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1、一、土的生成和特性 21.形成作用 22. 土的主要成因类型及其特征 3二、土的一般特性 7三、土工实验的重要性 81. 土工试验对土力学及土木工程学科研究的重要性 82. 从土的物理、力学性质方面阐述土工试验的重要性 .9四. 土工试验当前存在的问题 111 .试样的制备112. 土的物理性质试验123. 土体的定名154. 土力学性质试验15土工试验的认识一、土的生成和特性1. 形成作用在土木工程中土是指覆盖在地表面上碎散的、没有胶结或胶结 很弱的颗粒堆积物，地壳表层的岩石在阳光、大气、水和生物等因 素影响下发生风化作用，使岩石崩解、破碎；经流水、风、冰川等 动力搬运作用，在各种自然环境下
2、沉积，形成土体，因此说：“土是 岩石风化的产物”。风化作用包括：1） 物理风化是指由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理 力使岩体崩解、碎裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗 粒。土体中的粗颗粒便是物理风化的产物。2） 化学风化是指岩体（或岩块、岩屑）与空气、水和各种水溶液相互作用的 过程，这种作用不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石的矿物成 分发生变化，形成大量细微颗粒（粘粒）和可溶盐类。土体中的粘粒便是化学风化的产物。3） 生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化，例如：长 在岩石缝隙中的树，因树根伸展使岩石缝隙扩展开裂；人们开采矿 山、石材，修铁路、打隧道，劈
3、山修公路等活动形成的土等。2. 土的主要成因类型及其特征由于形成条件、搬运方式和沉积环境不同，自然界的土也就有 不同的成因类型，可分为陆相沉积和海相沉积两类。1）陆相沉积 陆地环境下的沉积，包括：（1）残积土（物） 岩石经风化作用后残留在原地的碎屑堆积物称为残积土，残积 土没有分选作用和层理构造，与基岩之间没有明显的界限，矿物成 分与基岩大致相同。由于山区原始地形变化很大且岩层风化程度不一，使残积土的 厚度在小范围内就有很大变化。当残积土被风或降水带走一部分细小颗粒后土中存在较大的孔 隙。因此，该种沉积土均匀性很差，作为建筑物地基时，要特别注 意其不均匀沉降。（2）坡积土（物） 高处的风化物经
4、雨水、雪水或本身的重力作用搬运后，沉积在 较平缓的山坡上的堆积物称为坡积土，如图1Tb所示。它般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积土相接，坡积土 的厚度变化很大，有时上部厚度不足1m,而下部可达几十米。坡积土由上而下具有一定的分选性，土质不均匀，还常易发生 沿基岩倾斜面的滑动。尤其是新近堆积的坡积土土质疏松、压缩性较高，在工程建设中要引起重视。（3）洪积土在山区或高地由暂时性的山洪急流把大量的残积土、坡积土， 剥蚀、搬运到山谷中或山麓平原上而形成的堆积物称为洪积土，山 洪流出沟谷口后，由于流速骤减，被搬运的粗碎屑物质，如块石、 砾石、粗砂等首先大量堆积下来，离山越远，洪积土的颗粒越细， 分布范
5、围也越来越广，形成扇形地貌，故也称为洪积扇。有时相邻沟谷口的洪积扇互相连接起来组成洪积扇群，称为洪 积平原。洪积土具有分选性，但因搬运距离较短，颗粒磨圆程度较差， 且山洪不规则地暴发，堆积物质各不一样，所以洪积土还具有不规 则交替的层理构造，并具有夹层、尖灭等产状。一般地，靠近山地的粗粒碎屑堆积物，地下水位埋藏较深，土 质较均匀，是良好的天然地基；离山较远的山前平原开阔地段由较 细的粉砂、粘土颗粒堆积，厚度较大，颗粒均匀，其形成过程中受 到周期性干旱的影响，细小粘土颗粒发生凝聚作用，同时析出可镕 性盐类，使土质较为密实，通常这部分洪积土也是良好的天然地由 基；而中间地带，土粒组成复杂，常由于地
6、下水溢出地面而形成沼 泽地带，土质较弱而承载力较低，工程建设时应特别注意。（4）冲积土由河流流水作用将两岸基岩及其上部覆盖的物，剥蚀后，搬运、沉积在河流坡降平缓地带而形成的堆积物称为冲积土。冲积土具有明显的层理构造，由于搬运距离大，土颗粒的磨圆 程度较好，搬运距离越大，沉积物的颗粒越细。冲积土分布很广， 主要分为平原河谷冲积土和山区河谷冲积土。山区河谷的冲积土，颗粒较粗，多为砂粒填充的卵石、圆砾组 成，所以，透水性好、压缩性小，是良好的建筑地基。平原河谷的冲积土，河床沉积土大多为中密砾砂，承载力高且 压缩性低，但必须注意河流的冲刷作用导致地基毁坏和岩坡稳定性 问题；河漫滩沉积土具有两层地质构造
7、，上层为河流泛滥的沉积 物，颗粒较细局部夹有有机物，承载力低，压缩性大，下层河床沉 积物为砂石类土，地基承载力高，但开挖时可能发生流砂现象，不 可忽视；河流阶地是由河床沉积土和河漫滩沉积土上升演变而成， 形成时间长，又受干燥作用，所以结构强度较高，是良好的地基。在河流入海或入湖口处，所搬运的大量细颗粒沉积下来，形成 了面积相当宽广、厚度较大的三角洲沉积土，它的含水量很高，孔 隙率大，呈饱和状态，常有较厚的淤泥或淤泥质土层，因而承载力 较低，压缩变形量大。但在三角洲沉积土的表面，有一层厚度不大 且经过长期干燥而形成的粘性土硬壳层，承载力较高，可作为一般 建筑物基础的持力层。（5）湖泊沉积土由湖浪
8、作用而在湖中沉积的堆积土称湖泊沉积土。近岸的沉积土 主要由粗颗粒的卵石、圆砾、砂土组成，作为地基具有较高的承载 力；远岸的沉积土则主要由细颗粒的砂土、粘性土组成，承载力较 前者低。湖心沉积土是由河流和湖流挟带的细小悬浮颗粒到达湖心 后沉积，主要由粘土和淤泥组成，常夹有细砂粉砂薄层，该沉积土 强度低，压缩性高。若湖泊逐渐淤塞后则可变成沼泽，形成沼泽 土，它主要是由泥炭（有机物含量近 60以上）组成，其主要特征 是：含水量极高，透水性极低，压缩性很高且不均匀，承载力也很 低，一般不宜作为天然地基。此外还有冰积土和风积土。它们分别是在冰川地质作用和风的 地质作用下形成的。2） 海相沉积由河水带入海洋
9、的物质和海岸风化后的物质以及化学、生物物 质在搬运过程中随着流速逐渐降低在海洋各分区（海滨、浅海、陆 坡、深海地区）中沉积下来的堆积物称海洋沉积土。海滨（海水高潮位时淹没，低潮位时露出的海洋地带）沉积土 主要由卵石、圆砾和砂等粗碎屑物质组成，有时有粘性土夹层，具 有基本水平或缓倾斜的层理构造，作为地基，强度较高；但在河流 入海口地区常有淤泥沉积，这是河流带来的泥砂及有机物与海中有 机物沉积的结果。浅海（水深约0200m，宽度约100200km的大陆架）沉积土主 要由细颗粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉积物组成；离海岸越 远，沉积物的颗粒越细小；该沉积土具有层理构造，其中砂土比滨 海带更疏松，易
10、发生流砂现象，其分布广，厚度不均匀，压缩性 高；在浅海带近代沉积的粘土则密度小、含水量高，因而其压缩性 大、承载力低；而古老的粘土则密度大、含水量低，压缩性小，承 载力高。陆坡（浅海区与深海区之间过渡的陆坡地带，水深约2001000m,宽度约100200km）及深海（水深超过1000m的海洋底 盘）的沉积物主要为有机质淤泥，成分均一。二、土的一般特性土的形成过程决定了它具有特殊的物理力学性质,在天然状态 下,土是由固体、液体、气体三部分所组成的三相体系。固体部分 即为土粒,由矿物颗粒或有机质组成,构成土的骨架。骨架间有许 多孔隙,可为水和气体所填充。土体三个组成部分本身的性质以及 它们之间的比
11、例关系和相互作用决定土的物理力学性质。土具有三 个重要特点。（1）散体性：颗粒之间无粘结或弱粘结,存在大量孔隙,可 以透水、透气。（2）多相性：土往往是由固体颗粒、水和气体组成的三相体 系,三相之间质和量的变化直接影响它的工程性质。（3）成层性：土粒在沉积过程中,不同阶段沉积物成分、颗 粒大小及颜色等不同,而使竖向呈现成层的特征。（4）. 变异性：土是在自然界漫长的地质历史时期演化形成的 多矿物组合体,性质复杂,不均匀,且随时间还在不断变化。基于此,土具有不同于其它建筑材料的特征。一般的建筑材料 可由设计人员指定品种和型号，品种、型号一经确定，力学性质参 数也就确定，土则不同，建(构)筑物是以
12、天然土层作为地基，拟 建地点是什么土设计人员就以该种土作为设计对象。由于土是自然 地质历史产物，各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相 间的数量比例不尽相同，而且土粒与其周围的水分又发生了复杂的 物理化学作用，因此，造成了土的物理性质的复杂性；土的物理性 质又在一定程度上决定了它的力学性质，不同地区的土，又有不同 的变化。土的物理性质、力学性质，相对于其它材料来说，是比较 复杂的，如土的应力-应变关系是非线性的，土的变形在卸荷后一般 不能完全恢复，土的强度也不是一成不变的，土对扰动还特别敏感 等等。因此进行土工试验对于土木工程的研究是非常必要的。三、土工实验的重要性1.土工试验对土力学及
13、土木工程学科研究的重要性土工试验是土力学中的基本内容，实验土力学是土力学的一个 重要分支，土工试验是土木工程学习中必须掌握的基本实验。由于 现场试验原状土的结构性，土工问题的诸多影响因素是现场原位试 验、室内试验和工程原型监测成为工程实践中不可缺少的一部分。土工试验的重要性主要表现在：(1).只有通过试验才能揭示土作为一种碎散多相地质材料的一 般和特有的力学性质。(2).只有对具体土样的试验，才能揭示不同类型、不同产地、 不同状态的不同力学性质，特别是对于非饱和图、区域性与、人工 复合土等。(3) .试验是确定各种理论和工程设计参数的基本手段。(4) .试验是验证各种理论的正确性以及实用性的重
14、要手段。(5) .足尺试验、模型试验可以验证土力学理论和数值分析计算结构的合理性，也是认识和解决实际工程问题的重要手段。(6) .原位试验、原型监测直接为土木工程服务，同时使数值计 算的反算和实现信息化施工的重要依据、所以，土力学的研究和土工实践从来都不能脱离土工实验工 作，它是深入认识和发展完善理论和计算的正确途径。 2.从土的物理、 力学性质方面阐述土工试验的重要性实际工程中因为不同地区具有不同的土体，因此为保障现场现 场施工的安全性，设计前必须对场地进行工程地质勘察，并对土进 行物理、力学性质试验，作出工程地质评价为了使地基强度、稳定 性、变形及满足筑物使用及构造上的要求，必须进行土工试
15、验确定 很多非常重要的参数，如地基承载力和地基变形计算中的参数等进 行计算土工试验经过测试岩土试样，得到了岩土的力学性、物理性、 动力性以及渗透性等各项指标。从而为工程设计和施工提供参数， 这些参数可以对工程地质条件进行正确的评价， 进而为后期施工提 供重要的参考依据。土的物理性质试验:包括土的含水率试验、密度 试验、比重试验、颗粒分析试验、界限含水率试验(液限、塑限和缩 限试验)等。土是由固体颗粒、 水和气体所组成， 土的各组成部分 的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示。它们对 于评价土的物理、力学性质有重要意义。土的力学性质试验:土的渗透性，土的变形特性，土的强度。 渗透是液
16、体在多孔介质中运动的现象。土属多孔介质体，它 内部的骨架颗粒之间存在一定的空隙，形成了通道， 使水能在其中 运动， 所以它必然具有渗透性。水在土的孔隙中的运动造成了水压 力的变化进而影响了土的各种力学性质，所以在建筑物设计施工中 必须考虑土的渗透性的影响。地基在荷载作用下会发生变形，是岩土工程中最普遍的问题之 一。地基变形会造成土体本身失稳或建筑物结构的破坏，因此，无 论何种形式的地基的变形都必须控制在一定范围内。另外还必须对 岩土的变形特性有一定的了解和掌握，这样才能指导岩土工程的设 计与施工，才能保证工程能经济，安全，有效的运行。为了计算地 基的变形量，必须了解土的压缩性。通过室内或现场试验，可求出 土的压缩性指标，即可计
