人工填土的分类及其特征

人工填土的分类及其特征

人工填土是工程建设中常见的土质类型，其分类和特征对于工程设计和施工具有重要影响。本文将详细介绍四种不同类型的人工填土：素填土、杂填土、冲填土和压实填土，包括它们的定义、成分特征、物理性质特征和工程性质特征。

素填土

定义

素填土是由一种或几种天然土料（如粘性土、粉土、砂土或碎石土等）组成，不含杂质或仅含少量杂质的人工填土。它是在工程建设、土地平整等活动中，将原地的土料经过挖掘、搬运和堆积而形成的。例如，在城市建设中，将某一区域的表层砂土挖掘后，堆积到另一个需要垫高的场地，就形成了素填土。

成分特征

土颗粒组成：其颗粒组成主要取决于原来土料的类型。如果是砂土素填土，颗粒相对较粗，主要由砂粒组成，粒径一般在0.075 - 2mm之间，颗粒之间的孔隙较大，透水性良好。而粘性土素填土主要由粘粒（粒径小于0.005mm）和粉粒（粒径0.005 - 0.075mm）组成，具有较高的可塑性和粘结性，孔隙比相对较小，透水性差。

矿物成分：素填土中的矿物成分与原土料相同。例如，粘性土素填土中含有较多的粘土矿物，如蒙脱石、伊利石和高岭石等。蒙脱石具有很强的吸水性和膨胀性，会影响填土的工程性质；伊利石的性质介于蒙脱石和高岭石之间；高岭石吸水性相对较弱，颗粒之间的联结主要靠氢键，使填土具有一定的强度。

物理性质特征

含水量：含水量因土料类型和堆积环境而异。砂土素填土的含水量一般较低，通常在5% - 15%之间，这是因为砂粒之间的孔隙较大，水分容易流失。粘性土素填土的含水量可能较高，可达20% - 30%，其水分主要存在于粘粒和粉粒的表面以及颗粒之间的孔隙中。

重度：重度也与土料成分有关。砂土素填土的重度一般在16 - 18kN/m³ 之间，而粘性土素填土的重度相对较高，约为18 - 20kN/m³。重度的大小影响着填土对地基的压力以及在边坡等情况下的稳定性。

孔隙比：砂土素填土孔隙比大，一般在0.5 - 0.8之间，而粘性土素填土孔隙比相对较小，约为0.4 - 0.7。孔隙比对于填土的压缩性和透水性有重要影响。

工程性质特征

压缩性：粘性土素填土的压缩性相对较高。在建筑物荷载作用下，其孔隙中的水分被挤出，土颗粒重新排列，会产生较大的沉降。例如，在软粘土素填土地区建造建筑物，如果没有进行适当的地基处理，建筑物可能会因为填土的压缩而产生不均匀沉降。砂土素填土的压缩性较低，在荷载作用下，沉降量相对较小且能较快稳定。

抗剪强度：抗剪强度主要取决于土的内摩擦角和粘聚力。砂土素填土的内摩擦角较大，一般在30°- 40° 之间，粘聚力较小，主要依靠颗粒之间的摩擦力来抵抗剪切破坏。粘性土素填土的粘聚力较大，一般在10 - 30kPa之间，内摩擦角相对较小，约为10°- 20°，其抗剪强度是粘聚力和内摩擦角共同作用的结果。在边坡稳定性分析中，这些参数是判断填土边坡是否会发生滑动的重要依据。

杂填土

定义

杂填土是含有大量建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的人工填土。它是在城市建设、工业生产和居民生活等过程中随意堆积形成的。例如，在旧城改造过程中，拆除旧建筑物后的碎砖、混凝土块、木块等建筑垃圾与居民丢弃的生活垃圾一起堆积，就形成了杂填土。

成分特征

成分复杂多样：杂填土的成分极为复杂，可能包含各种建筑材料碎片，如碎砖、瓦片、混凝土块、玻璃碎片等建筑垃圾；工业生产过程中的废渣、废料，如金属屑、炉渣、化工废渣等；以及居民生活垃圾，如塑料、纸张、织物等。这些成分的比例和分布在不同的杂填土区域差异很大。

颗粒大小悬殊：颗粒大小从细小的粉尘到巨大的混凝土块都有。这种颗粒大小的不均匀性导致杂填土的结构非常松散，孔隙大小和分布极不规则。

物理性质特征

含水量不稳定：由于成分复杂，杂填土的含水量变化范围很大。如果含有较多的吸水性材料（如粘土或纸制品等），含水量可能较高；如果主要是透水性好的建筑垃圾（如碎砖、砂等），含水量可能较低。而且，其含水量在不同季节和降雨条件下可能会发生显著变化。

重度差异大：重度因成分不同而有很大差异。含有较多重金属废渣或混凝土块的杂填土重度较大，可能超过20kN/m³；而以轻质塑料、纸张等为主的杂填土重度较小，可能低于10kN/m³。

孔隙比大且不规则：孔隙比一般在0.6 - 1.2之间，由于颗粒大小和形状的不规则，孔隙比在填土中的分布也不均匀。这种不规则的孔隙结构使得杂填土的透水性在局部区域可能很强，而在另一些区域可能很弱。

工程性质特征

压缩性极不均匀：由于成分和结构的不均匀性，杂填土的压缩性变化很大。在同一区域内，可能既有容易压缩的软土部分，又有几乎不可压缩的建筑垃圾部分。这会导致建筑物在杂填土地基上产生严重的不均匀沉降。例如，在含有软土和混凝土块的杂填土地基上建造房屋，房屋基础在软土部分会沉降较多，而在混凝土块部分沉降很少，从而使房屋出现裂缝。

抗剪强度低且不稳定：杂填土的抗剪强度较低，因为其颗粒之间的联结较弱。而且，由于成分的多样性，抗剪强度在不同位置和方向上差异很大。在进行边坡稳定性分析时，很难准确确定杂填土边坡的抗剪强度参数，其边坡容易发生坍塌。

冲填土

定义

冲填土是在疏浚河道或港湾等水利工程中，用挖泥船等工具将水底的泥沙通过水力输送到陆地或低洼地区堆积而成的人工填土。例如，在港口建设过程中，为了拓宽航道或加深泊位，将航道底部的淤泥等通过管道水力输送到附近的陆地区域堆积，形成冲填土。

成分特征

以细颗粒为主：冲填土的主要成分是细颗粒的泥沙，包括粉砂和粘土。这些细颗粒物质在水力输送过程中被混合在一起，其颗粒组成相对较为均匀。一般来说，粉砂含量在30% - 70%之间，粘土含量在30% - 70%之间，具体比例取决于疏浚区域的地质条件。

含有一定的水分：冲填土在形成过程中含有大量的水分，其含水量通常在30% - 60%之间。这是因为它是通过水力输送堆积的，水分在土颗粒之间起到了悬浮和搬运的作用。

物理性质特征

高含水量和低密度：由于含有大量水分，冲填土的初始含水量很高，这使得其重度较低，一般在14 - 16kN/m³ 之间。而且，其密度也较小，孔隙比大，一般在0.8 - 1.5之间。这种高孔隙比和高含水量的状态使得冲填土处于软塑-流塑状态。

颗粒分布较均匀：与杂填土相比，冲填土的颗粒分布相对均匀。这是因为在水力输送过程中，泥沙经过了一定程度的混合和分选。但是，其颗粒之间的排列较为松散，缺乏有效的压实。

工程性质特征

高压缩性：冲填土的压缩性很高，这是由于其高含水量和松散的颗粒结构。在建筑物荷载作用下，冲填土中的水分会逐渐被挤出，土颗粒重新排列，产生较大的沉降。例如，在冲填土地基上建造轻型建筑物，也可能会产生几十厘米的沉降，需要进行有效的地基处理，如排水固结等。

低抗剪强度：冲填土的抗剪强度较低，主要是因为其以细颗粒为主，粘聚力和内摩擦角都比较小。粘聚力一般在5 - 15kPa之间，内摩擦角在10°- 20° 之间。在边坡等情况下，冲填土容易发生滑动，需要采取适当的加固措施，如设置挡土墙等。

压实填土

定义

压实填土是经过人工压实处理的填土。在工程建设中，为了提高填土的工程性质，通常会采用机械压实的方法，如压路机碾压、振动压实等，使填土达到一定的密实度。例如，在道路工程中，对路基填土进行分层压实，以提高路基的承载能力和稳定性。

成分特征

成分取决于原土料：压实填土的成分可以是素填土或经过筛选后的杂填土。如果是素填土，其成分与前面所述的素填土类似，只是在压实后结构更加紧密。如果是筛选后的杂填土，去除了较大的杂物和有害物质，主要由土颗粒和少量的小颗粒杂物组成。

物理性质特征

较高的密实度：通过压实，填土的孔隙比减小，密实度提高。压实填土的孔隙比一般在0.3 - 0.6之间，重度增大，一般在18 - 20kN/m³ 以上。其含水量也会因为压实过程中的排水作用而有所降低，达到一个相对合适的范围，以保证填土的压实效果。

颗粒排列紧密：在压实作用下，土颗粒之间的距离减小，排列更加紧密。对于砂土，颗粒之间的摩擦力增大；对于粘性土，颗粒之间的粘结力和摩擦力都得到增强。

工程性质特征

较低的压缩性：压实填土的压缩性明显低于未经压实的填土。这是因为压实过程使土颗粒之间的孔隙减小，结构更加稳定。在建筑物荷载作用下，压实填土的沉降量相对较小，能够为建筑物提供较好的地基支撑。

较高的抗剪强度：由于颗粒排列紧密，压实填土的抗剪强度较高。内摩擦角和粘聚力都有所增加，例如，粘性土压实填土的粘聚力可达到20 - 40kPa，内摩擦角可达到20°- 30°。这使得压实填土在边坡和地基等应用中具有更好的稳定性。