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1、第五章 土的工程地质性质,第二节 结构和构造,主要内容,第四节 土的工程分类,第五节 特殊土的主要工程特性,第一节 土的成因类型,地基、基础和上部结构示意图 B-基础宽度；D-基础砌置深度,土在工程上的作用：1. 作为建筑物的地基；2. 作为建筑材料；3. 作为建筑物周围的介质环境；,搬运,形成未胶结硬化的沉积物（因时间短固称第四纪沉积物Q4）,第一节 土的成因类型,地表岩石,岩石碎块或矿物颗粒,风化、剥蚀,土：属于三相体系 岩石的碎屑、矿物颗粒组成(固相) 孔隙：水（液相）和气体（气相）,工程中土或土体：主要是指与工程建筑物的变形与稳定相关的第四纪沉积物；有别于通常说的“土壤”：松散物质沉积
2、成土后，如果能稳定一个相当长的时期，则靠近地表的土体经受生物化学及物理化学作用，即成壤作用形成所谓的“土壤”。,岩石、矿物物理风化、化学风化生物风化等转变为土壤（腐殖质，矿物质、水和空气松散物质）。,残积层 （Qel）坡积层 （Qdl）洪积层 （Qpl）冲积层 （Qal）湖积沉积物层 （Ql）海洋沉积物层 （Qgl）风积层 （Qeol）冰积层 （Qm）,土的分类（成因类型）,残积层岩石风化未经搬运而残留在原来位置的松散物；因其成层覆盖在地表，故又称沉积层。 土壤层残积层风化岩层新鲜岩石形成完整的风化地壳。 陡坡和山顶部位常被侵蚀而厚度变小，平缓的斜坡和山谷低洼处厚度大；上部颗粒较细，多为黏土、
3、粉土，向下逐渐过渡为砂和角砾。,残积层 （Qel）,土壤层,残积层,风化岩层,新鲜岩石,物质成分、风化作用性质与气候条件相关。干旱地区：物理风化，砂类土特征。半干旱地区：物理风化+化学风化，粘性土特征。 其成分和性质变化很大，工程性能差别也很大，很少大面积用作天然地基。,残积层 （Qel）,坡积层 （Qdl）,坡积层（Qdl）,由于水和重力的作用，将山坡的物质（风化残积物）搬运或崩塌在斜坡下部较低的洼地带堆积而成。 坡积土的物质成分与高处残积土有直接关系；与下卧层没有直接关系，这是与残积土的区别； 坡积土的粒度有明显的分选性，上部多为粘性土，下部多为碎石土和砾石土； 厚度变化大；在陡坡处段薄1
4、m；而在坡脚处较厚，达几十米； 具有较高的孔隙度、容重小、抗剪强度低，易滑坡；,洪积层,山区暴雨后洪水携带大量碎屑物质堆积在山间河谷或山前平原地带而成。,洪积层特征,由于山洪是周期性发生，每次的规模大小不尽相同，堆积下来的物质也不一样，因此洪积土呈现不规则的交错层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状； 靠近山地的洪积土颗粒粗，压缩性小，土的承载力高，可作为地基较为理想，但其孔隙率和透水率大，作为坝基不合适； 离山区远的地方颗粒越细，土质均匀，压缩性大，厚度大，透水性小，通常也可作为良好的天然地基； 上述两者的过渡带，常由于水溢出地表而造成宽广的沼泽地带，因此此地段土质松软而承载力低。,冲积层
5、,由河流所携带的物质，随地势、流速的变化，在河谷中逐渐沉积下来的; 特点：具有明显的层理构造；由于搬运显著，碎屑物质逐渐变为亚圆或圆形颗粒（漂石、卵石、园砾）。搬运距离越长，则沉积物颗粒越细；,冲积层 P100、P84,冲积物：在河谷内由河流的沉积作用所形成的堆积物 分类：按照沉积环境 河床相冲积物：在河床范围内形成的沉积物，主要为推移质，多由砂、砾、卵石组成，一般具有明显的斜层理。 河漫滩相冲积物：在河漫滩范围内形成的沉积物，主要为悬浮质，由亚砂土、亚黏土组成,冲积层 P100、P84,冲积物：在河谷内由河流的沉积作用所形成的堆积物 分类：按照沉积环境 河床相冲积物：在河床范围内形成的沉积物
6、，主要为推移质，多由砂、砾、卵石组成，一般具有明显的斜层理。 河漫滩相冲积物：在河漫滩范围内形成的沉积物，主要为悬浮质，由亚砂土、亚黏土组成 牛轭湖相冲积物：在牛轭湖范围内形成的沉积物，主要为静水沉积，由富含有机质的淤泥和泥炭组成。 蚀余堆积相冲积物：常见于山区河流中，多为巨砾和大石块。 河口三角洲相冲积物：是在河流入海(湖)口范围内形成的沉积物。分为上下两部分。,冲积层,冲积层分类：按河谷地貌形态 山区河谷冲积物 平原河谷冲积物河床相沉积 河漫滩相沉积 牛轭湖相沉积,湖积层,湖中的沉积物；分淡水和咸水湖沉积物； 淡水湖沉积物分：湖岸沉积物和湖心沉积物；湖岸为砾石、砂土或粘土，由浪冲刷而成；湖
7、心沉积物成分复杂，主要为粘土质淤泥，距岸越远，则沉积物的颗粒越细，有机质可达2040，成为胶体的软泥，含水量可达7090，有时可成为泥炭； 湖积层承载力低不宜作为建筑物地基； 咸水湖沉积物成分复杂。主要以黏性土为主。,洞穴层,充填于可溶性岩类所形成的洞穴内的沉积物。 其特征为：石块、碎石、砾石、砂类土等相互混杂的堆积物如钟乳石等堆积。,由冰川作用堆积起来的物质统称冰碛(q )。 沉积位置不同：冰川底部为底碛停积在两旁的为侧碛前端的前碛或终碛 冰碛分选性极差，石料占多数； 冰碛物无论是大陆冰川还是山地冰川，都是一些大小块石和泥砂混杂的疏松物质，只有在冰川的长期压实下，才可能成为坚实的沉积物； 如
8、四川甘孜康定机场的海螺沟冰川堆积层，承载力可达300kPa以上。,冰川堆积层：,在冰川的末端或者冰川的边缘，当消融大于结冰的时候，冰川开始融化为冰水。以冰水为主要营力而产生的沉积称为冰水沉积。 分布于冰川附近的低洼地带。 以砂粒为主，有斜交层理，工程性能一般比冰川堆积好。,冰水沉积层：,风积层：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，最常见的是风成砂和风成黄土。这种土的特征没有层理，工程性能较差。,土的结构：指土粒的大小、形状、相互排列及其联结关系等形成的综合特征。土的结构 对土的工程性质影响很大，特别是粘性土，如某些灵敏性粘土在原状结构时
9、具有一定的强度，当结构扰动或重塑时，强度就降低很多，甚至不能再成型。,第二节 土的结构和构造,单粒结构 蜂窝结构 絮状结构,单粒构造较粗的矿物颗粒和碎屑自重作用下沉落；颗粒之间点接触； 蜂窝结构（0.050.005mm）土在自重下沉过程中遇到正在下沉或已下沉的土粒相互吸引，不改变其相对位置，逐渐形成链环状单元，很多这样的单元相互联结，就形成孔隙较大的蜂窝状结构； 絮状构造微小的粘粒，下沉速度极慢，由于其具有胶结特性，运动着的粘粒相互聚集，从而形成絮状构造；,土的构造在一定的土体中，结构相对均一的土层单元体的形态和组合特征。包括土层单元体的大小、形状、排列和相互关系等。 单元体的分界面称结构面或
10、层面。 单元体的形状：层状、条带状、透镜状 界面形态：平直、波状起伏 单元体的大小：厚度和延伸长度表示。,土的构造 在土形成及变化过程中，与各种因素发生复杂的相互作用而形成的。,残积土不存在层面，与下层呈渐变关系，没有明显的分界面； 洪积土由山口到平原，层厚逐渐变小，且有透镜体出现； 冲积土呈现“二元结构”（“下粗上细”），具有交错层、冲刷面、透镜体等； 湖积土薄层状构造。,土的构造 由于土层沉积时间长短不同，土层单元的厚薄不同。,互层状构造土体厚度较大，且岩性不同的土层单元相互叠置 夹层构造厚度较大的与较小的单层组成 纹层状构造土体全部由厚度很小的土层组成,土的构造,巨粒土、粗粒土原生构造
11、细粒土原生构造+次生构造 次生构造：土层形成后经成壤作用形成的，主要有结核状、团块状。 因胀缩作用、新构造、卸荷作用产生不同的裂隙。,土颗粒级配分类根据土颗粒的形状、级配和塑性指数将土划分为：碎石类土、砂类土、粉土、黏性土。具体分类见p114-115 表5-5、5-6、5-7。土的特殊性分类 黄土、红黏土、膨胀土、软土、盐渍土、多年冻土、填土,第4节 土的工程分类,特殊土是指某些具有特殊物质成分和结构、工程性质也较特殊的土。是在一定的条件下形成的，其分布有明显的区域性特征。,第节 特殊土的主要工程性质,特殊性土的种类有：西北、华北干旱气候区的黄土 南方和中南地区的膨胀土 沿海及内陆静水沉积的淤
12、泥类软土 高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土 西南亚热带湿热气候条件下的红黏土 西北、华北干旱气候区的盐渍土 各地人类工程活动的人工填土,黄土(loessal soil)：以粉粒为主，含碳酸盐，具大孔隙，质地均一，无明显层理而有显著垂直节理的黄色陆相沉积物。分布: 我国西北及华北地区,面积约64万km2。,颜色为淡黄、褐黄和灰黄色； 以粉土颗粒为主（0.075-0.005mm），占6070%； 含各种可溶性盐，主要富含碳酸钙，含量达1030%，对黄土起到了一定的胶结作用； 孔隙多且大，肉眼可见，孔隙度达33%-64%； 无层理，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡； 具有湿陷性。,6种特性全部具备是
13、典型黄土，只具备部分特征称为黄土状土。,黄土特征：,黄土的成因,风积黄土：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 坡积黄土：分布在山坡坡脚及斜坡上，厚度不均，基岩出露区常夹有基岩碎屑。 残积黄土：分布在基岩山地上部，由表层黄土及其岩石风化而成。 洪积黄土：分布在山前沟口地带，一般有不规则的层理，厚度不大。 冲积黄土：分布在大河的阶地上，阶地越高，黄土厚度越大，有明显层理。,颗粒成分：粉粒约占60-70%，砂粉占1-29%，黏粒占8-26%。 密度：黄土密度在1.5-1.8g/cm3，黄土干密度在1.3-1.6g/cm3(土粒密度：2.54-2.84g/cm3)。 含水量：较
14、低。,黄土工程特性：,压缩性：黄土多为中压缩性土，近代黄土为高压缩性土；老黄土强度中等，多为低压缩性土。抗剪强度：抗剪强度中等；与含水量关系较大；内摩擦角=15-25 凝聚力c=30-40kPa,黄土工程特性：,黄土湿陷性(collapsibility)：在一定压力下受水浸润后，结构迅速破坏而产生显著沉陷的性质。这个一定压力称为湿陷起始压力。 湿陷类型：自重湿陷与非自重湿陷。自重湿陷：在饱和自重压力作用下湿陷非自重湿陷：在自重压力和附加压力共同作用下湿陷 湿陷系数s ：由室内浸水压缩试验测得的黄土样在某种规定压力下的湿陷量与土样原始高度的比值。,0.07,0.03,0.02,非湿陷性,轻微湿陷
15、性,中等湿陷性,强湿陷性,黄土湿陷性(collapsibility)：,影响因素： 黏土颗粒含量越大，湿陷性越小，主要是因为黏土颗粒可以起到胶结作用。 黄土干密度在1.3-1.6g/cm3，干密度小于1.5g/cm3的黄土具有湿陷性。 含水量低，湿陷性强，含水量增加，湿陷性减弱，含水量超过25%不再湿陷。,黄土陷穴：,黄土地区常常有天然或人工洞穴，由于这些洞穴的存在和不断发展扩大，往往引起上覆建筑物突然塌陷，称为陷穴。 原因：黄土湿陷和地下水的潜蚀作用,膨胀土(expansive soil)：是一种富含亲水性黏土矿物，且随含水量的增减体积发生显著胀缩变形的高塑性黏土。分布：全国。云南、广西、贵
16、州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地区或河谷高阶地上。,工程特性： 颗粒以黏粒为主，含量35-50%以上，粉粒次之，砂粒很少，黏粒成分多为蒙脱石和伊利石等，这些颗粒表面积大，有较强的表面能，亲水性强。 结构紧密，孔隙比小，天然含水量接近塑限，土体处于坚硬或硬塑状态，常被误认为良好地基。 裂隙发育，是区别于其它土的明显标志。原生裂隙：闭合、光滑次生裂隙：风化裂隙为主，受水的影响形成软弱面。 天然状态下抗剪强度和弹性模量比较高，遇水后显著降低，有的甚至接近淤泥强度。,膨胀土(expansive soil)：,工程特性： 具有超固结性。膨胀土在历史上曾受到过比现在的上覆自重压力更大的压力，因而孔隙比小，压缩性低，一旦开挖外露，卸荷回弹，产生裂隙，遇水膨胀，强度降低，造成破坏。,膨胀土(expansive soil)：,固结度用固结比R表示：,pc土的前期固结压力 p0目前上覆土层的自重压力,正常土层R=1，超固结膨胀土R1,
