第5章土的性质和分类ppt课件.ppt

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1、1,第 5 章 土的工程性质和分类,5.1 土的生成与基本特征,工程上所称的土，是岩石风化的产物。风化、剥蚀、搬运和沉积等过程后，形成的各种松散的堆积物。,风化包括物理风化和化学风化。物理风化是岩石受到机械破坏作用以后，岩石分裂成很多小的碎屑的过程。引起该风化作用的因素很多，主要是温度的变化（日晒雨淋）岩石裂隙中水份的冻结。只发生量的变化，原生矿物。,2,化学风化是指岩石与空气水和各种水溶液相接触，经氧化碳化后形成细小颗粒的过程。其特点是不仅发生了破碎，而且化学成分也发生了变化，即岩石发生了质的变化，次生矿物。,3,不同成因类型的土,(1)残积土,图 5-1 残积土层剖面,残积土是由岩石风化后

2、，未经搬运而残留于原地的土。它处于岩石风化壳的上部，是风化壳中的剧风化带，向下则逐渐变为半风化的岩石。它的分布主要受地形的控制，在雨水产生地表迳流速度小，风化产物易于保留的地方，残积物就比较厚。,4,(2)坡积土,图 5-2 坡积土层剖面,坡积土是残积土经水流搬运，顺坡移动堆积而成的土。其成份与坡上的残积土基本一致。由于地形的不同，其厚度变化大，新近堆积的坡积土，土质疏松，压缩性较高。,5,(3)洪积土,图 5-3洪积土层剖面,洪积土是山洪带来的碎屑物质，在山沟的出口处堆积而成的土。山洪流出沟谷后，由于流速骤减，被搬运的粗碎屑物质首先大量堆积下来，离山渐远，洪积物的颗粒随之变细，其分布范围也逐

3、渐扩大。其地貌特征，靠山近处窄而陡，离山较远宽而缓，形如锥体，故称为洪积扇。山洪是周期性发生的，每次的大小不尽相同，堆积下来的物质也不一样，因此，洪积土常呈现不规则交错的层理。,6,(4)冲积土,冲积土是由于河流的流水作用，将碎屑物质搬运堆积在它流经的区域内，随着从上游到下游水动力的不断减弱，搬运物质从粗到细逐渐沉积下来，一般在河流的上游以及出山口,沉积有粗粒的碎石土、砂土,在中游丘陵地带沉积有中粗粒的砂土和粉土,在下游平原三角洲地带，沉积了最细的粘土。冲积土分布广泛,特别是冲积平原是城市发达、人口集中的地带。对于粗粒的碎石土、砂土，是良好的天然地基，但如果作为水工建筑物的地基，由于其透水性好

4、会引起严重的坝下渗漏；而对于压缩性高的粘土，一般都需要处理地基。,7,(5)风积土,风积土是由风作为搬运动力，将碎屑物由风力强的地方搬运到风力弱的地方沉积下来的土。风积土生成不受地形的控制，我国的黄土就是典型的风积土。主要分布在沙漠边缘的干旱与半干旱气候带。风积黄土的结构疏松，含水量小，浸水后具有湿陷性。,8,(6)湖泊沉积物,湖泊沉积物可分为湖边沉积物和湖心沉积物。湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的，湖边沉积物中近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带沉积的则细颗粒的砂土和粘性土。湖边沉积物具有明显的斜层理构造，近岸带土的承载力高，远岸带则差些。湖心沉积物是由河

5、流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成的，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂簿层，土的压缩性高，强度低。若湖泊逐渐淤塞，则可演变为沼泽，沼泽沉积土称为沼泽土，主要由半腐烂的植物残体和泥炭组成的，泥炭的含水量极高，承载力极低，一般不宜作天然地基。,9,(7)海洋沉积物,按海水深度及海底地形，海洋可分为滨海带、浅海区和深海区，相应的四种海相沉积物性质也各不相同。滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水平或缓倾的层理构造，其承载力较高，但透水性较大。浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏松、含水量高、压缩性大而强度低。陆坡

6、和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。海洋沉积物在海底表层沉积的砂砾层很不稳定，随着海浪不断移动变化，选择海洋平台等构筑物地基时，应慎重对待。,10,（8）冰积土和冰水沉积土,冰积土和冰水沉积土是分别由冰川和冰川融化的冰下水进行搬运堆积而成。其颗粒以巨大块石、碎石、砂、粉土及粘性土混合组成。一般分迭性极差，无层理，但冰水沉积常具斜层理。颗粒呈棱角状，巨大块石上常有冰川擦痕。,11,土的基本特征,（1）土是自然历史的产物,（2）土是相系组合体,（3）土是多矿物组合体,12,5.2 土的组成与结构、构造,土的三相组成,土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的。如果这三种物质在土中所占的比例不同，那么

7、土的性质也将不同。,13,固体颗粒、孔隙中的水和孔隙中的气体通常称为土的三相组成。,固相：构成土的骨架，决定土的性质（大小、形状、成分、组成、排列）。,液相：水和溶解于水中物质。,气相：空气及其他气体。,14,5.2.1 土的固相,一、土的固相部分主要是土粒，有时还有粒间胶结物和有机质，他们构成了土的骨架。,二、土粒的矿物成分原生矿物：物理风化的产物，颗粒较粗，矿物成分同风化前的母岩，如石英、长石和云母等。吸附水的能力弱，性质较稳定，无塑性。次生矿物：是经化学风化后生成的新矿物，它的成分与母岩完全不同，次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石、伊利石和蒙脱石。次生矿物颗粒极细，吸附水的能力比较强，有可

8、塑性。：,15,16,根据组成土的固体颗粒的矿物成分的性质极其对土的工程性质影响不同，分为以下四大类别：原生矿物、不溶于水的次生矿物（以粘土矿物和硅、铝氧化物为主）、可溶盐类及易分解的矿物、有机质。,（1）原生矿物组成土的原生矿物主要有石英、长石、角闪石、辉石、云母等。这些矿物是组成卵石、砾石、砂粒和粉粒的主要成分。它们的特点是颗粒粗大，物理、化学性质一般比较稳定，所以它们对土的工程性质影响比其他几种矿物要小得多。它们对土的工程性质影响的相互差异，主要在于其颗粒形状、坚硬程度和抗风化稳定性等因素。,17,（2）不溶于水的次生矿物组成土的这类矿物主要有：粘土矿物为含水铝硅酸盐，主要有高岭石、伊里

9、石、蒙脱石等三个基本类别，它们是组成粘粒的主要成分。这类矿物的最主要特点是呈高度分散状态胶态或准胶态。因此，决定了它们具有很高的表面能、亲水性及一系列特殊的性质。所以，只要这类矿物在土中有少量存在，就往往引起土的工程性质的显著改变，如产生大的塑性、强度剧烈降低等等。,18,（3）可溶盐类及易分解的矿物土中常见的可溶盐类，按其被水溶解的难易程度可分为：易溶盐主要有NaCI,CaCI2,Na2SO410H2O（芒硝）,Na2CO310H2O（苏打）等；中溶盐主要为CaSO42H2O（石膏）,MgSO4等；难溶盐主要为CaCO3，MgCO3等。,土中易分解矿物常见的主要有黄铁矿（FeS2）及其他硫化

10、物和硫酸盐类。处于还原环境的土（例如深水海淤）中，常含有黄铁矿，呈大小不同的结核状或与土颗粒紧密结合的薄膜状和充填物。,19,（4）有机质在自然界一般土，特别是淤泥质土中，通常都含有一定数量的有机质，当其在粘性土中的含量达到或超过5%（在砂土中的含量达到或超过3%）时，就开始对土的工程性质具有显著的影响。有机质在土中一般呈混合物与组成土粒的其它成分稳固地结合一起，也有时以整层或透镜体形式存在。例如在古湖沼和海湾地带的泥炭层和腐殖层等。有机质对土的工程性质的影响的实质，在于它比粘土矿物有更强的胶体特征和更高的亲水性。所以，有机质比粘土矿物对土性质的影响更剧烈。,20,三、土粒的大小和形状,1粒组

11、 在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒组成的，土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。因此 可将大小相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组 划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。常用界限粒径200、20、2、0.075、0.005mm 土粒分为六大粒组:漂石(块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。见下表。,21,表5-1 土的粒组划分方案,22,筛分法是将风干、分散的代表性土样通过一套筛孔直径与土中各粒组界限值相等的标准筛，称出经过充分过筛后留在各筛盘上的土粒质量，即可求得各粒组的相对百分含量。目前我国采用的标准筛的最小孔径为0.075mm（或0.1mm

12、）。,静水沉降法首先应将土中集合体分散制成悬液，然后根据不同粒径的土粒在静水中的沉降速度不同的原理（斯托克斯定律），测定细粒组的颗粒级配。,23,土粒在静水中沉降时受到土粒的重力和液体水的阻力两种力的作用，斯托克斯（Stokes）根据这两种力的平衡条件建立了土粒直径与沉降速度的关系，即：,v土粒在静水中的沉降速度（cm/s）；d土粒直径（mm）；g重力加速度（981cm/s2）；s土粒密度（g/cm3）；w水的密度（g/cm3）；水的动力粘滞系数（10-3KPas）。,24,Gs土粒比重w1400C纯水的密度（=1g/cm3）第一公式反映的是土粒直径（d）与时间（t）和距离（L）之间的关系，土

13、粒沉降速度与其直径的平方成正比，即大颗粒比小颗粒下沉快得多。利用第二公式进行细粒组的测定，可将土粒与水充分搅拌、停止搅拌后，可测得经某一时间（t），土粒至悬液表面下沉至某一深度处所对应的颗粒直径，这样就可以将大小不同的土粒分离开来或求得小于某粒径（d）的颗粒在土中的百分含量。,25,2粒度成分 土的粒度成分指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示），用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。粒度成分也称为颗粒级配。,土的粒度成分的表示方法：颗粒级配（累积）曲线,累积曲线法是一种图示的方法，用半对数纸绘制，横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径，纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量，如下图所

14、示。,26,27,颗粒级配曲线的应用：颗粒级配曲线的坡度与土的均匀性、级配之间的关系:曲线陡，土粒均匀，级配不好。曲线平缓，土粒不均匀，级配好。确定土粒的级配指标,不均匀系数,Cu值越大，土粒不均匀，累积曲线越平缓；反之，Cu值越小，则土粒越均匀，曲线越陡。工程实际中，将Cu10的土称为级配良好的非均粒土。,28,d60、d30、d10分别表示配曲线上纵坐标为60%、30%、10%时对应粒径。有效粒径(d10)，中值粒径(d30)，限制粒径(d60)；d60d30d10。,曲率系数,工程中常用Cc值来说明累积曲线的弯曲情况，累积曲线斜率很大，表明某一粒组含量过于集中，其它粒组含量相对较少。经验

15、表明，当级配连续时，Cc=1-3；当Cc3时，均表示级配曲线不连续，这种土一般认为是级配不良的土。,29,5.2.2 土中的水和气,一、土中水,土中水可以处于液态、固态和气态。根据作用力的不同，土中水可分为：,土中水的分类,土中水和气体是土的基本组成部分，如果二者比例发生变化，土的状态和性质也会发生改变，其中水对土的性质影响较为显著，气体则不太明显。,30,三大类粘土矿物中，高岭石晶层之间不仅有较弱的范德华键力外，更主要是氧原子和氢氧原子之间的氢键联结，连结牢固，水不能自由渗入，故其亲水性差，可塑性低，胀缩性弱；蒙脱石则反之，晶胞之间只有氧原子和氧原子的范德华键力连结，没有氢键，键力很弱，水分

16、子可自由进入，亲水性强，胀缩性亦强；伊利石的性质介于二者之间（水化离子）。,粘土矿物结构单元示意图,31,二、土粒与水的相互作用,1粘土矿物的结晶结构和基本特征,粘土矿物是主要的次生矿物，是组成粘粒的主要矿物成分。,粘土矿物大多具有由硅氧四面体与铝氧八面体两个基本单位所组成的层状结晶格架。根据不同结晶格架，可形成很多种类的粘土矿物，其中分布较广且对土性质影响较大的是蒙脱石、高岭石和伊利石(或水云母)三种。,粘土矿物晶片示意图,32,2粘粒的带电性质,土中的粘土颗粒在电场中向阳极泳动的现象称为电泳。而土中的液体渗向阴极，称为电渗。这两种现象是同时发生的，称为电动现象。,粘土颗粒的表面带有一定量的

17、负电荷,33,3双电层的概念,粘粒双电层是粘粒表面所带负电荷构成电场的内层（决定电位层）与其吸附的反离子形成电场的外层（反离子层）所构成。,其中反离子层又有两部分组成，一部分紧靠粘粒的反离子被牢固地吸附着排列在粘粒的表面上，电泳时和它一起移动称为固定层；另一部分距颗粒表面较远的反离子分布在颗粒周围，具有扩散到自由溶液中的趋势，称之为扩散层。,反离子层又可称为结合水层。固定层为强结合水层，扩散层为弱结合水层。,34,H2O由带正电荷的H+和负电荷的氧原子组成，粘土粒表面形成电场，吸引水分子带正电荷的H+，使其定向排列，形成结合水膜。,强结合水：没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，牢固地吸附于土

18、粒表面，其性质接近于固体，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。,弱结合水：厚度较强结合水大，具有较高的粘滞度、抗剪强度，仍不能传递静水压力。当含量较多时，使土具有一定的可塑性。,35,重力水：在土中流动的水，受重力作用。,毛细水：存在地下水位以上，受水和空气分界处弯液面上产生的表面张力作用，土中自由水从地下水位通过土的细小通道逐渐上升，形成毛细水。它不仅受重力作用而且还受到表面张力的支配。,三、土中气体,土中气体主要为空气与水气，一般与大气连通，处于动平衡状态，对土的性质影响不大。少数情况下土中存在封闭气体时对土的性质有一定的影响，主要表现在透水不畅，加固土时不易使土压实等。另外封闭气体的突然逸

19、出可造成意外的沉陷。总之，土中气体对土性质的影响不如固体颗粒与土孔隙中的水。,1.开敞气体：对土无影响；2.封闭气体：使土的渗透性减小，弹性增大和拖延了土的压缩和膨胀变形随时间的发展。,36,5.2.4 土的结构和构造,一、土的结构,土的结构：指土粒单元的大小、形状、互相排列及联结的特征。,单粒结构：以点与点接触占优势。粗粒土的结构主要为单粒结构，如碎石土，砂土等粗粒土。根据颗粒间的排列接触关系可分为松散型和密实型。,37,蜂窝结构：主要由粉粒或细砂粒组成的土的结构形式，土粒间就形成了具有很大孔隙的蜂窝状结构。粒径0.075-0.005mm。,絮状结构：（粒径0.005），粘土颗粒特有的结构特

20、征。由于土粒间重力作用很小，土粒在水中长期悬浮不下沉，悬浮在水中的粘土互相聚合，以边-边、面-边的接触方式形成絮状物下沉，沉积为大孔隙的絮状结构。,38,在同一层土中相近的各部分之间的相互关系。是土表现出来的外在宏观特征也称为宏观构造。土的构造最主要特征就是成层性，即为层理构造或层状构造。,二、土的构造,39,5.3 土的三相比例指标,土的三相比例指标是土的基本物理性质，土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。,符号意义统一如下：,V土的总体积；m土的

21、总质量；Vs土中固体颗粒实体的体积；ms土的固体颗粒质量；Vv土中孔隙体积；mw土中液体的质量；Vw土中液体的体积；ma土中空气的质量；Va土中气体的体积。,40,一、三项基本物理指标（试验指标）土的密度、土粒密度、土的含水量三个指标。由于它是通过试验测定的指标又称试验指标。,2.土的密度（天然密度）土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量，其单位是g/cm3，常见值为1.62.2g/cm3。,1.土粒比重（土粒相对密度）Gs：土粒质量与同体积40C纯水的质量之比。,41,3.土的含水量,土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水率。,4.土的干密度,二、特殊条件下的密

22、度,单位体积土中固体颗粒部分的质量,42,5.饱和密度,土中孔隙完全为水充满时的密度,6.土的浮密度,单位体积内土粒质量与同体积的水质量之差,43,三、描述土的孔隙体积相对含量的指标,7.土的孔隙比,土中孔隙的体积与土粒的体积之比,8.土的孔隙率,土中孔隙的体积与土的体积之比,44,9.土的饱和度,土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比。其值为1为饱和土。,四、指标的换算,上面表示土的三相比例关系的指标一共有9个，即：土粒密度、天然密度、干密度、饱和密度、浮重度、含水量、饱和度、孔隙率、孔隙比。它们主要反映了土的密实程度与干湿状态，而且相互之间都有内在联系。土的三相指标之间可以进行换算，由于三个基本

23、指标可以实测，因此，一般用它们来换算其他指标。换算的一般方法是：,45,46,47,48,5.3.2 无粘性土的密实度,1 砂土的密实度,砂土的密实度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6，属密实的砂土，是良好的天然地基，当e大于0.95时，为松散状态，不宜作天然地基。但未考虑土颗粒级配的影响。若考虑级配因素，可采用相对密实度Dr来表示砂土的密实度：,按Dr值可将砂土的密实状态划分如下三类：1Dr0.67 密实的 0.67 Dr0.33 中密的 0.33 Dr0 松散的,49,由于对砂土很难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。规范用标准贯入试验的锤击数来划分砂土的密实度。,2 砂土的密实度用标准

24、贯入锤击数来划分,50,3 碎石土的密实度,碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其中。可采用重型动力触探击数划分（见P26表1-10）,1.4.4 碎石土密实度野外鉴别方法（见P26表）,51,5.3.3 粘性土的物理特性,粘性土最主要的性质是土粒与水相互作用产生的稠度。它反映粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度。,根据含水量的不同，稠度可表现为固态，塑态与流态三种状态。,固态：含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢固，土质坚硬，强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。,塑态：含水量较固态为多，粒间主要为弱结合水连结（即弱结合水或扩散层重叠），在外力作用下容易产生变形，可揉塑成任

25、意形状不破裂、无裂纹，去掉外力后不能恢复原状，即可塑性。,流态：含水量继续增加、粒间主要为液态水占据，连结极微弱，几乎丧失抵抗外力的能力，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆状，受重力作用即可流动。,1 粘性土的可塑性及界限含水量,52,粘性土的稠度状态的变化是由于土中含水量的变化而引起的，粘性土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态，相应于转变点（临界点）的含水量称为稠度界限（界限含水量）。,工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp,稠度界限与稠度状态关系图,由固态转变到流态的界限含水量，称为塑性界限（塑限），由塑态转变到流态的界限含水量，称为液性界限（液限）。,53,粉土的液限在3238%

26、之间，粉质粘土为3846%，粘土为4050%。,塑限常见值为1728%。,粘性土的液限与塑限一般在室内进行测定，液限常采用锥式液限仪，塑限常采用搓条法。,平衡锥5s下沉10mm深度，这时杯中的土样即为土的液限含水率。,54,搓条法即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，用力均匀，搓到土条直径为3mm，出现裂纹，自然断开，这时土条的含水量就是塑限wp值。,55,2 粘性土的可塑性指标,1.塑性指数Ip：指液限和塑限的差值（省去%符号），即土处在可塑状态的含水量变化范围。,IP表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗粒粗细、矿物成分和水中离

27、子成分的浓度有关。土颗粒越细且含量越多，则比表面越大，土的结合水含量越高，IP越大。工程上常采用按塑性指数对粘性土进行分类。,56,2.液性指数IL：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。,IL是反映粘性土软硬状态的指标。,57,粘性土软硬状态的划分,3 粘性土的灵敏度和触变性 天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度衡量：,qu,qu原状、重塑试样的无侧限抗压强度，KPa,58,根据灵敏度将饱和粘性土分为：,低灵敏,中灵敏,高灵敏,触变性：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停止后，强度又随时间增大，这种特性称为触变性。,59,

28、4 粘性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性,1.粘性土的胀缩性一种高塑性粘土,具有吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育等特性，性质极不稳定。又叫膨胀土，常使建筑物产生不均匀的竖向或水平的胀缩变形，造成位移、开裂、倾斜甚至破坏.,自由膨胀率大于或等于40%的土，且具有下列条件可判定为膨胀土。,A.裂隙发育，常见光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土，在自然条件下呈坚硬或硬塑状态；B.多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎；C.常见浅层塑性滑坡、地裂，新开挖坑（槽）壁易发生崩塌等；D.建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。,60,2.土的

29、湿陷性,土的湿陷性是指土在受到水(雨水，生产、生活废水)的浸湿后，土的结构发生破坏而显著下沉的特征。地基常产生大量不均匀下沉(陷)，造成建(构)筑物裂缝、倾斜甚至倒塌。湿陷性土在我国分布很广，要采取一定的预防措施。当湿陷系数=0.015时，定为湿陷土。,Vw-土样在水中膨胀稳定后的体积；V0-土样原有体积,hp 压缩稳定后试样高度；hp 加水湿润后测得下沉稳定后的高度；h0 土样的原始高度,61,3.土的冻胀性,在寒冷地区，当温度等于或低于0时，土处于冻结状态时，有较高的承载力和较小的压缩性，甚至无压缩性；当气温升高，但冻融后承载力大大减弱，压缩性增高，产生大量融沉，对地基的稳定性影响很大，常

30、造成建筑物裂缝、倾斜、倒塌。具有冻胀性的土又称为冻土，土的冻胀性与土的颗粒大小和含水量有关，土颗粒愈粗，含水量愈小，冻胀融沉就愈小(如砂类土基本不冻胀)，反之就愈大(如粉砂粘性土)。冻土按冻结状态又分季节性冻土和永冻土两类。,62,5.3.4 土的力学性质,土的力学性质主要是指土在外力作用下所表现的性质，主要为变形和强度特性。建筑物的建造使地基土中原有的应力状态发生变化，从而引起地基变形，出现基础沉降；当建筑荷载过大，地基会发生大的塑性变形，甚至地基失稳。而决定地基变形、以至失稳危险性的主要因素除上部荷载的性质、大小、分布面积与形状及时间因素等条件外，还在于地基土的力学性质。,63,图5-19

31、 土的应力-应变关系曲线,土的变形具有明显的非线性特征。然而，考虑到一般建筑物荷载作用下地基中应力的变化范围(应力增量)还不很大，如果用一条割线来近似地代替相应的曲线段，其误差可能不超过实用的允许范围。这样，就可以把土看成是一种线性变形体。而土的强度峰值则是按其应变不超过某个界限的相应应力值确定的。,64,天然地基一般由成层土组成，还可能具有尖灭和透镜体等交错层理的构造，即使是同一厚层土，其变形和强度性质也随深度而变。因此，地基土的非均质性是很显著的。但目前在一般工程中计算地基变形和强度的方法，都还是先把地基土看成是均质体，再利用某些假设条件，最后结合建筑经验加以修正的办法进行的。,65,5.

32、4 土的分类标准,分类目的：便于直观评价地基土的性质。分类原则：性质相近的归为一类。分类依据：一般根据地质成因、工程性质分类。在建筑工程中，无粘性土，粗粒土（碎石土、砂土）按粒度成分（颗粒级配）分 类；而粘性土细粒土（粉土、粘土）按塑性指数Ip分类。,在自然界中，土的种类很多。为评价土的工程性质及进行地基基础设计与施工，必须对土进行工程分类。土的分类方法很多，不同的部门根据各自的用途采用不同的分类方法。,5.4.1 土的分类原则,66,5.4.2 土的分类标准,世界各国家、地区、部门，根据自己的传统和经验，都有自己的分类标准。在国际上，土的统一分类标准来源于美国的科学家卡萨格兰特（Casagr

33、ande,1942)提出的一套分类体系。目前我国在工程上对土的分类体系与他相似。土的总的分类体系为：,67,1.巨粒土和粗粒土的分类标准,68,69,2.细粒土的分类标准,细粒土是指粗粒组（0.075mmd60mm)的含量少于25%的土，根据塑性图可进一步细分。,70,5.4.3 地基土的工程分类,1 建筑地基土的分类标准,1.按沉积年代和地质成因划分,老沉积土：第四纪晚更新世及其以前沉积的土；新近沉积土：第四纪全新世近期沉积的土。,残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、淤积土、风积土和冰积土。,2.按颗粒级配（粒度成分）和塑性指数划分,碎石土、砂土、粉土 和粘土,71,（1）碎石土

34、,72,（2）砂土,73,（3）粉土,细粒土按塑性指数 IP划分为粉土和粘性土两大类,74,75,（4）粘性土,粘性土按塑性指数，分为粘土和粉质粘土,76,（2）按有机质含量划分,77,5.4.2 公路桥涵地基土的分类,5.4.3 公路路基土的分类,78,5.5 特殊土的工程性质,特殊土是指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、或结构特征的土。在我国，具有一定分布区域和特殊工程意义的特殊土包括静水环境沉积的软土；主要分布于西北、华北等干旱、半干旱气候区的湿陷性黄土；西南亚热带湿热气候区的红粘土；主要分布于南方和中南地区的膨胀土；高纬度、高海拔地区的多年冻土及盐渍土、人工填土和污染土等。,1

35、.软土软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土。,79,淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用形成的粘性土。这种粘性土含有机质，天然含水量大于液限。当天然孔隙比e大于15时称为淤泥；天然孔隙比e 小于15而大于1o时，称为淤泥质土；当土的烧失量大于5时，称有机质土；大于60时，称泥炭。软土的成因类型软土按沉积环境有下列类型：滨海沉积 湖泊沉积 河滩沉积 沼泽沉积 软土的分布 软土在我国沿海地区分布广泛，内陆平原和山区亦有分布。我国东海、黄海、渤海、南海等沿海地区以及溺谷相沉积的闽江口平原，河滩相沉积的长江中下游、珠江下游

36、、淮河平原、松辽平原等地区。,80,软土的工程性质 触变性 流变性 高压缩性 低强度 低透水性 不均匀性,2.膨胀土膨胀土的成因和分类 膨胀土的地质成因多以残坡积、冲积、洪积、湖积为主。一般位于盆地内垅岗、山前丘陵地带和河流二、三级阶地上。我国膨胀土，按其成因及特征基本分为三类：第一类为湖相沉积及风化层，粘土矿物中以蒙脱石为主，自由膨胀率、液限、塑性指数都较大，土的膨胀、收缩性最显著；第二类为冲积、冲洪积及坡积物，粘土矿物中以伊利石为主，自由膨胀率和液限较大，土的膨胀、收缩性也显著；第三类为碳酸盐类岩石的残积、坡积及洪积的红粘土，液限高，但自由膨胀率常小于40，故常被定为非膨胀土，但其收缩性很

37、显著。,81,膨胀土的工程地质特性 1.颜色：膨胀土一般呈红、黄、褐、灰白等色，具斑状结构，常含铁、锰或钙质结核，具网纹开裂，有蜡状光泽的挤压面，类似劈理。2.成分：矿物成分以蒙脱石和伊利石为主，高岭石和多水高岭石较少。化学成分以Si02和Al2O3、Fe203为主。3.状态：液限和塑性指数都较大，饱和度较大，一般都在80以上。但天然含水量较小，多为1736，一般为20左右。所以，膨胀土常处于硬塑或坚硬状态。4.遇水膨胀，失水收缩：膨胀土强度较高，压缩性中等偏低，故常被误认为是较好的天然地基。当含水量增加和结构扰动后，力学性质减弱明显。研究表明，浸湿且结构破坏的重塑土，其抗剪强度可比原状土降低

38、1323，其中内聚力降低明显，内摩擦角降低较少；压缩性增大，压缩系数可增大l412。,82,3.湿陷性黄土 黄土的成因和分布 黄土是第四纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色。我国黄土分布面积约64万km2。其中具有湿陷性的约27万km,黄土的成分 黄土的颗粒组成：黄土以粉土(005mm0005mm)为主，平均含量达50以上。黄土的矿物成分:粗矿物一般为次棱角状到棱角状，表面比较新鲜，较少受到风化；细粒矿物以伊利石、蒙脱石为主，反映黄土形成于比较干燥的气候条件下，并具有较大的湿陷性。黄土的化学成分:黄土的化学成分与黄土的矿物成分和风化有关。主要有Si02、

39、Al2O3、CaO，其次为Fe203、MgO和K2O，此外尚含微量分散元素。,83,黄土中的易溶盐类，以碳酸盐为主，氯化物和硫酸盐次之。,黄土的结构特征黄土的结构与成因密切相关。黄土孔隙率高达4050，这是由于除粒间小孔外，黄土中还发育各种特有的大孔隙。由于这些大孔隙的存在，黄土具有特殊的工程地质性质湿陷性。,黄土的基本工程地质特征 压缩性：我国湿陷性黄土的压缩系数介于o11OMPa-1之间。抗剪强度：当黄土的含水量低于塑限，水分变化对强度的影响最大，随着含水量的增加，土的内摩擦角和内聚力都降低较多；但当含水量大于塑限时，含水量对抗剪强度的影响减小；而超过饱和含水量时，抗剪强度的变化就不大浸水

40、过程中，黄土湿陷处于发展之中，此时土的抗剪强度降低最多。,84,4.红粘土 红粘土的定义与形成条件 碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土。其液限一般大于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育。红粘土的形成，一般应具备气候和岩性两个条件。其气候特点是，气候变化大，年降水量大于蒸发量，潮湿的气候有利于岩石的机械风化和化学风化；就岩性而言，主要为碳酸盐类岩石，当岩层褶皱发育、岩石破碎时，更易形成红粘土。,红粘土的分布规律 红粘土主要为残积、坡积类型，也有洪积类型，其分布多在山区或丘陵地带。,红粘土的成分特点,85,红粘土的粒度成分中，小于0005 mm的粘

41、粒含量为6080，其中小于o002 mm的胶粒占4070，使红粘土具有高分散性。红粘土的矿物成分主要为高岭石、伊利石和绿泥石。粘土矿物具有稳定的结晶格架，细粒组结成稳固的团粒结构，土体近于两相系且土中水多为结合水，所有这些都是决定红粘土具有良好力学性能的基本因素。,红粘土的基本工程地质特征 红粘土的物理力学性质：红粘土的物理力学性质具有两大特点，一是天然含水量、孔隙比、饱和度以及塑性界限(液限和塑限)都很高，但却具有较高的力学强度和较低的压缩性；二是各种指标的变化幅度很大。红粘土的裂隙性与胀缩性：处于坚硬和硬塑状态的红粘土层，由于胀缩作用形成了大量裂隙。有些地区的红粘土具有一定的胀缩性，红粘土

42、的胀缩性能表现为以缩为主。即在天然状态下膨胀量微小，收缩量较大，经收缩后的土试样浸水时，可产生较大的膨胀量。红粘土中的地下水特征：红粘土的透水性微弱，它的补给来源主要是大气降水。红粘土层中的地下水水质属重碳酸钙型水，对混凝土一般不具腐蚀性。,86,5 填土,1填土分布概况与研究意义 填土是一定的地质、地貌和社会历史条件下，由于人类活动而堆填的土。由于我国幅员广大，历史悠久，因此在我国大多数古老城市的地表面，广泛覆盖着各种类别的填土层。这种填土层无论从堆填方式、组成成分、分布特征及其工程性质等方面，均表现出一定的复杂性。各地区填土的分布和物质组成特征，在一定程度上可反映出城市地形、地貌变迁及发展

43、历史，例如在我国的上海、天津、杭州、宁波、福州等地，填土分布和特征都各有其特点。,87,2填土的工程分类及工程地质问题 在建筑地基基础设计规范中，对填土根据其组成物质和堆填方式形成的工程性质的差异，划分为素填土、杂填土和冲填土三类。,（1）素填土 素填土为由碎石、砂土、粉土或粘性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或杂质很少。按其组成物质分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土和粘性素填土。素填土经分层压实者，称为压实填土。,88,（2）杂填土杂填土为含有大量杂物的填土。按其组成物质成分和特征分为：建筑垃圾土：主要为碎砖、瓦砾、朽木等建筑垃圾夹土石组成，有机质含量较少；工业废料土：由工业废

44、渣、废料，诸如矿渣、煤渣、电石渣等夹少量土石组成；生活垃圾土：由居民生活中抛弃的废物，诸如炉灰、菜皮、陶瓷片等杂物夹土类组成。一般含有机质和未分解的腐殖质较多，组成物质混杂、松散。,89,（3）冲填土(亦称吹填土)冲填土系由水力冲填泥砂形成的沉积土，即在整理和疏浚江河航道时，有计划地用挖泥船，通过泥浆泵将泥砂夹大量水分，吹送至江河两岸而形成的一种填土。在我国长江、上海黄浦江、广州珠江两岸，都分布有不同性质的冲填土。由于冲填土的形成方式特殊，因而具有不同于其他类填土的工程特性,90,6.冻土冻土的分类：冻土是指温度等于或低于摄氏零度、且含有冰的各类土。根据其冻结时间可分为 季节性冻土：季节性冻土

45、是受季节性的影响，冬季冻结，夏季全部融化，呈周期性冻结、融化的土。多年冻土：多年冻是冻结状态持续多年(一般是3年以上)不融的冻土，多年冻土常存在于地面下的一定深度，其部接近地表部分，往往亦受季节性影响，冬冻夏融，此冬冻夏融的部分常称为季节融冻层。,冻土的力学性质 冻土的融化压缩 冻胀量法向和切向冻胀力 冻结力：冻土与基础表面通过冰晶胶结在一起，这种胶结力称为基础与冻土间的冻结强度，简称冻结力。冻土的抗剪强度,冻土的工程性质,91,季节性冻土的工程性质：冻土的冻胀和融陷与土的颗粒大小及含水量有关，一般土粒愈粗，含水量愈小，土的冻胀和融陷愈小；反之则愈大。多年冻土的工程性质：A.不融陷土 B弱融陷土 C.中融陷土 D.强融陷土 E.极融陷土,7.盐渍土 盐渍土的成因与分类 盐渍土系指含有较多(大于o5)易溶盐类的土。这类土常具有吸湿、松胀等特性。盐渍土主要形成于干旱半干旱地区，因为这些地区蒸发量大、降雨量小、毛细作用强，所以极利于盐分在地表聚集。绝大部分盐渍土分布地区，地表有一层白色盐霜或盐壳，厚数厘米至数十厘米。,盐渍土的工程性质 氯盐类盐渍土：力学强度随总含盐量的增加而增加硫酸盐类盐渍土：力学强度随总含盐量的增加而减小，其原因是由于硫酸盐渍土具有松胀性和膨胀性.碳酸盐类盐渍土：由于存在大量的吸附性钠离子，遇水时即发生强烈的膨胀作用，导致地基稳定性及强度降低，边坡坍滑等。,