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1、第三章 土的物理性质与工程分类,3.1土的组成 3.2土的物理性质指标 3.3无粘性土的密实度 3.4粘性土的物理性质 3.5土的工程分类,第一节 土的组成,一 土的固体颗粒 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。,1.土的粒组 在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。 土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。 将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。,表3-1提供的是一
2、种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界限粒径200、60、2、005和0005mm把土粒分为六大粒组：漂石块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。,2. 土的颗粒级配 土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百分数)来表示，称为土的颗粒级配。 颗粒分析试验：筛分法；比重计法 根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图所示的颗粒级配累积曲线 由曲线的坡度可判断土的均匀程度,利用颗粒级配累积曲线可以确定土粒的级配指标，如与的比值称为不均匀系数： 又如曲率系数用下式表示：,不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其
3、级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度曲率系数描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。 颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。,二、土中的水和气 (一)土中水 在自然条件下，土中总是含水的。土中水可以处于液态、固态或气态。 存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类：,1结合水 结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。这种电分子吸引力高达几千到 几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。 由于土粒(矿物颗粒)表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离子(如Na、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分子
4、是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)， 它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列。,(1)强结合水 强结合水是指紧靠土粒表面的结合水。 (2)弱结合水 弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。,2自由水 自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0，有溶解能力。 自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水和毛细水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水，它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。,(2)毛细水 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。毛细水存在于地下水位以
5、上的透水土层中。毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水(与地下水无直接联系)和毛细上升水(与地下水相连)两种。 当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧(图114)，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。,(二)土中气 土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。 三 、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。,土的单粒结构,土的蜂窝结构,土的絮状结构,第二节 土的物理性质指标,土的三相比例指标：土粒比重、含水量
6、、密度、干密度、饱和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、饱和度。 土的三相草图（见下图）。 一、土的物理性质指标的定义 （一）基本物理指标,1、土粒比重(土粒相对密度),土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比，称为土粒比重(无量纲)，即：,含水量w是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。 土的含水量测定方法：用“烘干法”测定。,2、土的含水量,土的密度测定方法：“环刀法”测定 以上三个指标为土的最基本指标。,3、天然密度：天然状态下，土单位体积的质量，单位为g/cm或t/m，即：,（二）特殊条件下土的密度 1、土的干密度 土
7、单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，即： 在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。,2、土的饱和密度 土孔隙中充满水时，单位体积质量，即,3、土的浮密度 地下水位以下，单位土体积中土粒质量与同体积水的质量之差，即,（三）土的孔隙体积指标 （1）土的孔隙比：土中孔隙体积与土体积之比，孔隙比用小数表示。即： 天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。,（2）土的孔隙率：土中孔隙所占体积与总体积之比，用以百分数表示，即：,（3）土的饱和度 土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，称为土的饱和度，以百分率计，
8、即：,8、土的重度（四个） 在实际应用中，经常采用土的容重，即土的重力密度，其数值上等于相应土密度与重力加速度的乘积，分为四个： 天然容重： 干容重d： 饱和容重sat： 有效容重：,综上所述：土的物理性质指标：土的密度、土粒比重、土的含水量（以上三个指标为土的最基本指标）、土的孔隙比、土的孔隙率、土的饱和度、土的干密度、土的饱和密度、土的浮密度，一共九个，其中前三个由试验测定，其余六个可以通过三相草图换算求得。,二、指标的换算,利用三相图进行各指标间关系的推导： 令 则:,推导举例：,第三节 无粘性土的密实度,无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天
9、然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密直到松散状态。,可把砂土的密实度状态划分为下列三种： 密实的 中密的 松散的,无粘性土的相对密实度为:,2、以标准贯入试验锤击数N评价砂土的密实度,3、以野外鉴别的方法评价碎石的密实度,第四节 粘性土的物理特征,一 粘性土的界限含水量 粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态 粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，叫做界限含水量。,1、液限、塑限、缩限含水量 ： A、 液限 :液态与塑态的分界含水量。 测定方法：锥式液限仪,B、塑限
10、：土由半固态转到可塑状态的界限含水量。,测定方法：“搓条法”测定。 缺点：主要是由于采用手工操作，受人为因素的影响较大，因而成果不稳定。,二、粘性土的塑性指数和液性指数 1、塑性指数是指液限和塑限的差值(省去符号)，即土处在可塑状态的含水量变化范围。,塑性指数的大小与土中结合水的含量有关,2、液性指数是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。,用液性指数可表示粘性土的软硬状态， 见表3-9,3、粘性土软硬程度的划分,三、粘性土的灵敏度和触变性 天然状态下的粘性土、通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒，离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低
11、和压缩性增大土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。 土的灵敏度：是以原状土的强度与同一土经重塑(指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏)后的强度之比来表示的。,土的触变性：饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。,第五节 土的工程分类,地基土(岩)分类的任务是根据分类用途和土(岩)的各种性质的差异将其划分为一定的类别。 土(岩)的合理分类具有很大的实际意义，例如根据分类名称可以大致判断土(岩)的工程特性、评价土(岩)作为建筑材料的适宜性以及结合其他指标来确定地基的承载力等。地基土分
12、为:岩石、碎石类土、砂类土、粉土、粘性土、人工填土。,1、岩石,岩石（基岩）是指颗粒间牢固联结，是整体或具有节理、裂隙的岩体。 分类：根据坚硬程度 ； 根据风化程度的划分； 根据岩石完整程度划分。,2、碎石类土,碎石类土是粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50的土。 碎石类土根据粒组含量及颗粒形状分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾，其分类标准 ，见表3-13。,3、砂类土,砂类土是指粒径大于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。 砂类土按粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂，其分类标准见表2-5。,4、粉土,粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50、塑性指数小于或等于10的土。,5、粘性土,粘性土是指塑性指数大于10的土。 粘性土按塑性指数Ip的指标值分为粘土和粉质粘土。 分类标准： 塑性指数大于17时，为粘土； 塑性指数小于等于17大于10时，为粉质粘土。,6、特殊土,分类:人工填土、淤泥质土、红粘土、膨胀土、湿陷性土、冻土。,
