工程地质-第四章 土的工程性质与分类
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土木工程地质-第四章-岩石、土的工程性质
殊性质的土。
2. 分类：
黄 土 膨 胀 土 软 土 冻 土 红 粘 土 盐 渍 土
填 土
第三节 岩石、土的工程性质
2、按颗粒级配分类（按不同粒级的含量分类）
漂石土、块石土：＞200mm的颗粒＞50％
碎石类土: 卵石土、碎石土：＞20mm的颗粒＞50％
圆砾土、角砾土：＞2mm的颗粒＞50％
砾砂：＞2mm的颗粒占25－50％
砂类土：中 粗砂 砂： ：＞ ＞00..255mmmm的的颗颗粒粒＞＞550％ 0％
细砂：＞0.075mm的颗粒＞85％
粉砂：＞0.075mm的颗粒＞50％
粉土：＞0.075mm的颗粒＜50％，塑性指IP 10
粘
土：粉 粘质 土粘 ：I土P＞： 1107＜I
P
17
第三节 岩石、土的工程性质
备注：液限：土从流动状态变为可塑状态的界限含水量。
WL 塑限：土从可塑状态变为半固体状态的界限含水
第三节 岩石、土的工程性质
一. 按岩石坚硬程度分类 坚硬岩 较坚硬岩
Rc：＞60MPa 60-30MPa
较软岩 软岩
30-15MPa 15-5MPa
极软岩
<5MPa
二. 岩土按施工工程分级（铁路部门）
I II
III IV V VI
坚石 次坚石 软石 硬土 普通 土松土
三. 岩体按结构分类 整体块状结构 层状结构 碎裂状结构 散体结构
第三节 岩石、土的工程性质
四. 土的分类 （一）一般土分类（土的颗粒分组及按颗粒级配分类）
1. 颗粒分组（又叫粒组）：
漂石、块石：＞200mm 卵石、碎石：＝20－200mm 圆砾、角砾： 2 20mm 砂： 0.075 2mm 粉砂： 0.005 0.075mm
2. 分类：
黄 土 膨 胀 土 软 土 冻 土 红 粘 土 盐 渍 土
填 土
第三节 岩石、土的工程性质
2、按颗粒级配分类（按不同粒级的含量分类）
漂石土、块石土：＞200mm的颗粒＞50％
碎石类土: 卵石土、碎石土：＞20mm的颗粒＞50％
圆砾土、角砾土：＞2mm的颗粒＞50％
砾砂：＞2mm的颗粒占25－50％
砂类土：中 粗砂 砂： ：＞ ＞00..255mmmm的的颗颗粒粒＞＞550％ 0％
细砂：＞0.075mm的颗粒＞85％
粉砂：＞0.075mm的颗粒＞50％
粉土：＞0.075mm的颗粒＜50％，塑性指IP 10
粘
土：粉 粘质 土粘 ：I土P＞： 1107＜I
P
17
第三节 岩石、土的工程性质
备注：液限：土从流动状态变为可塑状态的界限含水量。
WL 塑限：土从可塑状态变为半固体状态的界限含水
第三节 岩石、土的工程性质
一. 按岩石坚硬程度分类 坚硬岩 较坚硬岩
Rc：＞60MPa 60-30MPa
较软岩 软岩
30-15MPa 15-5MPa
极软岩
<5MPa
二. 岩土按施工工程分级（铁路部门）
I II
III IV V VI
坚石 次坚石 软石 硬土 普通 土松土
三. 岩体按结构分类 整体块状结构 层状结构 碎裂状结构 散体结构
第三节 岩石、土的工程性质
四. 土的分类 （一）一般土分类（土的颗粒分组及按颗粒级配分类）
1. 颗粒分组（又叫粒组）：
漂石、块石：＞200mm 卵石、碎石：＝20－200mm 圆砾、角砾： 2 20mm 砂： 0.075 2mm 粉砂： 0.005 0.075mm
第4章(1) 土的工程性质与分类
二、无粘性土的密实状态
无粘性土与粘性土区别：
1、 矿物成分：无粘性土一般由原生矿物组成，颗粒 较粗；粘性土一般由次生矿物组成，颗粒较细； 2、 土的结构：无粘性土颗粒较粗，土粒之间的粘结 力很弱或无粘结，往往形成单粒结构；粘性土颗粒较 细，呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构，天 然状态下具有一定的结构性、灵敏度和触变性。 3、 物理状态：无粘性土的工程性质取决于其密实度； 而粘性土的工程性质取决于其软硬状态及土性稳定性。
§4.2 土的物理力学 性质及其指标
一、土的三相比例指标
所谓土的物理性质就是表示土中三相比 例关系的一些物理量。
土的物理性质指标不仅可以描述土的物 理性质和它所处的状态，而且在一定程 度上反映了土的力学性质。
土的物理性质指标的分类
一类是必须通过试验测定的，如含水 量、密度和土粒比重，称为直接指标 一类是根据直接指标换算的，如孔隙 比、孔隙率、饱和度等，称为间接指 标
ρdmax无粘性土的最大干密度
ρdmin无粘性土的最小干密度
ms g Gs Vs ( w ) 4c
土粒比重变化范围不大：粘性土一般2.70～2.75；砂土一般为 2.65左右。土中有机质含量增加，土粒比重减小
土的比重Gs
测定方法： 比重瓶法，事先将比重瓶注满蒸馏水， 称瓶加水的质量 m1 。然后把烘干土若干克 (ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶 加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重
次生矿物：岩石经化学风化后所形成的
新的矿物，其成分与母岩不相同
例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱
石等
特征：性质较不稳定，具有较强的亲水
石振明《工程地质学》配套题库【章节题库】(土的工程性质与分类)【圣才出品】
第四章土的工程性质与分类一、名词解释1．残积土[青岛理工大学2013年]答：残积土是指岩石经风化后未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物。
2．结合水答：结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。
这种吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地黏结在一起。
3．强结合水答：强结合水是指紧靠土粒表面的结合水。
它厚度很小，一般只有几个水分子层。
它的特征是，没有溶解能力，不能传递静水压力，只有吸热变成蒸汽时才能移动。
这种水极其牢固地结合在土粒表面上，其性质接近于固体，密度约为1.2～2.49/cm3，冰点为78℃，具有极大的黏滞度、弹性和抗剪强度。
4．界限含水量答：界限含水量，又称稠度界限或Atterberg界限，是指随着含水量的变化，黏性土由一种稠度状态转变为另一种状态，相应于转变点的含水量。
5．触变性答：软黏性土的触变性是指其土体经扰动（如振动、搅拌、搓揉等）致使结构破坏时，土体强度剧烈减小；但如将受过扰动的土体静置一定的时间，则该土体强度将又随静置时间的增大，而逐渐有所增长、恢复的特性。
6．冲填土答：冲填土是指由水力冲填泥砂形成的沉积土，即在整理和疏浚江河航道时，有计划地用挖泥船，通过泥浆泵将泥砂夹大量水分，吹送至江河两岸而形成的一种填土，又称吹填土。
二、填空题1．土的颗粒级配累积曲线越，说明土的粒径相差不多，土粒较均匀，颗粒级配不好。
[青岛理工大学2013年]【答案】陡【解析】由颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度。
如曲线较陡，则表示粒径大小相差不多，土粒较均匀；反之，曲线平缓，则表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好。
2．土由可塑状态转到流塑状态的界限含水量叫做。
[青岛理工大学2013年]【答案】液限【解析】土由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量叫做液限w L（又称塑性上限或流限）；土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限w P（又称塑性下限）；土由半固体状态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时土的界限含水量称为缩限。
各类土的工程地质特性
第四章各类土的工程地质特性一、一般土的工程地质特性一般土按粒度成分特点，常分为巨粒土、粗粒土及细粒土三大类。
巨粒土和粗粒土为无粘性土，细粒土为粘性土。
粗粒土又分为砾类土和砂类土。
巨粒土和粗粒土的工程地质性质主要取决于粒度成分和土粒排列的松密情况，这些成分和结构特性直接决定着土的孔隙性、透水性、和力学性质。
细粒土的性质取决于粒间连结特性（稠度状态）和密实度，这些都与土中粘粒含量、矿物亲水性及水和土粒相互作用有关。
砾类土和砂类土为单粒结构；细粒土为团聚结构。
二、几种特殊土的工程地质特征1、淤泥类土淤泥类土是指在静水或水流缓慢的环境中沉积，有微生物参与作用的条件形成的，含较多有机质，疏松软弱（天然孔隙比大于1，含水率大于液限）的细粒土。
孔隙比大于1.5的称为淤泥，小于1.5大于1的称为淤泥质土。
工程地质性质的基本特点：①高孔隙比，高含水率，含水率大于液限②透水性极若③高压缩性④抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关。
由于这类土饱水而结构疏松，所以在振动等强烈扰动下其强度也会剧烈降低，甚至液化变为悬液。
这种现象称为触变性。
同时还具有蠕变性。
淤泥类土的成分和结构是决定其工程地质性质的根本因素。
有机物和粘粒含量越多，土的亲水性越强，则压缩性越高；孔隙比越大，含水率越高，压缩性越高，强度越低，灵敏度越大，性质越差。
2、黄土黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物。
颜色多呈黄色、淡黄色或褐黄色，颗粒组成以粉粒为主，粒度大小较均匀。
天然剖面上垂直节理发育。
被水浸润后显著沉陷（湿陷性）。
一般工程地质性质：①密度小，孔隙率大②含水较少③塑性较弱④透水性较强⑤抗水性弱⑥压缩性中等，抗剪强度较高。
⑦具有湿陷性（自重湿陷和非自重湿陷）湿陷系数，自重湿陷系数3、膨胀土又称胀缩土，系指随含水量的增加而膨胀，随含水量的减少而收缩，具有明显膨胀和收缩特性的细粒土。
成分和结构特征：粘粒含量高，一般35%以上。
矿物成分以蒙脱石和伊利石为主，高岭石含量较少。
工程地质学_第4章 各类土的工程地质特征
粒径大于0.粒中，0.005~0.075mm的颗粒一般占绝大多 数，这类颗粒的吸附水能力弱于粘性土，但却明显强于砂土。如 果用含水量近于饱和的粉土团成小球，放在手心来回摇晃，并用 另一只手进行振击，则土中水会迅速渗出土面，这是其野外鉴别 的重要手段之一。
❖ 塑性图
细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。 其中，粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒 土；含部分有机质者称有机质土。
❖ 细粒土分类
2. 特殊土分类
根据《土的分类标准》(GBJ145-90)， 特殊土包括指黄土、膨胀土和红粘 土，可按其塑性指数在塑性图上的 位置初步判别。当取液限仪锥尖入 土深度为17mm的含水量为液限时， 按表4.12和图4.12判别。
黄土的湿陷性试验是在室内的固结
仪内进行的，其方法是：分级加荷至
规定压力，当下沉稳定后，使土样浸
水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的
计算式是：
s
hp hp ' h0
式中： h0 ：原状土样的原始高度，cm hp ：原状土样在规定压力下，下沉稳定后的高度，cm hp, ：上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉 稳定后的高度，cm
❖ 黄土的野外性状
1、分布与特征
作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比 较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约 占10％，亚洲约占30％；
我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约 为43万平方公里。
主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青 海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主 要来源于沙漠与戈壁。
我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质 各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质 成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工 程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意 这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。
❖ 塑性图
细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。 其中，粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒 土；含部分有机质者称有机质土。
❖ 细粒土分类
2. 特殊土分类
根据《土的分类标准》(GBJ145-90)， 特殊土包括指黄土、膨胀土和红粘 土，可按其塑性指数在塑性图上的 位置初步判别。当取液限仪锥尖入 土深度为17mm的含水量为液限时， 按表4.12和图4.12判别。
黄土的湿陷性试验是在室内的固结
仪内进行的，其方法是：分级加荷至
规定压力，当下沉稳定后，使土样浸
水直至湿陷稳定为止，其湿陷系数的
计算式是：
s
hp hp ' h0
式中： h0 ：原状土样的原始高度，cm hp ：原状土样在规定压力下，下沉稳定后的高度，cm hp, ：上述加压稳定后的土样，在浸水作用下，下沉 稳定后的高度，cm
❖ 黄土的野外性状
1、分布与特征
作为湿陷性土的典型代表——黄土，在全世界的分布比 较广泛的，据某些学者估计，黄土的覆盖面积在整个欧洲约 占10％，亚洲约占30％；
我国黄土分布面积达60万平方公里，其中有湿陷性的约 为43万平方公里。
主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青 海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主 要来源于沙漠与戈壁。
我国幅员广大，地质条件复杂，分布土类繁多，工程性质 各异。有些土类，由于地理环境、气候条件、地质成因、物质 成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工 程性质，当其作为建筑场地、地基及建筑环境时，如果不注意 这些特点，并采取相应的治理措施，就会造成工程事故。
第四章土的工程性质与分类
一般堆积土：第四纪全新世（文化期以前 Q4）堆积的土层；
新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层 Q4，一般呈欠压密状态，结构强度较低。
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第四章土的工程性质与分类
（2）土根据地质成因分
可分为残积土、坡积土、洪积土、冲 积土、湖积土、海积土、风积土和冰川 沉积土，各成因类型沉积土的特征见书 中有关章节。
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第四章土的工程性质与分类
(三) 土中气体
土中的气体，主要为空气和水气。但有 时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢， 这些气体大多因生物化学作用生成。
气体的存在形式：一种是封闭气体，另一
种是游离气体。
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第四章土的工程性质与分类
三、土的结构、构造
土的工程性质及其变化，除取决于其物质成分外，
第四章土的工程性质与 分类
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2020/11/28
第四章土的工程性质与分类
一、概述
土的定义：
是连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的 搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质组成：
包括作为上骨架的固体矿物颗粒、孔隙 中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由 颗料（固相）、水溶液（液相）和气（气相） 所组成的三相体系。
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第四章土的工程性质与分类
6.表征土粒特征的概念
有效粒径d10：
小于某粒径的土粒重量累计百分数为10％ 时，相应的粒径称为有效粒径d10。
限定粒径d６0：
当小于某粒径的土粒重量累计百分数为60 ％时，该粒径称为限定粒径d６0。
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第四章土的工程性质与分类
不均匀系数Cu：
新近堆积土：文化期以来新近堆积的土层 Q4，一般呈欠压密状态，结构强度较低。
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第四章土的工程性质与分类
（2）土根据地质成因分
可分为残积土、坡积土、洪积土、冲 积土、湖积土、海积土、风积土和冰川 沉积土，各成因类型沉积土的特征见书 中有关章节。
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第四章土的工程性质与分类
(三) 土中气体
土中的气体，主要为空气和水气。但有 时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢， 这些气体大多因生物化学作用生成。
气体的存在形式：一种是封闭气体，另一
种是游离气体。
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第四章土的工程性质与分类
三、土的结构、构造
土的工程性质及其变化，除取决于其物质成分外，
第四章土的工程性质与 分类
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2020/11/28
第四章土的工程性质与分类
一、概述
土的定义：
是连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的 搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质组成：
包括作为上骨架的固体矿物颗粒、孔隙 中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由 颗料（固相）、水溶液（液相）和气（气相） 所组成的三相体系。
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第四章土的工程性质与分类
6.表征土粒特征的概念
有效粒径d10：
小于某粒径的土粒重量累计百分数为10％ 时，相应的粒径称为有效粒径d10。
限定粒径d６0：
当小于某粒径的土粒重量累计百分数为60 ％时，该粒径称为限定粒径d６0。
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第四章土的工程性质与分类
不均匀系数Cu：
工程地质第四章 土的工程地质性质
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
2.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
颗粒粒径级配曲线
（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含 量，用常数坐标表示）。
Cu
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5
0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
土的粒径级配累积曲线
200g P 100
10 5.0 10 2.0 16 1.0 18 0.5 24 0.25 22 0.1 38
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm 试验方法
密度计法:适用于d＜0.075mm 《土工试验方法标准》GB/T 50123-1999
《土的工程分类标准》（GB/T50145—2007）依粒径的大小将土粒划分六大粒组。
表4.1 粒组划分
粒组统称 粒组名称 粒径（d）的范围（mm）
主要特征
巨粒
漂石（块石） 卵石（碎石）
72
%
90 80
95 70 60
87 50
78 40 30
66 20
55
10 0
36
粒径(mm)
水分法
粒径(mm)
0.05 0.01 0.005
百分数P(%)
26
13.5
10
工程地质学-第四章土
土中的固体颗粒 构成土的骨架, 骨架之间贯穿着 大量的孔隙,孔 隙中充满着液体 和气体。土由固 体颗粒、液体和 气体三部分组成， 即土的三相组成
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架， 骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空 隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 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。
深海沉积物主要是有机质软泥。
7、风积土(eolian deposit)：
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，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
原生矿物 ● 由岩石经物理风化生成的， ● 颗粒成分与母岩的相同， ● 常见的有石英、长石和云母 ● 颗粒较粗，多呈浑圆形状， ● 吸附水的能力弱，无塑性。
次生矿物 ●由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ●它的成分成分与母岩的完全不同， ●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ● 颗粒极细，且多呈片状， ● 性质活泼，吸附水能力强，具塑性。
河漫滩相冲积土：
固相——包括多种矿物成分组成土的骨架， 骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空 隙是相互连通的，形成多孔介质；
液相——主要是水(溶解有少量的可溶盐类)； 气相——主要是空气、水蒸气，有时还有沼
孔径
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075)
200g土
筛余
P
0
100
10
95
16
87 筛 18 78 分 24 66 法
22 55 38 36 72
水分法
小于某粒径之土质量百分数P（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
浅海沉积物主要由细粒砂土、黏性土、 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。
深海沉积物主要是有机质软泥。
7、风积土(eolian deposit)：
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，颗粒主要由 粉粒或砂粒组成，土质均匀，质纯，孔隙 大，结构松散。最常见的是风成砂和风成 黄土，部分风成黄土具有强烈的湿陷性。
原生矿物 ● 由岩石经物理风化生成的， ● 颗粒成分与母岩的相同， ● 常见的有石英、长石和云母 ● 颗粒较粗，多呈浑圆形状， ● 吸附水的能力弱，无塑性。
次生矿物 ●由原生矿物经化学风化生成的新矿物 ●它的成分成分与母岩的完全不同， ●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物 ● 颗粒极细，且多呈片状， ● 性质活泼，吸附水能力强，具塑性。
河漫滩相冲积土：
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造。
研究土体构造特征意义
（1）土体构造特征反映土体的力学性质和其他 工程性质的各向异性或土体各部位的不均匀性。
（2）土体构造特征是决定勘探、取样或原位测试 布置方案和数量的重要因素之一。
4.2 土的工程分类
建筑工程系统的分类 材料系统的分类
我国土的工程分类
1. 按堆积年代分为： （1）老堆积土：第四纪晚更新世及其以前堆
岭石、伊利石、水云母及蒙脱石等；
亲水性：蒙脱石＞伊利石＞高岭石
2）次生SiO2（胶态、准胶态）； 3）倍半氧化物（Al2O3和Fe2O3等）。
是组成黏粒的组要成分。主要特点：高度分散状 态——胶态或准胶态。易引起土的工程性质的显 著改变，如产生大的塑性、强度剧烈降低等。
3. 可溶盐类及易分解的矿物 • 易溶盐：NaCl，CaCl2，Na2SO4·10H2O，
Na2CO3·10H2O
• 中溶盐：CaSO4·H2O和MgSO4； • 难溶盐：CaCO3和MgCO3。
易溶盐常以夹层、透镜体、网脉、结核或呈分散的 颗粒、薄膜或粒间胶结物含于土中。
含盐土浸水后盐类被溶解，土的粒间连结削弱，甚 至消失，并同时增大土的孔隙性，从而降低土的强 度和稳定性，增大压缩性。
常见易分解矿物：黄铁矿（FeS2）及其他硫 化物和硫酸盐类。
分解后对土的影响在于： • 浸水后削弱或破坏土的粒间连结及增大土
的孔隙性； • 分解出硫酸，对建筑基础及各种管道设施
其腐蚀作用。
4. 有机质
当有机质在黏性土中含量达到或超过5%（在砂土中为 3%）时，就开始对土的工程性质产生显著影响。
比粘土矿物具有更强的胶体特性和更高的亲水性。
• 固体（颗粒）+孔隙（水、气）
4.1.1 土的粒度成分
• 粒组：界于一定粒径范围的土粒； • 粒度成分（颗粒级配）：土中不同粒组颗
粒的相对含量。
漂石（块石）：＞200mm； 卵石（碎石）：200~20mm； 圆砾（角砾）：20~2mm； 砂粒：2~0.075mm； 粉粒：0.075~0.005mm； 黏粒：＜0.005mm。
热力电位 电动电位
1）强结合水（吸着水）：紧靠土粒表面的结合水
特点：
• 厚度很小； • 没有溶解能力； • 不能传递静水压力； • 只有吸热变成蒸汽时才能移动； • 冰点低； • 具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。
2）弱结合水（薄膜水）：紧靠于强结合水的外围形成的
结合水膜。
特征：
• 厚度比强结合水大得多； • 不能传递静水压力； • 没有溶解能力，冰点低于0度； • 土中含较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。
影响程度取决于：
• 含量越高，对土的性质影响越大； • 分ห้องสมุดไป่ตู้程度越高，影响越剧烈； • 土被水浸程度或饱和度不同，有机质对土的影响
不同； • 与有机质土层的厚度、分布均匀性及分布方式有
关。
4.1.3 土中水和气体及其 与土粒的相互作用
1. 土中水
水分子和水化离子
（1）结合水：受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。
2 坡积土
工程性质：土质上 下不均匀，结构疏 松，压缩性高，土 层厚度变化大，对 建筑物常有不均匀 沉降问题；
下部基岩面常富水，易产生沿下卧残基层或基岩面的滑动等问题
3 洪积土
工程性质：
（1）离山前较近的洪 积土颗粒较粗，具有较 高的承载力，压缩性低；
（2）在离山区较远的 地带，洪积物颗粒较细， 成分较均匀，厚度较大， 也是良好的地基；
（3）中间过渡带，常 形成沼泽地带，且存在 尖灭或透镜体，土质较 差，承载力较低。
4 冲积土 河床相 河漫滩相 牛轭湖相 河口三角洲相
工程性质：
（1）古河床相压缩性低，强度较高；现代河 床堆积物密实度较差，透水性较强，若作 为水工建筑物地基则将引起坝下渗漏；
（2）河漫滩相冲积物覆盖于河床相冲积土之 上，该双层结构冲积体常被作为地基；
化学潜蚀作用
两种潜蚀作用都将使土的孔隙增大，增大压缩 性，降低抗剪强度。
3）气态水和固态水
• 气态水：可在土粒表面凝聚转化为其他各 种类型的水；
• 固态水（冰）：起到暂时的胶结作用，提 高土的力学强度，降低透水性。
2. 土中气体 游离气体
封闭气体
4.1.4 土的结构和构造
土的工程性质取决于： • 物质成分； • 粒间联接性质和强度； • 层理特点； • 裂隙发育程度和方向； • ……
4.1.2 土的矿物成分
• 原生矿物； • 不溶于水的次生矿物； • 可溶盐类及易分解的矿物； • 有机质。
不稳定矿物
1. 原生矿物
主要有石英、长石、角闪石、云母等， 是组成卵石、砾石、砂粒和粉粒的主要成 分。
对工程性质影响，主要在于其颗粒形状、 坚硬程度和抗风化稳定性等因素。
2. 不溶于水的次生矿物 1）粘土矿物——为含水铝硅酸盐，主要有高
6 海洋沉积物
卵石、圆砾、砂
细粒砂土、粘性土、淤泥和生物 化学沉积物
有机质软泥
7 冰积土和冰水沉积土
冰川和冰川融化的冰下水搬运堆积而成，其颗粒以巨 大块石、碎石、砂、粉土及黏性土混合组成。
8 风积土
干燥条件下岩石的风化碎屑被风吹扬搬运一段距离后， 在有利条件下堆积起来。颗粒主要由粉粒或砂粒组成， 土质均匀，孔隙大，结构松散。
• 毛细水上升接近建筑物基础底面时，毛细 压力将作为基底附加压力的增值，增大建 筑物沉降；
• 毛细水上升接近或浸没基底时，在寒冷地 区将加剧冻胀作用；
• 毛细水浸没基础时，水中盐分具有腐蚀作 用。
2）重力水：在重力作用下流动的水
特点：
• 产生动水压力； • 冲刷带走土中细小土粒；
机械潜蚀作用
• 溶滤水中水溶盐。
4.4 特殊土的主要工程性质
• 软土 • 湿陷性黄土——西北、华北等干旱、半干旱区 • 红黏土——西南亚热带湿热气候区 • 膨胀土——南方和中南地区 • 冻土——高纬度、高海拔地区 • 盐渍土——内陆干旱、半干旱地区 • 人工填土 • 污染土
（2）非结合水：土粒孔隙中超出土粒表面静 电引力作用范围的一般液态水。
能传递静水压力和溶解盐分
1）毛细水
产生于土粒的分子 引力和水与空气界 面的表面张力共同 构成的毛细力作用；
存在于地下水面以 上；
存在与直径为 0.002~0.5mm的毛 细空隙中；
毛细上升水 毛细悬挂水
毛细水影响：
• 在非饱和土中局部存在毛细水，土粒被挤 紧；当土体浸水饱和或失水干燥时，该有 效应力消失；
积的土层（超固结）； （2）一般堆积土：第四纪全新世（文化期以
前）堆积的土层； （3）新近堆积土：文化期以来新近堆积的土
层（欠压密）。
2. 根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪 积土、冲积土、湖积土、海积土、冰碛土 及冰水沉积土和风积土；
3. 根据有机质含量可分为无机土、有机质土、 泥炭质土和泥炭；
结构和构造
1. 土的结构：土颗粒本身的特点和颗粒间相 互关系的综合特征。
• 土颗粒本身特点：土颗粒大小、形状和磨 圆度及表面性质（粗糙度）等。
• 颗粒间相互关系特点：粒间排列及其联结 性质。
单粒结构
集合体结构
（1）单粒结构特征（散粒结构） 碎石（卵石）、砾石类土和砂土等无黏性土的 基本结构形式。
4. 具有特殊成分、状态和结构特征的特殊土： 湿陷性土、红黏土、软土、混合土、填土、 多年冻土、膨胀土、盐渍土，污染土；
5. 按颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、 粉土和粘性土。
4.3 土的成因类型特征
1 残积土
工程性质：土层厚 度、组成成分、结 构及物理力学性质 变化极大，均匀性 很差，孔隙度较大， 作为地基易引起不 均匀沉降。
第四章 土的工程性质与分类
• 土：连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不 同的搬运方式，在各种自然环境中形成的 堆积物。
• 土的工程性质主要取决于组成土的土粒的 大小和矿物类型。
4.1 土的组成与结构、构造
• 土的三相组成：颗粒（固相）、水溶液 （液相）和气体（气相）。
（3）牛轭湖相冲积土压缩性很高，承载力很 低；
（4）三角洲沉积物常是饱和的软黏土，承载 力低，压缩性高。
5 湖泊沉积物
湖边沉积物：近岸带沉积多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂 土，承载力高；远岸的则是细颗粒的砂土和粘性土，承 载力低；
湖心沉积物：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。
（a）疏松单粒结构；（b）紧密单粒结构
单粒结构特点： • 孔隙率小，孔隙大； • 透水性强； • 土粒间没有内聚力； • 土粒相互依靠支撑，内摩擦力大； • 受压时体积变化较小。
（2）集合体结构（团聚结构或絮凝结构）特征 黏性土特有结构（粒间引力大于重力）
基本单元：团聚体
集合体结构特征：
• 孔隙度很大——压缩性大；
• 水容度、含水量很大，以结合水为主，排 水困难——压缩过程缓慢；
• 具有大的易变性——不稳定。
2. 土的构造
整个土层（土体）构成上的不均匀性 （层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒 大小悬殊、裂隙发育程度和特征等）特征 的总合。
• 碎石土构造特征：
• 砂土和砂质粉土构造特征：
• 黏性土构造特征： （1）层状构造； （2）显微层状构造； （3）各种裂隙、节理构
研究土体构造特征意义
（1）土体构造特征反映土体的力学性质和其他 工程性质的各向异性或土体各部位的不均匀性。
（2）土体构造特征是决定勘探、取样或原位测试 布置方案和数量的重要因素之一。
4.2 土的工程分类
建筑工程系统的分类 材料系统的分类
我国土的工程分类
1. 按堆积年代分为： （1）老堆积土：第四纪晚更新世及其以前堆
岭石、伊利石、水云母及蒙脱石等；
亲水性：蒙脱石＞伊利石＞高岭石
2）次生SiO2（胶态、准胶态）； 3）倍半氧化物（Al2O3和Fe2O3等）。
是组成黏粒的组要成分。主要特点：高度分散状 态——胶态或准胶态。易引起土的工程性质的显 著改变，如产生大的塑性、强度剧烈降低等。
3. 可溶盐类及易分解的矿物 • 易溶盐：NaCl，CaCl2，Na2SO4·10H2O，
Na2CO3·10H2O
• 中溶盐：CaSO4·H2O和MgSO4； • 难溶盐：CaCO3和MgCO3。
易溶盐常以夹层、透镜体、网脉、结核或呈分散的 颗粒、薄膜或粒间胶结物含于土中。
含盐土浸水后盐类被溶解，土的粒间连结削弱，甚 至消失，并同时增大土的孔隙性，从而降低土的强 度和稳定性，增大压缩性。
常见易分解矿物：黄铁矿（FeS2）及其他硫 化物和硫酸盐类。
分解后对土的影响在于： • 浸水后削弱或破坏土的粒间连结及增大土
的孔隙性； • 分解出硫酸，对建筑基础及各种管道设施
其腐蚀作用。
4. 有机质
当有机质在黏性土中含量达到或超过5%（在砂土中为 3%）时，就开始对土的工程性质产生显著影响。
比粘土矿物具有更强的胶体特性和更高的亲水性。
• 固体（颗粒）+孔隙（水、气）
4.1.1 土的粒度成分
• 粒组：界于一定粒径范围的土粒； • 粒度成分（颗粒级配）：土中不同粒组颗
粒的相对含量。
漂石（块石）：＞200mm； 卵石（碎石）：200~20mm； 圆砾（角砾）：20~2mm； 砂粒：2~0.075mm； 粉粒：0.075~0.005mm； 黏粒：＜0.005mm。
热力电位 电动电位
1）强结合水（吸着水）：紧靠土粒表面的结合水
特点：
• 厚度很小； • 没有溶解能力； • 不能传递静水压力； • 只有吸热变成蒸汽时才能移动； • 冰点低； • 具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。
2）弱结合水（薄膜水）：紧靠于强结合水的外围形成的
结合水膜。
特征：
• 厚度比强结合水大得多； • 不能传递静水压力； • 没有溶解能力，冰点低于0度； • 土中含较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。
影响程度取决于：
• 含量越高，对土的性质影响越大； • 分ห้องสมุดไป่ตู้程度越高，影响越剧烈； • 土被水浸程度或饱和度不同，有机质对土的影响
不同； • 与有机质土层的厚度、分布均匀性及分布方式有
关。
4.1.3 土中水和气体及其 与土粒的相互作用
1. 土中水
水分子和水化离子
（1）结合水：受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。
2 坡积土
工程性质：土质上 下不均匀，结构疏 松，压缩性高，土 层厚度变化大，对 建筑物常有不均匀 沉降问题；
下部基岩面常富水，易产生沿下卧残基层或基岩面的滑动等问题
3 洪积土
工程性质：
（1）离山前较近的洪 积土颗粒较粗，具有较 高的承载力，压缩性低；
（2）在离山区较远的 地带，洪积物颗粒较细， 成分较均匀，厚度较大， 也是良好的地基；
（3）中间过渡带，常 形成沼泽地带，且存在 尖灭或透镜体，土质较 差，承载力较低。
4 冲积土 河床相 河漫滩相 牛轭湖相 河口三角洲相
工程性质：
（1）古河床相压缩性低，强度较高；现代河 床堆积物密实度较差，透水性较强，若作 为水工建筑物地基则将引起坝下渗漏；
（2）河漫滩相冲积物覆盖于河床相冲积土之 上，该双层结构冲积体常被作为地基；
化学潜蚀作用
两种潜蚀作用都将使土的孔隙增大，增大压缩 性，降低抗剪强度。
3）气态水和固态水
• 气态水：可在土粒表面凝聚转化为其他各 种类型的水；
• 固态水（冰）：起到暂时的胶结作用，提 高土的力学强度，降低透水性。
2. 土中气体 游离气体
封闭气体
4.1.4 土的结构和构造
土的工程性质取决于： • 物质成分； • 粒间联接性质和强度； • 层理特点； • 裂隙发育程度和方向； • ……
4.1.2 土的矿物成分
• 原生矿物； • 不溶于水的次生矿物； • 可溶盐类及易分解的矿物； • 有机质。
不稳定矿物
1. 原生矿物
主要有石英、长石、角闪石、云母等， 是组成卵石、砾石、砂粒和粉粒的主要成 分。
对工程性质影响，主要在于其颗粒形状、 坚硬程度和抗风化稳定性等因素。
2. 不溶于水的次生矿物 1）粘土矿物——为含水铝硅酸盐，主要有高
6 海洋沉积物
卵石、圆砾、砂
细粒砂土、粘性土、淤泥和生物 化学沉积物
有机质软泥
7 冰积土和冰水沉积土
冰川和冰川融化的冰下水搬运堆积而成，其颗粒以巨 大块石、碎石、砂、粉土及黏性土混合组成。
8 风积土
干燥条件下岩石的风化碎屑被风吹扬搬运一段距离后， 在有利条件下堆积起来。颗粒主要由粉粒或砂粒组成， 土质均匀，孔隙大，结构松散。
• 毛细水上升接近建筑物基础底面时，毛细 压力将作为基底附加压力的增值，增大建 筑物沉降；
• 毛细水上升接近或浸没基底时，在寒冷地 区将加剧冻胀作用；
• 毛细水浸没基础时，水中盐分具有腐蚀作 用。
2）重力水：在重力作用下流动的水
特点：
• 产生动水压力； • 冲刷带走土中细小土粒；
机械潜蚀作用
• 溶滤水中水溶盐。
4.4 特殊土的主要工程性质
• 软土 • 湿陷性黄土——西北、华北等干旱、半干旱区 • 红黏土——西南亚热带湿热气候区 • 膨胀土——南方和中南地区 • 冻土——高纬度、高海拔地区 • 盐渍土——内陆干旱、半干旱地区 • 人工填土 • 污染土
（2）非结合水：土粒孔隙中超出土粒表面静 电引力作用范围的一般液态水。
能传递静水压力和溶解盐分
1）毛细水
产生于土粒的分子 引力和水与空气界 面的表面张力共同 构成的毛细力作用；
存在于地下水面以 上；
存在与直径为 0.002~0.5mm的毛 细空隙中；
毛细上升水 毛细悬挂水
毛细水影响：
• 在非饱和土中局部存在毛细水，土粒被挤 紧；当土体浸水饱和或失水干燥时，该有 效应力消失；
积的土层（超固结）； （2）一般堆积土：第四纪全新世（文化期以
前）堆积的土层； （3）新近堆积土：文化期以来新近堆积的土
层（欠压密）。
2. 根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪 积土、冲积土、湖积土、海积土、冰碛土 及冰水沉积土和风积土；
3. 根据有机质含量可分为无机土、有机质土、 泥炭质土和泥炭；
结构和构造
1. 土的结构：土颗粒本身的特点和颗粒间相 互关系的综合特征。
• 土颗粒本身特点：土颗粒大小、形状和磨 圆度及表面性质（粗糙度）等。
• 颗粒间相互关系特点：粒间排列及其联结 性质。
单粒结构
集合体结构
（1）单粒结构特征（散粒结构） 碎石（卵石）、砾石类土和砂土等无黏性土的 基本结构形式。
4. 具有特殊成分、状态和结构特征的特殊土： 湿陷性土、红黏土、软土、混合土、填土、 多年冻土、膨胀土、盐渍土，污染土；
5. 按颗粒级配和塑性指数分为碎石土、砂土、 粉土和粘性土。
4.3 土的成因类型特征
1 残积土
工程性质：土层厚 度、组成成分、结 构及物理力学性质 变化极大，均匀性 很差，孔隙度较大， 作为地基易引起不 均匀沉降。
第四章 土的工程性质与分类
• 土：连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不 同的搬运方式，在各种自然环境中形成的 堆积物。
• 土的工程性质主要取决于组成土的土粒的 大小和矿物类型。
4.1 土的组成与结构、构造
• 土的三相组成：颗粒（固相）、水溶液 （液相）和气体（气相）。
（3）牛轭湖相冲积土压缩性很高，承载力很 低；
（4）三角洲沉积物常是饱和的软黏土，承载 力低，压缩性高。
5 湖泊沉积物
湖边沉积物：近岸带沉积多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂 土，承载力高；远岸的则是细颗粒的砂土和粘性土，承 载力低；
湖心沉积物：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。
（a）疏松单粒结构；（b）紧密单粒结构
单粒结构特点： • 孔隙率小，孔隙大； • 透水性强； • 土粒间没有内聚力； • 土粒相互依靠支撑，内摩擦力大； • 受压时体积变化较小。
（2）集合体结构（团聚结构或絮凝结构）特征 黏性土特有结构（粒间引力大于重力）
基本单元：团聚体
集合体结构特征：
• 孔隙度很大——压缩性大；
• 水容度、含水量很大，以结合水为主，排 水困难——压缩过程缓慢；
• 具有大的易变性——不稳定。
2. 土的构造
整个土层（土体）构成上的不均匀性 （层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒 大小悬殊、裂隙发育程度和特征等）特征 的总合。
• 碎石土构造特征：
• 砂土和砂质粉土构造特征：
• 黏性土构造特征： （1）层状构造； （2）显微层状构造； （3）各种裂隙、节理构