2.3土的工程地质性质.ppt

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1、2.32.3土的工程地质性质土的工程地质性质土土:地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、剥蚀搬运、沉积，形成地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、剥蚀搬运、沉积，形成固体固体矿物、水和气体的集合体矿物、水和气体的集合体。土的物质成分土的物质成分:由碎石由碎石(保留原岩矿物成分保留原岩矿物成分)、砂、砂(多是单个矿物多是单个矿物)和次和次生矿物、有机物、某些化学物质组成。生矿物、有机物、某些化学物质组成。碎石和砂碎石和砂仍保留着原岩的矿物成分，如石英、长石和云母等，颗粒仍保留着原岩的矿物成分，如石英、长石和云母等，颗粒较粗，性质较稳定。较粗，性质较稳定。次生矿物次生矿物是原生矿物经化学风化作用后，进一步

2、分解形成的新矿物，是原生矿物经化学风化作用后，进一步分解形成的新矿物，它的成分与母岩的完全不同，颗粒变得更细，甚至成胶状物。次生矿它的成分与母岩的完全不同，颗粒变得更细，甚至成胶状物。次生矿物主要有黏土矿物、次生物主要有黏土矿物、次生SiOSiO2 2、A1A12 2O O3 3、和、和FeFe3 3O O4 4等，是黏粒的主要矿物等，是黏粒的主要矿物成分。成分。有机质有机质是土中动植物残骸和微生物，以及它们的各种分解和合成产物。是土中动植物残骸和微生物，以及它们的各种分解和合成产物。通常将分解不完全的植物残骸称为通常将分解不完全的植物残骸称为泥炭泥炭，它疏松、多孔；把完全分解它疏松、多孔；把

3、完全分解的生物残体称为的生物残体称为腐殖质腐殖质，它的颗粒细小，具有胶体性质，对土的性质，它的颗粒细小，具有胶体性质，对土的性质影响较大。影响较大。注：注：(土的粒度成分、结构、构造及土的分类均已在土力学中介绍，此土的粒度成分、结构、构造及土的分类均已在土力学中介绍，此不重复，转本课件第不重复，转本课件第2828帧帧我国主要特殊土的工程地质特征我国主要特殊土的工程地质特征)土的粒度成分土的粒度成分 土粒的大小通常以直径的大小来表示，简称土粒的大小通常以直径的大小来表示，简称粒径粒径，又称又称粒度粒度，以，以“mm“mm“为单位。介于一定范围的土为单位。介于一定范围的土粒，称为粒，称为粒组粒组，

4、或称，或称粒级粒级。土的粒度成分土的粒度成分：是指土中不同粒组颗粒的相对含：是指土中不同粒组颗粒的相对含量，用不同粒组颗粒的重量占该土颗粒的总重量量，用不同粒组颗粒的重量占该土颗粒的总重量的百分比来表示，是决定土的工程性质的主要内的百分比来表示，是决定土的工程性质的主要内在因素之一，是土的类型划分依据。在因素之一，是土的类型划分依据。粒组划分粒组划分(土的分类标准土的分类标准GBJ145-1990)粒粒 组组 名名 称称粒粒 组组 范范 围围 /mm/mm粒粒 组组 名名 称称粒粒 组组 范范 围围 /mm/mm漂石（块石）漂石（块石）粒组粒组 200200砂粒粒组砂粒粒组0.075-20.0

5、75-2卵石（碎石）卵石（碎石）粒组粒组 20-20020-200粉粒粒组粉粒粒组0.005-0.075 0.005-0.075 砾石粒组砾石粒组 2-20 2-20 粘粒粒组粘粒粒组0.005 0.005 土的结构和构造土的结构和构造土的工程地质性质与它的结构构造密切相关土的工程地质性质与它的结构构造密切相关。研究证明，土受力作用后，其化学矿物成分变研究证明，土受力作用后，其化学矿物成分变化不大，而土的结构却经受各种变化。土的强化不大，而土的结构却经受各种变化。土的强度、变形等力学特性在很大程度上是与其结构度、变形等力学特性在很大程度上是与其结构构造有关的。构造有关的。土的结构土的结构：是指

6、土粒或土粒集合体的大小、形：是指土粒或土粒集合体的大小、形状、表面特征、相互排列及粒间连结关系。一状、表面特征、相互排列及粒间连结关系。一般分为般分为单粒结构、蜂窝状结构和絮状结构单粒结构、蜂窝状结构和絮状结构三种三种典型类型。典型类型。1)1)碎石土与砂土的结构类型碎石土与砂土的结构类型单粒结构单粒结构单粒结构是砂、砾等粗粒土在沉积过程中形成的单粒结构是砂、砾等粗粒土在沉积过程中形成的代表性结构类型。代表性结构类型。粗大的土粒在水中或空气中受自重下落堆积，土粗大的土粒在水中或空气中受自重下落堆积，土粒间的分子引力很小，粒间几乎没有相互连结作粒间的分子引力很小，粒间几乎没有相互连结作用，只是细

7、粒砂土在潮湿时存在毛细水连结。用，只是细粒砂土在潮湿时存在毛细水连结。由于土粒堆积时的速度及受力条件不同，由于土粒堆积时的速度及受力条件不同，单粒结单粒结构可以分成疏松的与紧密的两种。构可以分成疏松的与紧密的两种。单粒结构的特征单粒结构的特征是颗粒之间为点与点的接触，如是颗粒之间为点与点的接触，如图图2.72.7所示。所示。特征：疏松的单粒结构特征：疏松的单粒结构土粒的磨圆度差，呈棱角土粒的磨圆度差，呈棱角状或片状，是在堆积速度快的情况下形成的。反状或片状，是在堆积速度快的情况下形成的。反之，若土粒浑圆，堆积过程缓慢，则常常形成之，若土粒浑圆，堆积过程缓慢，则常常形成紧紧密的单粒结构密的单粒结

8、构。工程性质：工程性质：紧密单粒结构的土，由于其土粒排列紧密单粒结构的土，由于其土粒排列紧密，在动、静荷载作用下都不会产生较大的沉紧密，在动、静荷载作用下都不会产生较大的沉降，是良好的天然地基；但疏松的单粒结构的土，降，是良好的天然地基；但疏松的单粒结构的土，骨架不够稳定，在动力作用下，土粒易错位，土骨架不够稳定，在动力作用下，土粒易错位，土中孔隙迅速减小，土体下沉，因此须经处理后方中孔隙迅速减小，土体下沉，因此须经处理后方能用作建筑物地基。能用作建筑物地基。2)2)黏性土的结构类型黏性土的结构类型微小的黏粒外形呈微小的黏粒外形呈薄片状或针状薄片状或针状，表面常带负电，表面常带负电，而侧面断口

9、处有时带正电，它们除了单个颗粒相而侧面断口处有时带正电，它们除了单个颗粒相接触外，更常见的是以接触外，更常见的是以“面面”与与“面面”相叠成相叠成“叠片体叠片体”或相聚而成或相聚而成“叠聚体叠聚体”的形式存在，它的形式存在，它们是组成黏性土微结构的单元体，其相互接触的们是组成黏性土微结构的单元体，其相互接触的主要形式基本上与单个颗粒相似。主要形式基本上与单个颗粒相似。黏性土的结构黏性土的结构有蜂窝状结构和絮状结构两种。有蜂窝状结构和絮状结构两种。(1)(1)蜂窝状结构蜂窝状结构：当粒径在：当粒径在0.02 mm0.02 mm0.002 mm0.002 mm，土粒在水中沉积时，基本，土粒在水中沉

10、积时，基本上是单个土粒下沉，下沉途中碰上已上是单个土粒下沉，下沉途中碰上已沉积的土粒时，由于沉积的土粒时，由于粒间的相互引力粒间的相互引力大于其重力，因此土粒就停留在最初大于其重力，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下沉，土粒彼此接触的接触点上不再下沉，土粒彼此接触形成形成链状体链状体，呈，呈多角环状多角环状，形成具有，形成具有大量孔隙的蜂窝状结构。大量孔隙的蜂窝状结构。结构特征：结构特征：孔隙一般远大于土粒本身孔隙一般远大于土粒本身的尺寸，因此这种土的尺寸，因此这种土结构疏松、强度结构疏松、强度低、压缩性高。低、压缩性高。除黏土外，某些粉土也具有这种结构除黏土外，某些粉土也具有这种结构特征，

11、如图特征，如图2.8(a)2.8(a)所示。所示。(2)絮状结构：絮状结构：当土粒小于当土粒小于0.002 mm0.002 mm时，土粒能在水中时，土粒能在水中长期悬浮，在处于电介质浓度大的环境中长期悬浮，在处于电介质浓度大的环境中(如海水如海水)，黏，黏粒以粒以边边-面或面面或面-面接触面接触，相互凝聚而下沉，形成，相互凝聚而下沉，形成海绵状海绵状的多孔结构的多孔结构，这种情况土的孔隙比较大，如图，这种情况土的孔隙比较大，如图2.8(b)2.8(b)所所示。示。土的构造土的构造是是指土体构成上的不均匀特征的总和。指土体构成上的不均匀特征的总和。碎石土：碎石土：常呈块状构造、假斑状构造，粗碎屑

12、之间有细碎屑或土常呈块状构造、假斑状构造，粗碎屑之间有细碎屑或土充填，粗碎屑含量多时，其力学强度较大，但透水性也较大；当充填，粗碎屑含量多时，其力学强度较大，但透水性也较大；当粗碎屑由土包围，则其工程性质与土有关粗碎屑由土包围，则其工程性质与土有关。砂类土砂类土：常见有水平层理和交错层理构造，但有时与黏性土交替，：常见有水平层理和交错层理构造，但有时与黏性土交替，构成构成“千层土千层土”或夹层。或夹层。黏性土黏性土：可分为原生构造与次生构造。：可分为原生构造与次生构造。原生构造原生构造是土在沉积时形成的，此类构造的特征多表现为层状、是土在沉积时形成的，此类构造的特征多表现为层状、页片状、条带状

13、等，其工程地质性质常表现出各向异性页片状、条带状等，其工程地质性质常表现出各向异性。次生构造次生构造是在土层形成后经成壤作用形成的。如块状、团粒状、是在土层形成后经成壤作用形成的。如块状、团粒状、柱状、片状、鳞片状等。柱状、片状、鳞片状等。此外，黏性土体中还常因其物质成分的不均一性，干燥后出现此外，黏性土体中还常因其物质成分的不均一性，干燥后出现各种裂隙各种裂隙，如垂直裂隙，网状裂隙等，这些裂隙导致土体强度降，如垂直裂隙，网状裂隙等，这些裂隙导致土体强度降低，透水性增强，造成土体工程地质性质的各向异性。低，透水性增强，造成土体工程地质性质的各向异性。研究土体构造的工程意义研究土体构造的工程意义

14、土体构造土体构造反映反映土体的力学性质和其他工程性质的土体的力学性质和其他工程性质的各向异性或土体的不均匀性。各向异性或土体的不均匀性。土体的构造特征是土体的构造特征是决定决定勘探、取样或原位测试布勘探、取样或原位测试布置方案和数量的重要因素之一。置方案和数量的重要因素之一。2 2土的物理力学性质土的物理力学性质土的物理力学性质土的物理力学性质主要有土的密度、土的含水性、土的孔隙性、主要有土的密度、土的含水性、土的孔隙性、土的抗剪性和土的压缩性。土的抗剪性和土的压缩性。(1)(1)砾石类土的性质砾石类土的性质砾石类土又称卵砾土，颗粒粗大，主要由岩石碎屑或石英、长石砾石类土又称卵砾土，颗粒粗大，

15、主要由岩石碎屑或石英、长石等原生矿物组成，呈单粒结构及块石状和假斑状构造，具有孔隙等原生矿物组成，呈单粒结构及块石状和假斑状构造，具有孔隙大、透水性强、压缩性低、抗剪强度大的特点。大、透水性强、压缩性低、抗剪强度大的特点。与黏粒的含量及孔隙中充填物性质和数量有关与黏粒的含量及孔隙中充填物性质和数量有关:典型的流水沉积典型的流水沉积的砾石类土的砾石类土，分选较好，孔隙中充填少量砂粒，透水性最强，压，分选较好，孔隙中充填少量砂粒，透水性最强，压缩性最低，抗剪强度最大缩性最低，抗剪强度最大;基岩风化碎石和山坡堆积碎石类土基岩风化碎石和山坡堆积碎石类土，分选较差，孔隙中充填大，分选较差，孔隙中充填大量

16、砂粒、细小的粉土颗粒和黏土颗粒，透水性相对较弱，内摩擦量砂粒、细小的粉土颗粒和黏土颗粒，透水性相对较弱，内摩擦角较小，抗剪强度较低，压缩性稍大。角较小，抗剪强度较低，压缩性稍大。总的说来总的说来:砾石类土一般构成良好地基，但由于透水性强，常使砾石类土一般构成良好地基，但由于透水性强，常使基坑涌水量大，坝基、渠道渗漏。基坑涌水量大，坝基、渠道渗漏。(2)(2)砂类土的性质砂类土的性质砂类土也称砂土。一般颗粒较大，主要由石英、长砂类土也称砂土。一般颗粒较大，主要由石英、长石、云母等原生矿物组成。石、云母等原生矿物组成。一般没有连结，呈单粒结构及伪层状构造，并有透一般没有连结，呈单粒结构及伪层状构造

17、，并有透水性强、压缩性低、压缩速度快、内摩擦角较大、水性强、压缩性低、压缩速度快、内摩擦角较大、抗剪强度较高等特点，但均与砂粒大小和密度有关。抗剪强度较高等特点，但均与砂粒大小和密度有关。通常粗中砂土的上述特征明显，且一般构成良好地通常粗中砂土的上述特征明显，且一般构成良好地基，为较好的建筑材料，但可能产生涌水或渗漏。基，为较好的建筑材料，但可能产生涌水或渗漏。粉细砂土的工程性质相对差，特别是饱水粉、细砂粉细砂土的工程性质相对差，特别是饱水粉、细砂土受振动后易液化。土受振动后易液化。(3)(3)黏性土的性质黏性土的性质黏性土中黏性土中黏粒含量较多黏粒含量较多，常含亲水性较强的黏土矿物，具，常含

18、亲水性较强的黏土矿物，具有水胶连结和团聚结构，有时有结晶连结，孔隙微小而多。有水胶连结和团聚结构，有时有结晶连结，孔隙微小而多。常常因含水量不同呈固态、塑态和流态等不同稠度状态因含水量不同呈固态、塑态和流态等不同稠度状态，压压缩速度小而压缩量大，抗剪强度主要取决于凝聚力，内摩缩速度小而压缩量大，抗剪强度主要取决于凝聚力，内摩擦角较小擦角较小。黏性土的工程地质性质黏性土的工程地质性质:主要取决于其连结和密实度主要取决于其连结和密实度，即与其黏粒含量、稠度、，即与其黏粒含量、稠度、孔隙比有关。常因黏粒含量增多，黏性土的塑性、胀缩性、孔隙比有关。常因黏粒含量增多，黏性土的塑性、胀缩性、透水性、压缩性

19、和抗剪强度等有明显变化。从亚砂土到黏透水性、压缩性和抗剪强度等有明显变化。从亚砂土到黏土，其塑性指数、胀缩量、凝聚力渐大，而渗透系数和内土，其塑性指数、胀缩量、凝聚力渐大，而渗透系数和内摩擦角则渐小。稠度影响最大，近流态和软塑态的土，有摩擦角则渐小。稠度影响最大，近流态和软塑态的土，有较高压缩性，较低抗剪强度；而固态或硬塑态的土，则压较高压缩性，较低抗剪强度；而固态或硬塑态的土，则压缩性较低，抗剪强度较高。黏性土是工程最常用的土料。缩性较低，抗剪强度较高。黏性土是工程最常用的土料。土的分类土的分类以松散土为对象，以服务于工程建筑为目的的分类称为以松散土为对象，以服务于工程建筑为目的的分类称为土

20、的工程土的工程分类。分类。土的工程分类分土的工程分类分普通分类和专门分类两种普通分类和专门分类两种。普通分类普通分类原则上应原则上应包括工程建设中常遇到的各种土类包括工程建设中常遇到的各种土类，有些虽只，有些虽只针对某些松散土或某一地区的松散土，但具有通用意义的分类也针对某些松散土或某一地区的松散土，但具有通用意义的分类也属于此类。例如松散土按粒度组成、砂土按密度、黏性土按塑性属于此类。例如松散土按粒度组成、砂土按密度、黏性土按塑性指数、黄土按湿陷性的分类等。指数、黄土按湿陷性的分类等。专门分类专门分类是是以某一种特定的建筑工程为对象以某一种特定的建筑工程为对象，按某一个或某几个按某一个或某几

21、个单项指标所提出来的分类，单项指标所提出来的分类，它密切结合建筑类型，直接为某设计它密切结合建筑类型，直接为某设计或解决某一具体问题服务。或解决某一具体问题服务。我国我国已建立了较为完整的土的工程分类体系，并于已建立了较为完整的土的工程分类体系，并于19911991年颁布了年颁布了中华人民共和国国家标准中华人民共和国国家标准土的分类标准土的分类标准(GBJ 1451990)(GBJ 1451990)。此外，各行业的工程部门根据各自的专门需要，编制了专门分类此外，各行业的工程部门根据各自的专门需要，编制了专门分类标准，如标准，如建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB 500072002)

22、(GB 500072002)和和岩土岩土工程勘察规范工程勘察规范(GB 500212001)(GB 500212001)等。等。土的分类标准土的分类标准(GBJ 1451990)(GBJ 1451990)该标准是工程用土的该标准是工程用土的通用分类标准通用分类标准。分类指标：分类指标：土颗粒组成及其特征、土的塑性指标土颗粒组成及其特征、土的塑性指标(液限、液限、塑限和塑性指数塑限和塑性指数)、土中有机质存在情况。、土中有机质存在情况。1 1）分类的一般规定：）分类的一般规定：(1)(1)土的粒组应根据表土的粒组应根据表2-32-3规定的土颗粒粒径范围划分。规定的土颗粒粒径范围划分。(2)(2)

23、土颗粒组成特征应根据土的级配指标的土颗粒组成特征应根据土的级配指标的不均匀系不均匀系数数(Cu)(Cu)和和曲率系数曲率系数(Cc)(Cc)确定，并应符合下列规定：确定，并应符合下列规定：不均匀系数不均匀系数：按下式计算：按下式计算：式中，式中，d60d60在土的粒径分布曲线上的某粒径，小在土的粒径分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土粒质量为总土粒质量的于该粒径的土粒质量为总土粒质量的60%60%；d10d10在土的粒径分布曲线上的某粒径，小于该粒在土的粒径分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土粒质量为总土粒质量的径的土粒质量为总土粒质量的10%10%。曲率系数：曲率系数：按下式计算：按下式计算：式

24、中，式中，d30d30在土的粒径分布曲线上的某在土的粒径分布曲线上的某粒径，小于该粒径的土粒质量为总土粒质粒径，小于该粒径的土粒质量为总土粒质量的量的30%30%。(3)(3)细粒土应根据塑性图分类。细粒土应根据塑性图分类。本标准规定有本标准规定有两种塑性图：两种塑性图：一种是当取质量为一种是当取质量为76g76g、锥、锥角为角为3030的液限仪锥尖入土深度为的液限仪锥尖入土深度为17 mm17 mm对应的含水量对应的含水量为液限时；为液限时；另一种是当取质量为另一种是当取质量为76g76g、锥角为、锥角为3030的液限仪锥尖入的液限仪锥尖入土深度为土深度为10 mm10 mm对应的含水量为液

25、限时。对应的含水量为液限时。(4)(4)土中有机质土中有机质应根据未完全分解的动植物残骸和无定应根据未完全分解的动植物残骸和无定形物质判定。有机质呈黑色、青黑色或暗色，有臭味，形物质判定。有机质呈黑色、青黑色或暗色，有臭味，有弹性和海绵感，可采用目测、手摸或嗅感判别。有弹性和海绵感，可采用目测、手摸或嗅感判别。当不能判别时，可采用下列方法：将试样放入当不能判别时，可采用下列方法：将试样放入100100110110的烘箱中烘烤，当烘烤后试样的液限小于烘烤前的烘箱中烘烤，当烘烤后试样的液限小于烘烤前试样液限的试样液限的3/43/4时，试样为有机质土。时，试样为有机质土。(5)(5)工程用土分为一般

26、土和特殊土两大类。工程用土分为一般土和特殊土两大类。一般土一般土按其不同粒组的相对含量可划分为巨粒土和按其不同粒组的相对含量可划分为巨粒土和含巨粒的土、粗粒土、细粒土，巨粒土和含巨粒的土、含巨粒的土、粗粒土、细粒土，巨粒土和含巨粒的土、粗粒土按粒组、级配、所含细粒的塑性高低可划分为粗粒土按粒组、级配、所含细粒的塑性高低可划分为1616种土类；细粒土按塑性图、所含粗粒类别以及有机种土类；细粒土按塑性图、所含粗粒类别以及有机质多寡可划分为质多寡可划分为1616种土类。种土类。本标准所称的本标准所称的特殊土特殊土包括黄土、膨胀土和红黏土，包括黄土、膨胀土和红黏土，可按其塑性指标在塑性图上的位置初步判

27、别。可按其塑性指标在塑性图上的位置初步判别。2)2)一般土的分类一般土的分类(1)(1)巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土的分类，见表，见表2-42-4。(2)(2)砾类土砾类土应根据其中的细粒含量及类别、粗应根据其中的细粒含量及类别、粗粒组的级配分类，见表粒组的级配分类，见表2-52-5。(3(3)砂类土砂类土应根据其中的细粒含量及类别、粗应根据其中的细粒含量及类别、粗粒组的级配分类，见表粒组的级配分类，见表2-62-6。(4)(4)细粒土的分类细粒土的分类，见表，见表2-72-7。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB J71989)(GB J71989)作为建筑地基的土，可作

28、为建筑地基的土，可分为碎石土、砂土、粉土、黏性分为碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土等。土和人工填土等。(1)(1)碎石土碎石土是指粒径大于是指粒径大于2 mm2 mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%50%的的土。根据颗粒的形状可分为漂石、块石、卵石、碎石、土。根据颗粒的形状可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。圆砾和角砾。(2)(2)砂土砂土是指粒径大于是指粒径大于2 mm2 mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%50%、粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%50%的土。砂土根据粒的土。砂土根据粒组含量可分为砾砂、粗砂、中砂

29、、细砂和粉砂。组含量可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。(3)(3)粉土粉土是指粒径大于是指粒径大于0.075 mm0.075 mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重的的50%50%、塑性指数小于或等于、塑性指数小于或等于1010的土。粉土据粒组含量的土。粉土据粒组含量可分为砂质粉土可分为砂质粉土(粒径小于粒径小于0.005mm0.005mm的颗粒不超过全重的的颗粒不超过全重的10%)10%)和黏质粉土和黏质粉土(粒径小于粒径小于0.005 mm0.005 mm的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的10%)10%)。(4)(4)黏性土黏性土是指塑性指数是指塑性指数1010的土。黏性土按塑性指数

30、的土。黏性土按塑性指数的指标值分为粉质黏土的指标值分为粉质黏土(10(10IP17IP17和黏土和黏土(IP(IP17)17)。岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范(GB 500211994)(GB 500211994)1)1)根据堆积年代划分根据堆积年代划分老堆积土老堆积土第四纪晚更新世及其以前堆积的土层，一第四纪晚更新世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。般呈超固结状态，具有较高的结构强度。一般堆积土一般堆积土第四纪全新世第四纪全新世(文化期以前文化期以前)堆积的土层。堆积的土层。新近堆积土新近堆积土第四纪文化期以来堆积的土层，一般呈第四纪文化期以来堆积的土层，一般呈欠压

31、密状态，结构强度较低。欠压密状态，结构强度较低。2)2)根据地质成因划分根据地质成因划分土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、冰积土、海积土和风积土。冰积土、海积土和风积土。3)3)根据颗粒级配和塑性指数划分根据颗粒级配和塑性指数划分土可分为碎石土、砂土、粉土、黏性土等。土可分为碎石土、砂土、粉土、黏性土等。2.3.4 我国主要特殊土的工程地质特征我国主要特殊土的工程地质特征特殊土特殊土是具有是具有特殊的成分、状态、结构特征而且具有特特殊的成分、状态、结构特征而且具有特殊工程性质殊工程性质的土，如黄土具湿陷性，软土具触变性，膨的土，如黄

32、土具湿陷性，软土具触变性，膨胀土具胀缩性。胀土具胀缩性。这种特殊土的这种特殊土的特有工程性质特有工程性质往往与它们特定的成因环境、往往与它们特定的成因环境、区域自然地理、地质条件的不同密切相关，在它们的分区域自然地理、地质条件的不同密切相关，在它们的分布上也有区域性特点。如布上也有区域性特点。如黄土主要分布在黄河中游一带，黄土主要分布在黄河中游一带，冻土则分布在高纬度和高山地区冻土则分布在高纬度和高山地区。在在工程建设工程建设中，若不能对这些特殊土的工程性质有足够中，若不能对这些特殊土的工程性质有足够的了解和分析，并采用相应的设计、施工和改良措施，的了解和分析，并采用相应的设计、施工和改良措施

33、，将给建筑物带来严重的后果。将给建筑物带来严重的后果。1.黄土黄土黄土黄土是在干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土，是在干旱、半干旱气候条件下形成的一种特殊土，是第四纪的一种特殊的陆相疏松堆积物。是第四纪的一种特殊的陆相疏松堆积物。黄土在世界上分布黄土在世界上分布很广，欧洲、北美、中亚均有分布。很广，欧洲、北美、中亚均有分布。黄土在我国特别发育黄土在我国特别发育，地层全、厚度大、分布广。主要，地层全、厚度大、分布广。主要分布于黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、分布于黑龙江、吉林、辽宁、内蒙、山东、河北、河南、山西、陕西、甘肃、青海、新疆，江苏和四川等地也有山西、陕西、甘肃、青海、新

34、疆，江苏和四川等地也有分布。总计面积约分布。总计面积约6363万多平方公里，约占我国陆地面积万多平方公里，约占我国陆地面积6.6%6.6%。分布在中国范围内的黄土，根据其中所含脊椎动物化石分布在中国范围内的黄土，根据其中所含脊椎动物化石确定，从早更新世开始堆积，经历了整个第四纪，目前确定，从早更新世开始堆积，经历了整个第四纪，目前还未结束。形成于下还未结束。形成于下(早早)更新世的午城黄土和中更新世更新世的午城黄土和中更新世的离石黄土，称为的离石黄土，称为老黄土老黄土。上。上(晚晚)更新世的马兰黄土及更新世的马兰黄土及全新世下部的次生黄土，称为全新世下部的次生黄土，称为新黄土新黄土。而近几十年

35、至近而近几十年至近几百年形成的最近堆积物，称为几百年形成的最近堆积物，称为新近堆积黄土新近堆积黄土。湿陷性黄土：湿陷性黄土：在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土在上覆土的自重压力作用下，或在上覆土的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结的自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土。构迅速破坏而发生显著附加下沉的黄土。我国黄土分布面积约我国黄土分布面积约6363万万kmkm2 2，其中具有湿陷性，其中具有湿陷性的约的约2727万万kmkm2 2，分布在北纬，分布在北纬33334747之间。一般湿陷之间。一般湿陷性黄土大多指性黄土大多指新黄土新黄土，即

36、晚更新世，即晚更新世 马兰黄土和全新世马兰黄土和全新世次生黄土，它广泛覆盖在老黄土之上的河岸阶地，颗粒次生黄土，它广泛覆盖在老黄土之上的河岸阶地，颗粒均匀或较为均匀，结构疏松，大孔发育。均匀或较为均匀，结构疏松，大孔发育。（1 1）黄土的成因）黄土的成因 黄土按生成过程及特征可划分为风积、坡积、黄土按生成过程及特征可划分为风积、坡积、残积、洪积、冲积等成因类型。残积、洪积、冲积等成因类型。风积黄土：风积黄土：分布在黄土高原平坦的顶部和山坡上，厚度分布在黄土高原平坦的顶部和山坡上，厚度大，质地均匀，无层理。大，质地均匀，无层理。坡积黄土：坡积黄土：多分布在山坡坡脚及斜坡上，厚度不均，基多分布在山

37、坡坡脚及斜坡上，厚度不均，基岩出露区常夹有基岩碎屑。岩出露区常夹有基岩碎屑。残积黄土：残积黄土：多分布在基岩山地上部，由表层黄土及基岩多分布在基岩山地上部，由表层黄土及基岩风化而成。风化而成。洪积黄土：洪积黄土：主要分布在山前沟口地带，一般有不规则的主要分布在山前沟口地带，一般有不规则的层理，厚度不大。层理，厚度不大。冲积黄土：冲积黄土：主要分布在大河的阶地上，如黄河及其支流主要分布在大河的阶地上，如黄河及其支流的阶地上。阶地越高，黄土厚度越大，有明显层理，常的阶地上。阶地越高，黄土厚度越大，有明显层理，常夹有粉砂、黏土、砂卵石等，大河阶地下部常有厚数幂夹有粉砂、黏土、砂卵石等，大河阶地下部常

38、有厚数幂级数十米的砂卵石层。级数十米的砂卵石层。黄土一般物理力学性质黄土一般物理力学性质(1)(1)黄土的比重：黄土的比重：一般为一般为2.54 g/cm2.54 g/cm3 32.84 g/cm2.84 g/cm3 3，平均为，平均为2.67 g/cm2.67 g/cm3 3；干容重为干容重为1.12g/cm1.12g/cm3 31.79g/cm1.79g/cm3 3。在天然含水量相同的。在天然含水量相同的情况下，黄土天然容重愈高，强度也愈高。情况下，黄土天然容重愈高，强度也愈高。干容重是评价黄土湿陷性的指标之一干容重是评价黄土湿陷性的指标之一，干容重小于，干容重小于1.45 1.45 g/

39、cmg/cm3 3的一般为湿陷性黄土，大于的一般为湿陷性黄土，大于1.5 g/cm1.5 g/cm3 3的为非湿陷的为非湿陷性黄土。性黄土。(2)(2)黄土的孔隙：黄土的孔隙：孔隙大，孔隙度也大是黄土的主要特征之一。孔隙在黄孔隙大，孔隙度也大是黄土的主要特征之一。孔隙在黄土中的大小及分布都是不均匀的，形状也可分为孔隙及土中的大小及分布都是不均匀的，形状也可分为孔隙及裂隙两种。裂隙两种。大孔隙的数量大孔隙的数量是决定黄土湿陷性的重要依据。是决定黄土湿陷性的重要依据。(3)(3)黄土的含水量：黄土的含水量：黄土的黄土的天然含水量天然含水量较低，一般在较低，一般在1%1%38%38%之间。之间。含水

40、量与温陷性有一定关系。含水量与温陷性有一定关系。含水量低，湿陷性强，含水量低，湿陷性强，含水量增加，湿陷性减弱，当含水量超过含水量增加，湿陷性减弱，当含水量超过25%25%时就不再时就不再湿陷了。湿陷了。黄土的黄土的透水性透水性一般比黏性土大，属中等透水性土，这一般比黏性土大，属中等透水性土，这主要是因为其垂直节理及大孔隙较发育，故主要是因为其垂直节理及大孔隙较发育，故垂直方向垂直方向透水性大于水平方向透水性大于水平方向，有时可达十余倍。，有时可达十余倍。(4)(4)黄土的塑性：黄土的塑性：黄土塑性较弱，塑限一般为黄土塑性较弱，塑限一般为16%16%20%20%，液限常为，液限常为26%26%

41、34%34%，塑性指数，塑性指数8 81414。一般无膨胀性，。一般无膨胀性，崩解性很强，崩解性很强，黄土易于崩解是黄土边坡浸水后造成大黄土易于崩解是黄土边坡浸水后造成大规模崩塌的重要原因。规模崩塌的重要原因。(5)(5)黄土的压缩性：黄土的压缩性：黄土多为中压缩性土；近代黄土为高压缩性土；老黄黄土多为中压缩性土；近代黄土为高压缩性土；老黄土压缩性较低。一般土压缩性较低。一般a a1-21-2=0.2=0.2 0.6 MPa0.6 MPa-1-1，但湿度，但湿度增高增高(尤其饱和尤其饱和)的黄土，压缩性急剧增大。的黄土，压缩性急剧增大。(6)(6)黄土的抗剪强度：黄土的抗剪强度：一般黄土的内摩

42、擦角一般黄土的内摩擦角=15=1525 25，凝聚力，凝聚力c=30-c=30-40kPa40kPa，抗剪强度中等。，抗剪强度中等。当黄土的含水量低于塑限时当黄土的含水量低于塑限时:水分变化对强度的影响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；降低较多；当含水量大于塑限时当含水量大于塑限时:含水量对抗剪强度的影响减小；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。而超过饱和含水量时，抗剪强度的变化就不大。湿陷性黄土湿陷性黄土处于地下水位变动带时，其抗剪强度最低，处于地下水位变动带时，其抗剪强

43、度最低，而处于地下水位以下的黄土，抗剪强度反而高些。而处于地下水位以下的黄土，抗剪强度反而高些。7)7)黄土的湿陷性黄土的湿陷性天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后结构遭到破天然黄土在一定压力作用下，受水浸湿后结构遭到破坏发生突然下沉的现象，称坏发生突然下沉的现象，称黄土湿陷黄土湿陷。黄土湿陷又分在自重压力下发生的黄土湿陷又分在自重压力下发生的自重湿陷自重湿陷和在外荷和在外荷载作用下产生的载作用下产生的非自重湿陷非自重湿陷。非自重湿陷比较普遍，。非自重湿陷比较普遍，对工程建筑的重要性也较大。对工程建筑的重要性也较大。一般一般老黄土老黄土(午城黄土及离石黄土的大部分午城黄土及离石黄土的大部分)无

44、湿陷性，无湿陷性，而而新黄土新黄土(马兰黄土及新近堆积黄土马兰黄土及新近堆积黄土)及离石黄土上部及离石黄土上部有湿陷性。因此，湿陷性黄土多位于地表以下数米至有湿陷性。因此，湿陷性黄土多位于地表以下数米至十余米，很少超过十余米，很少超过20 m20 m厚。厚。黄土的湿陷性强弱与许多因素有关黄土的湿陷性强弱与许多因素有关:黄土的黄土的天然含水量天然含水量愈小，所含愈小，所含可溶盐可溶盐特别是易溶盐愈多，特别是易溶盐愈多，孔隙比孔隙比愈大，愈大，干容重干容重愈小，则湿陷性愈强。愈小，则湿陷性愈强。黄土湿陷性评价黄土湿陷性评价定性评价定性评价黄土湿陷性黄土湿陷性:用上述各种地质特征和工程性质用上述各种

45、地质特征和工程性质指标指标;定量评价定量评价黄土湿陷性黄土湿陷性:通常采用通常采用浸水压缩实验方法浸水压缩实验方法(采取采取黄土原状土样放入固结仪内，进行压缩试验黄土原状土样放入固结仪内，进行压缩试验)。按规范规定：对桥涵、路基加压到按规范规定：对桥涵、路基加压到0.3 0.3 MPaMPa；对站场、；对站场、房屋加压到房屋加压到0.2 0.2 MPaMPa，对坡积、崩积、人工填筑等压缩，对坡积、崩积、人工填筑等压缩性较高的黄土，性较高的黄土，5 m5 m以内土层加压到以内土层加压到0.15 0.15 MPaMPa，然后测，然后测出天然湿度下变形稳定后的试样高度出天然湿度下变形稳定后的试样高度

46、h h1 1及浸水条件下变及浸水条件下变形稳定后的试样高度形稳定后的试样高度h h2 2，即可按下式求出，即可按下式求出相对湿陷系数相对湿陷系数s s：当当s s0.020.02时，为非湿陷性黄土；当时，为非湿陷性黄土；当0.020.02s s0.030.03时，时，为轻微湿陷性黄土，当为轻微湿陷性黄土，当0.030.030.070.07时，为强烈湿陷性黄土。时，为强烈湿陷性黄土。湿陷起始压力湿陷起始压力:在不同的压力作用下，湿陷系数是不一样的。在不同的压力作用下，湿陷系数是不一样的。当压力较小时，湿陷量较小，随着压力的增大，当压力较小时，湿陷量较小，随着压力的增大，湿陷量逐渐增加；当压力超过

47、某值时，湿陷量急湿陷量逐渐增加；当压力超过某值时，湿陷量急剧增大，结构迅速的、明显的破坏。这个开始出剧增大，结构迅速的、明显的破坏。这个开始出现明显湿陷的压力，称现明显湿陷的压力，称湿陷起始压力湿陷起始压力，这是一个，这是一个很有实用价值的指标，在工程设计中如能控制黄很有实用价值的指标，在工程设计中如能控制黄土所受的各种荷载不超过起始压力，则可避免湿土所受的各种荷载不超过起始压力，则可避免湿陷。陷。黄土湿陷的防治措施黄土湿陷的防治措施:可分两个方面可分两个方面:一方面可采用一方面可采用机械的或物理化学机械的或物理化学的方法提高黄土的方法提高黄土的强度，降低孔隙度，加强内部联结；的强度，降低孔隙

48、度，加强内部联结；另一方面则应注意另一方面则应注意排除地表水和地下水排除地表水和地下水的影响。的影响。黄土陷穴黄土陷穴概念概念:黄土地区地下常有黄土地区地下常有各种洞穴各种洞穴，有黄土自重湿陷和，有黄土自重湿陷和地下水潜蚀作用造成的天然洞穴。这些洞穴容易使上覆地下水潜蚀作用造成的天然洞穴。这些洞穴容易使上覆土层陷落，故称为土层陷落，故称为黄土陷穴。黄土陷穴。危害危害:黄土陷穴能对黄土地区工程建筑造成严重影响。黄土陷穴能对黄土地区工程建筑造成严重影响。勘探勘探:简易勘探方法：简易勘探方法：如洛阳铲、小螺纹钻。适用于埋藏不深、如洛阳铲、小螺纹钻。适用于埋藏不深、尺寸较小、分布区较小的陷穴；尺寸较小

49、、分布区较小的陷穴；地质勘探方法：地质勘探方法：采用地质雷达等物探方法结合钻探方法采用地质雷达等物探方法结合钻探方法进行探测。适用于进行探测。适用于大面积普查地下较深范围内较大洞穴大面积普查地下较深范围内较大洞穴的分布的分布 防治防治:黄土陷穴有两方面措施：黄土陷穴有两方面措施：开挖回填、夯实等方法，洞穴较小也可用灌注砂或水开挖回填、夯实等方法，洞穴较小也可用灌注砂或水泥砂浆充填泥砂浆充填;防水防水软软 土土1)1)软土及其特征软土及其特征软土软土一般是指天然含水量大、压缩性高、承载力低和抗剪强度一般是指天然含水量大、压缩性高、承载力低和抗剪强度很低的呈软塑很低的呈软塑流塑状态的黏性土。软土是

50、一类土的总称，还流塑状态的黏性土。软土是一类土的总称，还可以细分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等可以细分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等.我国软土的一般特征我国软土的一般特征:(1)(1)软土的颜色软土的颜色:多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，能染指，有机质含量高时有腥臭味；有机质含量高时有腥臭味；(2)(2)软土的粒度成分软土的粒度成分:主要为黏粒及粉粒，黏粒含量高达主要为黏粒及粉粒，黏粒含量高达60%60%70%70%。(3)(3)软土的矿物成分软土的矿物成分:除粉粒中的石英、长石、云母外，黏粒中除粉粒中的石英、长石、云母外，黏