6.1概述
土的形成与外动力地质作用密切相关。不同类型的土，工程性质相差很大，在工程建设中也应该采取不同的处理方法，尤其是一些特殊土，在进行工程建设时会产生特殊的工程地质问题，需进行适当的处理，因此，很有必要对土的工程性状进行深入的了解。本章主要介绍土的工程分类、第四纪土的地质成因及特征、土的物质组成、结构与构造、三相比例指标、无黏性土的性质、黏性土的物理特征、土的力学性质以及特殊土的工程评价等内容。 学完本章后应掌握以下内容：
（1）土的工程分类方法及不同类型土的特点；
（2）第四纪土的成因、分类及特征；
（3）土的物质组成、结构与构造以及土的三相指标的定义和计算；
（4）无黏性土和黏性土的各自特点，以及对其性质进行描述所用的指标意义；
（5）土的压缩及强度特性；
（6）特殊土的特点及工程评价内容。
学习中应注意回答以下问题：
（1）土按堆积年代、地质成因、颗粒级配、塑性指数以及有机质含量各分为哪几类？不同类型土的特点有哪些？ （2）第四纪土有哪些特征？残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土、风积土各有哪些特点？
（3）土的矿物成分有哪些？土的粒度成分怎样划分？土中水有哪些类型？
（4）土的结构和构造有哪些类型？各种类型的特点是什么？
（5）土的三相比例关系的指标包括哪些？各自的定义是什么？各指标间如何进行换算？
（6）影响无黏性土紧密状态的因素有哪些？无黏性土紧密状态指标是什么？
（7）黏性土的塑性指数和液性指数如何确定？黏性土的膨胀、收缩和崩解特性对工程的影响？
（8）土压缩变形的特点与机理是什么？压缩性指标有哪些？土的抗剪强度的特点与机理是什么？抗
剪强度指标有哪些？
（9）软土、湿陷性黄土、膨胀土、冻土和填土的工程特性及处理措施有哪些？
6.2土的工程分类
建筑物大多是建造在土层上的，地基土的好坏直接影响到建筑物的安全性和处理方式，因此对岩土的工程性状必须要有全面的了解。建造房屋前必须进行岩土层的详细勘察。先让我们来了解土的工程分类，再来学习为什么要这样分类。
土(soil)是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地或在异地各种环境下形成的堆积物。不同类型的土、不同区域的土、不同埋深的土、不同成因的土有着不同的工程地质性状。土的物质组成由作为原生矿物的固体颗粒、土中气体和土中水组成。在工程建设中有必要对土进行工程分类，以便在工程建设和理论研究中对不同土进行合理安全地处理和基础设计。我国国标《岩土工程勘察规范》和《建筑地基基础设计规范》对土的工程分类如下：
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6.2.1土按堆积年代分类
土按堆积年代分类可以分为老黏性土、一般黏性土和新近堆积的黏性土。
1.1.老黏性土
老黏性土(old clayey soil)老黏性土是指第四纪晚更新世(Q 3)及其以前堆积的土。它是一种堆积年代久、工程性质较好的土，一般具有较高强度和较低压缩性。主要指广泛分布于长江中下游的晚更新世下蜀系黏土(Q 3)、湖南湘江两岸的网纹状黏性土(Q 3)和内蒙古包头地区的下亚层土(Q 3)。2.2.一般黏性土
一般黏性土(general clayey soil)一般黏性土是指第四纪全新世(Q 4文化期以前)堆积的黏性土。其分布面积广，工程性质变化很大，是经常遇见的岩土工程勘察对象。其压缩模量一般小于15MPa ；标准贯入锤击数N 多小于15击；多属于中等压缩性。其他物理力学性质指标则变化较大。黏粒(d<0.005mm)含量一般达15％以上，透水性低，而灵敏度高，作为建筑物的天然地基应注意其可能会产生不均匀沉降。
3.3.新近堆积的黏性土
新近堆积的黏性土(new clayey soil)新近堆积的黏性土是指文化期以来堆积的黏性土，一般为欠固结，强度低。
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6.2.2土按地质成因分类
土按地质成因分类可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土。
6.2.3土按颗粒级配或塑性指数分类
《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)、《建筑地基基础设计规范》(GB5007—2002)中的土按颗粒级配或塑性指数分类分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。
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1.1.碎石土
碎石土(crushed stone)粒径大于2mm 的颗粒质量超过总质量50％的土。根据颗粒级配和颗粒形状碎石土又可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。表6-1碎石土分类
注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。
2.2.砂土
砂土(sand)粒径大于2mm 的颗粒质量不超过总质量的50％，粒径大于0.075mm 的颗粒质量超过总质量的50％的土。根据颗粒级配按表6-2分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。表6-2砂土的分类
注：1.定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。
土的名称
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
角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于2mm 的颗粒超过总质量的50％
土的名称
颗粒级配砾砂
粒径大于2mm 的颗粒质量占总质量25％～50％粗砂
粒径大于0.5mm 的颗粒质量占总质量50％中砂
粒径大于0.25mm 的颗粒质量占总质量50％细砂
粒径大于0.075mm 的颗粒质量占总质量85％粉砂粒径大于0.075mm 的颗粒质量占总质量50％
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2.当砂土中，小于0.075mm 的土的塑性指数大于10时，应冠以“含黏性土”定名，如含黏性土粗砂等。
3.3.粉土
粉土(silt)粒径大于0.075mm 的颗粒质量不超过总质量50％，且塑性指数小于或等于10的土。必要时，可根据颗粒级配分为砂质粉土(粒径小于0.005mm 的颗粒质量不超过总质量10％)和黏土粉土(粒径小于0.005mm 颗粒质量等于或超过总质量10％)。表6-3粉土分类
4.4.黏性土
黏性土(cohesive soil)塑性指数Ip 大于10的土。根据塑性指数分为粉质黏土(10<Ip ≤17)和黏土(Ip>17)。
6.2.4土按有机质含量分类
可按表分为无机质土(inorganic soil)、有机质土(organic soil)、泥炭质土(penty soil)和泥炭(peat)。
表6-4土按有机质含量分类注：有机质含量Wu 按灼失量试验确定。
6.3第四纪土的地质成因及特征
6.3.1第四纪土层的特征
岩石和土在其存在和沉积的各个过程中都在不断风化。不同的风化作用，形成不同性质的土。风化作用有三种类型：物理风化、化学风化、生物风化。风化搬运的结果使第四纪土层具有下列特性： 1.1.土的分选性
土的分选性岩石被风化后，有一些残留在原地堆积称为残积土，基本保留原岩的矿物成分；另外一些大颗粒的搬运到山坡下沉积成为坡积土，多为角砾状，其磨圆度差；粗颗粒的被流水带走在中下游沉积成为洪积土，多为圆砾状，其磨圆度一般；细颗粒的被流水带到更远的下游沉土的名称
颗粒级配砂质粉土
粒径小于0.005mm 的颗粒含量不超过全重10%黏质粉土粒径小于0.005mm 的颗粒含量超过全重10%
分类名称
有机质含量Wu(％)现场鉴别特征说明无机质土Wu<5％
有机质土5％≤Wu ≤10％深灰，有光泽。味臭。除腐殖质
外尚含少量未完全分解的动植物
体，浸水后水面出现气泡，干燥后
体积有收缩1．如现场鉴别或有地区经验时，可不做有机质含量测定2．当ω>ωL ，1.0≤e <1.5时．称淤泥质土
3．当ω>ωL ，e≥1．5时，称淤泥
泥炭质土10％<Wu≤60％深灰或黑，有腥臭味。能看到未完全分解的植物结构，浸水体胀，易崩解，有植物残渣浮于水中。干缩现象明显
可根据地区特点和需要按Wu 细分
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为：
弱泥炭质土：(10％<Wu≤25％)
中泥炭质土：(25％<Wu≤40％)
强泥炭质土：(40％<Wu≤60％)泥炭Wu >60％除有泥炭质土特征外。结构松散，
土质很轻，暗无光泽。干缩现象极为明显
泥炭土含水量有可能大于100%
积成为淤积土。
土的碎散性
2.2.土的碎散性
物理风化是指岩石和土的粗颗粒受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀膨胀和收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化作用只改变颗粒的大小与形状，不改变矿物成分。由物理风化生成的多为粗颗粒土，如碎石、卵石、砾石、砂土等，呈松散状态，统称无黏性土。这类土颗粒的
矿物成分仍与原来的母岩相同，称为原生矿物。虽然物理风化后的土可以当成只是颗粒大小上量的变化，但是这种量变的积累结果使原来的大块岩体获得了新的性质，变成了碎散的颗粒。颗粒之间存在着大量的孔隙，可以透水和透气。
土的三相体系
3.3.土的三相体系
化学风化是指岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触反映而发生的变化，它改变了原来的矿物成分，形成了新的矿物，也称次生矿物。化学风化常见的反应有：水解作用、水化作用、氧化作用、溶解作用、碳酸化作用等。化学风化的结果，形成十分细微的土颗粒以及大量的可溶性盐类。微细颗粒的表面积很大，具有吸附水分子的能力，具有黏聚力，如黏土、粉质黏土等。因此，自然界的土，一般都是由固体颗粒、水和气体三种成分构成。
土的自然变异性
4.4.土的自然变异性
在自然界中，土的各种风化作用时刻都在进行，而且各种风化作用相互交替。由于形成过程的自然条件不同，自然界的土也就多种多样。同一场地，不同深度处土的性质也不一样，即使同一位置的土，
其性质也往往随方向而异。例如沉积土往往竖直方向的透水性小，水平方向的透水性大。因此，土是自然界漫长的地质年代内所形成的性质复杂、不均匀、各向异性且随时间不断变化的材料。
土的压缩固结性
5.5.土的压缩固结性
由于各种土的形成地质年代先后次序不同，所以其自重应力和后期固结压力及受到后期地质作用的方式不同，因此各种土均是随时间不断固结的，土的压缩性也是不断变化的。
6.3.2第四纪土层按成因的分类
土按地质成因可分为：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土、风积土。下面分别介绍每种土的地质特性。
残积土(residual soil)
1.1.残积土
残积土是岩石经风化破碎后残留在原地的一种碎屑堆积物。它的分布主要受地形控制，由于山区原始
气动真空阀地形变化较大，且岩石风化程度不一，往往在很小范围内，残积土层厚度变化就很大。在宽广的分水岭上，由雨水产生的地表径流速度很小，风化产物易于保留，残积土层较厚；在平缓的山坡上也常有残积土覆盖，但较薄。残积土颗粒未经磨圆或分选，没有层理构造，均质性差，因而土的物理力学性质很不一致，同时多为棱角状的粗颗粒土，其孔隙率较大，作为建筑物地基容易产生不均匀沉降。
坡积土(slope wash)
2.2.坡积土
坡积土是在重力作用下，高处的风化物被雨水或雪水搬运到较平缓的山坡地带而形成的山坡堆积物。它一般分布在坡腰或坡脚下，其上部与残积土相接。
坡积土随斜坡自上而下呈现由细而粗的分选现象。其矿物成分与下卧基岩没有直接关系，这是它与残积土明显的区别。
由于坡积土形成于山坡，故常发生沿下卧基岩倾斜面滑动的现象。另外，坡积土由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均匀，厚度变化大(上部有时不足1米，下部可达几十米)。新近堆积的坡积土，土质疏松，压缩性较高。
洪积土(diluvial soil)
3.3.洪积土
洪积土是由山区暴雨和临时性的洪水作用，在山前形成的堆积物。
山洪流出沟谷口后，由于流速骤减，被搬运的粗碎屑物质(如块石、砾石、粗砂等)首先
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利路防水接头大量堆积下来，离山渐远，洪积物颗粒随之变细，其分布范围也逐渐扩大。其地貌特征，靠山近处窄而陡，离山较远处宽而缓，形成锥体，故称为洪积扇。
洪积物的颗粒虽因搬运过程中的分选作用而呈现随离山远近而变化的现象，但由于搬运距离短，颗粒的磨圆度仍不佳。此外，山洪是周期性产生的，每次的规模大小不尽相同，堆积下来的物质也不一样。因此，洪积土常呈现不规则的交错层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状。靠近山地的洪积土颗粒较粗，地下水位埋藏较深，土的承载力一般较高，常为良好的天然地基；离山较远地段颗粒较细，土质均匀、密实，厚度较大，通常也是良好的天然地基。但在上述两部分的过渡地带，常常由于地下水溢出地表而造成宽广的沼泽地带，因此此地段土质软弱而承载力较低。
冲积土(alluvial soil)
4.4.冲积土
冲积土是由河流流水作用在平原河谷或山区河谷中形成的沉积物。其特点是呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质是由带棱角的颗粒(块石、碎石及角砾)经滚磨、碰撞逐渐形成的亚圆形或圆形颗粒(漂石、卵石、圆砾)。其搬运距离越长，则沉积物质越细。所以，冲积土具明显的分选性，层理清晰，常为砂与黏性土的交错层理，亦存在砾石层，故常为理想的天然地基。 淤积土(mucky deposits)
5.5.淤积土
淤积土是在静水或缓慢水流环境下所形成的沉积物。包括海相沉积土和湖泊沉积土两大类。
海水在搬运碎屑物的过程中，由于动能减弱，便可发生机械沉积，海水中的溶解物质，由于达到过饱和或物理、化学条件的改变，便可发生化学沉积，海中的生物死后的遗体堆积于海底。所以，海洋的沉积作用有机械沉积、化学沉积和生物沉积。由于海洋各带的环境特点不同，其沉积作用的特点也有所不同。海相沉积土按海水深度及海底地形，海洋可分为滨海带、浅海区、陆坡区和深海区，相应的四种海相沉积物性质也各不相同。
滨海沉积物主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水平或缓倾的层理构造，其承载力较高，但透水性较大。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(硅质和石灰质)组成，有层理
构造，较滨海沉积物疏松、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。海洋沉积物在海底表层沉积的砂砾层很不稳定，随着海浪不断移动变化，选择海洋平台等构筑物地基时，应慎重对待。
海洋沉积物具有广阔的分布面积和很好的稳定性，沉积物组成除陆源碎屑沉积物外，还大量发育黏土岩、化学岩和生物化学岩，可以形成特殊的自生矿物如海绿石、蒙脱石等。生物化石含有大量的海生生物化石，如腕足类、头足类、珊瑚、三叶虫、笔石、有孔虫、棘皮动物、海生藻类等，并且大部分保存良好。
湖泊沉积物可分为湖边沉积物和湖心沉积物。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，湖边沉积物中近岸带沉积的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土，远岸带沉积的则是细颗粒的砂土和黏性土。湖边沉积物具有明显的斜层理构造，近岸带土的承载力高，远岸带则差些。湖心沉积物是由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成的，主要是黏土和淤泥，常夹有细砂、粉砂薄层，土的压缩性高，强度很低。若湖泊逐渐淤塞，则可演变为沼泽，沼泽沉积土称为沼泽土，主要由半腐烂的植物残体和泥炭组成的，泥炭的含水量极高，承载力极低，一般不宜作天然地基。
冰积土(glacial deposits)
6.6.冰积土
冰积土是由冰川和冰水作用所形成的沉积物。一般可分为冰碛、冰湖及冰水沉积三种类型。冰碛物主要堆积在冰川的近底部分，颗粒常以砾石为主，夹有砂和黏土，由于受上覆冰层的巨大压力所压实，具有较高的强度，是良好的建筑物地基。冰湖和冰水沉积物，分别是冰湖或融化后的冰川水所形成的堆积物。冰湖沉积的带状黏土，具有明显的层理，但有时含
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