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1、第1章土的性质及工程分类本章学习目标认识土的三相构成和土的结构对土工程性质的影响。认识土的浸透性。掌握土的物理性质指标和物理状态指标，能进行土的工程分类。1.1土的三相构成与结构土是由岩石经风化(物理风化、化学风化、生物风化)生成的松懈聚积物。它的物质成分包含构成土骨架的固体颗粒及填补在孔隙中的水随和体。一般状况下，土是由固体颗粒(固相)、水(液相)随和体(气相)所构成的，故称为三相系统。但在特别条件下，土可能由二相构成，如干土(固体+气体)和饱和土(固体+液体)。土中的三对比率不一样，土的物理状态和工程性质也随之各异。所以，要研究土的工程性质就一定认识土的构成与结构。土的固体颗粒土的固体颗粒
2、是土的三相构成中的骨架，是决定土的工程性质的主要要素。它的矿物成分、颗粒大小、形状与级配是影响土的物理性质的重要要素。1. 土的矿物成分土粒中的矿物成分分为以下两类。1) 原生矿物由岩石经物理风化而成，其成分与母岩同样，这类矿物称为原生矿物。常有的原生矿物有石英、长石、云母等，它们的性质较稳固。碎石土和砂土主要由原生矿物构成。2) 次生矿物水溶液、大气及有机物的化学作用或生物化学作用不单损坏了岩石的结构，并且使其生成一种很渺小的新的矿物，这类矿物称为次生矿物，其主假如粘土矿物。常有的粘土矿物有蒙脱石、伊利石和高岭石三种。因为粘土矿物颗粒很细(粒径d200透水性大，无黏性，无毛细水卵石或碎石60
3、(20)200透水性大，无黏性，无毛细水砾粒(圆砾或角砾)260(20)透水性大，无黏性，毛细水上涨高度不超出粒径粗粒易透水，当混入云母等杂物时透水性减小，而压缩砂粒0.0752性增添；无黏性，遇水不膨胀，干燥时松懈；毛细水上涨高度不大，随粒径变小而增大粉粒0.0050.075透水性小；湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干时稍收缩；毛细水上涨高度较大较快，极易出现冻胀现象细粒透水性很小；湿时有黏性、可塑性，遇水膨胀大，黏粒0.075mm且d60mm的土。试验时将风干、分别的试样放入一套从上到下、筛孔由粗到细摆列的标准剖析筛(筛孔直径分别为60mm，40mm，20mm，10mm，5mm，2.0mm，1m
4、m，0.5mm，0.25mm，0.075mm)进行筛分，称出留在各个筛孔上的颗粒重量，即可计得相应的各粒组的相对含量。密度计法合用于粒径d5视为级配优秀，Cu5且Cc=13时视为级配优秀，反之则级配不良。土中水土中水按其存在形态可分为固态水、液态水随和态水三种。1. 固态水第一种固态水是指土中的自由水在温度降至0以下时结成的冰。水结冰后体积会增大，使土体产生冻胀，损坏土的结构。但冻土消融后，强度急剧降低，对地基不利，所以严寒地域基础的埋置深度要考虑冻胀问题。第二种固态水是指存在于土粒矿物的晶体格架内部或是参加矿物结构的水，亦称为结晶水。这类水只有在比较高的温度下才能化为气态水而与土粒分别。从土
5、的工程性质看，能够把结晶水看作土的矿物颗粒的一部分。2. 液态水液态水包含牢牢吸附于固体颗粒表面的联合水及土孔隙中的自由水两类。71) 联合水联合水是指受分子吸引力吸附于土粒表面而形成必定厚度的水膜，分强联合水和弱结合水两类。强联合水是紧靠土粒表面的联合水，所受电场的作使劲很大，丧失液体的特征而靠近于固体，它没有溶解能力，不可以传达静水压力，冰点为78。弱联合水是强联合水之外，电场作用范围之内的水，它也不可以传达静水压力，呈黏滞状态，对黏性土的性质影响最大。当黏性土含有必定的弱联合水时，土拥有必定的可塑性。2) 自由水自由水是指土中在联合水膜之外的液态水，其性质与一般水同样，能传达静水压力，冰
6、点为0，有溶解能力。按其所受作使劲不一样，可分为重力水和毛细水两种。重力水是指受重力或压力差作用而挪动的自由水，存在于地下水位以下。毛细水是指遇到水与空气交界面处表面张力作用的自由水，一般存在于地下水位以上。因为表面张力作用，地下水沿着不规则的毛细孔上涨，形成毛细水上涨带。毛细水上涨高度视孔隙大小而定，粒径大于2mm的土颗粒，其孔隙较大，一般无毛细现象。毛细水上涨，会使地基润湿，强度降低，变形增添，在严寒地域还会加剧地基的冻胀作用，故在建筑工程中要注意防潮。3. 气态水土中气态水存在于近地表土层，对土的力学性质影响不大。土中气体土中气体存在于孔隙中未被水所占有的部位。在粗粒土(粒径大于0.07
7、5mm)中常有到与大气相连通的空气，它对土的力学性质影响不大。在细粒土(粒径小于0.075mm)中则常存在与大气隔断的关闭气泡，假如土的含水量较大，当土遇到荷载作用时，关闭气泡减小或溶解于水中，颗粒之间的毛细孔会遇到损坏，水分不易浸透和发散，透水性降低；卸荷时关闭气泡膨胀或游离于水，会增添土的弹性，这样的细粒土拥有“橡皮土”的特点，土的压实变得困难。土的结构土的结构是指土颗粒大小、相互摆列及联络关系的综合特点。土的结构分为单粒结构、蜂窝结构和絮凝固构三种种类。1. 单粒结构单粒结构由砂粒或更粗的颗粒在水和空气中堆积形成。因其颗粒较大，土粒间的分子引力相对很小，所以颗粒之间几乎没有联络。单粒结构
8、土的密切程度随其堆积的条件不一样而异。假如土粒堆积速度较快，如洪水冲积而成的砂层和砾石层，常常形成松懈的单粒结构，如图1.2所示。当土粒堆积迟缓时，则形成密实的单粒结构，如图1.3所示，因为其土8第1章土的性质及工程分类粒摆列密切，强度较高，压缩性小，所以是较好的天然地基。对松懈的单粒结构的土，土的孔隙大，骨架不稳固，当遇到振动及其余外力作用时，土粒简单发生相对挪动，会产生很大的变形。所以，这类松懈的单粒结构土层如未经办理，一般不宜作为建筑物地基。图1.2松懈的单粒结构图1.3密实的单粒结构2. 蜂窝结构当较细的土粒(如粉粒，粒径为0.0050.075mm)在水中下沉，碰到已堆积的土粒时，因土
9、粒之间的分子引力大于土粒自重，则下沉的土粒被吸引，不再下沉。挨次一粒粒被吸引，就会形成拥有很大孔隙的蜂窝状结构，如图1.4所示。当其承受较高水平荷载或动力荷载时，结构将损坏，以致较大的变形发生。3.絮凝固构絮凝固构是由黏粒(粒径0.005mm)会合体构成的结构形式。黏粒在水中处于悬浮状态，不会因单个颗粒的自重而下沉。这类土粒在水中运动，相互碰撞吸引，渐渐形成小链环状而下沉，碰到另一个小链环时相互吸引，形成孔隙很大的絮状结构，如图1.5所示。拥有蜂窝结构和絮状结构的土，颗粒间存在大批的微细孔隙，其压缩性大、强度低、透水性弱。又因土粒之间的联络较弱且不稳固，在受扰动力作用下(如施工扰动影响)，土的天然结构遇到损坏，土的强度会快速降低，但土粒之间的联络力(结构强度)也会因为长期的压密作用和胶结作用而获得增强。图1.4蜂窝状结构图1.5絮状结构1.2土的物理性质指标与测定土的三相(固相、液相、气相)构成比率不一样，土的松密、软硬程度也不一样，土的工程性质自然不一样。所以，需要定量研究土的三相之间的比率关系，即物理性质指标。土的三相构成可用图1.6表示。9图1.6土的三相构成关系三个基本试验指标土的密度(或重度)、含水量以及土粒相对密度(或比重)这三个指标，均可经过试验直接测定，故称基本试验指标。
