1.6 土的工程分类
土的分类就是根据实践经验和土的主要特征,遵循简明和客观反映工程特性差异的原则,把工程性能近似的土划分为一类,以便于正确选择对土的研究方法和大致判断土的工程特性。由于各部门对土的工程性质的着眼点不完全相同,因而目前并无各行业完全统一的分类体系和分类方法,本节主要依据《土的工程分类标准》(GB/T 50145—2007)、《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)和《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)阐述土的分类。
1.6.1 土的工程分类方法
《土的工程分类标准》(GB/T 50145—2007)把工程用土按其不同粒组的相对含量划分为巨粒类土、粗粒类土和细粒类土。
1.巨粒类土分类标准
根据粒组,巨粒类土划分为6种土类,见表1.7。试样中巨粒组(d≥60mm)含量不大于15%时,可扣除巨粒,按粗粒类土或细粒类土的相应规定分类;当巨粒对土的总体性状有影响时,可将巨粒计入砾粒组进行分类。
表1.7 巨粒类土的分类(GB/T 50145—2007)
注 巨粒混合土可根据所含粗粒或细粒的含量进行细分。
2.粗粒类土分类标准
试样中粗粒组(0.075mm<d≤60mm)含量大于50%的土称粗粒类土,其中砾粒组(2mm<d≤60mm)含量大于砂粒组(0.075mm<d≤2mm)含量的土称砾类土,砾粒组含量不大于砂粒组含量的土称砂类土。根据粒组、级配和细粒土含量,粗粒类土进一步划分为10种土类,见表1.8和表1.9。
表1.8 砾类土的分类(GB/T 50145—2007)
表1.9 砂类土的分类(GB/T 50145—2007)
3.细粒类土分类标准
试样中细粒组(d≤0.075mm)含量不小于50%的土称细粒类土。细粒类土根据塑性图、所含粗粒类别以及有机质含量划分:试样中粗粒组含量不大于25%的土称细粒土;粗粒组含量大于25%且不大于50%的土称含粗粒的细粒土;有机质含量小于10%且不小于5%的土称有机质土;有机质含量大于等于10%的土称为有机土。
细粒土按如图1.19所示的塑性图分类,土的分类定名见表1.10。
图1.19 塑性图(液限仪锥尖入土17mm)
注:1.图中横坐标为土的液限wL,纵坐标为塑性指数IP。
2.图中的液限wL为用碟式仪测定的液限含水率或用质量76g、锥角为30°的液限仪锥尖入土深度17mm对应的含水率。
3.图中虚线之间区域为黏土粉土过渡区。
表1.10 细粒土的分类(液限仪锥尖入土17mm)(GB/T 50145—2007)
注 图1.19中两条虚线之间为黏土-粉土过渡区(CL-ML),可按相邻土层的类别细分。
含粗粒的细粒土应根据所含细粒土的IP、wL在塑性图中的位置及所含粗粒类别,按下列规定划分:粗粒中砾粒含量大于砂粒含量,称含砾细粒土,应在细粒土代号后加代号G;粗粒中砾粒含量不大于砂粒含量,称含砂细粒土,应在细粒土代号后加代号S。例如,CHG为含砾高液限黏土、MLS为含砂低液限粉土等。
若细粒土内含部分有机质,则需在土名称中加“有机质(以O表示)”,例如MLO为有机质低液限粉土。
土的含量或指标等于界限值时,可根据使用目的按偏于安全的原则分类。
《土的工程分类标准》(GB/T 50145—2007)将土的工程分类体系制成了如图1.20所示的框图,以便于使用。
图1.20 土的工程分类体系框图
1.6.2 建筑地基土分类方法
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)和《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)根据土的天然结构、土的工程性质以及土的特殊成因对建筑地基土类进行划分。
1.按沉积年代和地质成因划分
《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)按沉积年代把地基土划分为:①老沉积土,指第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的土,一般呈超固结状态,具有较高的结构强度;②新近沉积土,指第四纪全新世中近期沉积的土,结构强度较低。
根据地质成因,地基土可划分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。
2.按颗粒级配和塑性指数划分
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)和《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)把作为建筑地基的岩土分为:岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。
(1)岩石。颗粒间牢固黏结,呈整体或具有节理裂隙的岩体称为岩石。根据岩块的饱和单轴抗压强度,对岩石坚硬程度进行分类见表1.11。
表1.11 岩石坚硬程度的划分(GB 50007—2011)
(2) 碎石土。粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%的土被定义为碎石土。根据颗粒形状及粒组含量,碎石土可按表1.11分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。
表1.12 碎石土的分类(GB 50007—2011)
注 分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。
(3)砂土。粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土被定义为砂土。根据粒组含量,砂土可按表1.12分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。
碎石土和砂土的密实度可按表1.4分为松散、稍密、中密、密实。
(4)粉土。粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%且塑性指数IP≤10的土被定义为粉土。粉土介于砂土与黏性土之间,其密实度应根据孔隙比划分为密实(e<0.75)、中密(0.75≤e≤0.9)、稍密(e>0.9),其湿度应根据含水率划分为稍湿(w<20%)、湿(20%≤e≤30%)、很湿(w>30)。
表1.13 砂土的分类(GB 50007—2011)
注 分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。
(5)黏性土。黏性土是指塑性指数IP>10的土。根据塑性指数,黏性土分为黏土和粉质黏土,分类见表1.14。
黏性土的状态可按表1.3分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。
表1.14 黏性土的分类(GB 50007—2011)
注 塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10mm时测定的液限计算而得。
(6)人工填土。人工填土是指由于人类活动而形成的堆积物。其物质成分较杂乱,均匀性较差。人工填土根据其组成和成因,可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。
素填土为由碎石土、砂土、粉土、黏性土等组成的填土;压实填土指经过压实或夯实的素填土;杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土;冲填土指由水力冲填泥沙形成的填土。
除了上述土类之外,还有一些特殊土,包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土、红黏土、膨胀土、湿陷性土等。此类土具有特殊的工程性质和分类方法,其相关内容在第13、15章详细介绍。
【例1.5】 试验确定某土样的含水率和界限含水率为:w=35%、wP=26%、wL=47%,试按塑性图确定土的名称。
解:
塑性指数
IP=47-26=21
0.73(wL-20)=0.73(47-20)=19.71<IP
由图1.19确定土名称为低液限黏土(CL)。
【例1.6】 颗粒分析试验确定A、B、C 3种粗粒土的颗粒级配曲线如图1.21所示,试按建筑地基土分类方法确定3种土的名称。
解:
A土:从A土的颗粒级配曲线查得,粒径小于2mm的占总土质量的67%、粒径小于0.075mm占总土质量的21%,满足粒径大于2mm的不超过50%,粒径大于0.075mm的超过50%的要求,所以该土属于砂土。
又由于粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大于2mm占总土质量25%~50%的要求,故此土应命名为砾砂。
B土:粒径大于2mm的没有,粒径大于0.075mm的占总土质量的52%,属于砂土。按表1.13分类,此土应命名为粉砂。
图1.21 A、B、C 3种土的颗粒级配曲线
C土:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于20mm的占总土质量的13%,由表1.12可得,该土应命名为圆砾或角砾。