工程地質(zhì)-第四章 土的工程性質(zhì)與分類

1、第四章第四章 土的工程性質(zhì)與分類土的工程性質(zhì)與分類 土：連續(xù)、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(jīng)過不同的搬運方式，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。 土的工程性質(zhì)主要取決于組成土的土粒的大小和礦物類型。4.1 土的組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造 土的三相組成：顆粒（固相）、水溶液（液相）和氣體（氣相）。 固體（顆粒）+孔隙（水、氣）4.1.1 土的粒度成分 粒組：界于一定粒徑范圍的土粒； 粒度成分（顆粒級配）：土中不同粒組顆粒的相對含量。漂石（塊石）：200mm；卵石（碎石）：20020mm；圓礫（角礫）：202mm；砂粒：20.075mm；粉粒：0.0750.005mm；黏粒：0.00

2、5mm。4.1.2 土的礦物成分 原生礦物； 不溶于水的次生礦物； 可溶鹽類及易分解的礦物； 有機質(zhì)。不穩(wěn)定礦物1. 原生礦物 主要有石英、長石、角閃石、云母等，是組成卵石、礫石、砂粒和粉粒的主要成分。 對工程性質(zhì)影響，主要在于其顆粒形狀、堅硬程度和抗風化穩(wěn)定性等因素。2. 不溶于水的次生礦物1）粘土礦物為含水鋁硅酸鹽，主要有高嶺石、伊利石、水云母及蒙脫石等； 親水性：蒙脫石伊利石高嶺石2）次生SiO2（膠態(tài)、準膠態(tài)）；3）倍半氧化物（Al2O3和Fe2O3等）。是組成黏粒的組要成分。主要特點：高度分散狀態(tài)膠態(tài)或準膠態(tài)。易引起土的工程性質(zhì)的顯著改變，如產(chǎn)生大的塑性、強度劇烈降低等。3. 可溶鹽

3、類及易分解的礦物 易溶鹽：NaCl，CaCl2，Na2SO410H2O，Na2CO310H2O 中溶鹽：CaSO4H2O和MgSO4； 難溶鹽：CaCO3和MgCO3。易溶鹽常以夾層、透鏡體、網(wǎng)脈、結(jié)核或呈分散的顆粒、薄膜或粒間膠結(jié)物含于土中。含鹽土浸水后鹽類被溶解，土的粒間連結(jié)削弱，甚至消失，并同時增大土的孔隙性，從而降低土的強度和穩(wěn)定性，增大壓縮性。 常見易分解礦物：黃鐵礦（FeS2）及其他硫化物和硫酸鹽類。分解后對土的影響在于： 浸水后削弱或破壞土的粒間連結(jié)及增大土的孔隙性； 分解出硫酸，對建筑基礎及各種管道設施其腐蝕作用。4. 有機質(zhì) 當有機質(zhì)在黏性土中含量達到或超過5%（在砂土中為3

4、%）時，就開始對土的工程性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響。 比粘土礦物具有更強的膠體特性和更高的親水性。比粘土礦物具有更強的膠體特性和更高的親水性。影響程度取決于： 含量越高，對土的性質(zhì)影響越大； 分解程度越高，影響越劇烈； 土被水浸程度或飽和度不同，有機質(zhì)對土的影響不同； 與有機質(zhì)土層的厚度、分布均勻性及分布方式有關。4.1.3 土中水和氣體及其與土粒的相互作用1. 土中水水分子和水化離子水分子和水化離子（1）結(jié)合水：受分子引力、靜電引力吸附于土粒表面的土中水。熱力電位電動電位1）強結(jié)合水（吸著水）：緊靠土粒表面的結(jié)合水 特點： 厚度很??； 沒有溶解能力； 不能傳遞靜水壓力； 只有吸熱變成蒸汽時才能移動；

5、冰點低； 具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強度。2）弱結(jié)合水（薄膜水）：緊靠于強結(jié)合水的外圍形成的結(jié)合水膜。特征： 厚度比強結(jié)合水大得多； 不能傳遞靜水壓力； 沒有溶解能力，冰點低于0度； 土中含較多的弱結(jié)合水時，土具有一定的可塑性。（2）非結(jié)合水：土?？紫吨谐鐾亮１砻骒o電引力作用范圍的一般液態(tài)水。能傳遞靜水壓力和溶解鹽分能傳遞靜水壓力和溶解鹽分1）毛細水產(chǎn)生于土粒的分子引力和水與空氣界面的表面張力共同構(gòu)成的毛細力作用；存在于地下水面以上；存在與直徑為0.0020.5mm的毛細空隙中；毛細上升水毛細懸掛水毛細水影響： 在非飽和土中局部存在毛細水，土粒被擠緊；當土體浸水飽和或失水干燥時，該有效應力

6、消失； 毛細水上升接近建筑物基礎底面時，毛細壓力將作為基底附加壓力的增值，增大建筑物沉降； 毛細水上升接近或浸沒基底時，在寒冷地區(qū)將加劇凍脹作用； 毛細水浸沒基礎時，水中鹽分具有腐蝕作用。2）重力水：在重力作用下流動的水特點： 產(chǎn)生動水壓力； 沖刷帶走土中細小土粒； 溶濾水中水溶鹽。機械潛蝕作用機械潛蝕作用化學潛蝕作用化學潛蝕作用兩種潛蝕作用都將使土的孔隙增大，增大壓縮性，降低抗剪強度。3）氣態(tài)水和固態(tài)水 氣態(tài)水：可在土粒表面凝聚轉(zhuǎn)化為其他各種類型的水； 固態(tài)水（冰）：起到暫時的膠結(jié)作用，提高土的力學強度，降低透水性。2. 土中氣體游離氣體封閉氣體4.1.4 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的工程性質(zhì)取決于：

7、 物質(zhì)成分； 粒間聯(lián)接性質(zhì)和強度； 層理特點； 裂隙發(fā)育程度和方向； 結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1. 土的結(jié)構(gòu)：土顆粒本身的特點和顆粒間相互關系的綜合特征。土顆粒本身特點：土顆粒大小、形狀和磨圓度及表面性質(zhì)（粗糙度）等。顆粒間相互關系特點：粒間排列及其聯(lián)結(jié)性質(zhì)。單粒結(jié)構(gòu)集合體結(jié)構(gòu)（1）單粒結(jié)構(gòu)特征（散粒結(jié)構(gòu)）碎石（卵石）、礫石類土和砂土等無黏性土的基本結(jié)構(gòu)形式。（a）疏松單粒結(jié)構(gòu)；（b）緊密單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)特點： 孔隙率小，孔隙大； 透水性強； 土粒間沒有內(nèi)聚力； 土粒相互依靠支撐，內(nèi)摩擦力大； 受壓時體積變化較小。（2）集合體結(jié)構(gòu)（團聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)）特征黏性土特有結(jié)構(gòu)黏性土特有結(jié)構(gòu)（粒間引力大于重力）（粒

8、間引力大于重力）基本單元：團聚體基本單元：團聚體集合體結(jié)構(gòu)特征： 孔隙度很大壓縮性大； 水容度、含水量很大，以結(jié)合水為主，排水困難壓縮過程緩慢； 具有大的易變性不穩(wěn)定。2. 土的構(gòu)造 整個土層（土體）構(gòu)成上的不均勻性（層理、夾層、透鏡體、結(jié)核、組成顆粒大小懸殊、裂隙發(fā)育程度和特征等）特征的總合。 碎石土構(gòu)造特征： 砂土和砂質(zhì)粉土構(gòu)造特征： 黏性土構(gòu)造特征：（1）層狀構(gòu)造；（2）顯微層狀構(gòu)造；（3）各種裂隙、節(jié)理構(gòu)造。研究土體構(gòu)造特征意義（1）土體構(gòu)造特征反映土體的力學性質(zhì)和其他工程性質(zhì)的各向異性或土體各部位的不均勻性。（2）土體構(gòu)造特征是決定勘探、取樣或原位測試布置方案和數(shù)量的重要因素之一。4

9、.2 土的工程分類建筑工程系統(tǒng)的分類材料系統(tǒng)的分類我國土的工程分類1. 按堆積年代分為：（1）老堆積土：第四紀晚更新世及其以前堆積的土層（超固結(jié)）；（2）一般堆積土：第四紀全新世（文化期以前）堆積的土層；（3）新近堆積土：文化期以來新近堆積的土層（欠壓密）。2. 根據(jù)地質(zhì)成因可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、冰磧土及冰水沉積土和風積土；3. 根據(jù)有機質(zhì)含量可分為無機土、有機質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭；4. 具有特殊成分、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征的特殊土：濕陷性土、紅黏土、軟土、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土，污染土；5. 按顆粒級配和塑性指數(shù)分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。4.3

10、土的成因類型特征1 殘積土工程性質(zhì)：土層厚度、組成成分、結(jié)構(gòu)及物理力學性質(zhì)變化極大，均勻性很差，孔隙度較大，作為地基易引起不均勻沉降。2 坡積土工程性質(zhì)：土質(zhì)上下不均勻，結(jié)構(gòu)疏松，壓縮性高，土層厚度變化大，對建筑物常有不均勻沉降問題；下部基巖面常富水，易產(chǎn)生沿下臥殘基層或基巖面的滑動等問題3 洪積土工程性質(zhì)：（1）離山前較近的洪積土顆粒較粗，具有較高的承載力，壓縮性低；（2）在離山區(qū)較遠的地帶，洪積物顆粒較細，成分較均勻，厚度較大，也是良好的地基；（3）中間過渡帶，常形成沼澤地帶，且存在尖滅或透鏡體，土質(zhì)較差，承載力較低。4 沖積土河床相河漫灘相牛軛湖相河口三角洲相工程性質(zhì)：（1）古河床相壓縮

11、性低，強度較高；現(xiàn)代河床堆積物密實度較差，透水性較強，若作為水工建筑物地基則將引起壩下滲漏；（2）河漫灘相沖積物覆蓋于河床相沖積土之上，該雙層結(jié)構(gòu)沖積體常被作為地基；（3）牛軛湖相沖積土壓縮性很高，承載力很低；（4）三角洲沉積物常是飽和的軟黏土，承載力低，壓縮性高。5 湖泊沉積物湖邊沉積物：近岸帶沉積多是粗顆粒的卵石、圓礫和砂土，承載力高；遠岸的則是細顆粒的砂土和粘性土，承載力低；湖心沉積物：主要是粘土和淤泥，常夾有細砂、粉砂薄層，土的壓縮性高，強度低。6 海洋沉積物卵石、圓礫、砂細粒砂土、粘性土、淤泥和生物化學沉積物有機質(zhì)軟泥7 冰積土和冰水沉積土 冰川和冰川融化的冰下水搬運堆積而成，其顆粒以巨大塊石、碎石、砂、粉