土的工程性質(zhì)與分類

關(guān)于土的工程性質(zhì)與分類第1頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1土的組成與結(jié)構(gòu)、構(gòu)造土粒構(gòu)成土的骨架主體，也是最穩(wěn)定、變化最小的成分。從本質(zhì)而言，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，即土的粒度成分和礦物成分。各種類型土的劃分，首先是根據(jù)組成土的土粒成分，而土的結(jié)構(gòu)特征，也是通過土粒大小、形狀、排列方式及相互連結(jié)關(guān)系反映出來的。第2頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1.1土的粒度成分土是由各種大小不同的顆粒組成的。顆粒大小以直徑（單位為mm）計(jì)，稱為粒徑（或粒度）。界于一定粒徑范圍的土粒，稱為粒組；而土中不同粒組顆粒的相對(duì)含量，稱為土的粒度成分（或稱顆粒級(jí)配），它以各粒組顆粒的重量占該土顆粒的總重量的百分?jǐn)?shù)來表示。第3頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粒組名稱粒徑范圍（mm）一般特征漂石或塊石顆粒卵石或碎石顆粒>200200-20

透水性很大；無粘性；無毛細(xì)作用

圓礫或角礫顆粒粗中細(xì)20-1010-55-2

透水性大；無粘性；毛細(xì)水上升高度不超過粘徑大小

砂粒

粗中細(xì)極細(xì)

2-0.50.5-0.250.25-0.10.1-0.075

易透水；無粘性，無塑性，干燥時(shí)松散；毛細(xì)水上升高度不大（一般小于1m）

粉粒粗細(xì)0.075-0.010.01-0.005透水性較弱；濕時(shí)稍有粘性（毛細(xì)力連結(jié)），干燥時(shí)松散，飽和時(shí)易流動(dòng)；無塑性和遇水膨脹性；毛細(xì)水上升高度大；濕土振動(dòng)之有水析現(xiàn)象（液化）粘粒

<0.005幾乎不透水；濕時(shí)有粘性、可塑性，遇水膨脹大，干時(shí)收縮顯著；毛細(xì)水上升高度大，但速度緩慢。第4頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三從土粒粒組的一般特征，可以發(fā)現(xiàn)，顆粒愈細(xì)小，與水的作用愈強(qiáng)烈：毛細(xì)作用由無到毛細(xì)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等一系列特殊性質(zhì)（結(jié)合水發(fā)育的結(jié)果）；在力學(xué)性質(zhì)上，強(qiáng)度逐漸變小，受外力時(shí)，愈易變形。造成土的組成顆粒大小對(duì)物理力學(xué)產(chǎn)生性質(zhì)產(chǎn)生重大影響的原因在于：組成土的顆粒大小不同，土的比表面不同，則土粒與水（或氣）作用的表面能不同；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。第5頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三顆粒級(jí)配累積曲線第6頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三幾個(gè)重要的粒徑指標(biāo)有效粒徑d10：小于某粒徑的土粒重要累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑。限定粒徑d60：當(dāng)小于某粒徑的土粒重要累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%，該粒徑稱為限定粒徑。不均勻系數(shù)Cu：反映顆粒級(jí)配的不均勻程度，數(shù)值上等于d60/d10。曲率系數(shù)Cc：反映累積曲線的彎曲情況。第7頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1.2土的礦物成分根據(jù)組成土的固體顆粒的礦物成分的性質(zhì)及其對(duì)土的工程性質(zhì)影響不同，分為以下四大類別：原生礦物不溶于水的次生礦物（以粘土礦物和硅、鋁氧化物為主）可溶鹽類及易分解的礦物有機(jī)質(zhì)第8頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粘土礦物——高嶺石高嶺石的結(jié)晶格架的每個(gè)晶胞分別由一個(gè)鋁氫氧八面體層和硅氧四面體層組成，即為1:1結(jié)構(gòu)單位層。晶胞間除范德華力外，還有很強(qiáng)的氫鍵連結(jié)作用，因而類粘土礦物具有較穩(wěn)固的結(jié)晶格架，水較難進(jìn)入其結(jié)晶格架內(nèi)，所以水與這類礦物之間的作用比較弱，膨脹性和壓縮性等也較小。第9頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粘土礦物——蒙脫石蒙脫石的結(jié)晶格架的每個(gè)晶胞分別由兩個(gè)硅氧四面體層夾一個(gè)鋁氫氧八面體層組成，即為2:1結(jié)構(gòu)單位層。晶胞間僅以范德華力相連，且具有電性相斥作用，因而不僅連接較弱，且不穩(wěn)固，晶胞間易于移動(dòng)。水分子很容易在晶胞之間楔入，吸水膨脹，失水收縮。因而該類礦物與水作用強(qiáng)烈，膨脹性和壓縮性都很大。第10頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粘土礦物——伊里石伊里石與蒙脫石同屬于2:1型結(jié)構(gòu)單位層，不同的是其硅氧四面體中的部分離子常被、所置換，因而在相鄰晶胞間將出現(xiàn)若干一價(jià)正離子

以補(bǔ)償晶胞中正電荷的不足，并將相鄰晶胞連接。該類礦物的親水性及對(duì)土的工程性質(zhì)影響界于蒙脫石和高嶺石之間。第11頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三可溶鹽類 土中的可溶鹽類常以夾層、透鏡體、網(wǎng)脈、結(jié)核或呈分散的顆粒、薄膜或粒間膠結(jié)物含于土層中?？扇茺}類對(duì)土的工程性質(zhì)影響的實(shí)質(zhì)，在于含鹽土浸水、鹽類被溶解后，土的粒間連接削弱，甚至消失，并同時(shí)增大土的孔隙性，從而降低土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，增大其壓縮性。其影響程度，取決于（1）鹽類的成分和溶解度、（2）含量以及（3）分布均勻性和分布方式。第12頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三有機(jī)質(zhì)在自然界一般土、特別是淤泥質(zhì)土中，通常都含有一定數(shù)量的有機(jī)質(zhì)，當(dāng)其在粘性土中的含量達(dá)到或超過5%（在砂土中的含量達(dá)到或超過3%）時(shí)，就開始對(duì)土的工程性質(zhì)具有顯著的影響。有機(jī)質(zhì)對(duì)土的工程性質(zhì)的影響實(shí)質(zhì)，在于它比粘土礦物具有更強(qiáng)的膠體特性和更高的親水性。第13頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1.3土中水和氣體及其

與土粒的相互作用結(jié)合水（土粒表面結(jié)合水）：

（1）強(qiáng)結(jié)合水（吸著水）

（2）弱結(jié)合水非結(jié)合水：

（1）液態(tài)水：(a)毛細(xì)水（實(shí)為半結(jié)合水）

(b)重力水（自由水）

（2）氣態(tài)水（水蒸氣）

（3）固態(tài)水（冰）第14頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三結(jié)合水雙電層強(qiáng)結(jié)合水（亦稱吸著水）弱結(jié)合水（亦稱薄膜水）第15頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三非結(jié)合水——毛細(xì)水毛細(xì)水是土的細(xì)小孔隙中，因與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(xì)力作用而與土粒結(jié)合，存在于地下水面以上的一種過渡類型水。毛細(xì)現(xiàn)象。毛細(xì)水對(duì)土的工程性質(zhì)及建筑工程的影響。第16頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三非結(jié)合水——

重力水、氣態(tài)水和固態(tài)水重力水是存在于較粗大孔隙中，具有自由活動(dòng)能力，在重力作用下流動(dòng)的水。為普通液態(tài)水。機(jī)械潛蝕作用?；瘜W(xué)潛蝕作用。氣態(tài)水以水氣狀態(tài)存在，從氣壓高的地方向氣壓低的地方移動(dòng)。當(dāng)溫度降低至零度以下時(shí)，土中的水，主要是重力水凍結(jié)成固態(tài)水（冰）。第17頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（1）土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒本身的特點(diǎn)和顆粒間相互關(guān)系的綜合特征：土顆粒本身的特點(diǎn)，如土顆粒大小、形狀和磨圓度及表面性質(zhì)（粗糙度）等。土顆粒之間的相互關(guān)系特點(diǎn)，即粒間排列及其連結(jié)性質(zhì)。第18頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（2）單粒結(jié)構(gòu)：也稱散粒結(jié)構(gòu)，是碎石（卵石）、礫石類土及砂土等無粒性的基本結(jié)構(gòu)形式，粒間幾無靜電引力連結(jié)和水膠連結(jié)，只有潮濕時(shí)具有微弱的毛細(xì)力連結(jié)。集合體結(jié)構(gòu)：也稱團(tuán)聚結(jié)構(gòu)或絮凝結(jié)構(gòu)，為粘性土所特有，亦為構(gòu)成粒性土結(jié)構(gòu)的基本單元。第19頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（3）軟粘性土的觸變性是指其土體經(jīng)擾動(dòng)（如振動(dòng)、攪拌、搓揉等）致使結(jié)構(gòu)破壞時(shí)，土體強(qiáng)度劇烈減小；但如將受過擾動(dòng)的土體靜置一定的時(shí)間，則該土體強(qiáng)度將隨靜置時(shí)間的增大，而逐漸有所增長、恢復(fù)的特性。對(duì)軟粘性土的觸變特性，一般用靈敏度表示：

保持天然結(jié)構(gòu)和含水量的軟粘性土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度

同上土體，結(jié)構(gòu)被破壞的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)。第20頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.1.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（4）土的構(gòu)造：整個(gè)土層（土體）構(gòu)成上的不均勻性特征的總合，包括層理、夾層、透鏡體、結(jié)核、組成顆粒大小懸殊及裂隙發(fā)育程度與特征等。第21頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)無粘性土的緊密狀態(tài)粘性土的物理特征土的力學(xué)性質(zhì)第22頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第23頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.1土的三相比例指標(biāo)（1）土的三相比例指標(biāo)，即土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)，包括土的顆粒比重、重度、含水量、飽和度、孔隙比和孔隙率。（1）土的顆粒比重：土粒重量與同體積的4時(shí)水的重量之比，稱為顆粒比重，它在數(shù)值上為單位體積土粒的重量。第24頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.1土的三相比例指標(biāo)（2）（2）土的重度：單位體積土的重量稱為土的重度

對(duì)具有一定成分的土而言，結(jié)構(gòu)愈疏松，孔隙體積愈大，重度值將愈小，而比重不變。第25頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.1土的三相比例指標(biāo)（3）（3）土的干重度、飽和重度和浮重度土單位體積中固定顆粒部分

的重量，稱為土的干重度土孔隙中充滿水時(shí)的單位體積

重量，稱為土的飽和重度地下水位以下，單位土體積中土粒的重量扣除浮力后，即為單位土體積中土粒的有效重量，稱為土的浮重度或水下重度第26頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.1土的三相比例指標(biāo)（4）（4）土的含水量：土中水的重量與土粒重量之比（5）土的飽和度：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比第27頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.1土的三相比例指標(biāo)（5）（6）土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示第28頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.2無粘性土的緊密狀態(tài)無粘性土一般指碎石土和砂土，粉土屬于砂土和粘性土的過渡類型，但是其物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)主要接近砂土，故列入無粘性土的工程特征問題一并討論。無粘性土的緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)，它綜合反映了無粘性土顆粒的巖石和礦物組成、粒度組成（級(jí)配）、顆粒形狀和排列等對(duì)其工程性質(zhì)的影響。第29頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粉土樣本（未捻碎）第30頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粉土樣本（已捻碎）第31頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三思考：

土體為何會(huì)出現(xiàn)粘性與無粘性？影響土體粘性的因素很多，比如土體顆粒大小、礦物組成、沉積歷史等。第32頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粒組名稱粒徑范圍（mm）一般特征漂石或塊石顆粒卵石或碎石顆粒>200200-20

透水性很大；無粘性；無毛細(xì)作用

圓礫或角礫顆粒粗中細(xì)20-1010-55-2

透水性大；無粘性；毛細(xì)水上升高度不超過粘徑大小

砂粒

粗中細(xì)極細(xì)

2-0.50.5-0.250.25-0.10.1-0.075

易透水；無粘性，無塑性，干燥時(shí)松散；毛細(xì)水上升高度不大（一般小于1m）

粉粒粗細(xì)0.075-0.010.01-0.005透水性較弱；濕時(shí)稍有粘性（毛細(xì)力連結(jié)），干燥時(shí)松散，飽和時(shí)易流動(dòng)；無塑性和遇水膨脹性；毛細(xì)水上升高度大；濕土振動(dòng)之有水析現(xiàn)象（液化）粘粒

<0.005幾乎不透水；濕時(shí)有粘性、可塑性，遇水膨脹大，干時(shí)收縮顯著；毛細(xì)水上升高度大，但速度緩慢。第33頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三思考：

土體為何會(huì)出現(xiàn)粘性與無粘性？影響土體粘性的因素很多，比如土體顆粒大小、礦物組成、沉積歷史等。土體的粘性與顆粒大小密切相關(guān)；顆粒愈細(xì)小，土粒的比表面能就愈大，與水的作用愈強(qiáng)烈；土中的結(jié)合水和毛細(xì)水對(duì)土粒起到了粘結(jié)的作用。第34頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三無粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)——

天然孔隙比砂土的承載力不論其顆粒組成的粗細(xì)，均隨著天然孔隙比的減小而顯著地增大。砂土名稱實(shí)密中密稍密疏松礫砂、粗砂、中砂<0.60.6-0.750.75-0.85>0.85細(xì)砂、粉砂<0.70.7-0.850.85-0.95>0.95第35頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三無粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)——

相對(duì)密度然而，由于砂土的密實(shí)度還與砂粒的形狀、粒徑級(jí)配有關(guān)（比如，疏松的級(jí)配良好的砂土的孔隙比，有時(shí)要比緊密的顆粒均勻的砂土的孔隙比?。虼藘H采用天然孔隙比作為砂土緊密狀態(tài)的分類指標(biāo)缺乏概括性。緊密狀態(tài)Dr密實(shí)0.67-1中密0.33-0.67稍密0.2-0.33松散0-0.2第36頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.3粘性土的物理特征粘性土的界限含水量：隨著含水量的變化，粘性土由一種稠度轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，相應(yīng)于轉(zhuǎn)變點(diǎn)的含水量稱為界限含水量，如縮限、塑限和液限。第37頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三液塑限儀第38頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)：液限和塑限的差值，它表示土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大，可塑性就愈強(qiáng)。液性指數(shù)：粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，用以表征粘性土所處的軟硬狀態(tài)，液性指數(shù)愈大，土質(zhì)愈軟，反之，土質(zhì)愈硬。第39頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.2.4土的力學(xué)性質(zhì)土的變形具有明顯的非線性特征，但一般的建筑荷載作用下地基中應(yīng)力的變化范圍不大，因而也可以將之視為一種線性變形體。壓縮系數(shù)、壓縮模量、抗剪強(qiáng)度第40頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三土的壓縮性土的壓力作用下體積縮小的特性稱為土的壓縮性。在一般壓力作用下，土粒和水的壓縮與土的總壓縮量之比是很微小的，因此完全可以忽略不計(jì)，而將土的壓縮看作為土中孔隙體積的減小。室內(nèi)壓縮試驗(yàn)。第41頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三固結(jié)儀第42頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三

第43頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三壓縮過程示意圖第44頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三e-p曲線第45頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三土的壓縮系數(shù)壓縮性不同的土，其曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡，說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高。所以，曲線上任一點(diǎn)的切線斜率

就表示了相應(yīng)于壓力

作用下的壓縮性，故稱

為壓縮系數(shù)。第46頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三土的壓縮模量土的壓縮模量：在完全側(cè)限條件下的豎向附加壓力與相應(yīng)增量之比值，用表示：土的壓縮模量是以另一種方式表示土的壓縮性指標(biāo)，它與壓縮系數(shù)成反比，即越小則土的縮的壓縮性越高。第47頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三思考：壓縮模量與變形模量土的壓縮模量Es是土體在側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值，而土的變形模量E0是土體在無側(cè)限條件下的應(yīng)力與應(yīng)變的比值。兩者在理論上是可以互相換算的。土的種類和狀態(tài)β土的種類和狀態(tài)β土的種類和狀態(tài)β碎石土0.95-0.83粉質(zhì)粘土：堅(jiān)硬0.83粘土：堅(jiān)硬0.83砂土0.83-0.74可塑0.74可塑0.62粉土0.74軟塑及流塑0.62軟塑及流塑0.39第48頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三土的抗剪強(qiáng)度土體在通常應(yīng)力狀態(tài)下的破壞，表現(xiàn)為塑性破壞，或稱剪切破壞。即在土的自重或外荷載作用下，在土體中某一個(gè)曲面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力值達(dá)到了土對(duì)剪切破壞的極限抗力（土的抗剪強(qiáng)度），于是土體沿著該曲面發(fā)生相對(duì)滑移，土體失穩(wěn)。直剪試驗(yàn)。第49頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三直剪試樣第50頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三無粘性土的抗剪強(qiáng)度：土的抗剪強(qiáng)度，：作用于剪切面上的正壓應(yīng)力，：土的內(nèi)摩擦角第51頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三粘性土的抗剪強(qiáng)度：土的抗剪強(qiáng)度，：作用于剪切面上的正壓應(yīng)力，：土的內(nèi)摩擦角：土的內(nèi)聚力（或稱為粘聚力），第52頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.3土的工程分類目前國內(nèi)作為國家標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用較廣的工程分類主要有《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《巖土工程勘察規(guī)范》的分類，其劃分原則與標(biāo)準(zhǔn)如下：土按堆積年代可劃分為老堆積土、一般堆積土和新近堆積土；土根據(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(fēng)積土；土根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量可分為無機(jī)土、有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭；具有一定分布區(qū)域或工程意義上具有特殊成分、狀態(tài)和結(jié)構(gòu)特征的土稱為特殊性土，規(guī)范分為濕陷性黃土、紅粘土、軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土）、混合土、填土、多年凍土、膨脹土、鹽漬土和污染土。土按顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。第53頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.4土的成因類型特征（1）土根據(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(fēng)積土：(1)殘積土：巖土石經(jīng)風(fēng)化后未被搬運(yùn)的那一部分原巖風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物，而另一部分則被降水和風(fēng)所帶走。(2)坡積土：經(jīng)雨雪水的細(xì)水片流緩慢洗刷、剝蝕，及土粒在重力作用下順著山坡逐漸移動(dòng)形成的堆積物。第54頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.4土的成因類型特征（2）(3)洪積土：由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時(shí)性山洪急流帶來的碎屑物質(zhì)在山溝的出口處或山前傾斜平原堆積形成的堆洪積土體。(4)沖積土：由河流的流水作用將碎屑物質(zhì)搬運(yùn)到河谷中坡降平緩的地段堆積而成的，它發(fā)育于河谷內(nèi)及山區(qū)外的沖積平原中。(5)湖泊沉積物、海洋沉積物(6)冰積土和冰水沉積土：分別由冰川和冰川融化的冰下水進(jìn)行搬運(yùn)堆積而成。第55頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.4土的成因類型特征（3）(7)風(fēng)積土：在干旱的氣候條件下，巖石的風(fēng)化碎屑物被風(fēng)吹揚(yáng)，搬運(yùn)一段距離后，在有利的條件下堆積起來的一類土。第56頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.5特殊土的主要工程性質(zhì)特殊土，是指具有特殊工程性質(zhì)的土，本節(jié)主要討論軟土、人工填土、黃土、紅粘土和膨脹土的分布、特征及其工程性質(zhì)問題。由于這些特殊土的特殊工程性質(zhì)，給工程建設(shè)帶來了非常多的困難，如果不采取相應(yīng)的措施，就會(huì)造成工程事故。但是，困難即是機(jī)遇。人類居住環(huán)境是向著日益困難的方向發(fā)展，因此對(duì)巖土工程提出了更高的要求，也給出了更多的機(jī)遇。第57頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.5.1軟土軟土泛指淤泥及淤泥質(zhì)土，是在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學(xué)作用形成的飽和軟粘性土。第58頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第59頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第60頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第61頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.5.1軟土的特性和分類軟土的特征：富含有機(jī)質(zhì)和粘粒，天然含水量大于液限（流塑狀態(tài)），天然孔隙比大于或等于1。天然孔隙比大于等于1.5時(shí)，稱為淤泥；介于1和1.5之間時(shí)，稱淤泥質(zhì)土；土中有機(jī)質(zhì)含量介于5%和10%之間時(shí)，稱有機(jī)質(zhì)土；介于10%和60%之間時(shí)，稱為泥炭質(zhì)土；大于60%時(shí)泥炭。第62頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三軟土的物理力學(xué)特性

—高含水量和高孔隙性天然含水量總是大于液限，一般在50%-70%之間，山區(qū)軟土有時(shí)高達(dá)200%；天然孔隙比在1-2之間，最大達(dá)3-4；飽和度一般大于95%。第63頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三軟土的物理力學(xué)特性—低滲透性軟土的滲透系數(shù)一般在之間。由于該類土滲透系數(shù)小、含水量大且呈飽和狀態(tài)，這不但延緩其土體的固結(jié)過程，而且在加荷初期，常易出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，對(duì)地基強(qiáng)度有顯著影響。第64頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三軟土的物理力學(xué)特性—高壓縮性軟土屬高壓縮性土，其壓縮系數(shù)a0.1-0.2一般為該類土在建筑荷載作用下的變形有如下特征：變形大而不均勻變形穩(wěn)定歷時(shí)長抗剪強(qiáng)度低較顯著的觸變性和蠕變性第65頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.5.2吹填土吹填土是由水力沖填泥砂形成的沉積土，即在整理和疏浚江河航道時(shí)，有計(jì)劃地用挖泥船，通過泥漿泵夾大量水分，吹送至江河兩岸而形成的一種填土。第66頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第67頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第68頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第69頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第70頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三吹填土與軟土吹填土在工程地質(zhì)性質(zhì)上，很接近軟土。比如富含有機(jī)質(zhì)和粘粒，含水量大，孔隙比高，飽和度高，透水性較弱，強(qiáng)度低，壓縮性高等等。第71頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三吹填土與軟土吹填土在工程地質(zhì)性質(zhì)上，很接近軟土。比如富含有機(jī)質(zhì)和粘粒，含水量大，孔隙比高，飽和度高，透水性較弱，強(qiáng)度低，壓縮性高等等。造成這一現(xiàn)象的原因是，吹填土的來源就是海相沉積的淤泥和砂土。第72頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第73頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第74頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三吹填土與軟土吹填土在工程性質(zhì)上，很接近軟土。比如富含有機(jī)質(zhì)和粘粒，含水量大，孔隙比高，飽和度高，透水性較弱，強(qiáng)度低，壓縮性高等等。造成這一現(xiàn)象的原因是，吹填土的來源就是海相沉積的淤泥和砂土。因此，目前國內(nèi)對(duì)吹填土的處理，除了一些吹填初期的預(yù)加固之外，多數(shù)將之視為軟土進(jìn)行地基處理與加固。第75頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三軟土的力學(xué)特征高含水量和高孔隙性滲透性低壓縮性高

（a）變形大而不均勻

（b）變形穩(wěn)定歷時(shí)長

（c）抗剪強(qiáng)度低

（d）較顯著的觸變性和蠕變性第76頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三在我國大多數(shù)古老城市的地表面，普遍覆蓋一層人工雜填土堆積層。這種填土無論其物質(zhì)組成，分布特征和工程性質(zhì)均相當(dāng)復(fù)雜，且具有地區(qū)性特點(diǎn)。人工填土的工程性質(zhì)與天然沉積土比較起來有很大不同：1．性質(zhì)很不均勻，分布和厚度變化上缺乏規(guī)律性；2．物質(zhì)成分異常復(fù)雜。有天然土顆粒，有磚瓦碎片和石塊，以及人類活動(dòng)和生產(chǎn)所拋棄的各種垃圾；3．是一種欠壓密土，一般具有較高的壓縮性，孔隙比很大。4．往往具有浸水濕陷性。人工填土第77頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三根據(jù)其成分和成因，將人工填土分為三類：1、素填土：由碎石、砂土、粘性土等組成的填土。根據(jù)孔隙比指標(biāo)判定其類型。2、雜填土：含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土。3、吹填土：由水力吹填泥砂形成的填土。含大量水，比自然沉積的飽和土強(qiáng)度低，壓縮性高，常呈流塑狀態(tài)，擾動(dòng)易發(fā)生觸變現(xiàn)象。第78頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.5.3濕陷性黃土黃土是第四紀(jì)干旱和半干旱氣候條件下形成的一種特殊沉積物。顆粒組成以粉土粒為主，孔隙比較大，一般在1.0左右，且具有肉眼可見的大孔隙。黃土在天然含水量時(shí)一般呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，具有較高的強(qiáng)度和低的或中等偏低的壓縮性，但遇水浸濕后，有的即使在其自重作用下也會(huì)發(fā)生劇烈而大量的沉陷（稱為濕陷性），強(qiáng)度也隨之迅速降低；有些地區(qū)的黃土也有例外。凡天然黃土在上覆土的自重壓力作用下，或在上覆土的自重壓力與附加壓力共同作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉的，稱為濕陷性黃土；否則，稱為非濕陷性黃土。濕陷系數(shù)是在規(guī)定壓力作用下天然土樣單位厚度的濕陷量。（大于等于0.015即為濕陷性黃土）第79頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第80頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第81頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三黃土、夯筑城墻第82頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第83頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三我國濕陷性黃土的固有特征有：1）黃色、褐黃色、灰黃色；2）粒度成分以粉土顆粒（0.05～0.01mm）為主，約占60％；3）孔隙比e一般在1.0左右，或更大；4）含有較多的可溶性鹽類：碳酸鹽、硫酸鹽、氯化物；5）具垂直節(jié)理；6）一般具肉眼可見的大孔。黃土結(jié)構(gòu)示意圖第84頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三濕陷性黃土的形成原因黃土的結(jié)構(gòu)特征及其物質(zhì)組成是產(chǎn)生濕陷的內(nèi)在因素，而水的浸潤和壓力作用僅是產(chǎn)生濕陷的外部條件。黃土的結(jié)構(gòu)是在形成黃土的整個(gè)歷史過程中造成的，干旱和半干旱的氣候造成了以粗粉粒為主體骨架的多孔隙及大孔隙結(jié)構(gòu)，可溶鹽類逐漸濃縮沉淀而成為膠結(jié)物，顆粒間以分子引力以及結(jié)合水和毛細(xì)水的連結(jié)力相連。當(dāng)黃土浸濕時(shí)，結(jié)合水膜增厚楔入顆粒之間，于是結(jié)合水連結(jié)消失，鹽類溶于水，骨架強(qiáng)度隨著降低，土體在上覆土層的自重壓力或在自重壓力與附加壓力共同作用下，其結(jié)構(gòu)迅速破壞，土粒向大孔滑移，粒間孔隙減小，從而導(dǎo)致大量的附加沉陷。第85頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三黃土濕陷起始?jí)毫裣菪渣S土地基的某一壓力下浸水開始出現(xiàn)時(shí)，此壓力即為濕陷起始?jí)毫Α＜串?dāng)黃土地基上的自重壓力和附加壓力之和小于濕陷起始?jí)毫r(shí)，地基土只產(chǎn)生壓縮變形，不會(huì)發(fā)生濕陷。只有當(dāng)外部壓力增大到某一界限，足以克服其浸水后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度后，則發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，即發(fā)生濕陷。因此黃土濕陷起始?jí)毫?shí)質(zhì)上是黃土浸水后的剩余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。第86頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三作為濕陷性土的典型代表——黃土，在全世界的分布比較廣泛的，據(jù)某些學(xué)者估計(jì)，黃土的覆蓋面積在整個(gè)歐洲約占10％，亞洲約占30％；我國黃土分布面積達(dá)60萬平方公里，其中有濕陷性的約為43萬平方公里。主要分布在黃河中游的甘肅、陜西、晉、寧、河南、青海等省區(qū)。地理位置屬于干旱與半干旱氣候地帶。其物質(zhì)主要來源于沙漠與戈壁。PM2.5,PM10,PM100第87頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三濕陷黃土的工程特征：1）塑性較弱；2）含水較少；3）壓實(shí)程度很差，孔隙較大；4）抗水性弱，遇水強(qiáng)烈崩解，膨脹量較小，但失水收縮量較明顯；5）透水性較強(qiáng)；6）壓縮中等，抗剪強(qiáng)度較高。第88頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三4.5.4紅粘土紅粘土是指在亞熱帶濕熱氣候條件下，碳酸鹽類巖石及其間夾的其他巖石，經(jīng)紅土化作用形成的高塑性粘土。其特點(diǎn)是天然含水量和孔隙比很大，但其強(qiáng)度高、壓縮性低以及不具有濕陷性，這主要在于其生成環(huán)境及其相應(yīng)的組成物質(zhì)和堅(jiān)固的粒間連接特性。（注：紅土化作用，就是指地表巖石經(jīng)風(fēng)化作用，逐漸形成紅土的過程。只要風(fēng)化產(chǎn)物的含鐵量較高，能染紅土壤就可以形成紅土。所以，原則上，構(gòu)成地殼的各種巖石，只要經(jīng)風(fēng)化后最終含鐵量較高，能將土染紅，都可以形成紅土。）第89頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第90頁，講稿共101頁，2023年5月2日，星期三第91頁，講稿共101頁，2023