土的工程性质与分类.ppt

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1、,4.3 土的工程分类,分类的目的和原则,土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流,分类原则：,1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便,2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性,分类体系：,1.建筑工程系统分类体系,侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如：建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)地基土分类方法,2.工程材料系统分类体系,侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土

2、，例如：土的分类标准(GBJ145-90)工程用土的分类和公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类,分类方法：,1.建筑地基基础设计规范(GB500072002),根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类,a.岩石,颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类,b.碎石土,粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土,c.砂土,粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土,粒径大于0.075mm的颗粒含量超

3、过全重50%，塑性指数IP10的土称为粉土,d.粉土,e.粘性土,粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑性指数IP10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分,f.人工填土,由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱,均匀性较差，根据其物质组成和成因,可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土,2.土的分类标准(GBJ14590),根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类,a.巨粒土和含巨粒土,巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于50%,属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土,b.粗粒土的分类

4、,巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于50%，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类,c.细粒土的分类,土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。,细粒土按塑性图进行细分,图中液限为17mm液限,例题分析,【例】下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按地基规范分类法确定三种土的名称,【解答】,A土:从A土级配曲线查得,粒径小于2mm的占总土质量的67%、粒径小于0.075mm占总土质量的21%,满足粒径大于2mm的不超过50%,粒径大于0.075mm的超过50%的要求,该土属于砂土；又由于粒径大于2mm

5、的占总土质量的33%,满足粒径大于2mm占总土质量25%50%的要求,故此土应命名为砾砂,B土:粒径大于2mm的没有,粒径大于0.075mm占总土质量的52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为粉砂,C土:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于20mm的占总土质量的13%,按碎石土分类表可得,该土应命名为圆砾或角砾,4.4 土的成因类型特征,土的形成地表岩石破坏 搬运 沉积,土的成因类型：,残积土 坡积土 洪积土 冲积土 湖积土 海积土 冰积土 风积土,1.残积土(residual soil)：,岩石经风化后未被搬运而残留于原地的碎屑物质所组成的土体，它处于岩石风化壳的上部。其粒度

6、成分和矿物成分受气候和母岩岩性的控制。其发育情况还和地形有关。,残积土的工程性质：,孔隙度、强度、压缩性，均质性差，但具有一定的结构强度。原位测试强度室内测试值。,2.坡积土(slope soil)：,雨水将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗，堆积在较平缓的山坡脚处而形成。坡积土的工程性质：结构疏松，一般具较高的压缩性。坡积形成的黄土湿陷性较大。,3.洪积土(pluvial soil):,由暴雨形成的暂时性山洪急流带来的碎屑物质在山谷出口处堆积而成。,分选性较好，离山前较近的洪积土颗粒粗，地下水位埋藏深，具有较高的承载力，压缩性低，是工民建的良好地基。离山较远的地带，洪积土的颗粒细，透水性不好，土质

7、弱，承载力低，作为建筑物地基时应慎重对待。,4.冲积土(alluvial soil)：,由河流的流水作用将碎屑物质搬运到河谷坡降平缓的地带堆积而成。,河床相冲积土：在河流上游多是粗大的石块、砾石和粗砂，中下游或平原地区沉积物变细，磨圆度好，厚度很大。古河床相土的压缩性低，强度高。现代河床堆积物的密实度差，透水性强，若作为水工建筑物的地基将引起坝下渗漏。饱水砂土还可能由于振动而引起液化,河漫滩相冲积土：是在洪水期河水漫溢河床两侧，携带碎屑物质堆积而成。土粒较细，可以是粉土、粉质粘土或粘土，并夹有淤泥或泥炭等软弱土层，覆盖于河床相冲积土之上，形成上细下粗的“二元结构”。,牛轭湖相冲积土：是在废河道

8、形成的牛轭湖中沉积的松软土，颗粒很细，常含大量有机质，有时形成泥炭。压缩性很高，承载力很低，不宜作为建筑物的天然地基。,河口（海口）三角洲相冲积土：通常是淤泥质土或典型淤泥。面积宽广而厚度极大。含水量高，承载力低，不宜作为建筑物的天然地基。,5.湖积土(limnetic soil)：,湖边沉积物是湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质在湖边沉积而形成的。近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带则是细颗粒的砂土和粘性土。湖心沉积物是由河流携带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度低。沼泽土主要由半腐烂的植物残体泥炭组成，含水量极高，承载力极低，不

9、宜作天然地基。,6.海积土(marine sediment)：,滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂组成，承载力较高。浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物组成，有层理构造，较疏松，含水量高，压缩性大而强度低。陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。,7.冰积土(moraine soil),由冰川或冰水挟带搬运所形成的沉积物。分选性极差,石料占多数,冰水沉积物可有一定成层性、分选性。,8.风积土(aeolian soil)：,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。,4.5 特殊土的主要 工程性质,

10、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。,特殊土的种类：,沿海及内陆静水沉积的淤泥类软土西北、华北干旱气候区的黄土西南亚热带湿热气候条件下的红粘土南方和中南地区的膨胀土西北、华北干旱气候区的盐渍土高纬度、高海拔寒冷气候区的冻土各地人类工程活动的人工填土,1.淤泥类软土(mucky soil)：,是在静水或水流缓慢的环境中沉积，并有微生物的参与，含有较多有机质的疏松软弱粘性土。分布:沿海地区滨海相、泻湖相、三角洲相；内陆平原或山区的湖相和冲积洪积沼泽相。,特征,颜色多为灰绿、灰黑色，手摸有滑腻感，有机质含量高时有腥臭味；颗粒成

11、分主要为粘粒和粉粒，粘粒含量高达30%60%；矿物成分以水云母和蒙脱石为主。常有一定量的有机质，可达515%；软土结构为典型的絮状或蜂窝状结构，孔隙比大，含水量大，透水性小，压缩性大，是软土强度低的重要原因；软土具层理构造，软土、薄层粉砂、泥炭层等相互交替沉积，或呈透镜体相间沉积，形成性质复杂的土体。,分类：,孔隙比e 1.5时,称淤泥;1.5e1.0 时,称淤泥质土;10%有机质含量 5%时,称有机质土;60%有机质含量10%时,称泥炭质土;有机质含量60%时,称泥炭.,工程特性：,含水量高，天然含水量液限，软塑流塑状态。透水性低，水平向渗透系数较大。压缩性大，强度低，欠压密状态。显著的蠕变

12、和触变性(高灵敏度)。蠕变(creep)：在一定荷载下，土的剪切变形随时间增长的特性。触变(thixotropy)：土受扰动后强度降低，但随时间增长强度能部分恢复的性能。,2.黄土(loess)：,是干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。分布:我国西北及华北地区,面积约63万km2。,黄土特征,以粉粒为主，富含碳酸钙，肉眼可见大孔隙，垂直节理发育，常呈现直立的天然边坡。,黄土颜色为淡黄、褐黄、和灰黄色；颗粒以粉粒（）为主，约占60%70%；结构疏松，孔隙多且大，有肉眼可见的大孔隙、虫孔、植物根孔等,黄土工程特性：,塑性较弱含水较少，坚硬硬塑状态压实程度差，孔隙比高，孔隙大抗水性弱，遇水强烈崩解，

13、湿陷明显透水性较强，且呈各向异性强度较高，粒间连接较强，压缩性中等。,黄土分类,按成因分：原生黄土和次生黄土按形成年代分：老黄土和新黄土按湿陷性分：湿陷性黄土和非湿陷性黄土,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。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。s0.015为湿陷性黄土。湿陷类型：自重湿陷与非自重湿陷。实测或计算自重湿陷量7 cm 时,为自重湿陷性黄土场地.湿陷起始压力:开始出现明显湿陷的压力。,3.红粘土(laterite)：,由碳酸盐类岩石在湿热气候条件下，经强烈风化作用

14、而形成的高塑性粘土。分布:云贵高原、四川东部、广西、粤北及鄂西、湘西。低山丘陵地带顶部和山间盆地、缓坡及坡脚地段。,特征：,1)呈褐红色,富含铁铝氧化物，粘粒含量很高，具有高度分散性，颗粒细而均匀，粘土矿物以高岭石为主。2)土层中常有石芽、溶洞或土洞分布其间。3)地表裂隙发育。4)沿深度含水量增大，土质由硬变软。5)在水平方向上厚度变化较大，造成地基不均匀性。,工程特性：,高含水量、高塑性，硬塑或可塑状态。孔隙比大、低密度、孔隙饱水。压缩性低、强度高、地基承载力高。浸水后膨胀量小，但失水后收缩剧烈。,4.膨胀土(expansive soil)：,是一种富含亲水性粘土矿物,且随含水量的增减体积发

15、生显著胀缩变形的硬塑性粘土。分布:全国,云南、广西、贵州、湖北最具代表性。一般位于山前丘陵地区或河谷高阶地上。,特征：,1.呈黄褐、灰白、花斑等颜色.2.粘粒含量高，且为亲水性很强的蒙脱石等粘土矿物，土中可溶盐及有机质含量较低，常含铁锰或钙质结核，结构致密.3.表面有大量网状裂隙，裂面有蜡状光泽的挤压面。,工程特性：,低含水量，呈坚硬硬塑状态孔隙比小，密度大高塑性，含粘粒及粉粒为主具膨胀力,自由膨胀量40%天然状态下压缩性低，承载力高，但由于干缩裂隙发育,稳定性差.浸水后或被扰动时,强度骤然降低.,5.盐渍土(saline soil):,土中易溶盐含量0.5%.分布:滨海型、冲积平原型、内陆型

16、,盐渍土类型：,氯盐型：具强烈的吸湿性导致土有很大的塑性和压缩性。硫酸盐型：结晶时体积膨胀，失水干燥时体积缩小，周期性松胀变化使土的结构破坏。碳酸盐型：具明显碱性反应。潮湿时具很大的亲水性、塑性膨胀性。,6.冻土(frozen soil)：,温度0并含有冰的土层。分布:高纬度和高寒地区.类型:多年冻土和季节性冻土。,冻胀性：土在冻结时，由于水分结冰膨胀，土的体积随之增大，地基隆起、开裂和变形。融沉性：冻土在溶化后，体积缩小，地基沉降，强度降低，还伴随下部未冻结土层中的水分向冻结土层迁移，使溶化后土质更差。,7.人工填土(fill soil):,指由于人类工程活动而形成的土.1)素填土:主要由碎

17、石、砂或粉土、粘性土组成。其工程性质取决于密实度和均匀性。2)杂填土:建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土。后一种不宜作为建筑物地基。3)冲填土:系由水力冲填泥沙形成的沉积土.含水量大,透水性弱,排水固结差,一般呈软塑-流塑状态.,本章小结,主要内容土的组成与结构、构造 土的物理力学性质及其指标土的工程分类土的成因类型特殊土,作业书P118 4.5 4.6,习题,1.某工程地基勘察中，取原状土样体积为50cm3，湿土质量为95.15g，烘干后，干土质量为75.05g。土粒比重Gs为2.67，求此土样的含水量、密度、重度、干重度d、孔隙比e、孔隙度n、饱和度Sr、饱和重度sat和有效重度(要求绘出土的三相示意图，按三相比例指标的定义求解）,习题,2.某砂土试样的天然密度为1.77g/cm3,天然含水量为9.8%,土粒比重为2.67,烘干后测定最小孔隙比为0.461，最大孔隙比为0.943。试求天然孔隙比e和相对密度Dr,并评定该砂土的密实度。,