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1、第六章 土的工程地质分类 及各类土的工程地质特性,第一节 土的工程地质分类第二节 土的一般性分类及一般土的工程地 质特性第三节 特殊土的工程地质特性,第一节 土的工程地质分类,一、土的工程地质分类的基本类型 土的工程地质分类，按其具体内容和适用范围，可以概括地分为三种基本类型： 1一般性分类。对包括工程建筑中常遇到的各类土，考虑土的主要工程地质特性进行划分。这是一种比较全面的综合性分类，有着重大的理论和实践意义。最常见的土分类就是这种分类，又称通用分类。 2局部性分类。仅根据一个或较少的几个专门指标，或仅对部分土进行分类，例如按粒度成分的分类，按塑性指数的分类及按压缩性分类等。这种分类应用范围
2、较窄，但划分明确具体，是一般分类的补充和发展。 3专门性分类。根据某些工程部门的具体需要而进行的分类。它密切结合工程建筑类型，直接为工程设计施工,服务。如水利水电、地质、工业与民用建筑、交通等部门都有相应的土的分类，并以规范形式颁布，在本部门统一执行。专门性分类是一般性分类在实际运用中的补充和发展。 二、 土的工程地质分类的一般原则和形式 原则：1. 在充分认识土的不同特殊性的基础上归纳其共 性，将客观存在的各种土划分为若干不同的类或组； 2.不同类型的土有各自的地质特点，工程特性存在一定的差异； 3.要考虑到分类指标能反映土的特性，且测定方法简便。,土是自然历史的产物，其特性与土的成因有密切
3、关系，故常将成因和形成年代作为最粗略的第一级分类标准，即所谓地质成因分类。土的物质成分(粒度成分和矿物成分)及其与水相互作用的特点，是决定土的工程地质性质的最本质因素，故将反映土的成分和与水相互作用的有关特征作为第二级分类标准，即所谓土质分类。土质分类，可初步了解土的最基本特性及其对工程建筑的适用性及可能出现的问题。但由于土的结构及其所处的状态不同，土的指标变化很大。为提供工程设计施工所需要的资料，必须进一步进行第三级土的分类，即工程建筑分类。按土的具体特性，主要考虑与水作用所处的状态(如饱水程度、稠度状态、膨胀性或收缩性、湿陷性、冻胀性或热融性等)、土的密实程度或压缩性特点，将士进行详细的划
4、分，以满足工程建筑的要求。,土质分类是土分类的最基本形式，有两种分类原则:一是按土的粒度成分；二是按土的塑性特性。粒度成分决定着土粒的连结和排列方式，在一定程度上能反映土中矿物成分的变化，与土的形成条件有关，一直是土质分类的重要标准，但它不是影响土性质的唯一因素。土的化学矿物成分是决定土的性质的主要物质依据。不同矿物与水作用程度不同，土的性质变化很大。实践表明，土的粒度成分和矿物成分是影响土可塑性的最主要因素，所以把塑性指数作为土质分类的重要指标。它反映了土的粒度和矿物亲水性的综合影响，而且测定简便。 塑性指数只表示液限与塑限的差值，不同的液限和塑限可得到相同的塑性指数，但土的性质却可能不一样
5、。随着液限的增大，土的压缩性增强，干强度降低。一般说，塑性指数是随着液限的增大和塑限的增大而增大，但塑限主要取决,于强结合水，受土粒的吸引较强，对外界的影响变化较小，而液限主要取决于弱结合水，受土粒的吸引较弱，随外界的影响而变化。因此，液限是反映细粒土粒度成分、矿物组成、有机质、交换阳离子成分等特征的一个很灵敏的综合指标。同时，塑限的测定存在着较大的人为误差，故单纯按塑性指数作为分类指标，不够完全合理。因此，联合使用塑性指数和液限(塑性图)作为分类指标更为完善。 土分类方案有三种：一种是按粒度成分；一种是按塑性指数；一种是综合考虑粒度成分和塑性的影响。三、我国主要的土质分类简介,80年代以前，
6、我国应用最广的土质分类是水电部l 962年颁发的土工试验操作规程中的土分类。它采用两种平行的分类体系，一种是按粒度成分分类，一种是按塑性指数分类。应用较广的还有国家建委于1974年和1979年颁布的工民建地基基础设计规范和工民建工程地质勘察规范中的土分类，它们综合考虑了颗粒级配和塑性指数，作为分类指标，并考虑了地质成因、堆积年代的影响，根据土的工程特征分出特殊性土。水电部于1979年修订的土工试验规程制定了与国外统一土质分类相类似的新分类。交通部于1981年公路土工试验规程和地矿部1984年土工试验规程也规定了近似的统一土质分类。统一分类按粒度将土分为粗粒土、细粒土等；粗粒土按颗粒级配再进行细
7、分；细粒土按塑性图和有机质含量再进行细分。,20世纪90年代以前，我国缺乏统一的土质分类，通过有关部门的调查研究，参考了国内外有关规范和标准，总结了我国土质分类的实践经验，经批准作为国家标准的土的分类标准(GBJl4590)是我国工程建设所涉及土类的通用分类标准，结束了无全国统一土分类的局面。经过修订的岩土工程勘察规范(GB5002194)中规定的“土的工程分类”是目前工程建设中应用最广泛而有重大影响的一种专门分类标准。下面着重介绍这两种土质分类。1土的分类标准(GBJl4590)中土的分类 该标准适用于各类工程用土的鉴别、定名和描述，以便于对土的性状作定性评价，是土的通用分类标准。,土的分类
8、是根据土的颗粒组成及特征、土的塑性指标(塑性图)和土中有机质存在情况等指标确定的，将土分为一般土和特殊土两大类。一般土，按其不同粒组的相对含量可划分为巨粒土和含巨粒土、粗粒土、细粒土；巨粒土和含巨粒土、粗粒土，按粒组、级配、所含细粒情况细分为16种土类；细粒土按塑性图、所含粗粒类别及有机质情况细分为16种土类(图61)。各类土都给以一定命名和代号。特殊土包括软土、膨胀土、黄土类土、红土、盐渍土、填土等类。 土的粒组划分如表11方案三所示。划分巨粒组、粗粒组、细粒组的界限分别为60mm和0.075mm。塑性图有两种，根据所采用的液限标准进行选用，基本上等效(图62)。,土的分类的方法大致如下：
9、(1)当土中巨粒组质量多于总质量的15时，属于巨粒土和含巨粒的土，按巨粒含量和漂石粒含量细分为6类。 (2)当土中巨粒组质量少于总质量的15时，属于粗粒土和细粒土。 (3)当土中粗粒质量多于总质量的50时，称粗粒土，包括砾粒组超过50的砾类土和砾粒组少于或等于50的砂类土。 (4)砾类土，根据其中的细粒含量及类别、粗粒组的级配可划分5类。砂类土与砾类土划分相同，将“砾”字改为“砂”字，代号“G”改为“S”即可。 (5) 当土中细粒质量多于或等于总质量的50时称细粒土。其中粗粒含量少于25的称细粒土，粗粒含量为25一50的称含粗粒的细粒土，含部分有机质的土称,有机质土。 (6)粗粒含量少于35的
10、细粒土，按图62的塑性图确定为4类。 (7)在含粗粒的细粒土中，当粗粒中砾粒占优势时称含砾细粒土；再按塑性图细分为4类。当粗粒中砂粒占优势时称含砂细粒土；再按塑性图细分为4类。 (8)有机质土中的有机质可采用目测、手摸或嗅感判别。当不能判别时，可将土样放入100一110的烘箱烘烤，烘烤后土样的液限小于烘烤前土样液限的0.75时，该土即为有机质土；再按塑性图细分为4类。 2岩土工程勘察规范(GB5002194)中土的分类,该分类体系是结合我国土质条件和多年实践经验，经改进、补充而形成的岩土工程专门分类。考虑到土的天然结构连结的性质和强度，首先按堆积年代和地质成因进行划分，并将某些特殊条件下形成具
11、特殊工程性质的区域性特殊土与一般性土区别开来。按颗粒级配或塑性指数将士分为碎石土、砂土、粉土和粘性土四大类，并结合堆积年代、成因和某种特殊性质综合定名。其划分原则与标准分述如下： (1)土按堆积年代可划分为以下三类： 老堆积土：第四纪晚更新世Q3及其以前堆积的土层，一般呈超固结状态，具有较高的结构强度； 一般堆积土：第四纪全新世(文化期以前Q4)堆积的土层；,新近堆积土：自文化期以来新近堆积的土层Q4，一般处于欠压密状态，结构强度较低。 (2)根据地质成因可将士分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土、风积土和海积土等。 (3)根据有机质含量(按灼失量试验确定)可将士分为无机土、有机
12、质土、泥炭质土和泥炭，其含量分别为5，5一10，10一60，60。 (4)按颗粒级配和塑性指数可将士分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。 碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量50。根据颗粒级配和颗粒形状表6-1分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。,砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量的50，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量50的土。根据颗粒级配，按表62分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。,粉土：粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量的50，且塑性指数少于或等于10的土。 粘性土：塑性指数大于10，又分为粉质粘土(10Ip17)和粘土(Ip17)。,此外，具有一定分
13、布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土称为特殊性土，单独分出，包括湿陷性土、红粘土、软土、填土、多年冻土、膨胀土、盐渍土、污染土。3两种土质分类的对比 从以上介绍的我国两种土质分类(通用分类标准和专门分可看出，二者考虑的基本原则是相同的，即综合考虑了粒度和塑性的影响，粗粒土考虑粒度为主，细粒土考虑塑性特性为主，井将特殊土与一般土区分开。但通用标准考虑更为仔细些。不同土类，按照决定其性质的主要因素划分，但也考虑到次要因素，如考虑到含较多巨粒的土的性质较为特殊，将巨粒含量超过15的土单独分出来，以弥补以往分类中的不足。粗粒上按粗粒粒度划分，也考虑到,细粒含量的影响。细粒土按塑性图划分，
14、也考虑到粗粒及有机质的影响。 塑性图与塑性指数基本接近，只是将Ip 17换为L40的B线，增加了A线，保存Ip 10横线，将土分为四大类。统计我国各类细粒土3万件表朗，用塑性图和用塑性指数定名，有82.7是相同的，只有少量特殊性土定名略有差异。分类体系从简到繁，逐步划分，能反映各类土的基本属性；判别指标简易可行；与传统分类一样，只作筛分和液、塑限试验，不增加试验工作量。两种土质分类命名对照情况如表53所示。,第二节 土的一般性分类及一般土的工程地质特性,在工程岩土学中，土的工程地质分类主要着重土的一般性分类，土的一般性分类有以下的基本内容。 土的第一级分类是地质成因类型。按土的成因来划分，主要
15、考虑了自然地理、地质环境、地质营力和地质作用等因素，有时可考虑到土的地质时代，如Q3湖积土、Q4冲积土等。这种分类可作为编制一般性小比例尺工程地质概略图(如比例尺为1 :200000，1:100000，1:50000)时划分土类之用，供规划阶段制定规划方案，以说明区域地质条件，分析一般工程地质条件。,土的第二级分类是土质类型。按土的形成条件和内部连结，划分为最常见的“一般土“和由于在一定条件下形成的具有特殊成分或结构，表现出一定特殊性质的“特殊土”。 一般土，可划分为巨粒土、粗粒土和细粒土；特殊土包括淤泥类土、黄土类土、膨胀性土、人工填土、冻土等类型。根据土的粒度成分和塑性指数，也即决定土性质
16、的最主要因素，可以进一步再细分(图61)。这种分类可作为中等比例尺工程地质图(如比例尺为1:25000,1:10000，l:5000)划分土类之用，供选择场地阶段确定设计的计算原则，初步预测场地的稳定性，以便进行场地工程地质条件比较。,土的第三级分类是土的工程地质性质。主要考虑与水作用的特点(饱水状态，稠度状态，膨胀性，湿陷性等)、土的密实情况或压缩性进行划分。这些划分必须测得土的专门试验指标，用具体指标作为划分不同土类的标准。这种分类可作为大比例尺工程地质详图(如比例尺1:2000，1:1000，1:500)划分土类之用，可以满足设计阶段设计计算的要求，以便评价建筑地段的稳定性。 一般土，按
17、粒度成分相连结特征常分为巨粒土、粗粒土和细粒土三类。前两类以前统称为无粘性土，后一类称粘性土。无粘性土的工程性质主要取决于粒度成分和土粒排列松密情况，直接决定着土的孔隙性、透水性和力学性质。因此，无粘性土常按粒度和松密程度进行详细分类。,细粒土的性质主要取决于连结情况(稠度状态)和密实度，与土中粘粒含量、矿物亲水性及水与土粒相互作用有关。因此，粘性土常按塑性指数和稠度状态进行详细分类。 表64综合列出了一般土中几类土的成分、结构和工程地质性质的基本特征和常见(中等密度或可塑状态)的一些指标范围。,一、砾类土 通常将粒径602mm的颗粒含量占50以上的土称为砾类土，又称碎石土。砾类土颗粒粗大，主
18、要由岩石碎屑或石英、长石等原生矿物组成，呈单粒结构孔隙大，透水性极强，压缩性很低，内摩擦角大，抗剪强度也大。这些性质都与粗粒的含量及其孔隙中充填的充填物质和数量有关。典型的流水沉积的砾类土，分选较好，孔隙中充填物主要为砂粒，且数量较少，故透水性最强，压缩性最低，抗剪强度最大。基岩风化碎石和山坡堆积碎石类上或冰川堆积泥砾，产状复杂，分布不均，分选较差，充填大量砂粒、粉粒、粘粒等细小颗粒，因而，其性质常处于砾类土和粘性土之间，透水性相对较弱，内摩擦角较小，抗剪强度较低，压缩性稍大，要注意其不均匀性。,总的来说，砾类土是一般建筑物的良好地基，只是在含水时，由于透水性强，开挖基坑过程中往往涌水量很大；
19、作为坝基、渠道帮壁和底板时，也往往产生严重渗漏或潜蚀，常伴随发生帮壁坍塌，边坡失稳等现象。 二、砂类土 通常将粗粒(0.075mm)含量占50以上、砾粒含量50、粘粒含量极少、以砂粒为主的土称为砂类土，其塑性极低或无塑性(Ip 3)。砂粒的矿物成分以石英、长石及云母等原生残余矿物为主。粘粒含量很少，对土的性质基本上没有影响。故砂类土一般都没有连结，呈单粒结构，透水性强，压缩性低，且压缩过程甚快，内摩擦角较大，承载力较高。这些特性与砂粒大小和密实度有关，特,别是砾砂土、粗砂土、中砂土，这些特性较明显，是一般建筑物的良好地基，也是良好的混凝土骨料；问题是开挖时可能严重涌水。细砂土、粉砂土的工程地质
20、性质较差，特别是受振动时易产生液化现象，开挖时也极易随同地下水涌入基坑，形成流砂；因其颗粒细小，般不宜用作混凝土骨科。 三、细粒土(粘性土) 通常将粗粒含量(0.075mm)不到50的土称为细粒土，以往习惯称为粘性土，粘粒含量较多，含较多亲水性的粘土矿物，具结合水连结和团聚结构，有时有胶结连结，孔隙较细而多；随着含水率的不同，土表现出固态、塑态、流态等不同稠度状态。由于水分的浸入或蒸发，土,的体积会膨胀或收缩；压缩量较大而过程缓慢，抗剪强度主要取决于内聚力，内摩擦角较小。 粘性土的性质主要取决于连结和密实度，即与粘粒含量、调度、孔隙比有关。随着粘粒含量的增多，粘性土的塑性、收缩性和膨胀性、透水
21、性、压缩性、抗剪性等有明显变化。例如，从亚粘土到粘土，土的塑性指数、收缩率、膨胀率和内聚力逐渐增大，而渗透系数、内摩擦角则逐渐减少。粘性土受稠度状态的影响最大，近流态或软塑态的土，具有较高的压缩系数和较低的抗剪强度，会引起地基的过量变形，边坡不稳定；而固态或硬塑态的土，具有较低的压缩性，较高的抗剪强度，地基和边坡都较稳固。粘性土是常用的修筑堤坝的土料。,地基土分类将塑性指数Ip 10的土称为粉土，作为砂土和粘性土的过渡类型，其性质界于两者之间。粉土分砂质粉土和粘质粉土两类(以粘粒含量10为界)，前者性质更接近粉细砂后者更接近粘性土。对这些土，应考虑是否存在粉细砂问题，能否出现如液化、流砂等现象。,
