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土的分类与定名
土的分类与定名
文/卢毅赵文廷
一、概述
(一)土分类的目的与意义
土分类的目的在于通过分类来认识和识别土的种类,并针对不同类型的土进行研究和评价,以便更好地利用和改造土体,使其适应和满足工程建设需要。
土分类是工程地质学中重要的基础理论课题,也是土力学的重要内容之一。
其在科学研究领域和工程实际应用中都有很重要的意义。
1.对种类繁多、性质各异的土,按一定原则进行分门别类,以便更合理地选择研究内容和方法,针对不同工程建筑要求,对不同的土给予正确的评价,为合理利用和改造各类土提供客观实际的依据。
因此,在各类工程勘察中,都应该把研究区域内的各种土进行分类,并反映在工程地质平面图和剖面图上,作为工程设计与施工的依据。
2.土分类也是国内外科技交流的需要。
前面已经讲过的,在没有全国统一的土分类标准以前,国内各部门的土分类标准差异较大,其不利于学术交流,也不利于促进技术的发展。
只有形成统一的土分类标准后,土工技术才有了广泛的技术交流与发展。
(二)土的分类方法
1.土分类的基本类型
按具体内容和适用范围,土分类可以概括为一般性分类、局部性分类和专门性分类三种基本类型。
(1)一般性分类,是对包括工程建筑中常遇到的各类土,考虑土的主要工程地质特征而进行的划分。
这是一种比较全面的综合性分类,其有着重大的理论和实践意义,最常见的土分类就是这种分类,也称通用分类。
(2)局部性分类。
仅根据一个或较少的几个专门指标,或者是仅对部分土进行分类,例如按粒度成分的分类,按塑性指数的分类及按压缩性指标的分类等。
这种分类应用范围较窄,但划分明确具体,是一般性分类的补充和发展。
(3)专门性分类。
根据某些工程部分的具体需要而进行的分类。
它密切结合工程建筑类型,直接为工程设计与施工服务。
如水利水电、地质、工业与民用建筑、交通等部门都有相应的土分类标准,并以规范形式颁布,在本部门统一执行。
专门性分类是一般性分类在实际应用中的补充和发展。
2.土分类的序次
(1)第一序次分类
土体是一定地质历史时期的产物,不同时代的土具有不同的特性,因此将土按地质年代进行的分类称为土的地质年代分类,这种分类是第一序次的分类。
这种分类常用于小比例尺的地质或工程地质填图使用。
(2)第二序次分类
土体的地质成因有许多类型,其特性与土的成因有密切关系,因此将土按地质成因的分类称为土的地质成因分类,这种分类是第二序次的分类。
与土的地质年代分类一样常用于小比例尺的地质或工程地质填图使用。
(3)第三序次分类
土的物质组成(粒度成分和矿物成分)及其与水相互作用的特点是决定土体的工程特性的最本质因素,因此将反映土体成分和与水相互作用的关系特征的土分类称为土质分类,这种分类是第三序次的分类。
土质分类,可初步了解土体的最基本特性及其对工程建筑的适用性及可能出现的问题。
土质分类是土分类的最基本形式,其分类方法主要有以下三种:
一是按土的粒度成分的分类;二是按土的塑性特性的分类;三是综合考虑粒度成分和塑性特性的分类。
粒度成分是决定着土粒的连结和排列方式,在一定程度上能反映土中矿物成分或岩屑成分的变化,与土的形成条件有关,一直是土质分类的重要标准,但它不是影响土性的唯一因素。
土的化学成分-矿物成分是决定土性的主要物质依据。
不同矿物与水作用程度不同,土的性质变化很大。
实践表明,土的粒度成分和矿物成分是影响土可塑性的最主要因素,所以把塑性指数作为土质分类的重要指标。
它反映了土的粒度和矿物亲水性的综合影响,而且测定简便。
粒度成分适用于粗粒土和巨粒土的分类,而塑性特性则适用于细粒土的分类。
对于含粗粒的细粒土及含细粒的粗粒土的分类,要综合考虑粒度成分和塑性特性。
(4)第四序次分类
由于土体的结构及其所处的状态不同,土的特性指标变化常常很大。
为提供工程设计与施工所需要的参数,必须对土进一步分类,也就是土的工程分类。
土的工程分类是按土的具体特性的分类,主要考虑与水作用所处的状态(如湿度、饱和度、稠度、膨胀性或收缩性、湿陷性、冻胀性或热融性等)、土的密实程度或渗透性、压缩性和固结性等特性,将土进行详细的分类,以满足工程建筑的要求。
(三)土分类标准的发展概况
有关土的地质年与成因分类和工程分类,我国各部门已有较统一的认识,其划分基本较一致。
但是,对于土质分类却一直争论不休。
20世纪80年代以前,我国最广泛使用的土质分类是水电部1962年颁布的《土工试验操作规程》中的土分类。
它采用两种平行的分类体系,一种是按粒度成分的分类,另一种是按塑性指数的分类。
应用较广泛的还有国家建委于1974年和1979年颁布的《工民建筑地基基础设计规范》和《工业与民用建筑工程地质勘察规范》中的土分类标准,它们综合考虑了颗粒级配和塑性指数,作为土分类的指标,并考虑了地质成因和堆积年代的影响,根据土的工程特性将土分为一般性土和特殊性土。
水电部于1979年修订的《土工试验规程》制定了与国外统一的土质分类相似的新分类。
交通部1981年《公路土工试验规程》和地矿部1984年《土工试验规程》也规定了近似的统一土质分类标准。
统一分类按粒度将土分为粗粒土、细粒土等;粗粒土又按颗粒级配再进行细分;细粒土按塑性图和有机质含量再进行细分。
20世纪90年代以前,我国缺乏全国统一的土质分类标准,不同部门都各有各自的规定,分类原则和界限各不相同,土的名称也很混乱。
这种情况,不仅妨碍了生产、科研和教学及发展,也不利于国内外科技情报的交流。
通过有关部门的调查研究,参考了国内外有关规范和标准,总结我国土质分类的实践经验,由原水利电力部会同国务院各有关部门共同编制的《土的分类标准》,经过有关部门会审,并于1990年12月批准,将《土的分类标准》(GBJ145-90)作为国家标准。
至此,结束了无全国统一土分类的局面。
交通部于1993年又将1985年发布的《公路土工试验规程》(JTJ051-85)废止,重新修订并颁布新的行业标准《公路土工试验规程》(JTJ051-93)。
而现行国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)中规
定的“土的工程分类”标准是目前我国工程建设中应用最广泛而且有重大影响的一种专门性分类标淮。
此外,有些地区还以国家统一标准为依据,制订了地方标准,这些分类标准都属于第四序次的分类。
如《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》、《上海地区建筑地基基础设计规范》和《浙江省建筑地基基础设计规范》等地方标准的土分类。
二、土体的堆积年代分类
土体根据堆积年代分为以下三类:
1.老沉积土(也称老堆积土):
是指第四纪晚更新世及其以前形成的土体,包括早更新世Q1、中更
新世Q2、晚更新世Q3三个地质历史时期的地层。
2.新近沉积土(也称新近堆积土):
是指文化期以来(第四纪全新世近期)沉积的土,即代号为Q42
的地层。
3.一般沉积土(也称一般堆积土):
指第四纪全新世早期沉积的土,即代号为Q41的地层。
此外,黄土根据堆积时代和堆积环境分为新黄土和老黄土。
新黄土可分为一般新黄土和新近沉积黄土,老黄土包括午城黄土和离石黄土。
详见黄土分类。
三、土体的成因分类
土体的成因主要有:
残积(包括泉水沉积、洞穴堆积等)、坡积、洪积、冲积、冰积、风积、化学堆积、生物堆积(古植物层)、火山堆积、坠积、崩积、滑坡堆积(包括土溜)、泥石流堆积、三角洲堆积
(分河一湖相、河一海相)、湖泊堆积、沼泽沉积、海相沉积、海陆交互相堆积、冰水沉积及人工堆积等。
或者是上述两种或两种以上成因的混合成因。
土体的成因类型代号见表5•2•4-4,当土层有两种或两种以上成因时,可采用混合代号,例如:
冲积和洪积混合层,表示为Qal+pl;当同时表示地层单位与成因类型时,可用联合代号,例如:
第四系上
更新统冲积成因的土,表示为Q3al。
表——4土的成因裘型代号
代号
41
化學堆稲
叩
火山堆和
冰碾
耳土
e*1
风祝
此外,黄土按成因分为原生黄土(无层理)和次生黄土(有层理,并含有较多的砂砾和细砾,地质学上称其为黄土状土)
四、根据有机质含量的分类
土根据有机质含量分为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭等四类。
其中有机质土根据含水量、液限、
孔隙比等指标分为淤泥质土和淤泥两种,泥炭质土根据有机质含量又分细分为弱泥炭质土、中泥炭质土和强泥炭质土等三类。
土根据有机质含量按表5•2•4-5确定类别。
^5-2U-5土的分类(GT5G021-20013
分炎名称
有机喷含昼硏u3
城它措拆
flu<5*
有机国土
5*£1Q出
聞亘城L或直芒1.0
社蛇顾土
a=al且®$15
龍慣喷主
L'O% 中泥炭厭土 总4Ei 輻泥妄岳土 4'OV尺河uW吕0% 但应注意: 1.公路工程中关于有机质土的定义与上述不同。 在静水或缓慢的流水环境中沉积的含有机质的细粒 土称为有机质土;有机质含量在5%-50%之间且孔隙比大于1.5的细粒土称为淤泥;有机质含量大于50% 且大部分完全分解、有臭味、呈黑泥状的细粒土称为腐殖质土;泥炭是指喜水植物枯萎后,在缺氧条件下, 经缓慢分解而形成的泥沼覆盖层,常为内陆湖沼沉积,有机质含量大于50%且有机质大部分未完全分解, 呈纤维状,孔隙比一般大于5。 2.铁路工程对有机质土分类的规定见表5•2•4—19和表5•2•4-20 棒扳核松茗淼|燕能含伙屋询)$燕诫扎体比+手掖斬切彌匱T聞 表5吃歎土^ij^trrjoi7-Q&> 楷林位|a35£14£药【时应HL第穏力丁弔币 表5・2・4-曲软土鉴别表fTB10012-5(^101) ~~~i-_•一-客料 牛换槽标.■'-- 软轴土 矗泥圖土 泥虞威土 1 J 25<10 1 1 1 天需孔障出H sA3 1.0疼匸琴1,5 e^1.5 e>3 e>10 W TfTTl 乐小i 禱邀兼藪K cm/5 I K<10-1 JtP'1 J"$ — 不ft水抗剪■彥度CV w CU<30 CU<10 書力•薩忙贡人阻力F= Fs<8Q0 标軽贾人社脸懺击敢IT 击 NC4H<2— 五、根据工程特性的分类 土根据工程特性分为一般性土和特殊土两大类,其中特殊土包括湿陷性土、膨胀土、红粘土、软土、 填土、混合土、盐渍土、污染土、残积土、多年冻土等。 六、土按颗粒组成和塑性指数的分类 土按颗粒组成和塑性指数的分类标准较多,编写勘察报告时应特别注意应根据工程需要选择适宜的 分类标准。 下面介绍几种不同的分类标准: (1)《岩土工程勘察规范》中的土分类 现行国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)和《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002) 对土进行分类的标准相同,即根据颗粒组成及塑性指数按表5•2•4-6规定确定土的类别。 -2-4-&土前分类(-2001) 土牛类 塑性榊嫌 磯石土 捡径大于汕Qmm的领堆腻宦趕就皑质屋的3倔 块石 慟形尿亚圍形甘主 杭径大于2的贾抢质园翅过直喷昼的50M 核角影舟宝 嘲赫凰亚岡闿茁主 ft轻光于2mm的期颖顶堡脛过逼前屋的別K 砂土 極柱史于2f,m氏颠粒Jt呈M杀励屋的MM%5。 • ■ft径丈于0.亦m的颗血就呈柱辻总瞬昼的50M 中砂 推怪尢于a.為皿的厕总原亘趨过負加园的耳皿 箍後丈于。 。 注俪的颗竝范迪拓过強颅量的站* 煜絶丈手。 0為血餡颍捻吊旦赴过亘顶屋旳3的,程不想过爲即 ■ft覆丈手0一吠5価的规述顶冒貳咼飪直质昼的5怙 Ir^lO 10 結土 rt>17 往题性槽数由相应于花弐圆犍住沅入土祥中滦度为1饰E时測定的液限计宜而得. (2)《土的分类标准》中的土分类 《土的分类标准》(GBJ145-90)中的土分类是我国统一的“通用分类” 1.通用分类标准中的粒组划分如表2•4-7 ^5■E-1-7粒紺划外标推 如组赞棘 鞄组純甩<1的葩围〔师〕 A>200 卵石(砂若[境 200d>go E0d>20 20d>2 2i>0.075 0.A755: d.A0.QQ3 牯检 DS0.005 2.土的通用分类方法 《土的分类标准》(GBJ145-90)中土分类的基本作法是: 首先根据土的颗粒组成按表 5•2•4-8 确定巨粒土、巨粒混合土、粗粒土、含粗粒的细粒土和细粒土;然后再根据土的颗粒组成按表 5-2•4-9 确定巨粒土、巨粒混合土、粗粒土的类别和名称,共16种。 根据塑性指数与液限的关系按表 5•2•4-10和 表5•2•4-11确定细粒土的类别和名称,共16种,并对特殊土进行初步判别 ^5土按题粒组成的分冥(CBJ145-QD) 土 粒组质呈百分含最 巨 n1 目粒组(粒礎大干&血町质呈爹于恿皿是的 巨 巨拔逍(拉輕大干&张町质显対鶴质屋前■^咔 祖兑土 碍規逍〔忌矗大于Z鼬nJ质豆雾乎邕❻豐的由触 抄典土 舟就型(幼段去子飢DT5n«)厭捷嘤丰尊用屋前5血 粗栉姐(翘轻女干0.0T亦/岳頁畫子騷殆gtfj25^—5G(i 檜i 粗隸组(粒桎大于or2询)赋畐少于卷就建的g河 .恚£・2讥-g按赖粒爼成的土分类CGEJ145-90) ±殃 土的代号 土的喀科 巨控土 E粒土 包池含眞蟄T沙 瞻有粒A5O5i E 鳩石枪瑤5CW 目捡土 r科>巨粒含屋? 5皿 瞬石粒A50H "1 視含土輛石 攏宕捡W50% cbsi 規台土弗石 50M>巨整舍昼耳[沙 礪石A即七 SIB 滌石很合土 備石g汕启 SICt 卽石很含土 耗純土 : ± i 骏配」JW5.Cc-L-3 &理 rSBefeiJ® 藝配不W足壬述g求 GF 含迟摊土的碼 科<亂竝兰量吕15K GF 含麵粒土坯 適农土用轄 1■外<魁粒會呈W汕耳 飙粒角牯土 &C 红粒为输土| &M SR: C.扌皐©■W £W 级配腹蚌® 蹑紀不満足£述要盛 SP 孤配^Sl&I 曹逓粒土的砂 5W€飙雄令屋$1SS SF 誉甑颍土砂 15U£昭粒咅呈总50U 鴉純为結土 蓼亡 結亠质砂 编粒%約土 SM 表H4-10细統土閑分嬰〔之一MGEn4£-Ptn 土典 土的塑建榕折崔購也囤申的他童 土舶餐号 土的営軒 労相竝的 的粘土 粗粒组励屋为逼昭疑的2汕的土「狙tt榕林褂足妞晚土分粪招感輕求. cue或亡nM 血或CL£ 含砧的璇土 XH&翼XHS WLG駅MLS 粘土 工*Mct_Em(©严°)和T左1& 血.15Dfi CH 髙锻限粘土 ot<5&« CL 低找限粘土 粉土 1^<0.63(«严M和1^10 3&总 MH gt<5OK KL 低液阪粉土 緬料土 粘土 、理0.63(«-E0) 血t4Oli CL芝 低族酿給土K黄土》 個.A5Q” 1 CKE 高戒限粘土和鞋怖土〉 I.<0・吕3(3-20) 8.A55W MHR 髙嵌限楡土〔乩粘土》 逹: 1本恚中的浪跟昱取T肚粧入.土蘇度为订测対应的含水量. 2如为有机血土•其代号应曲表中表示它的茗本代号后喩以优号0组成口 3£一一粘土: M一一粉土: K一一高液限土J1一一低液限土. 4代寻肓驪生召的表示细就土中的粕粒以贼粒占就势,后蟻为S的就号表示轴粒土中的粗粒以砂和対主・ ^5-Z-4-11細粒土的分类CZZ1XGBJ145-9C) 土粪 士的塑性揩标在塑柱用中的位鱼 士的代号 土的昌称 會總粗的 的甜土 祖趣组朋屋为逼质屋的2—soy的 土,艰tt榕标濡足职锐土静卖舄底畀求. CMC5LCKS 含粗竝窩啸龈站土 CIX或CL£ 舶唏土 MHtMHS 含紐鬆髙帳龈册土 XLi3E.HLS 會粗掩低液酿曲土 就粒土 粘土 I0.&3(U-20) V1 |! uL4OU CM 耳複幀粘主 fiL<4OK CL 條以很曙亠 椅土 I0G■缸3-20) t1 <10t 叫匸40(4 耳耳 霜我限耕土 (&L<;40« ML 低戒帰擀土 细池土 結土 15.&3(«-£C) L<35¥ DITf 低谨很詁土cg±> C3E 爲無限粘土 - 粉土 I<0.G-3(»厂曲) gl=4汕 KHR 忌燻跟載丄〔虹昂土〉 注;1本祓中的液限是取T晁锥入土樣康討lOiw对应的含水垦. 2.如为有机质土*更栈导应商茂中恚云它的基本代昙陌塢且代粤口鲍应口 3代号后蠕*石的表示细粒土中的粗融邑砾粒占忧势•后囊总5的代号表苏细粒土中 的粗粒以砂粒为主° (三)《公路土工试验规程》中土的分类 1•粒组划分 《公路土工试验规程》(JTJ051-93)根据颗粒大小按表5•2•4-12规定划分粒组。 ^5・2*4-12程汨划分瞪HTO51-Q3) 卽石 砾〔巒皑」颍 (水块石) 中 中 |> 2QQ—&Q &«—20 E0T 仇5--C,药 QW—4074 0.074—QQ2 <0.QQ2 2•土分类的方法 《公路土工试验规程》(JTJ051-93)土分类基本做法是: 首先根据颗粒组成按表5•2・4-13之规 定将土分成巨粒土、粗粒土、细粒土,然后再根据颗粒组成和塑性指标按表5-2•4-14至表5•2•4-15 对巨粒土和粗粒土进一步分类和确定名称。 表5-2-4-13耘题紂蛆昵的土分婪(JTJO51-93) 土婆 包隸土 亘总汎(掩相去于航硕)童贯審于总喷旋前5叭 粗擬土 糧粒給(豹軽大早,叮4佃)质楚售于皑质屋的列* 諏稅土 糧和爼(.拯园尢干0.0T4^)喷撞少于总质匡萨 ^5-E-4-14按颗粒组成的土分类1只兀5円了) 主典 粒虽质呈酉分含屋 嫖(卯〕石 巨11绢(鞄怪丈于日伽町屁逮多于氫JK星前丁阳 目总土 專附1)石夹土 目粒迴曲矗丈于"■町用駅为总皿总的"堀〜犯! T 癱石质土 叵粒齟〔粗艳大于机他〕质屋为強质屋的5晒一{訓 aa+-rX 理粒组〔耗技犬于歸韵质屋誓于篡质呈的5沙 rfiTst工 a 砂杓组俄餐犬于O-DMZ最量嗥干恩履昱置竺;」 粗粒组陽能去子忙oMiw)覇屋角静圖屋的和驚二2話 删粒土 含粗楡的爼粒丄 冊捡土 相粒組(粒從共干斗mm)就晁步于着欣屋的冇嘴 ^5-2-4-15潑颖翹齟咸的土分类CJTJ051-53) 土姜 鞄爼颅呈含呈 土師慎耳 吐的罄称 m摊土 堰〔叩)石 巨粒倉屋王T汕 猱石总*50K 3 頼石 嗾不检电5晒 Ct 卵右 礪(卵)石我土 75MS鱼粒含星土5«« 躲石村w50V BS1 渥含土理石 腺百粒瑤5叫 C冏 屁昔土卯石 關(卽)石就土 5Q5*A巨料嘗晁总1汕 瞬石〉卵石 S1B 虑书屁含虽 惬右笔如右 51Cb 却石屁合土 耗扯土 粪± 販旣: 匚事邑Ct-1—3 &H 號晁不肅足上述程肃 GT 菠宛木良砾 含頸杭土的研 5MC塑趙含呈基L5叫 GF 含更羯土砥 紳粒土应研 15^<聊屜含显盛5Q节 眼耗為粘土 GC 嶷i土皿砾 刪粒刘粉丄 &M 新土旅砥 怨疑土 土 纽対含屋亘5* 復冗』C*事乳ct-1^3 SW 骏配艮奸砂 更冗不涵足上述富羞 SF 蟲配不矗砂 芒殂尊土们砂 5«丈细疑喧旦基L5W 辽 15y<通耗空匣W50* 液检如粘土 SC 鮎土园® 细粒土的类别应按表5-2•4-10之规定确定时,应注意: 液限应取100g锥下沉20mm寸的含水量 或用碟式仪测定。 (四)《公路桥涵地基与基础设计规范》中的土分类 《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)将土分为碎石土、砂土和粘性土(细粒土),其 中碎石土和砂类土的分类标准与表5-2-4-6中的碎石土和砂类土分类标准相同。 粘性土不能按表5•2-4-6 标准确定土类,而应按表5•2•4-16标准确定土类,其中确定塑性指数的液限是用76g锥下沉深度为10mm 时的含水量,而不是100g锥下沉深度20mmr或76g锥下沉深度17mnfl寸的含水量。 表H—汨纟踰土的分类〔规范> 亚砂生 亚殆土 呕性憎裁I恣 t 7<17 io>ir (五)《港口工程地质勘察规范》中土的分类 《港口工程地质勘察规范》(JTJ240-97)根据颗粒组成的土分类与《岩土工程勘察规范》 (GB50021-2001)基本相同,不同之处在于根据塑性指标的土分类和混合土分类标准方面。 《港口工程地质勘察规范》(JTJ240-97)根据塑性指标按表5•2•4-17对粉土和粘性土进行分类和定名。 混合土分类见特殊土部分。 ・4-17粉土爰粘性土的劳类C换范JTT刖OR) 土的井类老称 粉土 赫质辂土 粘土 10 Ip>17 3<10 10<15 注: 塑性券数的融限星占T%園粧仪沅入土中滦度対诃佃的含水蜓- 七、特殊土的分类 (一)填土的分
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