土的性质及工程分类

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1、第二章土的性质及工程分类12.1概述风化作用物理作用：岩石产生量的变化化学作用生物作用岩石产生质的变化岩石 岩石（矿物）颗粒 搬运 沉积物土是岩石风化的产物。土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱2土是三相体。土液相（水）气相（气）固相（土颗粒）土残积土运积土风成沉积土水成沉积土冰川沉积土饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。影响土的工程性质的因素：1）三相组成 2）沉积年代 3）成因3l残积土： Residual soilResidual soil岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间，其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对残积土的性质有显著

2、影响。(优良母岩、质地不良母岩)l运积土： Transported soilTransported soil经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。可分为 4河流沉积土水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故：上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础沉降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题5风积土l黄土l典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时，含水率低，一般10%左右，仍能维持陡壁或承受较大的建筑物荷载，可一旦湿水，其胶结强度会迅速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉，黄土的这种性质称为湿陷性。62.2 土的三相组成及土的结构一、土的固相土的重要组成，

3、土颗粒的矿物成分不同、 粗细不同、形状不同，土的性质不同。 1.土粒的矿物成分矿物成分对土的性质有着重要影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。 7土颗粒的矿物成分原生矿物次生矿物原生矿物：包括石英、长石和云母等。为岩石物理风化的产物，化学性 质稳定或较为稳定。次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。主要是粘土矿物。8由于晶片结合的情况不同，便形成了具有不同性质的各种粘土矿物，主要有蒙脱石、伊里石和高岭石。硅氧四面体硅氧晶片铝氢氧八面体铝氢氧晶片的基本单元 粘土矿物结构9蒙脱石：亲水性强 （吸水膨胀、脱水收缩） 伊里石：亲水性中等 高岭石：亲水性差蒙 脱 石102.土的粒组 按土颗粒粒径（d）大小将

4、土颗粒分组，称 为粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。巨粒：60mm 土的粒组 粗粒：0.07560mm细粒:0.075mm11123.土的颗粒级配土颗粒的大小及其组成情况，通常以土中土 颗粒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。 土的颗粒级配可由土的颗粒大小分析试验 （简称颗分试验）测定。 筛析法密度计法d0.075mm颗分试验13利用一套孔径由大到小 的筛子，将事先称过质量 的干试样放入筛中，经过 充分震摇后，把留在各级 筛上的土粒分别称量，算 出小于某粒径的土粒含量 ，用以确定土中各粒组的 土粒含量。14筛分法：适用于粒径大于0.075mm的土15比

5、重计法：适用于粒径小于0.075mm的土16l比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。l将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。 17颗粒分析的先进方法激光颗分18根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制颗粒级配累积曲线（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵 坐标为小于某粒径的土重含量，用常数坐标表示） 。颗粒级配曲线的坡度可以大致反映土的均匀程度。曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬殊

6、，土颗粒不 均匀，级配良好。水平段（台阶）表示缺乏某些粒 径，是不连续级配。 192021 几个特殊粒径：d10, d30 , d60小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为10%时 ，相应的粒径称为有效粒径d10。与之类似可以得到 d30（中值粒径）和d60（限定粒径）。 土颗粒的级配指标：不均匀系数 Cu= d60/ d10曲率系数 Cc=(d30)2/(d60 d10) 22Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表 示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体 形状。在一般情况下，Cu10，级配良好23Cu5Cc=13级配良好砾类土或砂类土单独用Cu来

7、确定土的级配情况是不够 的，需同时参考Cc。242.2.2土中水和气 1.土中水土中水结合水自由水强结合水弱结合水重力水毛细水 土的含水量试验所测定的为土中的自由 水和弱结合水。25自由水：是指存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0，有溶解盐类的能力。分为毛细水和重力水。结合水：是指水受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。分为强结合水和弱结合水。强结合水：紧靠土粒表面，性质接近于固体，密度为1.21.4g/cm3,冰点为-78，不传递静水压力，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。26重力水：存在于地下水位以下，土颗粒电分子引力 范围以外的水，在重力

8、作用下运动。 毛细水：受到水与空气交界面处表面张力的作用、 存在于地下水位以上的透水层中自由水。弱结合水：在强结合水以外，电场作用范围以内，电场作用力随远离颗粒而减弱， 是一种粘滞水膜，受力时能由水膜较 厚处缓慢转移到水膜较薄处;能产生变形，但不因重力作用而流动，与土的可塑性、土的冻胀有关。27粘土颗粒105oO- 2H+H+水分子极 性284.土的冻胀 冻胀：当大气负温传入土中时，土中的自由水首先 冻结成冰晶体，随着气温的继续下降，结合水的最外层也开始冻结，使冰晶体逐渐扩大；另一方面，结合水膜的减薄，使得水膜中的离子浓度增加，土粒就产生了渗透压 力。在这两种引力作用下，未冻结区的水分（弱结合

9、水和自由水）就会不断地向冻结区迁移和积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土体随之发生隆起，即冻胀现象。 29影响冻胀的因素： 土的因素：细粒土（粉砂、粉土、粉质粘土和粉质 亚砂土）冻胀现象严重。由于具有显著的毛细现象 ，毛细水上升高度大，上升速度快，具有较通畅的 水源补给通道；土颗粒细，比表能大，土的矿物成 分亲水性强，有较多的结合水。粘土虽有较厚的结 合水膜，但毛细孔隙小，水分迁移阻力大，冻胀性 小。 水的因素：冻结区附近地下水位较高，毛细水上升 高度能够达到或接近冻结线，使冻结区能得到外部 水源的补给，冻胀现象严重。 开敞型冻胀：冻结过程中有水源补给，冻胀强。 封闭型冻胀：冻结过程

10、中无水源补给，冻胀弱。 30温度的因素：当气温骤降且冷却强度很大时，土 的冻结面迅速向下推移，即冻结速度快，此时， 土中弱结合水来不及向冻结区迁移就在原地冻结 成冰，毛细通道被晶体所阻塞，冻胀不明显；若 气温缓慢下降，冷却强度小，但负温持续时间较 长，未冻区水分不断地向冻结区迁移积聚，冻胀 明显。 315.土的气相土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。粗颗粒：土中的气体与大气相通，对土的力学性质 影响不大; 细颗粒：存在与大气隔绝的封闭气泡，使土的压缩性提高，透水性减小。 封闭气泡：随着压力的增大，封闭气泡可能压缩或溶解于水中，压力减小时，气泡会恢复 原状或重新游离出来。封闭气体对土的性质有较

11、大影响，导致渗透 性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变 形随时间的发展过程 。322.2.3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 。土的结构絮状结构：d0.075mm分散结构：d303.碎石土密实度野外鉴别方法50标准贯入试验 （Standard Penetration Test）锤 重：63.5kg落 距：760mm打入深度：300mm标准贯入数 N63.5512.5 粘性土的物理特征2.5.1粘性土的界限含水量同一种粘性土随着含水量的不同，可分别处 于固态、半固态、可塑状态和流动状态。粘性土 由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称

12、为 界限含水量。0固态半固态可塑状态流动状态缩限ws塑限wp液限wl w52液限仪锥式液限仪碟式液限仪塑限：搓条法液限塑限液限：液塑限 联合测定仪横坐标：土样含水量纵坐标：圆锥入土深度532.5.2粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数Ip为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素(土的颗粒组成，土的 矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等)。液性指数Il为粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。液性指数可以表示粘性土所处的软硬状态。液性指数的值越大，表示土质越软。542.5.3 粘性土的灵敏度和触变性灵敏度：原状土的强

13、度与同一土经重塑（含水量不变，土的结构被彻底破坏）后的强度之比。土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越多。施工中要尽量减少对土结构的 扰动。触变性：粘性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这 种胶体化学性质称为土的触变性。55结构未破坏结构破坏结构强度恢复562.7土的动力特性 土的静力问题：荷载不随时间变化。 土的动力问题：土体在动荷载的作用下，强度和变形 性质受到影响，可能造成土体破坏。但有时也可利用 动荷载进行地基处理，还可以用于其它工程建设。 一、土的压实原理 压实的目的：增加土的密实度，提高土的强度，减少 压缩性。 实际工程中的压实方

14、法：碾压、夯实和振动。 粗粒土的压实标准，一般用 控制。 57大量工程实践和试验研究表明，控制土的压实效果的主要因素是：土的含水量，压实机械及其压实功能等。土的压实效果常用干密度d（单位土体积内土粒的质量）来衡量。58二、击实试验及击实曲线 击实设备：击实仪，包括击实筒、击实锤及导筒。击实方法：用击实锤按规定的落距和击数锤击分层 土样，最后把被压实的土样充满击实筒，由击实筒 的体积和筒体被压实的土重计算出湿密度，同时测 出含水量，换算出干密度。击实曲线：击实曲线：对不同含水量的土样击实， 得到不同的干密度，绘制的含水量和干密度曲线。59击实曲线的特点： 1）峰值：最大干密度dmax 2）击实曲

15、线位于理论饱和曲线左边。 3）击实曲线的形态：左陡右缓60最优含水量对粘性土，当压实功能和条件相同时，土的含水量过大或过小，土体都不易压实，只有把土的含水量调整到某一适宜值时，才能收到最佳的压实效果。在一定压实机械的功能条件下，土最易于被压实，并能达到最大密度时的含水量，称为最优含水量wop，相应的干密度则称为最大干密dmax。61含水量低时：土粒表面的结合水膜薄，水处于强结合水 状态，土粒间距小，粒间引力占优势，土粒间的摩擦力 、粘结力都很大，所以土粒相对位移时阻力大，压实效 果差。 含水量增加：结合水膜增厚，土粒间距也逐渐增加，这 时斥力增加而使土块变软，引力相对减小压实功能比较 容易克服

16、粒间引力而使土粒相互位移，趋于密实，压实 效果较好。 含水量继续增大：随粒间引力减小，但出现了自由水， 而且水占据的体积越大，颗粒占据的体积就越小，击实 时孔隙中过多的水分不易排出，同时也排不出气体，以 封闭气泡的形式存在于土内，阻止土粒的移动，击实效 果下降。62影响因素（1）含水量：较干、较湿均得不到充分压实，最优含水量时可以。（2）击实功：加大击实功能，能克服较大的粒间阻力，使土的干密度增加，最优含水量减小；含水量较低时能量影响较显著，含水量较高时，靠加大击实功能来提高密实度是无效的。（3）土粒及级配：颗粒越粗，就越能在低含水量时获得最大干密度；级配良好的土，由于细颗粒进入粗颗粒的孔隙中，压实效果好，反之差；干砂容易压实，稍湿击实效果不好，饱和砂土击实效果良好。63压实特性在现场填土中的应用压实系数：工地压实时要求达到的干密度d与室内击实试验所得到的最大干密度dmax之比值。越接近1，表明对压实质量的要求越高。在工