土的分类及基础知识

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—湖相、河—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。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。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。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：（一）《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。（二）《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。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。（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。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。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时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20mmm或76g锥下沉深度17mm时的含水量。（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。七、特殊土的分类（一）填土的分类填土根据堆填方式分为工程填土（我国公路工程称为填筑土，工业与民建筑工程则称为压实填土）和非工程填土两类；根据物质组成分为素填土和杂填土。根据填土的堆填方式及物质组成，填土可分为以下四类：素填土、杂填土、冲填土和压实填土。工程填土用天然开挖的土作建筑材料，或用于筑坝，或用于房屋建筑的大规模开挖和回填土石方工程，或用作地基填土，这类填土均要求有一定的压实度，因此也称压实填土。素填土是指由碎石土、砂土、粉土和粘性土等一种或几种材料组成的填