土的工程地质性质资料

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1、土木工程地质学 Geology in Civil Engineering,3.1 土的成因类型 3.2 土的物质组成及工程分类 3.2.1土的物质组成及结构构造 3.2.2土的工程分类 3.3 特殊土的主要工程地质性质 2.3.1地质年代的表示方法 2.3.2时间地层单位与地质年代表,土的工程地质性质,3.1 土的成因类型,1. 残积土(Qel) 形成原因：岩石经风化后未被搬运的原岩风化剥蚀后的产物，其分布主要受地形的控制，如在宽广的分水岭地带及平缓的山坡，残积土较厚。,1）一般呈棱角状，无层理构造，孔隙度大； 2）存在基岩风化层（带），土的成分和结构呈过渡变化。,工程特征,石灰岩残积物,（1

2、）建筑物地基不均匀沉降，原因土层厚度、组成成分、结构及物理力学性质变化大，均匀性差，孔隙度较大； （2）建筑物沿基岩面或某软弱面的滑动等不稳定问题，原因原始地形变化大，岩层风化程度不一。,工程地质问题,2.坡积土（Qdl）,形成原因：经雨雪水洗刷、剥蚀、搬运，及土粒在重力作用下顺着山坡逐渐移动形成的堆积物，一般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积土相接。,1）具分选现象； 2）下部多为碎石、角砾土；上部多为粘性土； 3）土质（成分、结构）上下不均一，结构疏松，压缩性高，土层厚度变化大。,工程特征,1）建筑物不均匀沉降； 2）沿下卧残积层或基岩面滑动等不稳定问题。,工程地质问题,3. 洪积土（Qp

3、l）,形成原因：碎屑物质经暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流挟带在山沟的出口处或山前倾斜平原堆积形成的洪积土体。山洪携带的大量碎屑物质流出沟谷口后，因水流流速骤减而呈扇形沉积体，称洪积扇。,形态特征,1）具分选性； 2）常具不规划的交替层理构造，并具有夹层、尖灭或透镜体等构造； 3）近山前洪积土具有较高的承载力，压缩性低； 4）远山地带，洪积物颗粒较细、成分较均匀、厚度较大。,工程特征,洪积土一般可作为良好的建筑地基，但应注意中间过渡地带可能地质较差，因为粗碎屑土与细粒粘性土的透水性不同而使地下水溢出地表形成沼泽地带，且存在尖灭或透镜体。,工程地质问题,洪积扇,4. 冲积土（Qal）

4、形成原因：碎屑物质经河流的流水作用搬运到河谷中坡降平缓的地段堆积而形成，发育于河谷内及山区外的冲积平原中。根据河流冲积物的形成条件，可分为河床相、河漫滩相、牛轭湖相及河口三角洲相。,1）分布在河床、冲积扇、冲积平原或三角洲中，冲积层的成分非常复杂，河流汇水面积内的所有岩石和土都能成为该河流冲积层的物质来源。 2）分选性好、层理明显、磨圆度高。 3）分布广，表面坡度比较平缓，多数大、中城市都座落在冲积层上。 4）冲积层中的砂、卵石、砾石层常被选用为建筑材料。,工程特征,工程地质问题 （1）古河床相土压缩性低，强度较高，而现代河床堆积物的密实度较差，透水性强； （2）河漫滩相冲积物具有双层结构，强

5、度较好，但应注意其中的软弱土层夹层； （3）牛轭湖相冲积土压缩性很高、承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基； （4）三角洲沉积物常常是饱和的软粘土，承载力低，压缩性高，但三角洲冲积物的最上层常形成硬壳层，可作低层或多层建筑物的地基。 （5）道路多选择在冲积层上通过。,5.湖泊沉积物（Ql）,形成原因：分湖边沉积物和湖心沉积物两类，湖边沉积物由湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的，近岸带多为粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带为细颗粒的砂土和粘性土；湖心沉积物由河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、粉砂薄层。,湖边沉积物具有明显的斜层理构造，近岸带土

6、的承载力高，远岸带则差些；湖心沉积物压缩性高，强度很低；若湖泊逐渐淤塞，则可演变为沼泽，形成沼泽土，主要由半腐烂的植物残体和泥炭组成的，含水量极高，承载力极低，一般不宜作天然地基。,工程特征,6.海洋沉积物（Qm）,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

7、重对待。,7.冰积土和冰水沉积土（Qgl）,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。一般分选性极差，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。,8. 风积土（Qeol） 风积土是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被风吹扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一类土。颗粒主要由粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙大，结构松散。最常见的是风成砂及风成黄土，风成黄土具有强湿陷性。,土的定义：岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地或经过不同的搬运方式，在各种地质环境中形成的堆积物。,3.

8、2 土的物质组成和工程分类,影响土的组成的主要因素: 母岩成分(原生矿物，次生矿物) 风化性质（物理、化学、生物风化） 搬运过程（水、风、重力） 堆积的环境（河、湖、海、沙漠）,土的（三相）组成,固体颗粒 水 气体,（a）实际土体；（b）土的三相图；（c）各相的质量与体积 图 1-1 土的三相图,一、土的固相,土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。,1、矿物成分,原生矿物: 主要为石英、长石、角闪石、云母等，是组成卵石、砾石、砂粒等的主要成分。 特点：颗粒粗大、物化性质稳定，对土的工程性质的影响取决于颗粒形状、

9、坚硬程度等因素 不溶水次生矿物：主要为粘土矿物、次生石英、氧化物等。特点： 高度分散状态，很高的表面能、亲水性、膨胀性和压缩性。 可溶岩类和易分解矿物：主要为氯化物、钠盐等。 特点：遇水溶解。 有机质 ：主要为生物残骸。 特点：遇水溶解强度显著降低。,2、土的粒度成分,土颗粒构成土的骨架主体，性质稳定、变化小； 土颗粒大小与矿物成分决定土的工程性质。,粒组：界于一定粒径（颗粒直径）范围内的土粒； 粒度成分（颗粒级配）：不同粒组颗粒的相对含量； 比表面：单位体积所具有的土粒的总表面积。,土粒粒组的划分,粒度成分对土工程性质影响的实质：,组成土的颗粒大小影响，土体颗粒大小影响土颗粒的比表面积：,天

10、然土中不同大小颗粒的组成矿物类型不同，直接影响土的工程特性：,粒度分析方法及应用,1) 颗分试验筛分法与密度计法,颗粒级配曲线,粒径d(mm),1,2,2)几个指标：,有效粒径d10: 小于某粒径的土粒重量累计百分数为 10%时,相应的粒径。 限定粒径d60：小于某粒径的土粒重量累计百分 数为60%时,相应的粒径。,不均匀系数cu： d60与d10之比。 cu愈大，则土粒愈不均匀，曲线平缓，易得到较 小的空隙比。 cu小于5的土为均匀土，大于10的土为不均匀土， 级配良好 曲率系数cc ： (d30) 2/ (d10 * d60 ) cc=13的土为不均匀土，级配良好; cc1或3，粒度不连续

11、,二、土的液相（土中水）,结晶水 （强、弱）结合水 自由水 土的液相是指存在于土孔隙中的水。 通常认为水是中性的，在零度时冻结。 但实际上土中的水是一种成分非常复杂的电解质水溶液，它和亲水性的矿物颗粒表面有着复杂的物理化学作用。 水-极性分子。,结合水（）,按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中水分为结合水和自由水两大类。 结合水是指处于土颗粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。 结合水又可分为： 强结合水 弱结合水。,结合水（）,（）强结合水在最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列得非常紧密，以致其密度大于1，并有过冷现象，即温度降到零度以下不发生冻结的

12、现象。,结合水（）,（）在距土粒表面较远地方的结合水称为弱结合水。 由于引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结合水紧密，弱结合水可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢地迁移到较薄的水膜或浓度较高处，亦即可从一个土粒迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能传递静水压力的水定义为弱结合水。,图 1-4 吸着水示意图,结合水（）,图 1-5 土粒、结合水、自由水示意图,自由水（）,.自由水包括： 毛细水 重力水 ）毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面上升到一定的高度。这种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及建筑物的防潮有重要影响。 2）重力水在重力或压力差作用下能在

13、土中渗流，对于土颗粒和结构物都有浮力作用，在土力学计算中应当考虑这种渗流及浮力的作用力。在以后的章节中将进一步讨论重力水的渗流及浮力的作用与计算问题。,自由水（2）,图 1-6 土层内的毛细管水带,图1-7 毛细管水压示意图,三、土的气相,土的气相是指充填在土的孔隙中的气体，包括与大气连通的和不连通的两类。 与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的影响，它的成分与空气相似，当土受到外力作用时，这种气体很快从孔隙中挤出；,三、土的气相（）,密闭的气体对土的工程性质有很大的影响，密闭气体的成分可能是空气、水汽或天然气。在压力作用下这种气体可被压缩或溶解于水中，而当压力减小时，气泡会恢复原状或重新游

14、离出来。 含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程性质研究已成为土力学的一个新分支。,四、土的结构与构造特征:,土的结构类型: 单粒结构:又称散粒结构，是卵石（碎石）、砾石类土及砂土等无粘性土的基本结构形式。 团聚结构：又称海绵状结构，是由于细粒土的颗粒细小、具胶体性质，其在水中不能以单个颗粒沉积，凝聚成较复杂的集合体进行沉积而形成的细粒土特有的结构.,土的结构：指组成土的土颗粒本身的大小、形状、表面特征和土粒的连结关系及排列情况的综合特征。,一、 土的结构（2）,土的结构按其颗粒的排列和联结可分为下图所示的三种基本类型。,土的单粒结构 土的蜂窝结构 土的絮状结构 土的结构的基本类型,蜂窝状结构

15、,絮状结构,土的构造特征: 指组成土的各种大小不同颗粒按比例关系的排列或结构所确定的特征总和.,土的构造类型: 块石状构造： 似斑状构造: 层状构造: 交错状构造: 薄叶状构造：,一、概述（）,土的工程分类 我国土的工程分类：建设部、水利部、交通部 土的分类标准：土体总的分类体系,1巨粒土和含巨粒土的分类,1巨粒土和含巨粒土的分类： 巨粒土（再2分）d60mm的巨粒（质量）组含量75%的土。 混合巨粒土（2分）d60mm的巨粒（质量）组含量75%50%的土。 巨粒混合土：（2分）d60mm的巨粒（质量）组含量50%15%的土。,2粗粒土的分类,2粗粒土的分类： 粗粒土：d0.075mm的粗粒组

16、含量50%的土 砾类土：（再三分）d2mm的粗粒组含量50%的土 砂类土：（再三分）d2mm的粗粒组含量50%的土,3细粒土的分类,3细粒土的分类： 细粒土：d0.075的细粒组质量50%的土再三分，塑性图分类。 建筑地基基础设计规范中的地基土分类,二、碎石土分类（）,碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的50的土，按粒径和颗粒形状可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾，划分的标准见下表。,二、碎石土分类（）,注:分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定,碎石土的分类(GBJ7-89),三、砂土分类（）,砂土是指粒径大于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的50的土。砂土可再划分为5个亚类，即砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂，划分的标准见下表。,砂土的分类(GBJ7-89),注:分类时应根据粒组含量由大天小以最