大。淺海沉積物：主要由細(xì)粒砂土、黏性土、淤泥和生物化學(xué)沉積物組成，有層理構(gòu)造，較疏松，含水量高，壓縮性大而強(qiáng)度低。陸坡和深海沉積物：主要是有機(jī)質(zhì)軟泥，成分均一。海積（土）層風(fēng)積土(eoliandeposit)：

在干旱的氣候條件下，巖石的風(fēng)化碎屑物被風(fēng)吹揚(yáng)，搬運(yùn)一段距離后，在有利的條件下堆積起來的一類土，最常見的是風(fēng)成砂和風(fēng)成黃土，黃土具有濕陷性。風(fēng)蝕作用形成的戈壁荒漠風(fēng)積（土）層由冰川或冰水挾帶搬運(yùn)所形成的沉積物。顆粒粒徑變化較大，土質(zhì)也不均勻。冰積土(glacialdeposit)：由冰川消融而沉積下來的巖石碎屑稱為冰磧物。以冰融水為主要營力經(jīng)過再搬運(yùn)而形成的沉積物稱為冰水沉積物。特殊土的種類有：

沿海及內(nèi)陸靜水沉積的淤泥類軟土南方和中南地區(qū)的膨脹土西南亞熱帶濕熱氣候條件下的紅黏土西北、華北干旱氣候區(qū)的黃土西北、華北干旱氣候區(qū)的鹽漬土高緯度、高海拔寒冷氣候區(qū)的凍土各地人類工程活動的人工填土4.5特殊土的工程地質(zhì)特性

是在靜水或水流緩慢的環(huán)境中沉積，并有微生物的參與，含有較多有機(jī)質(zhì)的疏松軟弱黏性土。分布:沿海地區(qū)濱海相、瀉湖相、三角洲相；內(nèi)陸平原或山區(qū)的湖相和沖積、洪積、沼澤相。淤泥類黏土(muckysoil)：一、淤泥類黏土分類：

孔隙比e>1.5時,稱淤泥;1.5>e>1.0時,稱淤泥質(zhì)土;5%<有機(jī)質(zhì)含量<10%時,稱有機(jī)質(zhì)土;10%<有機(jī)質(zhì)含量<60%時,稱泥炭質(zhì)土;有機(jī)質(zhì)含量>60%時,稱泥炭。一、淤泥類黏土工程特性：1、含水量高，高孔隙比。天然含水量>液限，原狀土常處于軟塑－流塑狀態(tài)。2、透水性極弱，水平向滲透系數(shù)較大。3、壓縮性大，欠壓密狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度很低。4、顯著的蠕變和觸變性(高靈敏度)，強(qiáng)震下易震陷。

蠕變(creep)：在長期不變的剪應(yīng)力作用下，土的剪切變形隨時間緩慢增長的特性。觸變(thixotropy)：土受擾動后強(qiáng)度降低，但隨時間增長強(qiáng)度能部分恢復(fù)的性能。一、淤泥類黏土淤泥類土的建筑地基的沉降量很大而且持續(xù)時間很長。淤泥類土不能作為永久性大中型建筑物的天然地基，必須進(jìn)行地基處理。處理方法主要有預(yù)壓固結(jié)、深層石灰拌和法。一、淤泥類黏土一、淤泥類黏土珠海某海堤下淤泥層造成滑坡破壞膨脹土(expansivesoil)：

是一種富含親水性黏土礦物,且隨含水量的增減體積發(fā)生顯著脹縮變形的硬塑性黏土。

分布：

全國。云南、廣西、貴州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地區(qū)或河谷高階地上。

因外墻基土收縮、基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體呈水平裂縫二、膨脹土膨脹土地基上的房屋開裂特征：1)呈黃褐、灰白、花斑等顏色；2)黏粒含量高，且為親水性很強(qiáng)的蒙脫石等黏土礦物，土中可溶鹽及有機(jī)質(zhì)含量較低，常含鐵錳或鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)構(gòu)致密；3)表面有大量網(wǎng)狀裂隙，裂面有臘狀光澤的擠壓面。二、膨脹土工程特性：高塑性，含黏粒及粉粒為主；低含水量，呈堅(jiān)硬－硬塑狀態(tài)；孔隙比小，密度大；具膨脹力,自由膨脹量>40%；天然狀態(tài)下壓縮性低，承載力高，但由于干縮裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性差。浸水后或被擾動時,強(qiáng)度驟然降低。二、膨脹土膨脹土地基上房屋開裂的特點(diǎn)為：①山墻呈“倒八字形”，裂縫上寬下窄；②外縱墻下端呈水平裂縫，基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體上部內(nèi)傾；③房屋角端裂縫嚴(yán)重，而且常伴隨著一定的水平位移和轉(zhuǎn)動；④地坪多出現(xiàn)平行于外縱墻的通長裂縫；⑤地基反復(fù)