第四章 土的工程性質(zhì)與分類

工程地質(zhì)土的工程性質(zhì)

及分類第四章地表巖石破壞搬運(yùn)沉積土的形成過程土：巖石經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)然后沉積下來的松散堆積物。土：覆蓋在地表的沒有膠結(jié)或者弱膠結(jié)的顆粒堆積物土巖石風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積地質(zhì)成巖作用風(fēng)化生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無粘性土原生礦物質(zhì)變粘性土次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)有機(jī)質(zhì)巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)過程中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物圖3-1地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)示意圖B-基礎(chǔ)寬度；D-基礎(chǔ)砌置深度

1.作為建筑物的地基；2.作為建筑材料；3.作為建筑物周圍的介質(zhì)環(huán)境；土用作地下硐室的建筑環(huán)境土用作路基材料土在工程上的作用氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響次要作用土的三相組成一、土的粒度劃分粒度粒徑粒組界限粒徑土的粒組劃分二、土的工程分類1、土按照堆積年代劃分老堆積土一般堆積土新近堆積土二、土的工程分類2、土根據(jù)地質(zhì)成因劃分殘積土坡積土洪積土沖積土湖積土海積土冰積土風(fēng)積土二、土的工程分類3、土根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量劃分無機(jī)土有機(jī)質(zhì)土泥炭質(zhì)土泥炭二、土的工程分類4、特殊性土濕陷性土紅粘土軟土（淤泥和淤泥質(zhì)土）填土多年凍土膨脹土鹽漬土二、土的工程分類5、土按照顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)劃分碎石土砂土粉土粘性土土的主要成因類型母巖殘積土殘積土巖石經(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。

特征：●顆粒大小不一，棱角明顯；無層理構(gòu)造，孔隙度大?！衽c基巖（母巖）之間沒有明顯界限；和母巖在成分上有直接的關(guān)系（過渡）。●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)?？紫抖取?qiáng)度↓、壓縮性↑，均質(zhì)性差，但具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。殘積土地質(zhì)評(píng)價(jià)：在山坡的殘積物分布地段，修筑建筑物注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問題。坡積土經(jīng)雨雪水的細(xì)水片流緩慢洗刷、剝蝕，及土粒在自重作用下順著山坡逐漸移動(dòng)形成的堆積物。它一般分布在平緩的坡腰上或破腳下，與殘積土相接特征：●顆粒、粒度成分有明顯分選性，顆粒從坡頂向坡腳逐漸變細(xì)?！窈穸茸兓^大，土質(zhì)不均勻（上下不均一）。斜坡較陡地段厚度薄，坡腳地段較厚。（結(jié)構(gòu)疏松）孔隙大，壓縮性高。坡積土地質(zhì)評(píng)價(jià)：修筑建筑物，注意不均勻沉降和地基穩(wěn)定性問題。坡積土坡腳倒石堆（錐）地貌上稱為坡積裙坡積物洪積土由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時(shí)性山洪急流帶來的碎屑物質(zhì)在山溝的出口處或山前傾斜平原堆積形成的土體。洪積土洪積扇由山口向外，碎屑物由粗的，棱角狀逐漸過渡到細(xì)的砂土、粘性土。洪積扇相接形成洪積裙特征：●顆粒，粒度成分有明顯的分選性，谷口附近為大的塊石、碎石、礫石和粗砂，谷口外較遠(yuǎn)地帶顆粒變細(xì)，為分選性較好的砂類土、粘性土?！瘢ㄒ驓v次洪水能量不同，堆積下來的物質(zhì)也不同）常具有不規(guī)則粗細(xì)顆粒交替的層理構(gòu)造，并往往存在粘性土夾層、局部尖滅和透鏡體等構(gòu)造。洪積土ABCA地下水深埋帶◆地下水位深◆顆粒較大（礫石或粗砂）◆低壓縮和高承載力，良好地基◆磨圓度低

B地下水溢出帶◆砂性土和黏性土交錯(cuò)分布，透水性不同◆地下水埋藏淺，不利于工程C周期性干濕循環(huán)帶◆多分布黏性土◆成分均勻，厚度大，良好地基洪積物以碎屑為主，洪積扇的不同部位組成的差異：洪積土洪積物與坡積物的區(qū)別：①由于坡積物來自附近山坡，所以坡積物一般比洪積物成分更單純；②片流動(dòng)力弱而不穩(wěn)定，故坡積物的分選性比洪積物差；③坡積物比洪積物的磨圓度低，礫石的棱角較明顯；④坡積物多分布于坡麓，構(gòu)成坡積裙地貌，而洪積物分布于谷口形成洪積扇地貌。

殘積物、坡積物與洪積物沖積土由河流的流水作用將碎屑物質(zhì)搬運(yùn)到河谷中坡降平緩的地段堆積而成的土體。形成條件河床相河漫灘相牛軛湖相河口三角洲相沖積土河床相：主要分布在河床地帶，其次是階地上。上游顆粒粗（塊石、礫石、粗砂），下游顆粒細(xì)，有一定磨圓度，厚度大，一般超過幾十米；古河床相土壓縮性低，強(qiáng)度高，是良好地基；現(xiàn)代河床堆積物密實(shí)度差，透水性強(qiáng)，做水工建筑的地基容易滲漏，飽水的砂土還可能液化。河漫灘相：洪水期河水滿溢河床兩側(cè)，攜帶碎屑物質(zhì)堆積而成。覆蓋在河床相沖積土上，常形成為上下兩層的“二元結(jié)構(gòu)”，下層粗顆粒土，上層為細(xì)粒土或粉土、粘土。作為建筑物地基，注意其軟弱夾層。特點(diǎn)：顆粒細(xì)，常含大量有機(jī)質(zhì)。通常存在較厚的淤泥、泥炭、壓縮性高，強(qiáng)度低，為不良地基牛軛湖相成因：由于河水慣性離心力的作用使河水沖向彎曲河床的凹岸，造成凹岸被侵蝕。而凸岸水流減緩，在凸岸河水?dāng)y帶的泥沙就會(huì)沉積，河床不斷加寬，河曲的曲度變大，形成蛇曲河。蛇曲河最后會(huì)裁彎取直。廢棄的彎曲河道淤塞形成牛軛湖相河口三角洲相成因：河流搬運(yùn)的大量泥砂，在河流入?？诨蛉牒诔练e形成弧頂朝海，頂端向陸的巨大三角形堆積體特點(diǎn)：厚度可達(dá)數(shù)百米；水上部分為砂土或粘性土，水下部分由海、湖堆積物混合而成；此種沉積層為新近沉積層；含水量大，壓縮性高，承載力低。作為建筑地基，應(yīng)慎重對(duì)待。但有時(shí)三角洲沖積土的最上層，由于經(jīng)過長(zhǎng)期的壓實(shí)和干燥，形成所謂硬殼層，承載力較下面的高，可以作為低層建筑物地基。湖泊沉積物湖邊沉積物湖心沉積物湖積土湖邊沉積物：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?，沼澤沉積土稱為沼澤土。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。湖邊沉積物湖心沉積物海洋沉積物海積土：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。離海岸越近，顆粒越粗；離海岸越遠(yuǎn)，顆粒越細(xì)。層理構(gòu)造，較疏松，含水量高，壓縮性大而強(qiáng)度低。陸坡沉積物：主要是有機(jī)質(zhì)軟泥，成分均一。深海沉積物：主要是有機(jī)質(zhì)軟泥。海積土

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。風(fēng)積土最常見的是風(fēng)成砂和風(fēng)成黃土沙波紋沙丘風(fēng)積土黃土高原特殊土的種類有：

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(dòng)的人工填土§4.5特殊土的主要工程性質(zhì)一、軟土形成條件和成分特點(diǎn)：淤泥類土是指在水流緩慢、不通暢、缺氧和飽水的環(huán)境中沉積，有微生物參與作用的條件下，含較多的有機(jī)質(zhì)，疏松軟弱的土。泛指淤泥及淤泥質(zhì)土。一、軟土軟土處理：排水固結(jié)換土墊層法深層攪拌法二、濕陷性黃土黃土是第四紀(jì)干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。黃土：顏色：黃色、淡黃色或褐黃色分布:我國西北及華北地區(qū),面積約63萬km2。二、濕陷性黃土在一定壓力作用（自重壓力或自重壓力與附加壓力共同作用下）下受水浸濕，土結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉，具有這種特性的黃土，叫濕陷性黃土。濕陷性黃土被沖刷后二、濕陷性黃土目前國內(nèi)常用的處理方法：強(qiáng)夯法換土墊層法土（或灰土或水泥土）樁擠密法預(yù)浸法深基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)三、紅黏土紅黏土是指碳酸鹽類巖石（石灰?guī)r，白云巖，泥質(zhì)灰?guī)r等），在亞熱帶溫濕氣候條件下，經(jīng)風(fēng)化而成的殘積或坡積的褐紅色、棕紅色或黃褐色的高塑性黏土。主要分布：云南、貴州、廣西、安徽、四川東部等。三、紅黏土三、紅黏土物理力學(xué)性質(zhì)變化范圍及其規(guī)律：沿深度方向：隨著深度的加大，其天然含水量、孔隙比和壓縮性有較大提高，狀態(tài)由堅(jiān)硬、硬塑變?yōu)榭伤堋④浰?、流塑狀態(tài)，強(qiáng)度大大降低；沿水平方向：地勢(shì)高處，天然含水量、孔隙比、壓縮性均較低，強(qiáng)度高。地勢(shì)低處，則相反；裂隙對(duì)紅粘土強(qiáng)度和穩(wěn)定性影響：裂隙破壞了土體的整體性和連續(xù)性，使土體強(qiáng)度顯著降低，土體沿裂隙面成脆性破壞。三、紅黏土紅黏土的表層，為良好地基?？沙浞掷闷渥鳛樘烊坏鼗至?，基礎(chǔ)宜盡量淺埋。紅黏土的底層，接近下臥基巖面附近，尤其在基巖面低洼處，因地下水積聚，常呈軟塑－流塑狀態(tài)，強(qiáng)度低，壓縮性高，容易引起地基不均勻沉降。應(yīng)注意查清基巖面起伏狀況，并進(jìn)行必要的處理。紅黏土強(qiáng)度高，壓縮性低，對(duì)于一般建筑物，地基承載力由強(qiáng)度控制，不考慮地基變形；但由于有些地方的紅黏土厚度和性質(zhì)很不均勻，從而容易形成很大沉降差，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)以變形作為控制依據(jù)。紅黏土地基評(píng)價(jià)：考慮紅粘土物理性質(zhì)指標(biāo)的垂直向變化，劃分土質(zhì)單元、分層統(tǒng)計(jì)、確定設(shè)計(jì)參數(shù)、按多層地基進(jìn)行計(jì)算四、膨脹土膨脹土是指含有大量的強(qiáng)親水性礦物成分，同時(shí)具有顯著的吸水膨脹和失水收縮且脹縮變形往復(fù)可逆的高塑性黏土。主要分布：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。四、膨脹土因外墻基土收縮、基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)，墻體呈水平裂縫膨脹土地基上的房屋開裂四、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(dòng)時(shí),強(qiáng)度驟然降低。因外墻地基土收縮造成房屋開裂外墻地基土收縮基礎(chǔ)向外扭轉(zhuǎn)墻體產(chǎn)生水平裂縫四、膨脹土對(duì)工程影響四、膨脹土對(duì)工程影響湖南某高架灌渠支墩因膨脹土地基而傾斜五、填土填土是一定的地質(zhì)、地貌和社會(huì)歷史條件下，由于人類活動(dòng)而堆填的土。在我國大多數(shù)古老城市的地表面，普遍覆蓋一層人工雜填土堆積層。這種填土無論其物質(zhì)組成，分布特征和工程性質(zhì)均相當(dāng)復(fù)雜，且具有地區(qū)性特點(diǎn)。五、填土人工填土的工程性質(zhì)與天然沉積土比較有很大不同：1、性質(zhì)很不均勻，分布和厚度變化上缺乏規(guī)律性；2、物質(zhì)成分異常復(fù)雜。有天然土顆粒，有磚瓦碎片和石塊，以及人類活動(dòng)和生產(chǎn)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。五、填土填土的工程分類：素填土雜填土沖填土五、填土填土的工程分類：1、素填土由碎石、砂土、粉土或粘性土等一種或幾種材料組成的填土，其中不含雜質(zhì)或雜質(zhì)很少。壓實(shí)或堆填時(shí)間較長(zhǎng)的素填土可以作為一般建筑物的天然地基五、填土填土的工程分類：2、雜填土含有大量雜物的填土。以生活垃圾和腐蝕性及易變性工業(yè)廢料為主要成分的雜