第2章土的物理性質(zhì)及工程分類(土力學(xué)與地基基礎(chǔ)教案)

1、第2章 土的物理性質(zhì)及工程分類一、知識點(diǎn)：2.1 概述2.2 土的組成2.2.1 土的固體顆粒2.2.2 土中的水和氣 2.2.3 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造2.3 土的三相比例指標(biāo)2.3.1 指標(biāo)的定義 2.3.2指標(biāo)的換算2.4 無粘性土的密實(shí)度2.5 粘性土的水理性質(zhì)2.5.1 粘性土的界限含水量 2.5.2粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 2.5.3粘性土的靈敏度和觸變性2.6 土的壓實(shí)原理2.7 地基土 （巖）的分類2.7.1 巖石的工程分類2.7.2無粘性土分類 2.7.3粉土分類2.7.4粘性土分類2.7.5 特殊土分類 2.7.6細(xì)粒土按塑性圖分類二、考試內(nèi)容：重點(diǎn)掌握內(nèi)容1 . 土的各物理性質(zhì)

2、指標(biāo)的定義、表達(dá)式及其在工程上的實(shí)際應(yīng)用。2 .三個基本指標(biāo)的測定方法。3 .利用土的三相草圖和換算公式進(jìn)行土的各種物理指標(biāo)的換算。4 .無粘性土的密實(shí)度對其工程性質(zhì)的影響。砂土密實(shí)度按孔隙比、相對密實(shí)度、標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N的劃分方法。各類劃分方法的特點(diǎn)。碎石類土密實(shí)度的劃分方法。5 .粘性土的含水量對其工程性質(zhì)的影響。界限含水量的概念，塑限、液限、縮限的定義及測量方法。塑性指數(shù)、液性指數(shù)的物理意義及表示方法。 一般掌握內(nèi)容1. 土的三相組成、形態(tài)和構(gòu)造特征。2,地基土的分類依據(jù)和命名方法。三、本章內(nèi)容：§2-1一概述一土是連續(xù)、堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒、經(jīng)過不同的搬

3、運(yùn)方式，在各種自 然環(huán)境生生成的沉積物.9在漫長的地質(zhì)年代中，由于各種內(nèi)力和外力地質(zhì)作用形成了許多類型的巖石 和土。巖石經(jīng)歷風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積生成土，而土歷經(jīng)壓密固結(jié)，膠結(jié)硬化也可再生成巖石。作 為建筑物地基的土，是土力學(xué)研究的主要對象。土的物質(zhì)成分包括有作為土骨架的固態(tài)礦物顆粒，孔隙中的水及其溶解物質(zhì)以及氣體。因此，土 是由顆植（固機(jī)）.、水（.液相）和氣（.氣相）所組成的三相體系-各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大， 土的三相間的數(shù)量比例也不盡相同，而且土粒與其周圍的水又發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)作用。所以，要 研究土的性質(zhì)就必須了解土的三相組成以及在天然狀態(tài)下土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等特征。土的三相

4、組成、物質(zhì)的性質(zhì)、相對含量以及土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等各種因素，必然在土的輕重、松密、 干濕、軟硬等一系列物理性質(zhì)和狀態(tài)上有不同的反映。土的物理性質(zhì)又在一定程度上決定了它的力學(xué) 性質(zhì)，所以物理性質(zhì)是土的最基本的工程特性。在處理地基基礎(chǔ)問題和進(jìn)行土力學(xué)計(jì)算時，不但要知道土的物理性質(zhì)特征及其變化規(guī)律，從而了 解各類土的特性，而且還必須掌握表示土的物理性質(zhì)的各種指標(biāo)的測定方法和指標(biāo)間的相互換算關(guān) 系，并熟悉按土的有關(guān)特征和指標(biāo)來制訂地基土的分類方法。士的性質(zhì)主要是指土的物理力學(xué)性質(zhì)，包括物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。土的物理性質(zhì)包括土的三相比例指標(biāo)、無粘性土的密實(shí)度、粘性土的水理性質(zhì)、土的滲透性（第 1章）四部分內(nèi)容。

5、士的力學(xué)性質(zhì)包括土的壓縮性（第3章）、土的抗剪性（第4章）、土的擊實(shí)性三部分內(nèi)容。 本章主要介紹土的組成、土的三相比例指標(biāo)、無粘性土的密實(shí)度、粘性土的水理性質(zhì)、土的壓實(shí) 原理以及地基土（巖）的分類。§ 2-2 土的組成2.2.1 _士的固體顆粒一土的固體顆粒是由大小不等、形狀不同的礦物顆?；驇r石碎屑按照各種不同的排列方式組合在一 起，構(gòu)成土的骨架。這些固體相的物質(zhì)稱為“土粒"，是土中最穩(wěn)定、變化最小的成分。土中的固體顆 粒的大小和形狀，礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。土中不同大小顆粒的組合，也就是各種不同粒徑的顆粒在土中的相對含量，稱土的顆粒組成；組成

6、土中各種土粒的礦物種 類及其相對含量稱土的礦物組成。土的顆粒組成與礦物組成是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。粗大土粒往往是巖石經(jīng)物理風(fēng)化作用形成的碎屑，或是巖石中未產(chǎn)生化學(xué)變化的礦物顆粒，如石 英和長石等，而細(xì)小土粒主要是化學(xué)風(fēng)化作用形成的次生礦物和生成過程中混入的有機(jī)物質(zhì)。粗大土粒其形狀都呈塊狀或粒狀，而細(xì)小土粒具形狀主要呈片狀。土粒的組合情況就是大大小小土粒含量的 相對數(shù)量關(guān)系。2.2.1.1 土的顆粒級配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。自然界中的土粒，大小懸殊、性質(zhì)各異， 直徑變化幅度（從數(shù)米的漂石到萬分之幾毫米的膠粒）很大，土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時，土的 性質(zhì)相應(yīng)地

7、發(fā)生變化，例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無粘性變化到有粘性。為了研究土中各種大小土粒的相對含量及其與土的工程地質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，就有必要將工程地質(zhì)性質(zhì)相似的土粒歸并成組， 按其粒徑的大小分為若干組別， 這種組別稱粒組。各個粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出一定質(zhì)的變 化。劃分粒組的分界尺立稱為界限粒徑二旦前土的粒組劃分方法并不完全一致，第 10頁表1-1提供 的是一種常用的土粒粒組的劃分方法，表中根據(jù)界限粒徑200、20、2、0.05和0.005mmC土粒分為人大粒組:透有_（塊石）顆粒2卵五（磴有）顆粒）一.網(wǎng)礫一（角 礫）顆粒）一一砂粒二粉粒及粘粒.。一工程上常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占

8、土?？傊氐陌俜?jǐn)?shù)）表示土中顆粒的組成情況， 這種相對含量稱為土的顆粒級配。土的顆粒級配是通過土的顆粒大小分析試驗(yàn)測定的。對于粒徑大于0.075mm的粗粒組可用篩分法測定。試驗(yàn)時將風(fēng)干、分散的代表性土樣通過一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩（例如20、2、0.5、0.25、0.1、0.075mm）（見第10頁圖1 4）,稱出留在各個篩子上的土重，即可求得各個粒組的相對含量。粒徑 小于0.075mm的粉粒和粘粒難以篩分，一般可以根據(jù)土粒在水中勻速下沉?xí)r的速度與粒徑的理論關(guān) 系，用比重計(jì)法或移液管法（見土工試驗(yàn)有關(guān)書籍）測得顆粒級配。實(shí)際上，土粒并不是球體顆粒，因 此用理論公式求得的粒徑并不是實(shí)際的土粒尺寸，而是

9、與實(shí)際土粒在液體中有相同沉降速度的理想球 體的直徑（稱為水力直徑）。根據(jù)顆粒大小分析試驗(yàn)成果，可以繪制如第11頁圖1-5所示的顆粒級配累積曲線。依-Y轅321城人長01020扣 M2SQgro»m9070鈍50<¥)七立引岔啰痛悔出*土!1 敕程：EE Jo縱坐其橫坐標(biāo)表示粒徑（因?yàn)橥亮Ａ较嗖畛Ｔ诎俦叮П兑陨?，所以宜采用對?shù)坐標(biāo)表示） 標(biāo)則表示小于（或大于）某粒徑的土重含量（或稱累計(jì)百分含量）。由曲線的坡度可以大致判斷土的均勻 程度。如曲線較陡，則表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻，反之，曲線平緩，則表示粒徑大小相差 懸殊，土粒不均勻，即級配良好。小于某粒徑的土粒質(zhì)

10、量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 10%時，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑 d10。小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為30%時的粒徑用d30表示。當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 60%時，該粒徑 稱為限定粒.徑用d60表示.利用顆粒級配累積曲線可以確定土粒的級配指標(biāo)，如d60與d10的比值Ku稱為不均勻系數(shù)，書上用Cu:(2-1)(2-2)K u d60 / d10又如曲率系數(shù)Kc用下式表示: 2K c d30 / d10 d60不均勻系數(shù)Ku反映大小不同粒組的分布情況。Ku越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級配越 良好，作為填方工程的土料時，則比較容易獲得較大的密實(shí)度。曲率系數(shù)Kc描寫的是累積曲線的分布范圍，反映曲

11、線的整體形狀。在一般情況下，工程上把Ku <5的士看作是均粒土，屬級配不良，Ku >10的土，屬級配良好。實(shí)際上，單獨(dú)只用一個指標(biāo) Ku來確定土的級配情況是不夠的，要同時考慮累積曲線的整體形狀，所以 需參考曲率系數(shù)Kc值。一般認(rèn)為：礫類土或砂類士同時滿足Ku >5和Kc=13兩個條件時，則定名為良好級配礫或良好級配砂。顆粒級配可以在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。對于級配良好的土，較粗顆粒間的孔隙被較細(xì)的 顆粒所填充，因而土的密實(shí)度較好，相應(yīng)的地基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較好，透水性和壓縮性也較小， 可用作堤壩或其他土建工程的填方土料。2.2.1.2 .十粒的礦物成分土粒.的礦物成分主

12、要決定于母巖的成分及其所經(jīng)受的風(fēng)化作用2丕同的礦物成分對土的性質(zhì)有著 不同的影響，其中以細(xì)粒組的礦物成分尤為重要。漂石、卵石、圓礫等粗大土粒都是巖石的碎屑，它們的礦物成分與母巖相同。砂粒大部分是母巖中的單礦物顆粒，如石英、長石和云母等。其中石英的抗化學(xué)風(fēng)化能力強(qiáng)，在 砂粒中尤為多見。粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和MgCO> CaCO等難溶鹽的顆粒。粘粒的礦物成分主要有粘土礦物，氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類 （如碳酸鈣等），它們都是次 生礦物。粘土礦物的顆粒很微小，在電子顯微鏡下觀察到的形狀為鱗片狀或片狀，經(jīng) X射線分析證明 其內(nèi)部具有層狀晶體構(gòu)造。粘土礦物基本上是由兩種原子層（

13、稱為晶片）構(gòu)成的。一種是硅氧晶片，它的基本單元是SiO四 面體，另一種是鋁氫氧晶片，它的基本單元是 A1OH八面體。由于晶片結(jié)合情況的不同，便形成了具有不同性質(zhì)的各種粘土礦物。其中主要有蒙脫石，伊里石 和高嶺石三類。蒙脫石是化學(xué)風(fēng)化的初期產(chǎn)物，具結(jié)構(gòu)單元（晶胞）是兩層硅氧晶片之間夾一層鋁氫氧晶片所組成 的。由于晶胞的兩個面都是氧原子，其間沒有氫鍵，因此聯(lián)結(jié)很弱，水分子可以進(jìn)入晶胞之間，從而 改變晶胞之間的距離，甚至達(dá)到完全分散到單晶胞為止。因此當(dāng)土中蒙脫石含量較大時，則具有較大 的吸水膨脹和脫水收縮的特性。伊里石的結(jié)構(gòu)單元類似于蒙脫石，所不同的是 SiO四面體中的Si 4可以被A13、Fe3所

14、取代， 因而在相鄰晶胞間將出現(xiàn)若干一價正離子（K ）以補(bǔ)償晶胞中正電荷的不足。所以伊里石的結(jié)晶構(gòu)造沒 有蒙脫石那樣活動，其親水性不如蒙脫石。高嶺石的結(jié)構(gòu)單元是由一層鋁氫氧晶片和一層硅氧晶片組成的晶胞。高嶺石的礦物就是由若干重 疊的晶胞構(gòu)成的。這種晶胞一面露出氫氧基，另一面則露出氧原子。晶胞之間的聯(lián)結(jié)是氧原子與氫氧 基之間的氫鍵，它具有較強(qiáng)的聯(lián)結(jié)力，因此晶胞之間的距離不易改變，水分子不能進(jìn)入，因此它的親 水性比伊里石還小。由于粘土礦物是很細(xì)小的扁平顆粒，顆粒表面具有很強(qiáng)的與水相互作用的能力，表面積愈大，這種能力就愈強(qiáng)。粘土礦物表面積的相對大小可以用單位體積（或質(zhì)量）的顆?？偙砻娣e（稱為比表面）來

15、表示。例如一個棱邊為lcm的立方體顆粒，具體積為lcm3,總表面積只有6cm2,比表面為6cm2/ cm3= 6cm 1若將lcm3立方體顆粒分割為棱邊0.001mm3勺許多立方體顆粒，則其總表面積可達(dá)6 x 104 cm 2,比表面可達(dá)6x104 cm1。由此可見，由于土粒大小不同而造成比表面數(shù)值上的巨大變化，必然導(dǎo) 致土的性質(zhì)的突變，所以，土粒大小對土的性質(zhì)所起的重要作用是可以想象的。除粘土礦物外，粘粒組中還包括有氫氧化物和腐殖質(zhì)等膠態(tài)物質(zhì)。如含水氧化鐵，它在土層中分 布很廣，是地殼表層的含鐵礦物質(zhì)分解的最后產(chǎn)物，使土呈現(xiàn)紅色或褐色。土中膠態(tài)腐殖質(zhì)的顆粒更 小，能吸附大量水分子（親水性強(qiáng)）

16、。由于土中膠態(tài)腐殖質(zhì)的存在，使土具有高塑性、膨脹性和粘性，這對工程建設(shè)是不利的。2.2.2 土中的水和氣2.22.1 土生水一土中水是土的液.體相組成部分.。在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或 氣態(tài)三種形態(tài)。土中細(xì)粒愈多，即土的分散度愈大，水對土的性質(zhì)的影響也愈大。研究土中水，必須 考慮到水的存在狀態(tài)及其與土粒的相互作用。存在于土粒礦物的晶體格架內(nèi)部或是參與礦物構(gòu)造中的水稱為礦物內(nèi)部結(jié)合水，它只有在比較高 的溫度（80680C,隨土粒的礦物成分不同而異）下才能化為氣態(tài)水而與土粒分離。從土的工程性質(zhì) 上分析，可以把礦物內(nèi)部結(jié)合水當(dāng)作礦物顆粒的一部分。水對無粘性土的工程地質(zhì)性

17、質(zhì)影響較小，但粘性土中水是控制其工程地質(zhì)性質(zhì)的重要因素，如粘 性土的可塑性、壓縮性及其抗剪性等，都直接或間接地與其含水量有關(guān)。存在于土中的液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水兩大類:1 .結(jié)合水實(shí)驗(yàn)表明，極細(xì)的土粒表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場，由于水分子是極性分子，即一 端為正電荷，另一端顯負(fù)電荷，在土粒電場范圍內(nèi)的水分子和陽離子一起吸附在土粒表面而定向排列 形成一層薄的水膜，這層水就稱為結(jié)合水。結(jié)合水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。這 種電分子吸引力高達(dá)幾千到幾萬個大氣壓，使水分子和土粒表面牢固地粘結(jié)在一起。由于土粒（礦物顆粒）表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場，在土粒電場范圍內(nèi)的

18、水分子和水 溶液中的陽離子（如Na、Ca2、Al 3等）一起吸附在土粒表面。因?yàn)樗肿邮菢O性分子（氫原子端顯 正電荷，氧原子端顯負(fù)電荷），它被土粒表面電荷或水溶液中離子電荷的吸引而定向排列（第12頁圖1-6）。土粒周圍水溶液中的陽離子，一方面受到土粒所形成電場的靜電引力作用，另一方面又受到布朗 運(yùn)動（熱運(yùn)動）的擴(kuò)散力作用。在最靠近土粒表面處，靜電引力最強(qiáng)，把水化離子和極性水分子牢固地 吸附在顆粒表面上形成固定層。在固定層外圍，靜電引力比較小，因此水化離子和極性水分子的活動 性比在固定層中大些，形成擴(kuò)散層。固定層和擴(kuò)散層中所含的陽離子（反離子）與土粒表面負(fù)電荷一起 即構(gòu)成雙電層B2-4結(jié)合水分子

19、定向搭列筒圉水溶液中的反離子（陽離子）的原子價愈高，它與土粒之間的靜電引力愈強(qiáng)，則擴(kuò)散層厚度愈薄。 在實(shí)踐中可以利用這種原理來改良土質(zhì)，例如用三價及二價離子（如Fe3、A13 , Ca2、Mg2 ）處理粘土，使得它的擴(kuò)散層變薄，從而增加土的穩(wěn)定性，減少膨脹性，提高土的強(qiáng)度，有時，可用含一價 離子的鹽溶液處理粘土，使擴(kuò)散層增厚，而大大降低土的透水性。從上述雙電層的概念可知，反離子層中的結(jié)合水分子和交換離子，愈靠近土粒表面，則排列得愈 緊密和整齊，活動性也愈小。因而，結(jié)合水又可以分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水兩種。強(qiáng)結(jié)合水是相當(dāng)于 反離子層的內(nèi)層（固定層）中的水，而弱結(jié)合水則相當(dāng)于擴(kuò)散層中的水。（1）強(qiáng)結(jié)

20、合水強(qiáng)結(jié)合水是指緊靠土.粒表面的結(jié)合水?.它的特征是：沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力， 只有吸熱變成蒸汽時才能移動。這種水極其牢固地結(jié)合在土粒表面上，其性質(zhì)接近于固體，密度約為 1.22.4g/cmB,冰點(diǎn)為-78 C ,具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度。如果將干燥的土移在天然濕 度的空氣中，則土的質(zhì)量將增加，直到土中吸著的強(qiáng)結(jié)合水達(dá)到最大吸著度為止。土粒愈細(xì)，土的比 表面愈大，則最大吸著度就愈大。砂土的最大吸著度約占土粒質(zhì)量的1%而粘土則可達(dá)17%粘土中只含有強(qiáng)結(jié)合水時，呈固體狀態(tài)，磨碎后則呈粉末狀態(tài)。（2.）.,弱結(jié).合水弱結(jié)合水緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。它仍然不能傳遞靜

21、水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近的較薄的水膜緩慢轉(zhuǎn)移。當(dāng)土中含有較多的弱結(jié)合水時，土則具有一定的可塑性。砂 土比表面較小，幾乎不具可塑性，而粘性土的比表面較大，其可塑性范圍就大。弱結(jié)合水離土粒表面愈遠(yuǎn)，其受到的電分子吸引力愈弱小，并逐漸過渡到自由水。2 .自由水自由水是存在于土粒表面電場影響范圍以外的水。它的性質(zhì)和普通水一樣，能傳遞靜水壓力，冰 點(diǎn)為0C,有溶解能力。自由水按其移動所受作用力的不同，可以分為重力水和毛細(xì)水。（1）重力水重力水是在重力或壓力差作用下運(yùn)動的自由水，它是存在于地下水位以下的透水土層中的地下 水，對土粒有浮力作用。重力水對土中的應(yīng)力狀態(tài)和開挖基槽、基坑以及修筑地下構(gòu)

22、筑物時所應(yīng)采取 的排水、防水措施有重要的影響。（2）毛細(xì)水毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。毛細(xì)水存在于地下水位以上的透水層 中。毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水 （與地下水無直接聯(lián)系）和毛細(xì)上升水（與地下 水相連）兩種，當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時，毛細(xì)水的彎液面和土粒接觸處的表面引力反作用于土 粒上，使土粒之間由于這種毛細(xì)壓力而擠緊（第12頁圖1-7） , 土因而具有微弱的粘聚力，稱為毛細(xì) 粘聚力。在施工現(xiàn)場常?？梢钥吹缴詽駹顟B(tài)的砂堆，能保持垂直陡壁達(dá)幾十厘米高而不坍落， 就是因?yàn)樯傲ｉg具有毛細(xì)粘聚力的緣故。在飽水的砂或干砂中，土粒之間的毛細(xì)壓力消失，原來的陡壁就

23、變成斜 坡，其天然坡面與水平面所形成的最大坡角稱為砂土的自然坡度角。在工程中，要注意毛細(xì)上開水的 上升高度和速度，因?yàn)槊?xì)水的上升對于建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸濕和凍脹等有重要 影響。止匕外，在干旱地區(qū)，地下水中的可溶鹽隨毛細(xì)水上升后不斷蒸發(fā)，鹽分便積聚于靠近地表處而 形成鹽漬土。土中毛細(xì)水的上升高度可用試驗(yàn)方法測定。地面下一定深度的土溫，隨大氣溫度而改變。當(dāng)?shù)貙訙囟冉抵翑z氏零度以下，土體便會因土中水 凍結(jié)而形成凍土。某些細(xì)粒土在凍結(jié)時，往往發(fā)生體積膨脹，即所謂凍脹現(xiàn)象。土體發(fā)生凍脹的機(jī)理， 主要是由于土層在凍結(jié)時，周圍未凍區(qū)土中的水分向凍結(jié)區(qū)遷移，集聚所致。弱結(jié)合水的外層在-0.5

24、 C 時凍結(jié)，越靠近土粒表面，其冰點(diǎn)越低，大約在-20 -30 c以下才能全部凍結(jié)。當(dāng)大氣負(fù)溫傳入土 中時，土中的自由水首先凍結(jié)成冰晶體，弱結(jié)合水的最外層也開始凍結(jié)，使冰晶體逐漸擴(kuò)大，于是冰 晶體周圍土粒的結(jié)合水膜變薄，土粒產(chǎn)生剩余的分子引力，另外，由于結(jié)合水膜的變薄，使得水膜中 的離子濃度增加，產(chǎn)生了滲附壓力，在這兩種引力的作用下，下臥未凍區(qū)水膜較厚處的弱結(jié)合水便被 上吸到水膜較薄的凍結(jié)區(qū)，并參與凍結(jié)，使凍結(jié)區(qū)的冰晶體增大，而不平衡引力卻繼續(xù)存在。假使下 臥未凍區(qū)存在著水源（如地下水位距凍結(jié)深度很近）及適當(dāng)?shù)乃囱a(bǔ)給通道（即毛細(xì)通道），能繼續(xù)不斷 地補(bǔ)充到凍結(jié)區(qū)來，那么，未凍結(jié)區(qū)的水分 （包

25、括弱結(jié)合水和自由水）就會繼續(xù)向凍結(jié)區(qū)遷移和積聚， 使冰晶體不斷擴(kuò)大，在土層中形成冰夾層，土體隨之發(fā)生隆起，出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象。當(dāng)土層解凍時，土中 積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷，即出現(xiàn)融陷現(xiàn)象。土的凍脹現(xiàn)象和融陷現(xiàn)象是季節(jié)性凍土的特性， 亦即土的凍脹性。2.22.2 土中氣.土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。在粗粒的沉積物中常見到與大氣相聯(lián)通的空 氣，它對土的力學(xué)性質(zhì)影響不大。在細(xì)粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，使土在外力作用下的 彈性變形增加，透水性減小。對于淤泥和泥炭等有機(jī)質(zhì)土，由于微生物（嫌氣細(xì)菌）的分解作用，在土中蓄積了某種可燃?xì)怏w（如硫化氫、甲烷等），使土層在自重作用下長期得

26、不到壓密，而形成高壓縮性土層。2.22.3 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀，相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。一般分 為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。單粒結(jié)構(gòu)是由粗大土粒在水或空氣中下沉而形成的。全部由砂粒及更粗土粒組成的土都具有單粒 結(jié)構(gòu)。因其顆粒較大，土粒間的分子吸引力相對很小，所以顆粒間幾乎沒有聯(lián)結(jié)，至于未充滿孔隙的 水分只可能使其具有微弱的毛細(xì)水聯(lián)結(jié)。單粒結(jié)構(gòu)可以是疏松的，也可以是緊密的（書第14頁圖1-8）。呈緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，由于其土粒排列緊密，在動、靜荷載作用下都不會產(chǎn)生較大的沉降，所 以強(qiáng)度較大，壓縮性較小，是較為良好的天然地基。具有疏松

27、單粒結(jié)構(gòu)的土，其骨架是不穩(wěn)定的，當(dāng)受到震動及其他外力作用時，土粒易于發(fā)生移動， 土中孔隙劇烈減少，引起土的很大變形，因此，這種土層如未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基。蜂窩結(jié)構(gòu)是主要由粉粒（0.05-0.005mm）組成的土的結(jié)構(gòu)形式。據(jù)研究，粒徑在 0.05-0.005mm左右的土粒在水中沉積時，力大于其重力，因此土粒）絮狀結(jié)構(gòu)是由粘粒沉。當(dāng)這些懸浮在水中的木U電解初的集合石碰上已沉積的土粒時，由于它們之間的相互引下沉，形成具有很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)法式。粘粒能夠在水中長期懸浮，不因自重而下勺環(huán)境中（如海水）粘粒凝聚成絮狀的集粒（粘粒集合體）而下沉，并相繼和已沉積的絮狀集粒接觸，而形成類似蜂窩而

28、孔隙很大的絮狀結(jié)構(gòu)研究表明，粒徑小于,3二、 正電荷，因此在土粒聚合阜的呈片區(qū) 以面一邊.的土粒，表面帶負(fù)電荷，而在片的斷口處有局部的 （錯開）的方式接觸，如圖2-9所示。（a）邊對面（b）面對面 圖2-9粘粒的接觸方式粘土的性質(zhì)主要取決于集粒間的相互聯(lián)系與排列。當(dāng)粘粒在淡水中沉積時，因水中缺少鹽類，所 以粘?；蚣ｉg的排斥力可以充分發(fā)揮， 沉積物的結(jié)構(gòu)是定向（或至少半定向）排列的，即顆粒在一定 程度上平行排列，形成所謂分散型結(jié)構(gòu)。當(dāng)粘粒在海水中沉積時，由于水中鹽類的離子濃度很大，減 少了顆粒間的排斥力，所以土的結(jié)構(gòu)是面一邊接觸的絮狀結(jié)構(gòu)。具有蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)的粘性土，其土粒之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度

29、（結(jié)構(gòu)強(qiáng)度），往往由于在同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造，土的構(gòu)造最主要特征就是成層性，即層理構(gòu)造，它是在土的形成過程中，由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或 顏色不同，而沿豎向呈現(xiàn)的成層特征，常見的有水平層理構(gòu)造和交錯層理構(gòu)造（見圖1-12） , 土的構(gòu)造的另一特征是土的裂隙性，如黃土的柱狀裂隙，裂隙的存在大大降低土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，增大透 水性，對工程不利，止匕外，也應(yīng)注意到土中有無包裹物 （如腐殖物、貝殼、結(jié)核體等）以及天然或人為 的孔洞存在。這些構(gòu)造特征都造成土的不均勻性。.§.2-3土的三相.比例指標(biāo).自然界中的土體結(jié)構(gòu)組成十

30、分復(fù)雜，為了分析問題方便，將其看成是三相，簡化成一般的物理模 型進(jìn)行分析。土的三相，即土粒為固相；土中的水為液相；土中的氣為氣相。表示土的三相組成部分 質(zhì)量、體積之間的比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)。主要指標(biāo)有：比重、天然密度、含水量 （這三個指標(biāo)需用實(shí)驗(yàn)室實(shí)測）和由它們?nèi)挥?jì)算得出的指標(biāo)干密度、飽和密度、孔隙率、孔隙比和 飽和度。這些指標(biāo)隨著土體所處的條件的變化而改變，如地下水位的升高或降低，土中水的含量也相 應(yīng)增大或減?。幻軐?shí)的土，其氣相和液相占據(jù)的孔隙體積少。這些變化都可以通過相應(yīng)指標(biāo)的數(shù)值反 映出來。土的三相比例指標(biāo)是其物理性質(zhì)的反映， 但與其力學(xué)性質(zhì)有內(nèi)在聯(lián)系，顯然固相成分的比

31、例越高， 其壓縮性越小，抗剪強(qiáng)度越大，承載力越高。2.3.1 指標(biāo)的定義為了便于說明和計(jì)算，用書中第15頁圖1-11所示的土的三相組成示意圖來表示各部分之間的數(shù) 量關(guān)系。圖2-10 土的三相組成示意圖圖中符號的意義如下:ms土粒質(zhì)量；mw 土中水質(zhì)量；m 一 土的總質(zhì)量，m=ms + mw；Vs土粒體積；Vw土中水體積；Va土中氣體積；Vv土中孔隙體積，Vv=Vw+Va ；V 一 土的總體積，V=Vs+Vw+Va231.土粒比重.（土粒相對.密度一）ds土粒質(zhì)量與日體積的4c的純水的質(zhì)量之比，稱為土粒比重.（.無量綱），即:msw1(w1書中第15頁2-3）ds sVs式中s土粒密度（g/cm

32、3）;w1=純水在4c時的密度（單位體積的質(zhì)量），等于1g/ cm 3或1t/ m 3。實(shí)用上，土粒比重在數(shù)值上就等于土粒密度，但前者無因次。土粒比重決定于土的礦物成分，它 的數(shù)值一般為2.62.8;有機(jī)質(zhì)土為2.42.5;泥炭土為1.51.8。同一種類的土，其比重變化幅 度很小。土粒比重可在試驗(yàn)室內(nèi)用比重瓶測定。將置于比重瓶內(nèi)的土樣在105-110 C下烘干后冷卻至室溫用精密大平測其質(zhì)量,用排水法測得土粒體積,并求得同體積 4c純水的質(zhì)量,土粒質(zhì)量與其比值就 是土粒比重。由于比重變化的幅度不大，通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用。2.3.1.2 ,土的宜水里.土中含水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，稱為土的含水量，

33、以百分?jǐn)?shù)計(jì)，即:mwm s100%書15頁1-5)含水量 是標(biāo)志士的濕度的一個重要物理指標(biāo)。天然狀態(tài)下土層的含水量稱天然含水量，具變化 范圍很大，它與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。一般干的粗砂土，具值接近于 零,而飽和砂土，可達(dá) 40%堅(jiān)硬的粘性土的含水量約小于 30%而飽和狀態(tài)的軟粘性土（如淤泥）， 則可達(dá)60%£更大。一般說來，同一類土，當(dāng)其含水量增大時，則其強(qiáng)度就降低。土的含水量一般用“烘干法”測定。先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量，然后置于烘箱內(nèi)維持100-105 C 烘至恒重，再稱干土質(zhì)量，濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量。2.3.1.3 土的密

34、度（1） 天然密度 ：天然狀態(tài)下，土單位體積的質(zhì)量，單位為g/ cm3或t/ m 3,即:mV（書 15 頁 1-2）天然密度變化范圍較大。一般粘性土 =1.82.0g/cm 3;砂土 =1.62.0g/cm 3;腐殖土 =1.5 1.7g/cm 3。土的密度一般用“環(huán)刀法”測定，用一圓環(huán)刀（刀刃向下）放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán) 刀外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容 積之比值即為其密度。<2.1.士的壬密度d ： 土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量，稱為土的干密度，即：msd V（書 16 頁 1-10）在工程上常把干密度作為評定土

35、體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。.（3）土的飽和.密度.sat： 土孔隙中充滿水時，單位體積質(zhì)量，即ms Vv wsat V（書 16 頁 1-12）式中w為水的密度，近似等于w1= 1g/ cm 3。（4） 土的浮密度：在地下水位以下，土體中土粒的質(zhì)量扣除浮力后，即為單位體積中土粒的 有效質(zhì)量即：,ms Vs wV（書 16 頁 1-14）在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用土的容重，即土的重力密度，其數(shù)值上等于相應(yīng)土密度與重力加速度的乘 積。一般分為：天然容重丫、j容Yd飽和容重Tsat有效容重/分別按下列公式計(jì)算：【p & /尸外目;匕二孔由T ;,二0°且式中g(shù)為重力加

36、速度，各指標(biāo)的單位kN/m3。231.4一土的孔隙比一 e 一和.孔隙率一 n土的孔隙比e： 土中孔隙體積與土體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即:Vv eVs（書 16 頁 1-6）天然狀態(tài)下土的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個重要的物理性指標(biāo)，可以用來評價天然土層的密實(shí)程度。一般e<0.6的土是密實(shí)的低壓縮性土，e>1.0的土是疏松的高壓縮性土。土的孔隙率n： 土中孔隙所占體積與總體積之比，用以百分?jǐn)?shù)表示，即：n V 100%V（書 16 頁 1-7）一般粘性土的孔隙率為 3060%,無粘性土為2545%。2315_t土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，稱為土的飽和度，以百分率計(jì)，

37、即：Sr Vw 100%Vv（書 16 頁 1-8）砂土根據(jù)飽和度Sr的指標(biāo)值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態(tài)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見下表。陟土濕度狀惑稍濕很濕飽和度以尷SYS)50凡00s廣武232 指標(biāo)的換算一上述土的三相比例指標(biāo)中，土粒比重 ds、含水量 和密度 三個指標(biāo)是通過試驗(yàn)測定的。在測定這三個基本指標(biāo)后，可以導(dǎo)得其余各個指標(biāo)常用圖2-11所示三相圖進(jìn)行各指標(biāo)間關(guān)系的推導(dǎo)，令 W1，并令Vs 1則：VveV 1 ems Vsds w ds wmwmsds wmds（1） w由上式:satm ds(1) w推導(dǎo)： V f-e (1)ms ds w d V 1 e 1 (2)d s we dds

38、(1) w1 emsmsVs wms(V Vv) wVVmsVv wV w(5)Vsat w(ds 1) w1 eVv e nV1 e(6)Vw mwdsVVV?T-e(7)士的三相比例指標(biāo)換算公式并列于書17頁表1-2【例題1-1】某一原狀土樣，經(jīng)試驗(yàn)測得的基本指標(biāo)值如下：密度 =1.67g/cm3,含水量=12.9%, 土粒比重ds=2.670試求孔隙比e、孔隙率n、飽和度冬、干密度d、飽和密度sat以 及有效密度。ds(1) w 1【解】2.67(1 0.129)1 0.8051.67e 0.805n 1 e 1 0.80544.6%Sr ds e0.129 2.670.80543%1.

39、48g/cm31 0.129(5)sat(ds e) w1 e2.67 0.8051 0.8051.93g / cm3(6)sat w 1.93 10.93g /cm3§ 2-4無粘性土的密實(shí)度無粘性土的密實(shí)度指的是碎石土和砂土的疏密程度。無粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，密實(shí)的無粘性土由于壓縮性小，抗剪強(qiáng)度高， 承載力大，可作為建筑物的良好地基。但如處于疏松狀態(tài)，尤其是細(xì)砂和粉砂，具承載力就有可能很 低，因?yàn)槭杷傻膯瘟＝Y(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，在外力作用下很容易產(chǎn)生變形，且強(qiáng)度也低，很難作天然地基。 如它位于地下水位以下，在動荷載作用下還有可能由于超靜水壓力的產(chǎn)生而發(fā)生液化。例如我

40、國海城1975.2.4的7.3級地震，震中區(qū)以西25-60km的下遼河平原，發(fā)生強(qiáng)烈砂土液化，大面積噴砂冒水， 許多道路、橋梁、工業(yè)設(shè)施、民用建筑遭受破壞。1976.7.28唐山的7.8級地震，也引起大區(qū)域的砂土 液化。因此，凡工程中遇到無粘性土?xí)r，首先要注意的就是它的密實(shí)度。對于同一種無粘性土，當(dāng)其孔隙比小于某一限度時，處于密實(shí)狀態(tài)，隨著孔隙比的增大，則處于 中密、稍密直到松散狀態(tài)。無粘性土的這種特性，是因?yàn)樗哂械膯瘟＝Y(jié)構(gòu)決定的。密實(shí)度的評價方法有三種：1、室內(nèi)測試孔隙比確定相對密實(shí)度的方法2、利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等原位測試方法（見第 6章）3：野外觀測方法無粘性土的相對密實(shí)度：以最大孔隙比

41、emax與天然孔隙比e之差和最大孔隙比emax與最小孔隙比emin之差的比值Dr ,表示，即：Dremaxe(2-12)emaxemin無粘性土的最小孔隙比是最緊密狀態(tài)的孔隙比，用符號 emin表示，emin 一般采用“振擊法”測定； 無粘性土的最大孔隙比是土處于最疏松狀態(tài)時的孔隙比，用符號 emax表示。emax一般用“松砂器法” 測定。從上式可知，若無粘性土的天然孔隙比e接近于5所，即相對密度Dr接近于1時，土呈密實(shí)狀態(tài)， 當(dāng)e接近于emax時，即相對密度Dr接近于0,則呈松散狀態(tài)。無粘性土的天然孔隙比e如果接近emax（或emin）,則該無粘性土處于天然疏松（或密實(shí)）狀態(tài)，這可 用無粘性

42、土的相對密實(shí)度進(jìn)行評價。根據(jù)Dr值可把砂土的密實(shí)度狀態(tài)劃分為下列三種：1 > Dr >0.67密實(shí)的0.67 > Dr >0.33中密的0.33 > Dr >0松散的相對密實(shí)度試驗(yàn)適用于透水性良好的無粘性土，如純砂、純礫等。對于不同的無粘性土，其emin與emax的測定值也是不同的，emin與emax之差（即孔隙比可能變化的 范圍）也是不一樣的。一般土粒粒徑較均勻的無粘性土，其emax與emin之差較??；對不均勻的無粘性土, 則其差值較大。相對密實(shí)度是無粘性粗粒土密實(shí)度的指標(biāo)，它對于土作為土工構(gòu)筑物和地基的穩(wěn)定性，特別是在 抗震穩(wěn)定性方面具有重要的意義。對于

43、砂土，也可用天然孔隙比e來評定其密實(shí)度。但是礦物成分、級配、粒度成分等各種因素對 砂土的密實(shí)度都有影響，并且在具體的工程中，難于取得砂土原狀土樣，因此，利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、 靜力觸探等原位測試方法來評價砂土的密實(shí)度得到了工程技術(shù)人員的廣泛采用。砂土根據(jù)標(biāo)一準(zhǔn)"試.驗(yàn)（.見第.6.童）.的錘擊數(shù).N分為松散稍密、史密及密實(shí)四不4密實(shí)度八共劃分標(biāo)準(zhǔn)見書上19頁表1-3砂土密實(shí)度的劃分表2T砂土密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)S1CI15<M 喘 3口X口碎石土可根據(jù)野外鑒別方法劃分為密實(shí)、中密、稍密三種密實(shí)度狀態(tài)。其劃分標(biāo)準(zhǔn)見書20頁表1-5。也可采用重型動力觸探錘擊數(shù)來劃分密實(shí)度，見書上 1

44、9頁表1 4§ 2-5 粘性土的水理性質(zhì)土的水理性質(zhì)一般指的是粘性土的液限、塑限（由實(shí)驗(yàn)室測得）及由這兩個指標(biāo)計(jì)算得來的液性 指數(shù)和塑性指數(shù)。這幾個指標(biāo)也是工程中必需提供的。對于飽和粘性土還有靈敏度和觸變性。2.5.1一一粘性土的界限含水量.粘性土由于其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。可塑狀態(tài)就是當(dāng) 粘性土在某含水量范圍內(nèi)，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋， 并當(dāng)外力移去后仍能保持既得的形 狀。土的這種性能叫做可塑性。粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫做界限含水量， 它對粘性土的分類及工程性質(zhì)的評價有重要意義。0. 叫限 號隈瞥 ,水.闔一半固態(tài)

45、可狀態(tài)一動狀才 w圖1-13粘性土物理狀態(tài)與含水量的關(guān)系如書21頁圖1-13所示，土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量叫做液限（也稱塑性上限含水 亞邈限L用符號l表示，上電態(tài)版到可型區(qū)態(tài)四界限在水堇沙做H限（也磔型件上限含水里， 用符號p表示,土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分，則體積逐漸縮小，直到體積不再縮小時土的界限含 水量叫縮限，用符號 s表示。它們都以百分?jǐn)?shù)表示。我國目前采用錐式液限儀（書中21頁圖1-15所示）來測定粘性土的液限 l。其工作過程是：將 調(diào)成均勻的濃糊狀試樣裝滿盛土杯內(nèi)（盛土杯置于底座上），刮平杯口表面，將76克重圓錐體輕放在 試樣表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入試樣，若圓

46、錐體經(jīng)5秒鐘恰好沉入10mn»度，這時杯內(nèi)土樣的含水量就是液限l值。為了避免放錐時的人為晃動影響，可采用電磁放錐的方法，可以提高測試精度，實(shí)踐證明其效果較好。美國、日本等國家使用碟式液限儀來測定粘性土的液限。其工作過程是：將調(diào)成均勻的濃糊狀試 樣裝滿盛土杯內(nèi)（盛土杯置于底座上），刮平杯口表面，將76克重圓錐體輕放在試樣表面的中心，使 其在自重作用下徐徐沉入試樣，若圓錐體經(jīng) 5秒鐘恰好沉入10mn»度，這時杯內(nèi)土樣的含水量就是 液限l值。為了避免放錐時的人為晃動影響，可采用電磁放錐的方法，可以提高測試精度，實(shí)踐證 明其效果較好。（參考22頁圖1 17）粘性土的塑限p采用&qu

47、ot;搓條法”測定。即用雙手將天然濕度的土樣搓成小圓球 （球徑小于10mm）, 放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滾成小土條，用力均勻，搓到土條直徑為3mm,出現(xiàn)裂紋，自然斷開，這時斷裂土條的含水量就是塑限 p值。上述測定塑限的搓條法存在著較大的缺點(diǎn)，主要是由于采用手工操作，受人為因素的影響較大， 因而成果不穩(wěn)定。近年來許多單位都在探索一些新方法，以便取代搓條法，如以聯(lián)合法測定液限和塑 限。聯(lián)合測定法求液限、塑限是采用錐式液限儀以電磁放錐法對粘性土試樣以不同的含水量進(jìn)行若干次試驗(yàn)，并按測定結(jié)果在雙對數(shù)坐標(biāo)紙上作出76克圓錐體的入土深度與含水量的關(guān)系曲線（見書22頁圖2-16）。根據(jù)大量試驗(yàn)資料看，它

48、接近于一根直線，如同時采用圓錐儀法及搓條法分別作液限，塑限試驗(yàn) 進(jìn)行比較，則對應(yīng)于圓錐體入土深度為 10mnR 2 mm時土樣的含水量分別為該土的液限和塑限。因此，在工程實(shí)踐中，為了準(zhǔn)確、方便，迅速地求得某土樣的液限和塑限時，則需用電磁放錐的 錐式液限儀對土樣以不同的含水量做幾次（一般做三次）試驗(yàn)，即可在坐標(biāo)紙上以相應(yīng)的幾個點(diǎn)近似地 定出直線，然后可在直線上求出液限和塑限 （詳見國家標(biāo)準(zhǔn)土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) GBJI23-88）。早在50年代以來，我國一直以76克圓錐儀下沉深度10mm乍為液限標(biāo)準(zhǔn)，但這與碟式儀測得的 液限值不一致。對國內(nèi)外一些研究成果分析表明，取圓錐儀下沉深度17mm»

49、液限標(biāo)準(zhǔn)，則與碟式儀值相當(dāng)。目前由于資料積累不足，在計(jì)算塑性指數(shù)，液性指數(shù)以及相應(yīng)的土的分類，與地基承載力的 相關(guān)關(guān)系中，仍然以圓錐沉入10mm標(biāo)準(zhǔn)。2.5.2 粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù);是指液眼和一塑限一的差值.（一省去%符一號）.，即土處在.可塑狀態(tài)的含水量變化范圍用符號 表示，即：1P l p（2-13）顯然，或塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大。塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的可能含量有關(guān)，土中結(jié)合水的含量與土的顆粒組成、 土粒的礦物成分以及土中水的離子成分和濃度等 因素有關(guān)。從土的顆粒來說，土粒越細(xì)、且細(xì)顆粒 （粘粒）（粘粒）的含量越高，則其比表面和可能的 結(jié)合水含

50、量愈高，因而IP也隨之增大，從礦物成分來說，粘土礦物可能具有的結(jié)合水量大（其中尤以蒙脫石類為最大），因而I P也大。從土中水的離子成分和濃度來說，當(dāng)水中高價陽離子的濃度增加時， 土粒表面吸附的反離子層的厚度變薄， 結(jié)合水含量相應(yīng)減少，IP也小，反之隨著反離子層中的低價陽 離子的增加，IP變大。由于塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素，因此，在工程上常按塑 性指數(shù)對粘性土進(jìn)行分類。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ7-89規(guī)定粘性土按塑性指數(shù)IP值可劃分為粘土、粉質(zhì)粘土（見書 22 頁表 1-6）。液性指數(shù)：粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，用符號 IL表示，即：IL

51、PI p (2-14)從式中可見，當(dāng)土的天然含水量小于P時，IL小于0,天然土處于堅(jiān)硬狀態(tài)；當(dāng) 大于L時,IL大于1,天然土處于流動狀態(tài)；當(dāng) 在P與L之間時，即IL在01之間，則天然土處于可塑狀 態(tài)。因此可以利用液性指數(shù)IL來表示粘性土所處的軟硬狀態(tài)。IL值愈大，土質(zhì)愈軟，反之，土質(zhì)愈硬。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GBJ7-89規(guī)定粘性土根據(jù)液性指數(shù)值劃分為堅(jiān)硬，硬塑、可塑、軟塑及流塑五種軟硬狀態(tài)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見書 23頁表1-72.5.3 粘性土的靈敏度和觸變性天然狀態(tài)下的粘性土，通常都具有一定的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)受到外來因素的擾動時，土粒間的膠結(jié)物質(zhì) 以及土粒、離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的

52、強(qiáng)度降低和壓縮性增大，土的結(jié)構(gòu)性對強(qiáng) 度的這種影響,一般用靈敏度來衡量。土的靈敏度是以原狀土的強(qiáng)度與回二土經(jīng)重型（.指在含水量丕一 變條件下便士的結(jié)構(gòu)徹底破壞）后的強(qiáng)度之比來表示的。重塑試樣具有與原狀試樣相同的尺寸、密度和含水量，測定強(qiáng)度所用的常用方法有無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和十字板抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)，對于飽和粘性土的靈敏度St,可按下式計(jì)算，St qu/q'u（2-15）式中 qu一原狀試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（Kpa）,q'u 一重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度（Kpa）,根據(jù)靈敏度可將飽和粘性土分為：低靈敏（1<St02）、中靈敏（2<St04）和高靈敏（St>4）三類。土

53、的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動后土的強(qiáng)度降低就愈多。所以在基礎(chǔ)施工中應(yīng)注意保護(hù)基槽， 盡量減少土結(jié)構(gòu)的擾動。飽和粘性土的結(jié)構(gòu)受到擾動，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，但當(dāng)擾動停止后，土的強(qiáng)度又隨時間而逐漸增長。這是由子土粒、離子和水分子體系隨時間而逐漸趨于新的平衡狀態(tài)的緣故。 粘性土的這種抗剪強(qiáng)度隨 時間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。例如在粘性土中打樁時，樁側(cè)土的結(jié)構(gòu)受到破壞而強(qiáng)度降 低，但在停止打樁以后，土的強(qiáng)度漸漸恢復(fù)，樁的承載力逐漸增加，這也是受土的觸變性影響的結(jié)果。 .§.2.-6土的壓實(shí).原理.土的擊實(shí)性是指土在反復(fù)沖擊荷載作用工能被壓密的特性.。擊實(shí)土是最簡單易行的土質(zhì)改良方 法，

54、常用于填土壓實(shí)。通過研究土的最優(yōu)含水量和最大干密度，來提高擊實(shí)效果。最優(yōu)含水量和最大 干密度采用現(xiàn)場或室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測定。在工程建設(shè)中，經(jīng)常遇到填土壓實(shí)的問題，例如修筑道路，堤壩，飛機(jī)廠，運(yùn)動場，擋土墻，埋設(shè)管道，建筑物地基的回填等。為了提高填土的強(qiáng)度，增加土的密實(shí)度，降低其透水性和壓縮性，通 常用分層壓實(shí)的辦法來處理地基。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對過濕的土進(jìn)行夯實(shí)或碾壓時就會出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象（俗稱“橡皮土”），此時土的密實(shí)度是不會增大的。對很干的土進(jìn)行夯實(shí)或碾壓，顯然也不能把土充分壓實(shí)。所以，要使土的壓實(shí)效 果最好，其含水量一定要適當(dāng)。在一定的壓實(shí)能量下使土最容易壓實(shí)，并能達(dá)到最大密實(shí)度時的含水 量，稱為土

55、的最優(yōu)含水量（或稱最佳含水量），用0P表示。相對應(yīng)的干密度叫做最大干密度，以 dmax 表示。土的最優(yōu)含水量可在試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)測得。試驗(yàn)時將同一種土，配制成若干份不同含水量 的試樣，用同樣的壓實(shí)能量分別對每一份試樣進(jìn)行擊實(shí)（試驗(yàn)的儀器和方法見土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GBJ123-88）后，測定各試樣擊實(shí)后的含水量和干密度d ,從而繪制含水量與干密度關(guān)系曲線（見書史一24頁圖二18）,稱為質(zhì)實(shí)曲線?.從圖中可以知道，當(dāng)含水量較低時，隨著含水量的增大，土的 干密度也逐漸增大，表明壓實(shí)效果逐步提高，當(dāng)含水量超過某一限值0P時，干密度則隨著含水量增大而減小，即壓實(shí)效果下降。這說明土的壓實(shí)效果隨含水量的變

56、化而變化，并在擊實(shí)曲線上出現(xiàn)一個 干密度峰值（即最大干密度 5，*）,相應(yīng)于這個峰值的含水量就是最優(yōu)含水量。具有最優(yōu)含水量的土，具壓實(shí)效果最好。這是因?yàn)楹枯^小時，土中水主要是強(qiáng)結(jié)合水，土粒 周圍的結(jié)合水膜很薄，使顆粒間具有很大的分子引力，阻止顆粒移動；壓實(shí)就比較困難，當(dāng)含水量適 當(dāng)增大時，土中結(jié)合水膜變厚，土粒之間的聯(lián)結(jié)力減弱而使土粒易于移動，壓實(shí)效果就變好，但當(dāng)含 水量繼續(xù)增大，以致土中出現(xiàn)了自由水，擊實(shí)時孔隙中過多的水分不易立即排出，勢必阻止土粒的靠 攏，所以壓實(shí)效果反而下降。試驗(yàn)證明，最優(yōu)含水量 0P約與土的塑限 P相近，大致為 op= P+2。填土中所含的粘土礦物愈 多，則最優(yōu)含水量愈大。試驗(yàn)還證明，最優(yōu)含水量與壓實(shí)能量有關(guān)。對同一種土，用人力夯實(shí)時，因能量小，要求土粒之 間有較多的水分使其更為潤滑，因此，最優(yōu)含水量較大而得到的最大干密度卻較小， 如書25頁圖1-19 所示的曲線3。當(dāng)用機(jī)械夯實(shí)時，壓實(shí)能量較大，得出的曲線如圖中的曲線1和2。所以當(dāng)填土壓實(shí)程度不足時，可以改用大的壓實(shí)能量補(bǔ)夯，以達(dá)到所要求的密度。在同類土中，土的顆粒級配對土的壓實(shí)效果影響很大，顆粒級配不均勻的容易壓實(shí)，均勻的則不 易壓實(shí)。在圖1-19中還給出了理論飽和曲線，它表示當(dāng)土處在飽和狀態(tài)下的干密度d與含水量