土的工程分类

土的工程分类1.土的工程分类的原则和方法土的工程分类是指根据工程建设的需要，将工程用土按种属关系划分为各种类别。土的工程分类目的是为工程建设服务。土的分类与工程勘察、设计、施工等各个环节密切相关，其作用可体现在下列几方面：1）根据土的类别，可大致判断土的基本工程特性；2）根据土的类别，可合理确定不同土的研究内容和方法；3）当土的工程性质不能满足工程要求时，可根据该类土的特性并结合工程要求选择适当的改良和治理措施。（1）土的工程分类的主要原则1）工程特性差异性的原则应综合考虑土的各种主要工程特性，用影响土的工程特性的主要因素作为分类的依据，应使所划分的不同土类别之间，在其主要工程特性方面具有显著的质和量的差别。2）以地质成因和地质年代为基础、以工程特性为依据的原则土是长期地质作用的产物，土的物质成分和结构与地质成因和地质年代有着密切的内在联系，特定的地质年代和成因条件形成特定类型的土，即地质成因和地质年代与土的工程特性有一定的关联性。另一方面，土的工程性质指标是其基本工程特性的定量标志，以土的工程特性作为分类依据才能达到使土的分类服务于工程的目的。3）分类指标便于准确测定的原则土的分类指标，应既能综合反映土的基本工程特性，又要便于准确测定。为了减少误差，应尽可能采用定量指标。指标的测定方法应合理可行，不致引起过大的人为误差。（2）土分类方法的基本形式1）通用分类和专门分类工程用土的分类方法，若按其适用的工程领域范围，可分为通用分类和专门分类。通用分类是适用于工程建设各行业的土的工程分类体系。如国家标准《土的分类标准》（GBJ145-90）中的土分类方法，就是工程用土的通用分类体系，在工程建设各行业部门通用。专门分类又称部门分类，是工程建设各行业部门根据各自的专门需要所制定的土的工程分类体系。我国的公路、建工、铁路、水利等部门都有各自的土的工程分类体系，如行业标准《公路土工试验规程》（JTJ051-93）中所规定的土分类方法，就是适用于公路建设部门的土的专门分类体系。2）全面分类和局部分类工程用土的分类方法，若按所需划分的对象，即土类种属层次的不同，可分为全面分类和局部分类。全面分类又称一般分类或统一分类，分类对象是特定的较大区域范围内工程建设所涉及到的全部工程用土。该方法是根据土的各种主要工程地质特征和工程特性所采用的一种综合性分类，分类结果包括所有种类的土。这种分类方法应用的工程范围较广，是土的工程分类的基础。《土的分类标准》（GBJ145-90）、《公路土工试验规程》（JTJ051-93）和国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）中土的工程分类的总体系属全面分类。局部分类又称个别分类，分类对象是特定的一部分土。该方法是根据土的某一个或几个特征指标对部分土进行详细的专门划分，如按土的压缩性、密实度或状态、灵敏度等指标对土进行的分类。在实际应用中，局部分类通常作为全面分类的补充。2.土的分类依据和分类指标（1）土的粒度成分及其级配指标土的粒度成分是粗颗粒土分类的最基本依据。按土的粒度成分进行土的分类时，确定分类界限有两种方法：一种是将各粒组的含量作为土的分类界限，如《土的分类标准》（GBJ145-90）和《公路土工试验规程》（JTJ051-93）中土的分类方法；另一种是将累计的粒组含量，即大于某粒径的颗粒含量作为土的分类界限，如国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）和国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)中土的分类方法。评价土的级配状况主要是针对粗粒土（对于黏土等细粒土，主要研究其塑性，土的级配状况已无意义），土的级配指标不均匀系数和曲率系数是通过颗粒级配曲线确定的。1）不均匀系数1060ddCu（2-1-2）式中Cu——不均匀系数；d60─—限制粒径,累计质量百分数为60%的粒径（mm）；d10─—有效粒径,累计质量百分数为10%的粒径（mm）。2）曲率系数1060230dddCc（2-1-3）式中Cc—曲率系数；d30─累计质量百分数为30%的粒径（mm）。上述公式中，d60、d30和d10的数值均在土的颗粒级配曲线图（图2-1-1）上确定。土的级配良好包含两方面的因素：其一是土的粒径变化范围广，即粒度大小要不均匀；其二是各种粒径的颗粒都要保证一定的含量，不要出现某些粒径范围含量特别多或某些粒径范围的颗粒缺失等现象。同时满足这两方面条件的土，在压力（包括自重压力）作用下容易压密实，土的相对密度容易提高，故属级配良好土；反之则属级配不良土。利用土的级配指标可对粗粒土的级配状况进行定量评价。不均匀系数Cu反映土的粒径变化范围的大小。Cu值小，颗粒级配曲线形状陡峭，表明土的粒径变化范围小，大部分土颗粒的大小相近、甚至均匀，这种土不易压密，即相对密度不易提高，故属级配不良。Cu值大，颗粒级配曲线形状平缓，表明土的粒径变化范围广。但Cu值大只是级配良好的必要条件。因为Cu值仅取决于d60和d10，Cu值大只能保证这两者的粒径相差悬殊，而不能保证其中间粒径的含量情况。如Cu值过大，甚至可能会出现中间粒径缺失的情况，称为不连续级配，也属级配不良。曲率系数Cc反映土中介于d60与d10之间的中间粒径的含量情况，在颗粒级配曲线图上，表现为曲线的凹面朝向和弯曲程度。因此，必须同时考虑不均匀系数Cu和曲率系数Cc评价土的级配状况。根据《土的分类标准》（GBJ145-90）或《公路土工试验规程》（JTJ051-93）中的有关规定，级配指标同时满足不均匀系数Cu≥5、曲率系数Cc＝1～3的土属级配良好土；不能同时满足这两个条件，即Cu＜5、或者Cc＜1或Cc＞3的土，均属级配不良土。（2）土的塑性指标土的塑性指标包括土的液限、塑限和塑性指数，是细粒土分类的最基本依据。土的塑性是指土受力后可塑成任何形状而不发生开裂，在外力解除后能保持变形后状态而不恢复原状的性质。土的塑性本质上取决于其黏土矿物的成分和含量，但同时又与土的含水量有着密切的关系。只有在一定的含水量范围内土才具有塑性，当含水量超出（大于或小于）这个范围，土受力后的变形不再满足上述土的塑性的定义。用于界定土的塑性范围两个端点的含水量称为土的塑性界限含水量，又称阿太堡（A.Atterberg）界限，即液限和塑限，是细粒土物理性质的重要指标。土的界限含水量均为试验指标，需通过试验来测定。另有一界定土的半固体状态与固体状态的界限含水量称为缩限ws（%），即当土失水后体积不再收缩的界限含水量，缩限的测定可采用收缩皿法或进行收缩试验。根据土的塑性界限含水量，可通过计算得到细粒土最重要的土分类指标，即塑性指数。1）液限液限WL（%）是土的塑性状态与流动状态的界限含水量，即土的塑性状态的上限含水量。测定液限的基本原理是利用土的塑性的定义，按土受力变形后能否保持变形状态来确定界限含水量。其实质是处于液限状态的土尚残留一很小的强度，即任何黏性土只要处于液限含水量（用同一种方法测定）都具有相同的强度值。液限的测定可采用液限仪法或液塑限联合测定法。液限仪分为锥式液限仪（液塑限联合测定法中测定液限也是采用圆锥下落法）和碟式液限仪。碟式液限仪也称为卡氏（A.Casagrande）液限仪，在美、英、日等国家普遍采用。我国以前曾长期采用质量为76g、锥角为30°的锥式液限仪，取锥尖入土深度10mm对应的含水量作为液限，其值与碟式液限仪所测定的液限值有明显的差异，且随着液限的增大两者的差值也增大。目前国内确定液限的方法尚不统一，主要有以下几种：①采用质量为76g的锥式液限仪，取锥尖入土深度10mm对应的含水量作为液限；②采用质量为76g的锥式液限仪，取锥尖入土深度17mm对应的含水量作为液限；③采用质量为100g的锥式液限仪，取锥尖入土深度20mm对应的含水量作为液限；④采用碟式液限仪。方法②和方法③所测定的液限值与碟式液限仪所测定的液限值较为一致。在提供或应用液限数据时，尤其在土分类时应明确测定液限所采用的方法。2）塑限塑限Wp（%）是土的塑性状态与半固体状态的界限含水量，即土的塑性状态的下限含水量。测定塑限的基本原理也是利用土的塑性的定义，按土受力变形后是否发生开裂来确定界限含水量。塑限的测定可采用滚搓法或液塑限联合测定法。3）塑性指数PLPwwI(2-1-4)塑性指数Ip习惯上用不带百分号的数值表示。由于塑性是黏性土特有的重要特性，故塑性指数是黏性土区别于其他土类以及黏性土亚类划分的重要分类指标。塑性指数的大小反映了黏性土塑性的高低，同时也综合反映了土的物质组成和性质。由于液限测定方法的差别，同一土类按不同的测定方法可能得到不同的塑性指数。4）塑性图直接用塑性指数划分土类，其优点是非常简易方便，但有时也可能会存在不合理现象。塑性指数是液限与塑限的差值，当一个土样两者都很大、而另一个土样两者都较小时，只要液塑限的差值相等，单一地采用塑性指数分类将把这两种土归为同一类。但这两种土的性质未必相近，甚至出入很大。塑性图最初是由卡萨格兰德（A.Casagrande）于1942年提出的一种细粒土分类方法，故又称卡氏塑性图，见图2-1-9。卡氏塑性图以液限为横坐标，以塑性指数为纵坐标（液限测定采用碟式液限仪）。图中有两条基本界限：斜线称为A线，其方程为Ip＝0.73（WL－20）；竖线称为B线，其方程为WL＝50%。用塑性图进行土分类的基本划分标准是：位于A线以上区域为黏（质）土，A线以下区域为粉（质）土；位于B线左侧区域为低塑性土，位于B线右侧区域为高塑性土。塑性图是根据大量数据统计后编制绘成的，现已成为国际上较普遍采用的细粒土分类方法。各国在应用塑性图进行土分类时，往往根据各自土的特点，对塑性图作些补充规定，包括添加些辅助线。图2-1-9塑性图（Ⅰ型）《土的分类标准》（GBJ145-90）和《公路土工试验规程》（JTJ051-93）中，对细粒土均按塑性图分类。由于测定液限所采用方法的不同，塑性图中A线和B线的方程也有所不同。当采用76g锥式液限仪、锥尖入土深度17mm或100g锥式液限仪、锥尖入土深度20mm所对应的含水量作为液限（或采用碟式液限仪）时，A线方程为Ip＝0.73（WL－20），B线方程为WL＝50%，即图2-1-9塑性图（Ⅰ型）。当采用76g锥式液限仪、锥尖入土深度10mm所对应的含水量作为液限时，A线方程为Ip＝0.63（WL－20），B线方程为WL＝40%，见图2-1-10塑性图（Ⅱ型）。图2-1-10塑性图（Ⅱ型）（3）土中有机质土中是否存在有机质及其有机质的含量是划分无机土和有机土以及进一步细分有机土的依据。土中的有机质可采用目测、手摸或嗅感等判别。当上述简易方法不能判定时，可将土样放入105～110℃的烘箱中烘烤，若烘烤24小时后土样的液限小于烘烤前土样液限的四分之三，则该土样为有机质土。当需测定土中有机质的含量时，可进行有机质含量试验或灼失量试验。3.土的工程分类（1）国家标准《土的分类标准》（GBJ145-90）中土的分类《土的分类标准》（GBJ145-90）适用于各类工程用土，但不适用于混凝土所用的砂、石料和有机土。工程用土指工程勘察、建筑物地基、堤坝填料和地基处理等所涉及的土类，有机土指土中大部分成分为有机物质的土。工程用土分一般土和特殊土两大类。一般土按不同粒组的相对含量划分为巨粒土和含巨粒的土、粗粒土、细粒土三大类，各类土再按相应的分类指标进一步细分，总共划分为32种土类。特殊土包括黄土、膨胀土和红黏土，按其塑性指标在塑性图上的位置初步判别。每一种土类都有一特定的土类代号，土类代号由一至三个基本代号组合构成。当土类代号为一个基本代号时，该代号即表示土的名称；当土类代号由两个基本代号构成时，第一个基本代号表示土的主成分，第二个基本代号表示土的副成分、或土的级配情况、或土的液限高低；当土类代号由三个基本代号构成时，第一个基本代号表示土的主成分，第二个基本代号表示土的液限高低，第三个基本代号表示土中所含次要成分。基本代号见表2-1-3。土分类的基本代号表2-1-3名称基本代号名称基本代号漂石（块石）B有机质土O卵石（