注巖土力學(xué)講義土的物理性質(zhì)和工程分類2

1、 第十八章 土力學(xué)與基礎(chǔ)工程第一節(jié) 土的物理性質(zhì)和工程分類一、土力學(xué)、地基和基礎(chǔ)的概念土力學(xué)是用用力學(xué)知知識(shí)和土土工測(cè)試試技術(shù)，研研究土的的物理、力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)，研究究土的變變形及其其強(qiáng)度規(guī)規(guī)律的一一門(mén)科學(xué)學(xué)。工程上所研研究的土土，可作作為建筑筑環(huán)境（如如地下工工程周圍圍的土介介質(zhì)）、建建筑材料料（如修修筑路基基和土壩壩的土料料）和支支承建筑筑物荷載載的地基基。建筑物或構(gòu)構(gòu)筑物可可分為上上部結(jié)構(gòu)構(gòu)、下部部結(jié)構(gòu)兩兩部分。下下部結(jié)構(gòu)構(gòu)即基礎(chǔ)礎(chǔ)，其作作用是支支承上部部結(jié)構(gòu)荷荷載，并并將其傳傳給地基基，見(jiàn)示示意圖18-1。二、土的生生成和組組成（一）土的的生成土是巖石經(jīng)經(jīng)風(fēng)化（物物理、化化學(xué)、生生物風(fēng)化

2、化）作用用后，再再經(jīng)其他他各種外外力地質(zhì)質(zhì)作用（如如搬運(yùn)、沉沉積）的的產(chǎn)物。是是由固體體顆粒、水水和空氣氣組成的的三相體體，這三三種成分分混合分分布。為為研究方方便，將將三相體體中的固固體顆粒粒（簡(jiǎn)稱稱為土粒粒）、水水和氣體體分別集集中起來(lái)來(lái)，用如如圖18-2所示的的三相組組成示意意圖來(lái)表表示各部部分之間間的數(shù)量量關(guān)系。圖圖中符號(hào)號(hào)的意義義如下：（二）土的的組成及及相關(guān)概概念簡(jiǎn)述述1固相即土的的顆粒，它它的礦物物成分、顆顆粒大小小、形狀狀與級(jí)配配影響土土的物理理力學(xué)性性質(zhì)。(1)土的的粒組，將將土中顆顆粒按適適當(dāng)粒徑徑范圍分分組，使使各組內(nèi)內(nèi)土粒大大小、性性質(zhì)大體體相近。劃劃分粒組組的分界界尺

3、寸，稱稱為界限限粒徑。我我國(guó)按界界限粒徑徑200、20、2、0.005、和0.0005（單位位為mm）把土土粒分為為六組：漂石（塊塊石）、卵卵石、圓圓礫、砂砂粒、粉粉粒和粘粘粒。(2)土的的級(jí)配，即即土中各各粒組的的相對(duì)含含量（各各粒組質(zhì)質(zhì)量占全全部粒組組質(zhì)量的的百分比比），可可通過(guò)顆顆粒分析析試驗(yàn)測(cè)測(cè)得，用用級(jí)配累累計(jì)曲線線表示。如如圖18-3所示為為三種土土樣的級(jí)級(jí)配情況況，利用用級(jí)配曲曲線可求求得不均均勻系數(shù)數(shù)Cu、曲率率系數(shù)Cc以判斷斷土的級(jí)級(jí)配情況況。不均勻系數(shù)數(shù)(18-22)曲率系數(shù)(18-33)式中：d110、d30、d60分別相相當(dāng)于累累計(jì)百分分比含量量為10%、30%和60%

4、的對(duì)應(yīng)應(yīng)粒徑，d10為有有效粒徑徑，d60為限制制粒徑。曲線越緩，Cu越大，表表示土粒粒大小分分布范圍圍越大，Cu10，稱為為級(jí)配良良好的土土，宜作作為良好好地基。反反之，曲曲線越陡陡，土粒粒大小分分布范圍圍越小，Cu5，稱為為均粒土土，其級(jí)級(jí)配不好好，不宜宜做地基基?？勺鲎龇礊V料料。但實(shí)實(shí)際上僅僅用單獨(dú)獨(dú)一個(gè)指指標(biāo)Cu來(lái)確定定土的級(jí)級(jí)配情況況是不夠夠的，還還必須同同時(shí)考察察累計(jì)曲曲線的整整體形狀狀，故需需兼顧曲曲率系數(shù)數(shù)Cu值。當(dāng)同時(shí)滿足足不均勻勻系數(shù)Cu5和曲率率系數(shù)Cc=13這兩個(gè)個(gè)條件時(shí)時(shí)，土為為級(jí)配良良好的土土；如不不能同時(shí)時(shí)滿足，則則土為級(jí)級(jí)配不良良的土。(3)土的的結(jié)構(gòu)，指指土粒

5、及及其集合合體的大大小、形形狀、相相互排列列與聯(lián)結(jié)結(jié)等綜合合特征。有有三種：?jiǎn)瘟＝Y(jié)結(jié)構(gòu)（顆顆粒較大大），如如砂粒、碎碎石；蜂蜂窩結(jié)構(gòu)構(gòu)（顆粒粒較細(xì)），如如粉粒；絮狀結(jié)結(jié)構(gòu)（顆顆粒極細(xì)細(xì)），如如粘粒。(4)土的的構(gòu)造，指指物質(zhì)成成分和顆顆粒大小小等相近近的各部部分土層層之間的的相互聯(lián)聯(lián)系特點(diǎn)點(diǎn)。主要要有層理理構(gòu)造（分分水平、交交錯(cuò)兩種種）、裂裂隙構(gòu)造造和分散散構(gòu)造。2液相即土中中水?？煽梢猿使坦虘B(tài)（冰冰）、液液態(tài)（水水）、氣氣態(tài)（水水蒸氣）存存在于土土中。從從水膜理理論的角角度來(lái)看看，水的的分類如如下：（1）結(jié)合合水強(qiáng)結(jié)合水（吸吸著水） 可塑狀狀態(tài)黏土土僅含此此水呈固固態(tài)弱結(jié)合水（薄薄膜水） 可

6、塑狀狀態(tài)黏土土多含此此水，特特別對(duì)黏黏性土的的性質(zhì)影影響大地下水位以以下透水水層中的的水(2) 自由水水重力水 地下水水位以下下透水層層中的水水毛細(xì)水 孔隙中中的自由由水，也也能在地地下水位位以上存存在3氣相一一一即土土中氣通暢氣 與大氣氣相連，常常存在于于粗粒土土中封閉氣 封閉于于孔隙中中，常存存在于細(xì)細(xì)粒土中中三、土的三三相比例例指標(biāo)（一）由試試驗(yàn)直接接測(cè)定的的基本指指標(biāo)（1）土的的重度（重重力密度度）：可用環(huán)環(huán)刀法、灌灌砂法測(cè)測(cè)定。天然狀態(tài)下下單位體體積土的的重力稱稱為天然然重度(kN/m3)，W =mg，而(18-44)453它與土的礦礦物成分分、孔隙隙大小、含含水多少少等有關(guān)關(guān)。一般

7、般=1622kkN/mm3之間。(2)土的的含水率率：可用烘烘干法、酒酒精燃燒燒法測(cè)定定。土中水的重重力與土土顆粒重重力之比比，稱為為含水率率，常用用百分比比表示(18-55)它反映土的的干濕程程度。含含水率越越大土越越濕越軟軟，地基基土承載載力越低低，我國(guó)國(guó)沿海軟軟黏土含含水量常常接近50%，高者者達(dá)60%70%，地基基土容許許承載力力僅5080kkPa。（3）土里里相對(duì)密密度（舊舊稱“比重”）ds：可用比比重瓶法法測(cè)定。土粒重力與與同體積積4時(shí)水的的重力之之比稱為為土粒相相對(duì)密度度，即(18-66)式中：ww 4時(shí)水的的重度，近近似取w =ll0kNN/m33。其大小隨土土粒礦物物成分而而

8、異。砂砂土約為為2.6652.669，黏土土在2.7722.776之間。土土中含大量有機(jī)質(zhì)質(zhì)時(shí)，土土粒相對(duì)對(duì)密度則則顯著減減少。（二）換算算的物理理性質(zhì)指指標(biāo)1.土的飽飽和重度度satt、浮重重度及干土土重度d(1)飽和和重度satt。土的的孔隙全全部被水水充滿時(shí)時(shí)的重度度，稱為為飽和重重度satt (kkN/mm3)，即 (18-7)(2)浮重重度（有有效重度度）。一般般從地下下水位以以下取出出的土，其其天然重重度，可可作為飽飽和重度度。當(dāng)土土處于地地下水位位以下時(shí)時(shí)，則受受到水的的浮力作作用，單單位土體體積中顆顆粒的有有效重力力，由單單位土體體積中土土顆粒的的重力扣扣除浮力力后的重重度稱為

9、為土的浮浮重度( kN/m3)，即 （w10kkN/mm3） (188-8)(3)干重重度（干干重力密密度）單位土體積積中固體體顆粒的的重力稱稱為土的的干重度度d(kN/m3)，即(18-99)干土重度反反映土顆顆粒排列列的緊密密程度，工工程上用用d作為人人工填土土壓實(shí)質(zhì)質(zhì)量的控控制指標(biāo)標(biāo)。一般d達(dá)達(dá)到l6kkN/mm3以上時(shí)時(shí)，土就就比較密密實(shí)。2.土的孔孔隙比 土中孔孔隙體積積與土的的顆粒體體積之比比，稱為為孔隙比比，即 (188一10)它表明土的的密實(shí)程程度，建建筑物的的沉降與與土的孔孔隙比有有著密切切的關(guān)系系。天然然狀態(tài)的的黏性土土，一般當(dāng)ell.O時(shí)，土土是松軟軟的。高高壓縮性性的淤泥泥質(zhì)土、淤淤泥的e值則高高達(dá)1.5以上。地地基土層層含有ell.O的黏性性土?xí)r，建建筑物的的沉降量量較大。3.土的飽飽和度Sr 土中水水的體積積與孔隙隙體積之之比稱為為飽和度度Sr，以百百分?jǐn)?shù)表表示，即即(18-111)它表示土的的潮濕程程度，如如Sr=1000%，表明明土孔隙隙中充滿