第4章

土的工程性質與分類

概述土的組成土的結構、構造土的工程分類土的成因類型一、概述

土的定義：

是連續、堅固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經過不同的搬運方式，在各種自然環境中形成的堆積物。土的物質組成：

包括作為上骨架的固體礦物顆粒、孔隙中的水及其溶解物質以及氣體。因此，土是由顆料（固相）、水溶液（液相）和氣（氣相）所組成的三相體系。二、土的組成

(一).固體顆粒在土的三相組成物質中，固體顆粒（以下簡稱土粒）是土的最主要的物質成分。土的工程性質主要取決于組成土的土粒的大小和礦物類型，即土的粒度成分和礦物成分。

1.基本概念

粒徑（度）：

顆粒大小以直徑（單位為mm）計，稱為粒徑（或粒度）。

粒組：

界于一定粒徑范圍的土粒，稱為粒組.

粒度成分（或稱顆粒級配）：

土中不同粒組顆粒的相對含量，稱為土的粒度成分（或稱顆粒級配），它以各粒組顆粒的重量占該土顆粒的總重量的百分數來表示。

2.土的粒組劃分標準：

劃分方法不完全一致，一般采用的粒組劃分及各粒組土粒的性質特征見表2-1。表中根據界限粒徑200、20、2、0.075和0.005mm把土粒分為六大粒組：漂石（塊石）顆粒:d＞200mm;卵石（碎石）顆粒:200mm＞d＞200mm;圓礫（角礫）顆粒:20mm＞d＞2mm;砂粒:2mm＞d＞0.075mm;粉粒:0.075mm＞d＞0.005mm;粘粒:d＜0.005mm。

3.各粒組特征的規律：

★顆粒愈細小，與水的作用愈強烈。所以，毛細作用由無到毛細上升高度逐漸增大；★透水性由大到小，甚至不透水；★逐漸由無粘性、無塑性到具有愈大的粘性和塑性以及吸水膨脹性等一系列特殊性質（結合水發育的結果）；★在力學性質上，強度逐漸變小，受外力時，愈易變形。

4.粒度成分對土工程性質影響的實質

（1）組成土的顆粒大小不同，土的比表面不同，則土粒與水（或氣）作用的表面能大小不同。因此，不同大小顆粒與水（或氣）相互作用的程度，以至含水的種類、性質和數量不同。

土的比表面一般用單位體積所有土粒的總表面積表示。由于土粒大小不同而造成比表面數值上的巨大變化，必然導致土的性質的突變。

（2）天然土中不同大小顆粒的組成礦物類型不同，直接影響土的工程特性。

5.粒度分析及其成果表示

☆

土的粒度成分的測定方法：是通過土的粒度分析（亦稱顆粒分析）試驗測定的。

對于粒徑大于0.075mm的粗粒土，可用篩分法測定。

粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒難以篩分，一般可以根據土粒在水中勻速下沉時的速度與粒徑的理論關系，用比重計法或移液管法（見土工試驗有關書籍）測得顆粒級配。

☆顆粒分析試驗成果表示：可以繪制如圖所示的顆粒級配累積曲線。

6.表征土粒特征的概念

有效粒徑d10：

小于某粒徑的土粒重量累計百分數為10％時，相應的粒徑稱為有效粒徑d10。

限定粒徑d６0：

當小于某粒徑的土粒重量累計百分數為60％時，該粒徑稱為限定粒徑d６0。

不均勻系數Cu：

d６0與d10之比值反映顆粒級配的不均勻程度稱為不均勻系數Cu：Cu=d６0/d10

工程上把Cu＜5的上看作是均勻的；Cu＞10的土則是不均勻的，即級配良好的。

曲率系數（Cc）：

用于來說明累積曲線的彎曲情況，從而分析評述土粒度成分的組合特征：

Cc=d302/d10·

d６0

式中d10，d60的意義同上，d30為相應累積含量為30％的粒徑值。

Cc值在1～3之間的土級配較好。Cc值小于1或大于3的土，累積曲線都明顯彎曲（凹面朝下或朝上）而呈階梯狀，粒度成分不連續，主要由大顆粒和小顆粒組成，缺少中間顆粒。

7.土的礦物成分

根據組成土的固體顆粒的礦物成分的性質及其對土的工程性質影響不同，分為以下四大類別：

（1）原生礦物；

（2）不溶于水的次生礦物（以粘土礦物和硅、鋁氧化物為主）；

（3）可溶鹽類及易分解的礦物；

（4）有機質。(二)土中水

在自然條件下，土中總是含水的。在一般粘性土，特別是飽和軟粘性土，土中水的體積常占據整個土體相當大的比例（一般為50％～60％，甚至高達80%）。

研究土中水，必須明確有關土中水的如下概念：

（1）水分子H2O是強極性分子.

（2）土中水是水溶液。（3）土中水溶液與土顆粒表面及氣體有著復雜的相互作用。

土中水的分類：按土中水所呈現的性質差異及其對土的影響性質與程度，可將土中水分為結合水和非結合水兩大類：

結合水（土粒表面結合水）:強結合水（吸著水）弱結合水（薄膜水）非結合水:液態水:毛細水（實為半結合水）重力水（自由水）氣態水（水蒸氣）固態水（冰）(三)土中氣體

土中的氣體，主要為空氣和水氣。但有時也可能含有較多的二氧化碳、沼氣及硫化氫，這些氣體大多因生物化學作用生成。

氣體的存在形式：一種是封閉氣體，另一種是游離氣體。

三、土的結構、構造

土的工程性質及其變化，除取決于其物質成分外，在較大程度上還與諸如土的粒間連結性質和強度；層理特點；裂隙發育程度和方向以及土質的其他均勻性特征等土體的天然結構和構造因素有關。（一）土的結構

1.

土的結構：是指土顆粒本身的特點和顆粒間相互關系的綜合特征，具體來說是指：

（1）土顆粒本身的特點：土顆粒大小、形狀和磨圓度及表面性質（粗糙度）等。

（2）土顆粒之間的相互關系特點：粒間排列及其連結性質。

2.土的結構類型：兩大基本類型：單粒（散粒）結構和集合體（團聚）結構。

單粒結構（散粒結構），單粒結構為砂性土所特有，對土的工程性質影響主要在于其松密程度。

集合體結構，也稱團聚結構或絮凝結構。這類結構為粘性土所特有。

單粒結構特點：

1）具有單粒結構的碎石土和砂土，雖然孔隙比較小，而孔隙大，透水性強，土粒間一般沒有內聚力，但土粒相互依靠支承，內摩擦力大，并且受壓力時土體積變化較小。

2）再者，由于這類土的透水性強，孔隙水很容易排出，在荷載作用下壓密過程很快。因此，即使原來比較疏松，當建筑物結構封頂，地基沉降也告完成。

3）對于具有單粒結構的土體，一般情況（靜荷載作用）下可以不必擔心它的強度和變形問題。

集合體結構特點：

1）孔隙度很大（可達50％～98％），而各單獨孔隙的直徑很小，特別是聚粒絮凝結構的孔隙更小，但孔隙度更大，因此，土的壓縮性更大.

2）含水量很大，往往超過50％，而且因以結合水為主，排水困難，故壓縮過程緩慢.

3）具有大的易變性—不穩定性。

（二）土的構造1.土的構造定義與研究意義

土的構造：指整個土層（土體）構成土的不均勻性特征的總和。

整個土體構成土的不均勻性包括：層理、夾層、透鏡體、結核、組成顆粒大小懸殊及裂隙發育程度與特征等。這種構成土的不均勻性是由于土的礦物成分及結構變化所造成的。研究意義：（1）.土體構造特征反映土體在力學性質和其他工程性質的各向異性或土體各部位的不均勻性，因此，要掌握其變化規律。如，由砂土和粘性土組成的層狀或互層構造土體的物理力學性質皆顯示其各向異性特點。又如，黃土由于其垂直節理（裂隙）發育，強烈地降低其抗水穩定性和力學穩定性，特別在邊坡地段，沿裂隙極易產生坍方和滑坡現象。（2）土體的構造特征是決定勘探、取樣或原位測試布置方案和數量的重要因素之一。2.土的構造特點：

（1）對于碎石土，粗石狀構造和假斑狀構造是最普遍的；

（2）對于砂土和砂質粉土，各種不同形式的夾層、透鏡體或交錯層構造，較為普遍。

（3）在粘性土中，常見有層狀、顯微層狀構造及各種裂隙、節理構造。

四、土的工程分類1.土的工程分類的目的：（1）根據土類，可以大致判斷土的基本工程特性，并可結合其他因素評價地基土的承載力、抗滲流與抗沖刷穩定性，在振動作用下的可液化性以及作為建筑材料的適宜性等；（2）根據土類，可以合理確定不同土的研究內容與方法；（3）當土的性質不能滿足工程要求時，也需根據土類（結合工程特點）確定相應的改良與處理方法。

2.土的工程分類應遵循的原則：

（1）工程特性差異性的原則。即分類應綜合考慮土的各種主要工程特性（強度與變形特性等），用影響土的工程特性的主要因素作為分類的依據。（2）以成因、地質年代為基礎的原則。土的工程性質受土的成因（包括形成環境）與形成年代控制。（3）分類指標便于測定的原則，即采用的分類指標，要既能綜合反映土的基本工程特性，又要測定方法簡便。

3.我國土的工程分類（1）土按堆積年代可劃分

老堆積土：第四紀晚更新世Q3及其以前堆積的土層，一般呈超固結狀態，具有較高的結構強度；一般堆積土：第四紀全新世（文化期以前Q4）堆積的土層；新近堆積土：文化期以來新近堆積的土層Q4，一般呈欠壓密狀態，結構強度較低。（2）土根據地質成因分

可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、風積土和冰川沉積土，各成因類型沉積土的特征見書中有關章節。（3）土根據有機質含量分

可分為無機土、有機質土、泥炭質土和泥炭。

（4）．土按顆粒級配和塑性指數分1）碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％的土。2）砂土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50％，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％的土。根據顆粒級配分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。

3）粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒不超過全重50％，且塑性指數小于或等于10的土。根據顆粒級配（粘粒含量）分為砂質粉土和粘質粉土。

4）粘性土：塑性指數大于10的土。根據塑性指數分為粉質粘土和粘土。

（5）．特殊類土：

具有一定分布區域或工程意義上具有特殊成分、狀態和結構特征的土稱為特殊性土，規范分為濕陷性土、紅粘土、軟土（包括淤泥和淤泥質土）、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土、污染土。9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。3月-253月-25Friday,March7,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。17:05:3217:05:3217:053/7/20255:05:32PM11、夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學。3月-2517:05:3217:05Mar-2507