8-黏性土、膨胀土、砂类土性质判断依据及经验公式
各类土的特征及取样试验方法，岩土人必备！
各类土的特征及取样试验方法，岩土人必备！来源：自然资源之声一、粘性土粘性土分为粉质粘土和粘土一、粉质粘土定义：塑性指数大于10且小于或等于17的土应定名为粉质粘土，肉眼观察，细土中有砂粒，干时不坚硬，用锤可打成细土粒，湿时有塑性有粘结力，能搓成φ0.5-2mm的土条，长度较小，用手搓、捻感觉有少量细颗粒，稍有粘滞感觉。
二、粘土定义：塑性指数大于17的土定为粘土，肉眼观察较细腻，一般无砂粒，干时很坚硬，用锤可打成碎块，湿时塑性粘性大，土团压成饼时，边部不裂，能搓成φ=0.5mm的土条，长度不少于手掌，用手搓捻有滑润感觉，当水分较大时，极为粘手，感觉不到有颗粒存在。
三、描述内容：颜色、状态、包含物、光泽反应、摇震反应、结构及层理特征1、颜色：主色在后，次色在前。
2、状态：①坚硬：干而坚硬，很难掰成块。
②硬塑：用力捏先裂成块后显柔性，手捏感觉干，不易变形，手按无指印。
③可塑：手捏似橡皮有柔性，手按有指印。
④软塑：手捏很软，易变形，土块掰时似橡皮，用力不大就能按成坑。
⑤流塑：土柱不能直立，自行变形。
3、包含物：贝壳、铁锰结核、高岭土姜结石等。
4、光泽反应：用取土力切开土块，视其光滑程度分为①切面粗造为无光泽。
②切面略粗造（稍光滑）为稍有光泽。
③切面光滑为有光泽。
5、摇震反应：试验对应将软塑~流动的小土块或土球，放在手掌中反复摇晃，并以另一手掌振击此手掌，土中自由水将渗出，球面呈现光泽。
用手指捏土球，放松后水又被吸入，光泽消失，根据土球渗水和吸水反应快慢可区分为：①立即渗水及吸水者为反应迅速。
②渗水及吸水中等者为反应中等。
③渗水和吸水慢及不渗，不吸者为反应慢或无反应。
4、韧性试验：将含水率略在于塑性的土块在手中揉捏均匀，然后在手掌中搓成直径3mm的土条，再揉成土团，根据再次搓条的可能性，可分为：①能揉成土团，再搓成条，捏而不碎者为韧性高②可再揉成团，捏而不碎者为韧性中等③勉强或不能再揉成团，稍捏或不捏即碎者为韧性差5、干强度：试验时将一小块土捏成小土团，风干后用手指捏碎，根据用力大小区分为①很难或用力才能捏碎或掰断者为干强度高②稍用力即可捏碎或掰断者为干强度中等③易于捏碎和捻成粉未者为干强度低6、结构及层理特征：对同一土层中相间呈韵律沉积，当薄层与厚层的厚度比大于1/3时，宜定为“互层”；厚度比为1/10~1/3时，宜定为“夹层”；厚度比小于1/10的土层，且多次出现时，宜定为“夹薄层”。
土体的分类以及工程地质性能
砂土的密实度（二）
相对密度Dr 1≥Dr>0.67 0.67≥Dr>0.33
砂土密度分类 密实的 中密的
相对密度Dr 0.33≥Dr>0
砂土密度分类 松散的
注：相对密度是指无粘性土处于最松状态的孔隙比与天然状态或给定孔隙比之差和 最松状态孔隙比与最紧孔隙比之差的比值 。
密实度 密实 中密 稍密
粉土的湿度（一）
饱和度Sr Sr≤0.5 0.5<Sr≤0.8 Sr>0.8
湿度分类 稍湿的 湿的 饱和的
粉土的湿度（二）
含水量W(%) W<20 20≤W≤30
湿度 稍湿 湿
含水量W(%) W>30
湿 度
很 湿
粘性土的状态
液性指数IL IL≤0 0<IL≤0.25 0.25<IL≤0.75
状态 坚硬 硬塑 可塑
液性指数IL 0.75<IL≤1 IL>1 —
状态 软塑 流塑 —
粘性土的软硬度
无侧限抗压强度qu(kPa) qu≥240 240>qu≥120 120>qu≥60 60>q_((u)0≥30 qu<30
软硬度土分无类侧限抗压 强度简称无侧
很 硬限强度(qu)。 是指土在无侧 限条件下，抵
名称
颗粒形状
颗粒级配
漂石 块石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于200mm的颗粒超过总质量的50%
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒超过总质量的50%
圆砾
圆形及亚圆形为主
粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%
土的经验参数（物理指标、压缩、变形模量、剪切强度）
⼟的经验参数（物理指标、压缩、变形模量、剪切强度）有关⼟的经验参数⼀、原状⼟物理性质指标变化范围原状⼟物理性质指标变化范围，见表3-3-28。
注：粘砂⼟3＜I p≤7；砂粘⼟7＜I p≤17⼆、⼟的平均物理、⼒学性质指标，见表3-3-29。
⼟的平均物理、⼒学性质指标，见表3-3-29。
注：①平均⽐重采取：砂——2.66；粘砂⼟——2.70；砂粘⼟——2.71；粘⼟——2.74；②粗砂和中砂的E 0值适⽤于不均匀系数C u = = 3者，当C u ＞5时应按表中所列值减少。
C u 为中间值时E 0 值按内插法确定；③对于地基稳定计算，采⽤⼈摩擦⾓φ的计算值低于标准值2°。
1060d d 32三、⼟的压缩模量⼀般范围值⼟的压缩模量⼀般范围值，见表3-3-3-。
注：砂粘⼟7＜I p≤7；粘⼟I p＞17四、粘性⼟剪强度参考值粘性⼟抗剪强度参考值，见表3-3-31。
注：粘砂⼟3＜I p≤7；砂粘⼟7＜I p≤7；粘⼟I p＞17五、⼟的侧压⼒系数（ξ）和泊松⽐（u）参考值注：粘⼟I p＞17；粉质粘⼟10＜I p≤17；I p≤10五、变形模量于压缩模量的关系变形模量E0是指⼟体在⽆侧限条件下应⼒与应变之⽐，其中的应变包含弹性应变和塑性应变两部分。
因此，变形模量较弹性模量E⼩，通常在⼟与基础的共同作⽤分析中⽤变形模量E。
变形模量⼀般是通过现场载荷试验确定，⼀些地⽅通过静⼒触探、标贯试验与变形模量建⽴了经验公式。
压缩模量Es是在侧限条件下应⼒与应变的⽐值，是通过室内试验获取的参数。
两者的关系：对于软⼟E0近似等于Es；较硬⼟层，E0=βEs，β=2～8，⼟愈坚硬，倍数愈⼤。
土的力学性质指标
土的力学性质指标1 .压缩系数土的压缩性通常用压缩系数（或压缩模量）来表示，其值由原状土的压缩试验确定。
压缩系数按下式计算：a =1000 1- （6-1）P i - p?式中1000——单位换算系数；a -- 土的压缩系数（MPa-1）;P1、P2 ------- 固结压力（kPa）：ei、e? ------ 相对应于p1、P2时的孔隙比。
评价地基压缩性时，按P1为100kPa, p?为200kPa,相应的压缩系数值以a1-2 划分为低、中、高压缩性，并应按以下规定进行评价：（1）当a1-2v0.1MPa-1时，为低压缩性土；（2）当0.1 w a1-2V 0.5MPa-1时，为中压缩性土；（3）当a1-2>0.5MPa-1时，为高压缩性土。
2 .压缩模量工程上也常用室内试验求压缩模量E s作为土的压缩性指标。
压缩模量按下式计算：E s=L—宜（6-2）a式中Es――土的压缩模量（MPa）;e0 土的天然（自重压力下）孔隙比；a――从土的自重应力至土的自重加附加应力段的压缩系数（MPa-1）用压缩模量划分压缩性等级和评价土的压缩性可按表6-4规定。
地基土按E s值划分压缩性等级的规定表6-47.6~11 中压缩性 11.1~15中低压缩性 > 15低压缩性3 .抗剪强度土在外力作用下抵抗剪切滑动的极限强度，一般用室内直剪、原位直剪、三 轴剪切试验、十字板剪切试验、野外标准贯入、动力触探、静力触探等试验方法 进行测定。
它是评价地基承载力、边坡稳定性、计算土压力的重要指标。
（1） 抗剪强度计算土的抗剪强度一般按下式计算：T = er • tg ©+ c （6-3）式中T f ——土的抗剪强度（kPa ）；e ――作用于剪切面上的法向应力（kPa ）；4）——土的内摩擦角（° ,剪切试验法向应力与剪应力曲线的切线倾斜角； c 土的粘聚力（kPa ）,剪切试验中土的法向应力为零时的抗剪强度， 砂类土 C = 0o（2） 土的内摩擦角©和粘聚力c 的求法同一土样切取不少于4个环刀进行不同垂直压力作用下的剪力试验后，用相 同的比例尺在坐标纸上绘制抗剪强度 T 与法向应力e 的相关直线，直线交T 值的 截距却为土的粘聚力C,砂土的C=0，直线的倾斜角即为土的内摩擦角切，见图 6-1 o图6-1抗剪强度与法向应力的关系曲线02cr (MPa) {&}(a) 粘性土； ( b)砂土4 .土的力学性质指标的经验参考数据粘性土力学性质指标的经验数据土的力学指标经验数据范围参考值。
常见土的种类及性质
四、无黏性土的物理性质无黏性土主要是指砂土和碎石土，其工程性质与其密实度密切相关。
密实度越大，土的强度越大。
因此，密实度是反映无黏性土工程性质的主要指标。
评判无黏性土的密实度有以下方法：1、根据相对密实度 Dr （大小位于0~1 之间）判别：密实（ 1 ≥Dr≥0 . 67 ）；中密（ 0 . 67≥Dr≥0 . 33 ）；松散（ 0 . 33 ≥ Dr ≥0 ）。
该法适用于透水性好的无黏性土，如纯砂、纯砾。
2、根据天然孔隙比e判别：e越小，土越密实。
一般，e＜ 0 . 6 时属密实，e＞ 1 . 0 时属疏松。
该法适用于砂土，但不能考虑矿物成分、级配等对密实度的影响。
3、根据原位标准贯入试验判别：密（ N > 30 ）、中密（ 15 ≤N≤ 30 ）、稍密（ 10≤N≤15 ）、松散（ N≤10 ）原位标准贯入试验：在土层钻孔中，利用重63.5kg的锤击贯入器，根据每贯入30cm所需锤击数来判断土的性质，估算土层强度的一种动力触探试验。
4、根据野外方法鉴别（针对碎石类土）肉眼观察、挖、钻等。
五、黏性土的物理性质黏性土的特性主要是由于黏粒与水之间的相互作用产生，因此含水量是决定因素。
黏性土的含水量对其物理状态和工程性质有重要影响。
液限（ωL, Liqud Limit ）：土由可塑状态变到流动状态的界限含水量；土处于可塑状态的最大含水量，稍大即流态；塑限（ωP， Plastic Limit ）：土由半固态变为可塑状态的界限含水量；土处于可塑状态的最小含水量，稍小即半固态；缩限（ωS , Shrinkage Limit ）：土由固态变为半固态的界限含水量；土处于半固态的最小含水量，稍小即为固态。
塑性指数IP ―表示土处于可塑状态的含水量变化范围。
IP 越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。
土颗粒越细，黏粒含量越高，土能吸附的结合水量越多，则IP越大。
黏土矿物蒙脱石含量越高，IP越大。
IP在一定程度上综合反映了影响黏性土特征的各种主要因素，故常用于对黏性土进行分类。
膨胀土的工程特性和判定及路基设计
膨胀土路基
二、膨胀土的工程特性 (一)胀缩性
膨胀土吸水体积膨胀，使其上的建筑物隆起，如果膨胀受 阻即产生膨胀力；失水体积收缩，造成土体开裂，并使其上 的建筑物下沉。
膨胀土产生膨胀的强弱与黏土颗粒含量、黏粒的矿物成分 以及晶体结构的差异有关。
膨胀土的颗粒成分：粒径<0.005mm 黏粒； 0.005mm<粒径<0.05mm 粉粒 占90%； 粒径>0.05mm 砂粒 含量较少；
５．膨胀土公路路基的常见病害 （1）滑坡 路堤路堑均有发生，是膨胀土路 基最严重的病害。路堤滑坡往往发生 在填土或基底为膨胀（岩）土层的情 况，滑体一般宽20～50米，厚2～5 米；路堑滑坡多发生在膨胀（岩）土 分界面，裂隙面或软弱层处，宽数10 米，厚一般3～4米，较少超过6米， 具有成群分布、浅层性、牵引性、结 构和构造性以及多次滑动性等特点。
3.5 碎石土
24.5 膨胀土
1.5 3.5
6.0 7.5 H>8.0
非膨胀土
尺寸单位：m
➢ 破面封闭—选择具有一定强度且隔水性好的非膨胀性粘土包边，包
边厚度由当地膨胀土干湿循环显著影响区深度确定。 ➢ 底面隔水—应对基底进行处理，防治地下水和毛细水的影响。 ➢ 顶面封闭—选择非膨胀性粘土填筑于上路堤和路床。
膨胀土及其工程问题
2．膨胀土的判别与分类
（1）国内外现有膨胀土判别分类指标可分为两大类： 宏观（间接）指标——通过工程实验评价其膨胀潜势； 微观（直接）指标——反映胀缩机理的本质参数，如蒙脱石含量、比 表面积、阳离子交换量。
（2）公路部门：自由膨胀率、塑性指数；铁路部门：微观指标。 （3）最新研究成果：测试简便、能反映膨胀土的胀缩本质的宏观指标——
小贴士——如何区分砂土、粉土、黏土
粉土，粘土，砂土有什么区别？编辑本段回目录粉土，粘土，砂土有什么区别？粉土,砂土和粘土的称谓只是一种泛指的说法，准确的称呼为无粘性土和粘性土，划分标准粗略为看粒径大小（即砂粒、粉粒、粘粒等），理论上判断方法应用塑性指数（Ip）划分，（塑性指数可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。
可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围愈大，土的可塑性愈好。
这个范围称为塑性指数Ip。
塑性指数是粘土的最基本、最重要的物理指标之一，它综合地反映了粘土的物质组成，广泛应用于土的分类和评价。
）当塑性指数其小于等于3时，为砂土，当大于3时，一般认为是粘性土，塑性指数需要在实验室内通过界限含水量试验测定。
但在实际中，砂土无法进行该项试验，一般是通过颗粒分析方法（洗筛法+比重计法）分析其颗粒构成，然后进行判断。
同一种粘性土随其含水量的不同而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。
土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限；由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限。
土的塑限和液限都可通过试验得到塑性指数Ip=WL-Wp式中WL——液限；Wp——塑限2、液性指数IL=(W-Wp)/(WL-Wp)=(W-Wp)/Ip式中W——土的天然含水量；WL——液限；Wp——塑限Ip——塑性指数液性指数IL的范围土的软硬状态IL≤0 坚硬0< IL≤0.25 硬塑0.25< IL≤0.75 可塑0.75<IL≤1 软塑IL>1 流塑砂土、碎石土等称为无粘性土。
塑性指数Ip＞10的土为粘性土Ip＞17为粘土，10＜Ip≤17为粉质粘土Ip≤10的粉土当塑性指数其小于等于3时，为砂土，当大于3时，一般认为是粘性土，粉土就是过去的轻亚粘土亚黏土是公路，桥梁的规范上规定的，就是我们经常说的粉质粘土粉土：粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数等于或小于10的土应定名为粉土。
土木工程材料 9 第八章 土的工程性质
第八章 土的工程性质
第三节 土的颗粒级配
土的骨架是由土粒组成。自然界中的土，土粒的大 小很不均匀，不同粒径的土粒在土中的相对含量是决定 土的工程性质的重要指标。
一、粒组的划分 土的粒度是指土颗粒的大小，以粒径表示，通常以mm 为单位。为了确定各种大小土粒的相互关系，在工程上
第八章 土的工程性质
（八）土的浮密度ρ′ 定义 ：土的浮密度也叫水下密度，是指土浸没在水下，单位 土体中土粒的重力扣除浮力后的有效重力，又等于土的饱 和密度减去水的密度。
公式：
（8-8）
第八章 土的工程性质
（九）土的饱和度Sr 定义 ：土的饱和度是指土孔隙中被水充满的体积与孔隙总 体积的之比
3.三角坐标法：三角坐标法也是一种图示方法，可用来表 达粘粒、粉粒和砂粒三种粒组的百分含量。如图8-5所示 。
上述三种方法各有其特点和适用条件，其中累计曲线法能
用一条曲线表示一种土的粒度成分，而且可以在一张图
上同时表示多种土的粒度成分，能直观地比较其级配状
况。
第八章 土的工程性质
第四节 土的工程分类
第八章 土的工程性质
（三）土的含水率w 定义：土中水的质量与土颗粒质量的比值即为含水率， 用百分数表示
公式：
（8-3）
标准测量方法是烘干法，也可采用酒精燃烧法，比重法或 碳化钙气压
第八章 土的工程性质
（四）土的干密度ρd 定义：土的干密度是指在干燥状态下土中固体颗粒的质量 （ms）与土的体积（V）的比值
图8-4 颗粒级配曲线
第八章 土的工程性质
累计曲线的用途主要有以下两个方面：
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土的名称
压缩模量Es（MPa）
卵石土
54～65
碎石土
29～65
砾石土
14～42
粗砂
36（中实）～48（密实）
中砂
31（中实）～42（密实）
细砂
稍湿 稍湿及饱和
25（中实）～36（密实） 19（中实）～31（密实）
稍湿
17（中实）～21（密实）
粉砂
潮湿
14（中实）～17.5（密实）
饱和
9（中实）～14（密实）
N＞30 密实
自有膨胀率Fs （%）
蒙脱石含量M （%）
阳离子交换量 CEC（NH4+） （mmol/kg）
表4 膨胀性判断表
弱膨胀土
中等膨胀土
40≤Fs＜60 60≤Fs＜90
7≤M＜17
17≤M＜27
170≤CEC＜260 260≤CEC＜360
强膨胀土 Fs≥90 M≥27
CEC≥360
表5 土的压缩模量一般范围值
C（kPa）
砂粘土 60 40 25 15 10 ≤5
粘土 100 60 40 20 10 ≤5
Ps（MPa）
1
2
φ（°）
29
31
表7 砂类土的内摩擦角
3
4
6
11
32
33
34
36
说明：本表依据《铁路工程地质原位测试规程》（2003-06-01）P70 表10.5.12
15
30
37
39
N（击/30cm） 液性指数IL 塑性状态
N≤2 IL＞1 流塑
表1 黏性土塑性状态划分参考表
2＜N≤4
4＜N≤18
1≥IL＞0.75 0.75≥IL＞0.25
软塑
可塑
18＜N≤32 0.25≥IL＞0
硬塑
说明：1、N为各层土的有效实测标贯击数平均值
Ps（MPa） 液性指数IL 塑性状态
5～6 0
坚硬
＞1
粘砂土 28 26 24 20 18
≤14
φ（°）
砂粘土 25 23 21 17 13
≤10
粘土 22 20 18 14 8 ≤6
粘砂土 20 15 10 5 2 1
说明：1、本表依据《铁路工程地质手册》（99版）P274 表3-3-31 2、粘17
表2 单桥静探参数判别黏性土的塑性状态
2.7～3.3
1.2～1.5
0.7～0.9
0.25
0.5
0.75
硬塑
硬～软塑
软塑
N＞32 IL≤0 坚硬
＜0.5 1
流塑
N（击/30cm） 密实程度
表3 砂类土的密实程度划分参考表
N≤10
10＜N≤15
15＜N≤30
松散
稍密
中密
说明：1、N为各层土的有效实测标贯击数平均值
砂粘土
半干硬 可塑
16（中实）～39（密实） 4（中实）～16（密实）
粘土
半干硬 可塑
16（中实）～59（密实） 4（中实）～16（密实）
说明：1、本表依据《铁路工程地质手册》（99版）P273 表3-330
2、砂粘土：7＜Ip≤17，粘土：Ip＞17
表6 粘性土抗剪强度参考数值
名称 IL
＜0 0～0.25 0.25～0.5 0.5～0.75 0.75～1