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1、岩土体的工程地质特性,土的基本概念 土是地壳表层坚硬岩石风化作用的产物，残留在原地或经过搬运堆积在异地所形成的松散堆积物。土经后期进一步压实、胶结等固结成岩作用就形成了沉积岩。 岩石与岩体 岩石是矿物的集合体，岩体是结构面和结构体的综合。,4.1土的物质组成,组成土的物质包括：固相（土粒，构成土的骨架，有时还有粒间的胶结物和有机质）、液相（水及其溶解物）和气相（空气和其它微量气体） 4.1.1土的固体颗粒 1、土颗粒的矿物成分 土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其后的风化作用。包括：原生矿物、次生矿物和有机质。,表4.1 土中矿物成分的类型,2、土粒粒组,砂,3、土的颗粒级配 工程上常
2、用土粒的不均匀系数来定量判断土的级配好坏。不均匀系数Cu可表示如下：（颗粒级配累积曲线上找点计算）,式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为60时，该粒径即为d60； d10称为有效粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累积含量为10时，该粒径即为d10。 一般Cu10的为级配良好的土；Cu510的为级配一般的土。 在颗粒级配累积曲线上，曲线很陡则粒度均匀，级配不良；曲线平缓则粒度不均匀，级配良好。,颗粒级配累积曲线图,4.2 土的物理力学性质,4.2.1.土的实测物理性质指标： 土粒相对密度ds ：是指土粒的质量与一个标准大气压下同体积4的纯水质量
3、之比(为一无量纲量) 一般为2.62.8 土的含水量：土体中水相物质(液态水和冰)的质量与土粒质量的百分比被称为土的含水量w （20%60%） 土的密度：天然状态下，单位体积土体的质量(包含土体颗粒的质量和孔隙水的质量，气体的质量一般忽略不计)称为土的密度（1.62.3）,4.2.2.土的物理性质换算指标： 孔隙比e：土体中的孔隙体积与土颗粒体积之比 孔隙率n：指土中孔隙体积与土的总体积的百分比 土体的孔隙比是土体的一个重要物理性质指标，可以用来评价土体的压缩特性，一般e0.6的土是密实的低压缩性土；e1.0的土是疏松的高压缩性土。 饱和度Sr ：在土中，被水所充填的孔隙体积与孔隙总体积的百分
4、比称为土的饱和度、 其它密度指标： 干密度d：指单位体积土体中固体颗粒的质量，也可将其理解为单位体积的干土质量； 饱和密度sat指单位体积的饱和土体(Sr=100)质量； 浮密度也称土的有效密度，是指单位体积土体中土颗粒质量与同体积的水质量的差值 dsat,4.2.3.土的各重度指标 土的各重度指标为土的各相应密度指标与重力加速度的乘积。即： =g 浮重度(也称土的有效重度) d=dg 干重度 =g 天然重度 sat=satg， 饱和重度 单位都为kN/m3。工程实用上取重力加速度g=l0m/s2，水的重度取10kN/m3。,4.2.4 粘性土的水理性质,1. 土的界限含水量与含水状态特征,土
5、的界限含水量：指土由一种状态过渡到另一种状态时的含水量分界值。包括液限、塑限和缩限（少用）。 稠度：指细粒土因含水率的变化而表现出的各种不同物理状态。, 液限wL：是指土的流动状态与可塑状态的界限含水量，用符号wL表示。多用锥式液限仪测定，也可用碟式液限仪来测定。,粘性土的界限含水力量及含水状态特征 塑限wp：指土的可塑状态与半固态的界限含水量，用符号wp表示。常用搓条法测定。 缩限ws：是土体的固态和半固态的界限含水量。,2. 粘性土的塑性指数和液性指数,（1）塑性指数：指液限和塑限的差值，应用时通常去掉百分号，用符号Ip表示，其数学表达式为： IpwL-wp 塑性指数的大小与土的物质组成有
6、关，粘粒含量愈多，塑性指数愈大，意味着细粒土处于塑态的含水率变化范围大，可塑性愈高，反之两者差值愈小，土的可塑性愈低。 （2）液性指数：土的天然含水率和塑限含水率之差与塑性指数的比值，用符号IL来表示，即： 液性指数用来判断粘性土的稠度状态，是反映粘性土软硬程度的指标。,当土的天然含水量小于其塑限时，IL0，天然土处于坚硬状态(固态或半固态)；当土的天然含水量大于其液限时，IL 1.0，天然土处于流动状态；而当IL=01.0时，则天然土处于可塑状态。 建筑地基基础设计规范(GB500072011)规定，粘性土根据其IL，可划分为5种软硬状态，划分标准见下表。 粘性土软硬程度的划分,4.3土的分
7、类与分级,4.3.1土的工程分类与定名 常见的分类体系有以下几个方面 (1)按堆积年代可分为以下三类： （a）老堆积土：晚更新世Q3及其以前堆积的土层； （b）一般堆积土：全新世Q4（文化期以前）堆积的土层； （c）新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层，一般呈 欠固结状态。 (2)根据地质成因可划分为：残积土(el)、坡积土(pl)、洪积土(dl)、冲积土(al)、淤积土、冰积土和风积土等。 (3)土根据有机质含量分为有机质土、泥炭质土和泥炭。具体应符合表1-7规定。,(4)土按颗粒级配或塑性指数(IP)可划分为碎石土、砂土、粉土和粘性土，具体规定如下： （属一般的土类分类） (a)碎石土和砂
8、土的划分应符合表1-8、1-9的规定； (b)粉土：粒径大于0.075mm的颗粒不超过全部质量50%，且塑性指数IP10； (c)粘性土根据塑性指数分为粉质粘土和粘土。 当10IP17时，定为粉质粘土；当IP17时，定为粘土。,（5）根据土的特殊性质进行分类，将其分为：湿陷性黄土、 红粘土、 膨胀土、 多年冻土、 盐渍土、 软土、 人工填土等,4.3.2土的鉴定描述 （略） (1)各种土描述的主要内容： （a）碎石土：应描述颗粒级配、形状、母岩成分、风化程度、充填物性质及充填程度、密实度及层理特征等； （b）砂土：应描述颜色、矿物组成、颗粒级配、颗粒形状、粘土含量、湿度、密实度及层理特征等；
9、（c）粉土：应描述颜色、包含物、湿度、密实度、摇震反应、光泽反应、干强度、韧性及层理特征等； （d）粘性土：应描述颜色、状态、湿度、包含物、韧性、干强度，摇震反应、土层结构及层理特征等； （e）特殊土：除应描述上述相应土类规定的内容外，还应描述反映其特殊成分、状态和结构的特征； （f）对具有夹层、互层、夹薄层特征的土层，还应描述各层的厚度及层理特征。,（2）碎石土密实度的野外鉴定,(4)粉土的密实度应根据孔隙比e划分为：稍密、中密和密实， 其湿度应根据含水量(%)分为：稍湿、湿、很湿，并应分别符合表1-12及1-13的规定。,(5)粘性土为塑性指数IP10的土，可按表1-14规定分为粘土和粉质
10、粘土，其状可按3-15分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流塑。,(6)淤泥在静水或缓慢流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，是天然含水量大于液限、天然孔隙比e1.5的粘性土。但1.0e1.5的土应为淤泥质土。 (7)人工填土据其组成的成因，分为素填土、杂填土及冲填土。 素填土为由碎石土、砂土、粉土及粘性土等组成的填土； 杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土； 冲填土为水力冲填泥沙形成的填土。,4.4 特殊土的工程地质特征,特殊性土是指具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土。包括黄土、红粘土、软土、冻土、膨胀土、盐渍土、填土等。,4.4.1黄土 主要分布在我国的黄
11、河流域。在新疆天山南北的塔里木盆地和准格尔盆地以及东北的松辽平原也有黄土分布，其它地方为零星分布。 1.黄土一般具备以下特征： 颜色以黄色、褐黄色为主，有时呈灰黄色； 颗粒组成以粉粒为主，含量一般在60以上，几乎没有粒径大于0.25mm的颗粒； 富含碳酸钙盐类； 垂直节理发育； 一般有肉眼可见的大孔隙。 当缺少其中的一项或几项特征时，称为黄土状土或次生黄土，满足前述所有特征的称为原生黄土或典型黄土。,2. 黄土的主要工程地质性质, 孔隙比大: 孔隙比是影响黄土湿陷性的主要指标之一，一般变化在0.851.24，大多数在1.01.1。 天然含水量低: 当wL30%时，黄土的湿陷性一般较弱。 结构性
12、: 湿陷性黄土在一定条件下具有保持土的原始基本单元结构形式不被破坏的能力。但当结构性一旦遭受破坏时，其力学性质将呈现屈服、软化、湿陷等性状。 欠压密性: 由于湿陷性黄土在漫长的沉积过程中，其上覆压力增长速率始终比颗粒间固化键强度的增长速率要缓慢的多，使得黄土颗粒间保持着比较疏松的高孔隙度结构，因而在上覆荷重作用下未被固结压密，处于欠压密状态。 湿陷性: 黄土在一定压力下受水浸湿后结构迅速破坏而发生附加下沉的现象称为湿陷。浸水后发生湿陷的黄土称为湿陷性黄土。,4.4.2 软土,软土泛指天然孔隙比大于或等于1.0，天然含水量大于液限，含有较多有机质，且疏松多孔的细粒土。 我国的软土主要分布在沿海地
13、区，如东海、黄海、渤海、南海等沿海地区。在内陆平原、河流两岸河漫滩、湖泊盆地及山间洼地亦有分布。,1. 地质成因,软土生成于缓慢流动的流水环境和静水环境，软土属海湾相、湖泊相、河漫滩相和沼泽相沉积。 软土包括淤泥、淤泥质土、泥炭和泥炭质土，其划分标准如表4.24所示。,2. 软土的主要工程地质性质, 天然含水量高 : 软土的天然含水量一般都大于30%，接近或大于液限。 渗透性小: 软土的透水性差，特别是垂直方向透水性更差，属微透水或不透水层。 压缩性高: 由于软土主要由粉粒和粘粒组成，含量可达6070%，且含有机质等亲水性高的物质，使软土的压缩性很强。 强度低: 软土的抗剪强度与加荷速率和排水
14、条件密切相关，软土的不排水抗剪强度一般小于20kPa。 具触变性: 触变性是指当原状土受到振动或扰动后，土体的结构连受到破坏，强度大幅度降低，土体发生液化。 不均匀性: 由于沉积环境的变化，土质均匀性差。,4.4.3 红粘土,1. 地质成因及分布 红粘土是出露于碳酸盐岩系夹杂着一些非碳酸盐类岩石，在亚热带温湿气候条件下经风化作用所形成的风化物与碳酸盐类的风化物混杂在一起，构成的棕红、褐黄等色的高塑性土。 红粘土属第四纪残积、坡积型土，一般分布在盆地、洼地、山麓、山坡、谷地或丘陵等地区，形成缓坡、陡坎地形，常与岩溶、土洞关系密切。我国红粘土主要分布在云南、贵州和广西等省区,2. 主要工程地质性质
15、, 红粘土的主要矿物成分：高岭石、伊利石和绿泥石。其胀缩性以收缩为主，失水后干硬收缩。 高塑性、高孔隙比：红粘土具高分散性，粘粒含量为6080%，粒间胶体氧化铁具有较强的粘结力，形成团粒。 具有较高的力学强度和较低的压缩性。因粘粒间胶结力强且非亲水性，所以，红粘土无湿陷性、压缩性低、力学性能好。 红粘土的压实性较差。 土层分布不均匀。红粘土的厚度受下伏基岩起伏的影响。 上硬下软。一般，红粘土的表层压缩性低、强度较高、稳定性好，属良好的地基土。但在接近下伏基岩面的下部，随着含水量的增大，土体成软塑或流塑状态，强度明显变低。 裂隙性。表部呈坚硬、硬塑状态，失水后含水量低于缩限时，土中开始出现裂缝。
16、,4.4.4 膨胀土,膨胀土呈灰白、灰绿、灰黄、棕红、褐黄等色，主要由亲水性矿物伊利石和蒙脱石组成，粘粒含量高，天然孔隙比小，具有强烈的吸水膨胀和失水收缩的特性。 1. 地质成因及分布 膨胀土的成因类型很多，有河流相、残积、坡积、洪积相，还有湖相及滨海相。主要生成于第四纪晚更新世，第四纪中更新世也有生成，更早、更晚的时期几乎没有生成。 膨胀土在我国南方分布的较多、北方分布的较少。,2. 主要工程地质性质, 分布： 多出露于二级及二级以上的河谷阶地、山前和盆地边缘及丘陵地带，一般地形坡度平缓，无明显的陡坎。 结构致密，多呈坚硬硬塑状态。液限多在4055%，塑性指数多在2235之间。 天然含水量接近或略小于塑限，强度高，压缩性一般中等偏低。 断口平滑，土层中常含有铁质结核，有的富集成层或呈透镜体。 膨胀土地区易产生边坡开裂、崩塌
