====== 第三章 土的工程分类 ======

土的工程分类是根据土的工程性质，将土划分为不同的类别，为工程设计和施工提供依据。

===== 3.1 土的分类原则与标准 =====

==== 3.1.1 分类的基本原则 ====

土的工程分类应遵循以下原则：
- **科学性**：分类应反映土的工程性质本质
- **简明性**：分类方法应简单实用
- **系统性**：分类应能涵盖各类土
- **实用性**：分类应便于工程应用

==== 3.1.2 《建筑地基基础设计规范》分类法 ====

我国现行《建筑地基基础设计规范》(GB 50007)采用以下分类体系：

**按沉积年代分类**：
- 老沉积土：第四纪晚更新世(Q₃)及其以前沉积的土
- 一般沉积土：全新世(Q₄)沉积的土
- 新近沉积土：近代文化期以来沉积的土

**按地质成因分类**：
残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰碛土、风积土等

===== 3.2 碎石土的分类 =====

==== 3.2.1 定义 ====

碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。

==== 3.2.2 分类标准 ====

| 土的名称 | 颗粒形状 | 粒组含量 |
|---------|---------|---------|
| 漂石 | 圆形及亚圆形为主 | 粒径大于200mm的颗粒超过全重50% |
| 块石 | 棱角形为主 | 粒径大于200mm的颗粒超过全重50% |
| 卵石 | 圆形及亚圆形为主 | 粒径大于20mm的颗粒超过全重50% |
| 碎石 | 棱角形为主 | 粒径大于20mm的颗粒超过全重50% |
| 圆砾 | 圆形及亚圆形为主 | 粒径大于2mm的颗粒超过全重50% |
| 角砾 | 棱角形为主 | 粒径大于2mm的颗粒超过全重50% |

==== 3.2.3 密实度评价 ====

碎石土的密实度根据重型圆锥动力触探锤击数N₆₃.₅或超重型圆锥动力触探锤击数N₁₂₀划分：

| 密实度 | 重型动力触探N₆₃.₅ | 超重型动力触探N₁₂₀ |
|-------|------------------|-------------------|
| 松散 | N₆₃.₅ ≤ 5 | N₁₂₀ ≤ 3 |
| 稍密 | 5 < N₆₃.₅ ≤ 10 | 3 < N₁₂₀ ≤ 6 |
| 中密 | 10 < N₆₃.₅ ≤ 20 | 6 < N₁₂₀ ≤ 11 |
| 密实 | 20 < N₆₃.₅ ≤ 30 | 11 < N₁₂₀ ≤ 14 |
| 很密 | N₆₃.₅ > 30 | N₁₂₀ > 14 |

**工程特性**：
- 透水性强，压缩性低
- 承载力高，是良好的天然地基
- 开挖和钻探较困难

===== 3.3 砂土的分类 =====

==== 3.3.1 定义 ====

砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，且粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。

==== 3.3.2 分类标准 ====

| 土的名称 | 粒组含量 |
|---------|---------|
| 砾砂 | 粒径大于2mm的颗粒占全重25%~50% |
| 粗砂 | 粒径大于0.5mm的颗粒超过全重50% |
| 中砂 | 粒径大于0.25mm的颗粒超过全重50% |
| 细砂 | 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重85% |
| 粉砂 | 粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50% |

==== 3.3.3 密实度评价 ====

砂土的密实度根据标准贯入试验锤击数N划分（见第二章）。

**砂土的湿度和饱和度**：

| 湿度 | 饱和度Sr |
|-----|---------|
| 稍湿 | Sr ≤ 0.5 |
| 很湿 | 0.5 < Sr ≤ 0.8 |
| 饱和 | Sr > 0.8 |

**工程特性**：
- 透水性较强，压缩性较低
- 密实的砂土是良好的地基
- 松散的饱和粉细砂在动荷载作用下可能液化

===== 3.4 粉土的分类 =====

==== 3.4.1 定义 ====

粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重50%，且塑性指数Ip≤10的土。

==== 3.4.2 分类标准 ====

粉土根据粘粒含量进一步分类：

| 土的名称 | 粘粒含量 |
|---------|---------|
| 砂质粉土 | 粘粒含量<10% |
| 粉土 | 粘粒含量10%~15% |
| 粘质粉土 | 粘粒含量>15% |

==== 3.4.3 湿度评价 ====

粉土的湿度根据含水量w划分：

| 湿度 | 含水量w |
|-----|--------|
| 稍湿 | w < 20% |
| 湿 | 20% ≤ w ≤ 30% |
| 很湿 | w > 30% |

**工程特性**：
- 介于砂土和粘性土之间
- 透水性较小，毛细水上升高度较大
- 饱和粉土在动荷载作用下可能液化
- 承载力一般低于粘性土和砂土

===== 3.5 粘性土的分类 =====

==== 3.5.1 定义 ====

粘性土是指塑性指数Ip>10的土。

==== 3.5.2 分类标准 ====

| 土的名称 | 塑性指数Ip |
|---------|-----------|
| 粉质粘土 | 10 < Ip ≤ 17 |
| 粘土 | Ip > 17 |

==== 3.5.3 状态评价 ====

粘性土的状态根据液性指数IL划分（见第二章）。

**工程特性**：
- 透水性小，压缩性较大
- 具有可塑性和粘聚力
- 承载力与含水量和状态密切相关
- 软粘土承载力低，沉降量大

===== 3.6 特殊土的分类 =====

==== 3.6.1 人工填土 ====

人工填土是指由人类活动堆积的土，分为：

| 填土类型 | 定义 |
|---------|------|
| 素填土 | 由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土 |
| 压实填土 | 经分层压实的素填土 |
| 杂填土 | 含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土 |
| 冲填土 | 由水力冲填泥砂形成的填土 |

**工程特性**：
- 均匀性差，压缩性高
- 填龄短的填土未固结，强度低
- 杂填土成分复杂，性质不均匀

==== 3.6.2 软土 ====

软土是指天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。

| 软土类型 | 特点 |
|---------|------|
| 淤泥 | 在静水或缓慢流水环境中沉积，天然含水量>液限，孔隙比e≥1.5 |
| 淤泥质土 | 天然含水量>液限，1.0≤e<1.5 |
| 泥炭质土 | 有机质含量10%~60% |
| 泥炭 | 有机质含量>60% |

**工程特性**：
- 含水量高，孔隙比大
- 压缩性极高，沉降量大
- 强度低，承载力低
- 渗透性小，固结缓慢
- 触变性和流变性显著

==== 3.6.3 湿陷性土 ====

湿陷性土是指在一定压力作用下受水浸湿，土的结构迅速破坏，并发生显著附加下沉的土。

**黄土**：
- 颜色以黄色为主
- 孔隙比大（e=0.8~1.2）
- 富含碳酸钙
- 垂直节理发育
- 具有湿陷性

**湿陷性评价**：
根据湿陷系数δₛ划分：
- δₛ < 0.015：非湿陷性黄土
- 0.015 ≤ δₛ ≤ 0.03：轻微湿陷
- 0.03 < δₛ ≤ 0.07：中等湿陷
- δₛ > 0.07：强烈湿陷

==== 3.6.4 膨胀土 ====

膨胀土是指富含亲水性矿物（蒙脱石、伊利石），具有明显的吸水膨胀和失水收缩特性的粘性土。

**判别标准**：
- 自由膨胀率δₑf ≥ 40%
- 液限wL > 40%
- 塑性指数Ip > 17

**工程特性**：
- 吸水膨胀，失水收缩
- 反复胀缩导致建筑物开裂
- 超固结性，裂隙发育

==== 3.6.5 红粘土 ====

红粘土是指碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的高塑性粘土。

**工程特性**：
- 液限高（wL=50%~90%）
- 孔隙比大（e=1.1~1.7）
- 上硬下软
- 具有收缩性

==== 3.6.6 冻土 ====

冻土是指温度低于0℃且含有冰的土。

| 冻土类型 | 定义 |
|---------|------|
| 季节性冻土 | 冬季冻结，夏季全部融化 |
| 隔年冻土 | 冻结状态持续一年以上，两年以内 |
| 多年冻土 | 冻结状态持续两年以上 |

**工程特性**：
- 冻结时强度高，融化后强度显著降低
- 产生冻胀和融沉
- 对基础工程影响大

===== 3.7 土的统一分类法 =====

==== 3.7.1 ASTM分类法 ====

美国材料试验协会(ASTM)分类法采用统一的分类标准，适用于所有土类。

**分类步骤**：
1. 确定粗粒含量（>0.075mm）
2. 若粗粒>50%，为粗粒土（砾石或砂）
3. 若粗粒≤50%，为细粒土（粉土或粘土）
4. 根据级配和塑性进一步分类

**符号表示**：
- G：砾石(Gravel)
- S：砂(Sand)
- M：粉土(Silt)
- C：粘土(Clay)
- W：级配良好(Well-graded)
- P：级配不良(Poorly-graded)

===== 本章例题 =====

**例题3-1** 某土样的颗粒分析结果如下：粒径大于20mm的颗粒占10%，大于2mm的占35%，大于0.5mm的占55%，大于0.075mm的占75%。试按规范对该土进行分类定名。

**解**：

(1) 粒径大于2mm的颗粒占35% < 50%，不属于碎石土

(2) 粒径大于0.075mm的颗粒占75% > 50%，属于砂土

(3) 在砂土中：
- 粒径大于0.5mm的颗粒占55% > 50%

因此，该土定名为**粗砂**。

**例题3-2** 某粘性土的液限wL=38%，塑限wP=19%。试确定该土的名称和状态（已知天然含水量w=28%）。

**解**：

(1) 计算塑性指数：
$$I_p = w_L - w_P = 38\% - 19\% = 19\%$$

由于Ip=19% > 17%，该土为**粘土**。

(2) 计算液性指数：
$$I_L = \frac{w - w_P}{I_p} = \frac{28\% - 19\%}{19\%} = 0.47$$

由于0.25 < IL=0.47 ≤ 0.75，该土处于**可塑状态**。

**例题3-3** 某土样的基本指标为：w=35%，wL=42%，wP=20%，Gs=2.72，密度ρ=1.82g/cm³。对该土进行分类。

**解**：

(1) 计算塑性指数：
$$I_p = w_L - w_P = 42\% - 20\% = 22\% > 17\%$$
初步判断为粘土

(2) 计算孔隙比和饱和度，判断是否可能是淤泥或淤泥质土：
$$e = \frac{G_s(1+w)\rho_w}{\rho} - 1 = \frac{2.72(1+0.35)}{1.82} - 1 = 2.02 - 1 = 1.02$$

由于1.0≤e=1.02<1.5且w=35%>wL=42%? (35%<42%，不满足)

实际上w=35% < wL=42%，不满足淤泥的含水量条件。

(3) 结论：该土为**粘土**（非淤泥质）。

===== 本章习题 =====

1. 某土样的颗粒分析结果：>20mm占5%，>2mm占25%，>0.5mm占60%，>0.075mm占85%。试对该土进行分类定名。

2. 某粘性土wL=45%，wP=23%，w=32%。确定土的名称和状态。

3. 某砂土e=0.72，emax=0.90，emin=0.55，N=18。评价该砂土的密实度。

4. 简述淤泥和淤泥质土的工程特性和判别标准。

5. 膨胀土的判别指标有哪些？其主要工程特性是什么？

6. 简述人工填土的类型及其工程特性。

7. 某土样的级配曲线显示：d60=0.6mm，d30=0.2mm，d10=0.05mm。判断该土的级配情况。

8. 简述黄土的主要工程特性和湿陷性评价方法。

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*本章完*