第二章土的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)

第二章土的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)本章學(xué)習(xí)要點(diǎn)：學(xué)習(xí)三相比例關(guān)系的計(jì)算（三相草圖、三個(gè)基本物理實(shí)驗(yàn)、九個(gè)常用三相比例指標(biāo)）、土的物理性質(zhì)指標(biāo)、水理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等內(nèi)容，要求記住三相指標(biāo)的定義式,熟練掌握三相指標(biāo)的換算。學(xué)習(xí)粗粒土和細(xì)粒土壓實(shí)特性與壓實(shí)機(jī)理，擊實(shí)試驗(yàn)與擊實(shí)功對(duì)壓實(shí)曲線的影響的壓實(shí)特性在分層壓實(shí)處理地基中的應(yīng)用意義。第一節(jié)土的物理性質(zhì)土是土粒（固體相），水（液體相）和空氣（氣體相）三者所組成的；土的物理性質(zhì)就是研究三相的質(zhì)量與體積間的相互比例關(guān)系以及固、液兩相相互作用表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)。土的物理性質(zhì)指標(biāo)，可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是必須通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定的，如含水量，密度和土粒比重；另一類(lèi)是可以根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)換算的；如孔隙比，孔隙率和飽和度等。土的基本物理性質(zhì)土的三相圖（見(jiàn)教材P62圖）一、土粒密度（particledensity）土粒密度是指固體顆粒的質(zhì)量m與其體積Vs之比；即土粒的單位s體積質(zhì)量：p=m g/cm3sVs土粒密度僅與組成土粒的礦物密度有關(guān)，而與土的孔隙大小和含

水多少無(wú)關(guān)。實(shí)際上是土中各種礦物密度的加權(quán)平均值。砂土的土粒密度一般為：g/cm3左右粉質(zhì)砂土的土粒密度一般為：cm3粉質(zhì)粘土的土粒密度一般為：~cm3粘土的土粒密度一般為:~cm3土粒密度是實(shí)測(cè)指標(biāo)。二、土的密度（soildensity）土的密度是指土的總質(zhì)量m與總體積V之比，也即為土的單位體積的質(zhì)量。其中：V=Vs+Vv;m=m+msw按孔隙中充水程度不同，有天然密度，干密度，飽和密度之分。1?天然密度（濕密度）（density）天然狀態(tài)下土的密度稱天然密度，以下式表示：g/cm3mm+g/cm3P= = s wVV+Vsv土的密度取決于土粒的密度，孔隙體積的大小和孔隙中水的質(zhì)量多少，它綜合反映了土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征。砂土一般是1.4g/cm3粉質(zhì)砂土及粉質(zhì)粘土1.4g/cm3粘土為1.4g/cm3泥炭沼澤土：1.4g/cm3土的密度可在室內(nèi)及野外現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定。室內(nèi)一般采用“環(huán)刀法”測(cè)定，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，求得環(huán)刀容積；兩者之比值。2?干密度(drydensity)土的孔隙中完全沒(méi)有水時(shí)的密度，稱干密度；是指土單位體積中土粒的重量，即：固體顆粒的質(zhì)量與土的總體積之比值。P=m g/cm3dv干密度反映了土的孔隙生，因而可用以計(jì)算土的孔隙率，它往往通過(guò)土的密度及含水率計(jì)算得來(lái)，但也可以實(shí)測(cè)。土的干密度一般常在~g/cm3在工程上常把干密度作為評(píng)定土體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。3?飽和密度(saturatiodensity)土的孔隙完全被水充滿時(shí)的密度稱為飽和密度。即，土的孔隙中全部充滿液態(tài)水時(shí)的單位體積質(zhì)量，可用下式表示：g/cm3m+Vg/cm3P= svwsatV式中：p:水的密度(工程計(jì)算中可取1g/cm3)w土的飽和密度的常見(jiàn)值為~g/cm3此外:(1)浮密度土的浮密度是土單位體積中土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差，即p'=(m-vP)/V或p丄p-pssw satw由此可見(jiàn):同一種土在體積不變的條件下，它的各種密度在數(shù)值上有如下關(guān)系:p>p>p>p>p'ssatd（2）容重：?jiǎn)挝惑w積的重量三、土的含水性土的含水性指土中含水情況，說(shuō)明土的干濕程度。1．含水率（含水量）土的含水量定義為土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即w二mwX100%二m-msX100%mmss土的含水率也可用土的密度與干密度計(jì)算得到：p—pw=sx100%ps室內(nèi)測(cè)定：一般用“洪干法”，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攝氏度烘至恒重，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。天然狀態(tài)下土的含水率稱土的天然含水率。一般砂土天然含水率都不超過(guò)40%，以10~30%最為常見(jiàn)；一般粘土大多在10~80%之間，常見(jiàn)值20~50%。土的孔隙全部被普通液態(tài)水充滿時(shí)的含水率稱飽和含水率Vpw=—v_wx100%satmsp水的密度,又稱飽和水容度。w飽和含水率又稱飽和水密度，它既反映了水中孔隙充滿普通液態(tài)水時(shí)的含水特性，又反映了孔隙的大小。土的含水率又可分為體積含水率與引用體積含水率：體積含水率n：為土中水的體積與體積之比。w=VwX100%V引用體積含水率e：為土中水的體積與土粒體積之比。W=VwX100%V2?飽和度(degreeofsaturation)定義為：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即：vs=wx100%rvv或天然含水率與飽和含水率之比ws二X100%rwsat飽和度愈大，表明土中孔隙中充水愈多，它在0~100%；干燥時(shí)Sr=0?？紫度繛樗涮顣r(shí)，Sr=100%。工程上Sr作為砂土濕度劃分的標(biāo)準(zhǔn)。Sr<50%稍濕的Sr=50~80%很濕的Sr>80%飽和的工程研究中，一般將Sr大于95%的天然粘性土視為完全飽和土;而砂土Sr大于80%時(shí)就認(rèn)為已達(dá)到飽和了。四、土的孔隙性孔隙性指土中孔隙的大小，數(shù)量、形狀、性質(zhì)以及連通情況。

1?孔隙率(porosity)與孔隙比(voidratio)孔隙率(n)：是土的孔隙體積與土體積之比，或單位體積土中孔隙的體積，以百分?jǐn)?shù)表示，即：n=Vvx100%V孔隙比：定義為土中孔隙體積與土粒體積之比，以小數(shù)表示，即：Ve=—s孔隙比和孔隙率(度)都是用以表示孔隙體積含量的概念。兩者有如下關(guān)系：e或nn= e=——1+e 1一n土的孔隙比或孔隙度都可用來(lái)表示同一種土的松，密程度。它隨土形成過(guò)程中所受的壓力、粒徑級(jí)配和顆粒排列的狀況而變化。一般說(shuō)：粗粒土的孔隙度小，細(xì)粒土的孔隙度大。孔隙比e是個(gè)重要的物理性指標(biāo)，可以用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程度。一般e〈的土是密實(shí)的低壓縮性土；e＞的土是疏松的無(wú)壓縮性土。隙率和孔隙比，有如下關(guān)系：飽和含水率是用質(zhì)量比率來(lái)反映土的孔隙性結(jié)構(gòu)指標(biāo)的，它與孔隙率和孔隙比，有如下關(guān)系：n=w?satpwpe=w?satpw2?砂土的相對(duì)密度對(duì)于砂土，孔隙比有最大值與最小值，即最松散狀態(tài)和最緊密狀態(tài)的孔隙比。e：一般采用“振擊法”測(cè)定；mine：一般用“松砂器法”測(cè)定。max砂土的松密程度還可以用相對(duì)密度來(lái)評(píng)價(jià)e-eD= max re-emaxnin式中：e:最大孔隙比。maxe：最小孔隙比。mine：天然孔隙比。砂土按相對(duì)密度分類(lèi)：0<Dr<0.33疏松的0.33<Dr<0.66中密的0.66<Dr<1密實(shí)的通常砂土的相對(duì)密度的實(shí)用表達(dá)式為：(p-p)p(p -p)pdmax dmind因?yàn)樽畲蠡蜃钚「擅芏瓤芍苯忧蟮?。Dr在工程上常應(yīng)用于：(1)評(píng)價(jià)砂土地基的允許承載力；(2)評(píng)價(jià)地震區(qū)砂體液化；(3)評(píng)價(jià)砂土的強(qiáng)度穩(wěn)定性。例題：某天然砂層，密度為cm3,含水量13%,由試驗(yàn)求得該砂土的最小干密度為cm3；最大干密度為g/cm3；問(wèn)該砂層處于哪種狀態(tài)解：已知：p—1.47w—13%p —1.20g/cm3p —1.66g/cm3dmin dmax

由公式：p-p得p—1.30g/cm31+w d門(mén) (p—p )p (1.30—1.20)x1.66Dr—d dmindmax— —0?28Ip —p 丿p (1.66—1.20)x1.30dmax dmindD二0.28<0.33r該砂層處于疏松狀態(tài)五、基本物理性質(zhì)指標(biāo)間的相互關(guān)系1、孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積V=1,則孔隙體積V二e，土體體積svV—V+V—1+e， 亠或sv V1+e2、干密度與濕密度和含水量的關(guān)系設(shè)土體體積V=l,設(shè)土體體積V=l,則土體內(nèi)土粒質(zhì)量m—p，水的質(zhì)量：m—wpd wd于是由：p=m=代+m=p(i+w)VVdP丄d1+w3、孔隙比與比重和干密度的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積Vs-1，則孔隙體積V-e，土粒質(zhì)量m-p，ss于是：由一令得:p1e— 4—1pd_Gp1e——s——w—1pd

4、飽和度與含水量，比重和孔隙比的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積Vs=l,則孔隙體積V二e，土粒質(zhì)量m二p，vss孔隙水質(zhì)量m二wpws孔隙水體積：V二怛wpwwps-由：S二Vw得S厶=怛=wGrVvre ep ew當(dāng)S=100%時(shí)，土飽和，則:re=wGms式中：w——飽和含水量，G：土粒比重。ms常見(jiàn)的物理性質(zhì)指標(biāo)及互相關(guān)系換算公式見(jiàn)教材P69表5-5例題：某原狀土樣，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得天然密度p-1.67g/cm3含水量w=12。9%,土粒比重Gs=,求孔隙比e,孔隙度n和飽和度Sr。解：繪三相草圖設(shè)土的體積V=根據(jù)密度定義得：m=pV=1.67x1=1.67g2)根據(jù)含水量定義得：2)根據(jù)含水量定義得：m=wm=0.129mw s s從三相圖可知：m=m+m+mawsssm+m=m，即0.129m+m=1.67ssws1.67一父?m= =1.18gs1.129m=1.67一1.48=0.19gw

3）根據(jù)土粒比重定義：土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在4攝氏度時(shí)質(zhì)量之比，即G二巴）上sVp4度丿Psw w?G=2.67p=1

swp=2.67x1=2.67g/cm3sm1.48V=—s= =0.554cm3sp2.67s4)Vw0.1904)Vw0.1901.0=0.190cm35）從三相可知V=V+V+V=1cm3awS或V=1-V-V=1-0.554-0.190=0.256cm3a ws.??V=V-V=1-0.554=0.446vs(6)根據(jù)孔隙比定義：e=X得VsV+VV+Ve=―a wVs0.256+0.190.554=0.805⑺根據(jù)孔隙度定義：n=V得0.256+0.19n==0.4460.256+0.19n==0.446=44.6%0.805n=1+0.805=0.446=44.6%8）根據(jù)飽和度定義：0.190.256+0.190.256+0.19=0.426=42.6%例題?薄壁取樣器采取的土樣，測(cè)出其體積V與重量分別為和,把土樣放入烘箱烘干，并在烘箱內(nèi)冷卻到室溫后，測(cè)得重量為。試求土樣的p（天然密度），p（干密度），w（含水量），e（孔隙比），nd（孔隙率）,飽和度。（g二2.69）s解：①TOC\o"1-5"\h\zm m+m 67.21解：①P= =——s w=V V+V 38.40sv-s49.3538.40-s49.3538.40=1.285g/cm3③w= X100%=m_ms=67.21-49.35x100%=36.19%m m 49.35ss④e=GsPw—1=2.69X1—1=1.093p 1.285d⑤n=F=吊x100%=52-22%⑥Sr=呼=喘F=89.07%第二節(jié)土的水理性質(zhì)一、粘性土的稠度（consistency）和塑性（plasticity）（一）稠度與液性指數(shù)粘性土的物理狀態(tài)常以稠度來(lái)表示。稠度的涵義是指土體在各種不同的濕度條件下，受外力作用后所具有的活動(dòng)程度。粘性土的稠度，可以決定粘性土的力學(xué)性質(zhì)及其在建筑物作用下的性狀。在土質(zhì)學(xué)中，常采用下列稠度狀態(tài)來(lái)區(qū)別粘性土在各種不同溫度條件下所具備的物理狀態(tài)。粘性土的標(biāo)準(zhǔn)稠度及其特征

稠度狀態(tài)稠度的特征標(biāo)準(zhǔn)溫度或稠度界線液體狀液流狀呈薄層流動(dòng)觸變界限液限Wc粘著性界限塑限Wp收縮界限Ws粘流狀（觸變狀）呈厚層流動(dòng)塑體狀粘塑狀具有塑體的性質(zhì)，并粘著其他物體稠塑狀具有塑體的性質(zhì)，但不粘著其他物體固體狀半固體狀失掉塑體性質(zhì)，具有半固體性質(zhì)固體狀具有固體性質(zhì)相鄰兩稠度狀態(tài)，既相互區(qū)別又是逐漸過(guò)渡的，稠度狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變界限叫稠度界限，用含水量表示，稱界限含水量。在稠度的各界限值中，塑性上限（W1）和塑性下限（Wp）的實(shí)際意義最大。它們是區(qū)別三大稠度狀態(tài)的具體界限，簡(jiǎn)稱液限和塑限。土所處的稠度狀態(tài)，一般用液性指數(shù)IL（即稠度指標(biāo)B）來(lái)表示W(wǎng)-WI= pLW-Wcp式中：W—天然含水量W1—液限含水量Wp—塑限含水量按液性指數(shù)(IL)粘性土的物理狀態(tài)可分為：堅(jiān)硬：I<0軟塑：0.75<I<1LL硬塑：0<I<0.25 流塑：I>1LL可塑：IL<0.75在稠度變化中，土的體積隨含水量的降低而逐漸收縮變小，到一定值時(shí)，盡管含水量再降低，而體積卻不再縮小，其變化過(guò)程見(jiàn)教材圖所示。塑性和塑性指數(shù)(plasticityindex)塑性的基本特征：(1)物體在外力作用下，可被塑成任何形態(tài)，而整體性不破壞；即不產(chǎn)生裂隙。(2)外力除去后，物體能保持變形后的形態(tài)，而不恢復(fù)原狀。有的物體是在一定的溫度條件下具有塑性；有的物體在一定的壓力條件下具有塑性；而粘性土則是在一定的濕度條件下具有塑性粘性土具有塑性，砂土沒(méi)有塑性，故粘性土又稱塑性土，砂土稱非塑性土。在巖土工程中常用二個(gè)界限含水量(又稱Atterberg界限，瑞典土壤學(xué)家，1911年)表示粘性土的塑性。、塑性下限或稱塑限：是半固態(tài)和塑態(tài)的界限含水量，它是使土顆粒相對(duì)位移而土體整體性不破壞的最低含水量。、塑性上限或稱液限：即塑態(tài)與流態(tài)的界限含水量，也即是強(qiáng)結(jié)合水加弱結(jié)合水的含量。二個(gè)界限含水量的差值為塑性指數(shù)(plasticityindex)，即：Ip=Wl－Wp塑性指數(shù)表示粘性土具有可塑性的含水量變化范圍，以百分?jǐn)?shù)表示。塑性指數(shù)數(shù)值愈大，土的塑性愈強(qiáng)，土中粘粒含量越多。例題：從某地基取原狀土樣，測(cè)的土的液限為%，塑限為%，天然含水量為%，問(wèn)地基土處于何種狀態(tài)解：已知：w=37.4%w=23.0%w二16.0%cpI二w-w二0.374-0.23二0.144二14.4%pLpI二二二°26一°23二0.21lI 0.144p?0＜，L-0.25???該地基土處于硬塑狀態(tài)（三）影響粘性土可塑性的因素粘性土塑性大小決定于土的成分及孔隙水溶液的性質(zhì)。土的成分包括粒度成分、礦物成分及交換陽(yáng)離子成分；孔隙水溶液的性質(zhì)是指化學(xué)成分及濃度。1、礦物成分（1） 土的礦物成分不同，其晶格構(gòu)造各異，對(duì)水的結(jié)合程度不一樣；例如：蒙脫石具有較大的可塑性。（2） 礦物成分決定著顆粒的形狀與分散程度。只有片狀結(jié)構(gòu)的礦物破壞后才表現(xiàn)出可塑性。例如：黑云母，綠泥石，高嶺石等。（3） 礦物成分還影響著土的分散程度；

2、有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土的可塑性有明顯的影響表層土含有機(jī)質(zhì)較多，因有機(jī)質(zhì)的分散度較高，顆粒很細(xì)，比表面積大，當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)，無(wú)論液限值或塑限值均較高。3、土中的可溶鹽類(lèi)溶于水后，改變了水溶液的離子成分和濃度，從而影響擴(kuò)散層厚度的變化，導(dǎo)致土的可塑性的增強(qiáng)或減弱。4、粒度成分對(duì)粘性土可塑性的影響主要取決于土中粘粒含量的多少；粘粒含量愈多，分散程度愈高，具有較大的可塑性。5、孔隙溶液的化學(xué)成分，濃度和PH值對(duì)可塑性的影響，是通過(guò)Z電位、擴(kuò)散層的厚度的影響表現(xiàn)出來(lái)的。一般來(lái)說(shuō)：PH-PHieT大或Z-大，dt大二粘性性的可塑性增強(qiáng)。當(dāng)PH二PHie,粘性土基本上不表現(xiàn)塑性。（四）粘性土的活性指數(shù)粘性土的粘性和可塑性被認(rèn)為是由顆粒表面的吸著水引起的。因此,塑性指數(shù)的大小在一定程度上反映了顆粒吸附水能力的強(qiáng)弱。Skempton（斯開(kāi)普頓）通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：對(duì)給定的土，其塑性指數(shù)與小于顆粒的含量成正比,并建議用活性指標(biāo)來(lái)衡量土內(nèi)粘土礦物吸附水的能力。其中：A――活性指數(shù)或親水性指數(shù)。根據(jù)活性指標(biāo)的大小,他把粘性土分為：

非活性粘土：A<0.75正常粘土：A二0.75?1.25活性粘土：A>1.25活性粘土的礦物成分以吸水能力很強(qiáng)的蒙脫石等礦物為主，而非活性粘土中的礦物成分，則以高嶺石等吸水能力較差的礦物為主。（五）靈敏度（St）靈敏度反映粘性土結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱。S=紅tq粘性土的靈敏度0粘性土的靈敏度式中：St原狀土的靈敏度q0q0塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原狀土密度、含水量相同，結(jié)構(gòu)完全破壞的重=4=4?8靈敏=8~16很靈敏>16流動(dòng)S<1不靈敏tS=1?2低靈敏tS=2?4中等靈敏t靈敏度高的土，其結(jié)構(gòu)性愈高，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈多施工時(shí)應(yīng)特別注意保護(hù)基槽，使結(jié)構(gòu)不擾動(dòng)，避免降低地基強(qiáng)度。觸變性：當(dāng)粘性土結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)時(shí)，土的強(qiáng)度降低。但靜置一段時(shí)間，土的強(qiáng)度又逐漸增長(zhǎng)，這種性質(zhì)稱為土的觸變性。這是由于土粒、離子和水分子體系隨時(shí)間而趨于新的平衡狀態(tài)之故。二、粘性土的脹縮性及崩解性一)粘性土的脹縮性粘性土由于含水量的增加而發(fā)生體積增大的性能稱膨脹性；由于土中水分蒸發(fā)而引起體積減少的性能稱收縮性；兩者統(tǒng)稱脹縮性。粘性土的膨脹性和收縮性對(duì)基坑、邊坡、坑道及地基土的穩(wěn)定性有著很重要的意義。1、膨脹性(expansibility)一般認(rèn)為引起土體膨脹的原因主要有以下幾方面：粘粒的水化作用、粘性表面雙電層的形成、擴(kuò)散層增厚等因素。其膨脹大致分兩個(gè)階段：第一階段：干粘粒表面吸附單層水分子；“晶層間膨脹”或“粒間膨脹”第二階段：由于雙電層的形成，使粘?；蚓舆M(jìn)一步推開(kāi)?！皾B透膨脹”粘性土的膨脹性常用下列指標(biāo)表示：膨脹率e：原狀土樣膨脹后體積的增量與原體積之比，以百分P率表示。AVV—Ve二一二-亠x100%pVV00常用線膨脹率：ph0式中：h 土樣原來(lái)的高度，cm0h 土樣膨脹穩(wěn)定后的高度，cm若e直接以小數(shù)表示時(shí)，稱膨脹系數(shù)。P膨脹力P:土樣膨脹時(shí)產(chǎn)生的最大壓力值。pP=10Xw(KPa)pA式中：W――施加在試樣上的總平衡荷載，NA 試件面積，cm2膨脹含水率Wsl:土樣膨脹穩(wěn)定后的含水率，此時(shí)擴(kuò)散層已達(dá)到最大厚度，結(jié)合水含量增至極限狀態(tài)。mW X100%slms式中：m―一土樣膨脹穩(wěn)定后土中水的質(zhì)量，gslms 干土樣的質(zhì)量，g自由膨脹率F:一定體積的擾動(dòng)風(fēng)干土樣體積之增量與原體積s之比，以百分率表示。V—VF二 ox100%sV0式中：V一一烘干土的原始體積0V――膨脹變形穩(wěn)定后的體積2、收縮性(shrinkage)粘性土的收縮性是由于水分蒸發(fā)引起的。其收縮過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段(AB)表示了土體積的縮小與含水率的減小成正比,呈直線關(guān)系；土之減小的體積等于水分散失的體積；第二階段(BC)表示了土體積的縮小與含水率的減少呈曲線關(guān)系。土體積的減少量小于失水體積，隨著含水率的減少，土體積收縮愈來(lái)愈慢。見(jiàn)教材圖所示。若將體積變化與失水體積呈直線部分外推延長(zhǎng)至Y軸，那么CE為空氣所占的孔隙容積；EO為固體顆粒的體積，由C點(diǎn)引水平線交AB的延長(zhǎng)線于D,則D點(diǎn)的含水率即為收縮限Ws。當(dāng)土中含水率小于收縮限Ws時(shí)，土體積收縮極??；隨著含水率的增加，土體積增大，當(dāng)含水率大于液限時(shí)，土體坍塌。所以液限與縮限為土與水相互作用后，土體積隨含水率變化之上、下限，以縮性指數(shù)Is表示。I=w一wsLs表征粘性土的收縮性指標(biāo)有：1） 體縮率e：試樣收縮減小的體積與收縮前體積的比值。以百S分率表之。V一Ve=0x100%sV0式中：V——收縮前的體積，cm30V 收縮后的體積，cm32） 線縮率e:試樣收縮后的高度減小量與原高度之比，以百分sl率表之。l一le=-ox100%sll0式中：l 試樣原始高度，cm0/―一試樣經(jīng)收縮后的高度，cm3） 縮限Ws：作圖法求得4） 收縮系數(shù)：作圖法求得（二）粘性土的崩解性（slaking）定義：粘性土由于浸水而發(fā)生崩解散體的特性稱崩解性。粘性土的崩解形式是多種多樣的：有的是均勻的散粒狀，有的呈鱗片狀，碎塊狀或崩裂狀等。崩解現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于土水化，使顆粒間連接減弱及部分膠結(jié)物溶解而引起的崩解。是表征土的抗水性的指標(biāo)。評(píng)價(jià)粘性土的崩解性一般采用下列三個(gè)指標(biāo)：1、 崩解時(shí)間：一定體積的土樣完全崩解所需的時(shí)間；2、 崩解特征：土樣在崩解過(guò)程的各種現(xiàn)象，即出現(xiàn)的崩解形式3、 崩解速度：土樣在崩解過(guò)程中質(zhì)量的損失與原土樣質(zhì)量之比和時(shí)間的關(guān)系。土崩解性的影響因素（1）物質(zhì)成分：礦物成分，粒度成分及交換陽(yáng)離子成分；（2） 土的結(jié)構(gòu)特征（結(jié)構(gòu)連接）；（3） 含水量；（4）水溶解的成分及濃度。一般來(lái)說(shuō)：土的崩解性在很大程度上與原始含水量有關(guān)。干土或未飽和土比飽和土崩解得要快得多。三、粘性土透水性（自修）四、粘性土毛細(xì)性（自修）第三節(jié)土的力學(xué)性質(zhì)定義：是指土在外力作用下所表現(xiàn)的性質(zhì)，主要為變形和強(qiáng)度特性。一、土的壓縮性（一）土的壓縮變形的本質(zhì)土的壓縮性是指在壓力作用下體積壓縮小的性能。從理論上，土的壓縮變形可能是：（1）土粒本身的壓縮變形；（2）孔隙中不同形態(tài)的水和氣體的壓縮變形；（3）孔隙中水和氣體有一部分被擠出，土的顆粒相互靠攏使孔隙體積減小。試驗(yàn)表明：土的壓縮是氣體壓縮的結(jié)果。接近自然界的假設(shè)：土的壓縮主要是由于孔隙中的水分和氣體被擠出，土粒相互移動(dòng)靠攏，致使土的孔隙體積減小而引起的。研究土的壓縮性，就是研究土的壓縮變形量和壓縮過(guò)程，既研究壓力與孔隙體積的變化關(guān)系以及孔隙體積隨時(shí)間變化的情況。有側(cè)限壓縮（無(wú)側(cè)脹壓縮）：指受壓土的周?chē)艿较拗?，受壓過(guò)程中基本上不能向側(cè)面膨脹，只能發(fā)生垂直方向變形。無(wú)側(cè)限壓縮（有側(cè)脹壓縮）：受壓土的周?chē)旧蠜](méi)有限制，受壓過(guò)程中除垂直方向變形外，還將發(fā)生側(cè)向的膨脹變形。研究方法：室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)兩種。(二)壓縮試驗(yàn)和壓縮系數(shù)1．壓縮曲線：若以縱坐標(biāo)表示在各級(jí)壓力下試樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比e,以橫坐標(biāo)表示壓力p,根據(jù)壓縮試驗(yàn)的成果，可以繪制出孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，稱壓縮曲線。壓縮曲線的形狀與土樣的成分，結(jié)構(gòu)，狀態(tài)以及受力歷史等有關(guān)。若壓縮曲線較陡，說(shuō)明壓力增加時(shí)孔隙比減小得多，則土的壓縮性高；若曲線是平緩的，則土的壓縮性低。2?壓縮系數(shù)：e-p曲線中某一壓力范圍的割線斜率稱為壓縮系數(shù)。el—e2 Aeei—ea=tga= ^或a=—= i+^p2—pl App—pii+1此式為土的力學(xué)性質(zhì)的基本定律之一，稱為壓縮定律。其比例系數(shù)稱為壓縮系數(shù)，用a表示，單位是1/Mpa壓縮系數(shù)是表示土的壓縮性大小的主要指標(biāo)，壓縮系數(shù)大，表明在某壓力變化范圍內(nèi)孔隙比減少得越多，壓縮性就越高。在工程實(shí)際中，規(guī)范常以p=,p=的壓縮系數(shù)即a作為判斷土121-2的壓縮性高低的標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)壓縮曲線較平緩時(shí)，也常用p=100Kpa和1p=300Kpa之間的孔隙比減少量求得a。3 1-3低壓縮性土：aV1-2中壓縮性土：WaVMpa-i1-2高壓縮性土：aNMpa-ii-23?壓縮指數(shù)(Cc)：將壓縮曲線的橫坐標(biāo)用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示。Cc=(e1-e2)/(lgp—lgp),因?yàn)閑-lgp曲線在很大壓力范圍內(nèi)為一直2i線，故Cc為一常數(shù)，故用e-lgp曲線可以分析研究Cc,Cc越大，土的壓縮性越高。當(dāng)CcV時(shí)，屬于低壓縮性土；當(dāng)Cc＞時(shí)屬于高壓縮性土。壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)關(guān)系：Cc=aP2-p1lgP2-lgplCca-〒——-lg（p2/P1）P2-Pl4?壓縮模量（Es）：是指在側(cè)限條件下受壓時(shí)壓應(yīng)力&z與相應(yīng)應(yīng)變q之比值；即zEs=8/q 單位：Mpazz壓縮模量與壓縮系數(shù)之關(guān)系：Es越大，表明在同一壓力范圍內(nèi)土的壓縮變形越小，土的壓縮性越低。Es=1+e1/a式中：el:相應(yīng)于壓力pl時(shí)土的孔隙比。a:相應(yīng)于壓力從p增至p時(shí)的壓縮系數(shù)。l2（三）載荷試驗(yàn)和變形模量室內(nèi)有側(cè)限的壓縮試驗(yàn)不能準(zhǔn)確地反映土層的實(shí)際情況，因此，可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位載荷試驗(yàn)，某條件近似無(wú)側(cè)限壓縮。載荷試驗(yàn)結(jié)果可以繪制壓力P與變形量s的關(guān)系和變形量s與時(shí)間T的關(guān)系曲線。從載荷試驗(yàn)結(jié)果可看出，一般土地基的變形可分為三個(gè)不同階段：1?壓密變形階段：相當(dāng)于曲線oa段，s-p的關(guān)系近直線，此階段變形主要是土的孔隙體積被壓縮而引起土粒發(fā)生垂直方向?yàn)橹鞯奈灰?，稱壓密變形。地基土在各級(jí)荷載作用下變形，是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而趨于穩(wěn)定。2?剪切變形階段：相當(dāng)于曲線的ab段，s-p的關(guān)系不再保持直線關(guān)系，而是隨著p的增大，s的增大逐漸加大。此階段變形是在壓密變形的同時(shí)，地基土中局部地區(qū)的剪應(yīng)力超過(guò)土的抗剪強(qiáng)度，而引起土粒之間相互錯(cuò)動(dòng)的位移，稱剪切變形，也稱塑性變形。地基由壓密變形階段過(guò)渡到局部剪切變形階段的臨界荷載，稱為地基土的臨塑荷載或比例界限壓力。3．完全破壞階段：塑性變形區(qū)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致地基穩(wěn)定性的逐漸降低，而且趨向完全破壞階段。即b點(diǎn)以下的一段。地基達(dá)到完全破壞時(shí)的臨界荷載，稱為地基的極限荷載。相當(dāng)b的壓力。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，若作用在基礎(chǔ)底面每單位面積的壓力不超過(guò)地基土的臨塑荷載，則一般能保證地基的穩(wěn)定和不致產(chǎn)生過(guò)大的變形，確保建筑物的安全和正常使用。故常選用臨塑荷載作為地基土的允許承載力。載荷試驗(yàn)的結(jié)果，除了用以確定地基土的允許承載力外，還可以提供地基計(jì)算中所需要的另一個(gè)壓縮性指標(biāo)——變形模量E0。0變形模量E：是指在無(wú)側(cè)限條件下受壓時(shí)，壓應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)變之0比值，即E=8z/e

0z土的變形模量，一般是用載荷試驗(yàn)成果繪制的s-p關(guān)系曲線，以曲線中的直線變形段，按彈性理論公式求得，即E=(l—?2)P/Sd0式中:u：土的泊松比；P:載荷板上的總荷重；S：與載荷P相應(yīng)的壓縮量；d：相應(yīng)于園形荷載板的直徑cm,即d「込（式中A為載荷板面積）兀（四）土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系土的變形模量和壓縮模量，是判斷土的壓縮性和計(jì)算地基壓縮變形量的重要指標(biāo)。為了建立變形模量和壓縮模量的關(guān)系，在地基設(shè)計(jì)中，常需測(cè)量土的側(cè)壓力系數(shù)E和側(cè)膨脹系數(shù)u。側(cè)壓力系數(shù)E：是指?jìng)?cè)向壓力6與豎向壓力&z之比值，即：XC=6x/6z土的側(cè)膨脹系數(shù)u（泊松比）：是指在側(cè)向自由膨脹條件下受壓時(shí)，側(cè)向膨脹的應(yīng)變^與豎向壓縮的應(yīng)變注之比值，即U=ex/￡z根據(jù)材料力學(xué)廣義胡克定律推導(dǎo)求得§和》的相互關(guān)系，g=u/（l—u）或u=￡/（1+e）土的側(cè)壓力系數(shù)可由專門(mén)儀器測(cè)得，但側(cè)膨脹系數(shù)不易直接測(cè)定，可根據(jù)土的側(cè)壓力系數(shù)，按上式求得。在土的壓密變形階段，假定土為彈性材料，則可根據(jù)材料力學(xué)理論，推導(dǎo)出變形模量E和壓縮模量Es之間的關(guān)系。0E0二（1-蘭^）Es，令B=1—蘭11—u 1—u則Eo=BEs當(dāng)卩=0?時(shí)，B=1?0,即Eo/Es的比值在0?1之間變化，即一般Eo小于Es。但很多情況下Eo/Es都大于1。其原因?yàn)椋阂环矫媸峭敛皇钦嬲膹椥泽w，并具有結(jié)構(gòu)性；另一方面就是土的結(jié)構(gòu)影響；三是兩種試驗(yàn)的要求不同；（五）土的受力歷史和前期固結(jié)壓力膨脹曲線：在作壓縮試驗(yàn)得到壓縮曲線后，然后逐漸御去荷重，算出每級(jí)御荷后膨脹變形穩(wěn)定時(shí)的孔隙比，則可繪出御荷后的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，稱膨脹系數(shù)。彈性變形：在御荷后可以恢復(fù)的那部分變形，稱土的彈性變形，主要是結(jié)合水膜的變形封閉氣體的壓縮和土粒本身的彈性變形等。殘余變形：御荷后，仍不能恢復(fù)的那部分變形，稱土的殘余變形。因?yàn)橥亮：徒Y(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生相對(duì)位移，改變了原有接觸點(diǎn)位置；孔隙水和氣體被擠出。試驗(yàn)結(jié)果表明：土的殘余變形常比彈性變形大得多。1．?dāng)_動(dòng)飽和粘性土的壓縮曲線：由圖（見(jiàn)教材P97圖6-7）可見(jiàn)，再壓縮曲線和膨脹曲線只能在壓縮曲線的左方，并以壓縮主支曲線為界線。若以半對(duì)數(shù)坐標(biāo)，即用lgp為橫坐標(biāo)，則試驗(yàn)證明壓縮主支曲線是一條直線。2．重負(fù)荷載作用下的壓縮曲線：條件：用不太大的同一壓力重復(fù)加荷和御荷，彈性變形和殘余變形將隨著重復(fù)次數(shù)的增加而減小，壓縮曲線越來(lái)平緩，其中殘余變形減小的更快，荷載重復(fù)次數(shù)足夠多時(shí)，新的殘余變形將會(huì)更小，直至完全消失，土就具有彈性變形的性質(zhì)。見(jiàn)教材P97圖6-8。3．?dāng)_動(dòng)土和原狀土的壓縮曲線由于原狀土具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)聯(lián)接力，當(dāng)外加荷重較小，沒(méi)有克服這種阻力時(shí)，土不會(huì)發(fā)生壓縮；只有當(dāng)外荷大于土的結(jié)構(gòu)阻力，土才開(kāi)始?jí)嚎s。因此原狀土的壓縮曲線一般比擾動(dòng)土的壓縮曲線要平緩。一般來(lái)說(shuō)重復(fù)加荷、御荷以及土的結(jié)構(gòu)、成分、狀態(tài)對(duì)土的壓縮性的影響很大，特別是土體的受力歷史應(yīng)引起足夠的重視。歷史上的荷載作用，使土層保留一定的結(jié)構(gòu)性，對(duì)土的壓縮性有一定影響。土的前期固結(jié)壓力：是指土層在過(guò)去歷史上曾經(jīng)受過(guò)的最大固結(jié)壓力，通常用Pc來(lái)表示。前期固結(jié)壓力也是反映土體壓密程度及判c別其固結(jié)狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。固結(jié)比：OCR=Pc/Po目前土層所承受的上覆土的自重壓力Po進(jìn)行比較，可把天然土層分三種不同的固結(jié)狀態(tài)。Pc=Po，稱正常固結(jié)土，是指目前土層的自重壓力就是該地層在歷史上所受過(guò)的最大固結(jié)壓力。Pc>Po,稱超前固結(jié)土，是指土層歷史上曾受過(guò)的固結(jié)力，大于現(xiàn)有土的自重壓力。使土層原有的密度超過(guò)現(xiàn)有的自重壓力相對(duì)的密度，而形成超壓狀態(tài)。（3） PcVPo，稱欠固結(jié)土，即土層在自重壓力下尚未完成固結(jié)。新近沉積的土層如淤泥、充填土等處于欠壓密狀態(tài)。一般當(dāng)施加土層的荷重小于或等于土的前期固結(jié)壓力時(shí)，土層的壓縮變形量將極小甚至可以不計(jì)；當(dāng)荷重超過(guò)土的前期固結(jié)壓力時(shí)，土層的壓縮變形量將會(huì)有很大的變化。在其它條件相同時(shí)，超固結(jié)土的壓縮變形量＜正常固結(jié)土的壓縮量＜欠固結(jié)土的壓縮量。（六）土的壓縮過(guò)程土是松軟多孔，它在荷重作用下的壓縮變形不是瞬時(shí)就能達(dá)到穩(wěn)定，而是需要有個(gè)時(shí)間過(guò)程，所需時(shí)間的長(zhǎng)短隨土層性質(zhì)，排水條件和地基情況而不同。在壓縮過(guò)程中，由外力荷重使土中一點(diǎn)引起的壓應(yīng)力6,是由兩種不同的壓力來(lái)分擔(dān)：1．有效壓力6,,由土顆粒接觸點(diǎn)所承擔(dān)的壓力（又粒間壓力）；2?孔隙水壓力卩，即由孔隙中水所承擔(dān)的壓力（指超靜水壓力）。土的壓縮過(guò)程,實(shí)質(zhì)是這兩種壓力的分擔(dān)轉(zhuǎn)移過(guò)程。當(dāng)壓力剛加上,孔隙中水來(lái)不及排出,6完全由水來(lái)承擔(dān)；即6=卩，6,=0；水在孔隙水壓力卩的作用下，逐漸向外排出，土粒逐漸承擔(dān)孔隙水減小的那部分壓力，壓應(yīng)力由□和6‘兩部分承擔(dān)，當(dāng)有效壓力逐漸增大到全部承擔(dān)壓應(yīng)力時(shí)，水便停止流出，這時(shí)6,=6,u=0,壓縮過(guò)程也就停止?？梢?jiàn)：（1）只有有效壓力才能壓縮土的孔隙體積，引起土的壓縮，這種由孔隙水的滲透而引起的壓縮過(guò)程，稱為滲透固結(jié)。（2）滲透固結(jié)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是孔隙水壓力向有效壓力轉(zhuǎn)移的過(guò)程；這一過(guò)程所需的時(shí)間，就是地基壓縮變形達(dá)到最終穩(wěn)定的時(shí)間。壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間的長(zhǎng)短，常取決于孔隙水的向外滲流的速度。（七）影響土的壓縮性的主要因素土的壓縮性實(shí)質(zhì)上說(shuō)明土的孔隙和連結(jié)在外力作用下可能產(chǎn)生的變化。影響土的壓縮性的主要因素包括土的粒度成分和礦物成分、含水率、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。土的受力條件（受力性質(zhì)、大小、速度等）也影響著土的壓縮特點(diǎn)。1．粒度成分和礦物成分的影響（1）在常見(jiàn)的可塑狀態(tài)下，隨著粘粒含量的增多，結(jié)合水膜愈厚，土的透水性減弱，壓縮量增大而固結(jié)速度緩慢。（2）親水性強(qiáng)的礦物形成的結(jié)合水膜較厚，尤其在飽和軟塑狀態(tài)下，則土的壓縮量較大，固結(jié)較慢。（3）腐殖質(zhì)含量愈多，土的壓縮性越大，固結(jié)越慢。土的塑性指數(shù)或液限能綜合說(shuō)明粒度和礦物成分的影響。一般飽和粘性土，塑性指數(shù)或液限愈大，則土的壓縮系數(shù)或壓縮指數(shù)愈大。國(guó)外根據(jù)試驗(yàn)成果總結(jié)出飽和粘性土壓縮指數(shù)C和液限W具有CL大致的關(guān)系：C=（W-10）CL2．含水率的影響天然含水率或塑性指數(shù)\決定著土的連結(jié)強(qiáng)度，隨著含水率的增大，土的壓縮性增強(qiáng)。3．密實(shí)度的影響粘性土的密實(shí)度與連結(jié)有關(guān)，隨著密實(shí)度的增大（孔隙比較?。?，土的接觸點(diǎn)有所增多，連結(jié)增強(qiáng)，則土的壓縮性減弱。4．結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)也影響著土的連結(jié)強(qiáng)度，原狀土和擾動(dòng)土是不一樣的，擾動(dòng)土的壓縮性比原狀土增強(qiáng)。5．構(gòu)造特征的影響土的構(gòu)造特征不同，其所受的固結(jié)壓力也不同，故壓縮性也不同。6．受力歷史的影響經(jīng)卸荷后再加荷的再壓縮曲線比較平緩，重復(fù)次數(shù)愈多，則曲線愈緩，可見(jiàn)受力歷史的影響。在研究土的壓縮性，必須結(jié)合土的受荷歷史，考慮前期固結(jié)壓力影響，才能得出更符合實(shí)際的結(jié)果。7．增荷率和加荷速度的影響增荷率愈大，則土的壓縮性愈高。加荷速度越快，土的壓縮性愈快。8．動(dòng)荷載的影響在動(dòng)荷載的作用下，土將產(chǎn)生附加的壓縮性。試驗(yàn)表明：土的振動(dòng)壓縮曲線與靜荷載壓縮曲線是及其相似的，但壓縮量較大，一般隨著動(dòng)荷載作用強(qiáng)度的增大而增大，這與土的特性和所受的靜荷載大小有關(guān)。在動(dòng)荷載作用下，土地的壓密量大小除取決于振動(dòng)加速度（振動(dòng)頻率和振幅）外，還與作用的時(shí)間有關(guān)，動(dòng)荷載的時(shí)間愈長(zhǎng)，壓縮量愈大，最終趨于穩(wěn)定。動(dòng)荷載作用下土的變形同樣包括彈性變形和塑性變形兩部分：動(dòng)荷載較小時(shí)，主要為彈性變形，動(dòng)荷增大時(shí)，塑性變形逐漸增大。二、土的抗剪性（一）土的剪切破壞的本質(zhì)土體的破壞通常都是剪切破壞。例如：土坡喪失穩(wěn)定引起的路堤毀壞、路塹邊坡的崩塌和滑坡等。土是由固體顆粒組成的，土粒間的連結(jié)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于土粒本身的強(qiáng)度，故在外力作用下，土粒之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，引起土中的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生移動(dòng)。研究土的強(qiáng)度特征，就是研究土的抗剪強(qiáng)度特性，簡(jiǎn)稱抗剪性。土的抗剪強(qiáng)度T:是指土體抵抗剪切破壞的極限能力，其數(shù)值f等于剪切破壞時(shí)滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力。剪切面（剪切帶）：土體剪切破壞是沿某一面發(fā)生與剪切方向一致的相對(duì)位移，這個(gè)面通常稱為剪切面。土體在外力和自重壓力作用下，土中各點(diǎn)在任意方向平面上都會(huì)產(chǎn)生法向應(yīng)力。和剪應(yīng)力T。當(dāng)通過(guò)該點(diǎn)某一方向上的剪應(yīng)力等于該點(diǎn)上所具有的抗剪強(qiáng)度T時(shí)，則該點(diǎn)不會(huì)破壞，處于穩(wěn)定狀態(tài)。f土的極限平衡條件：t=t。f無(wú)粘性土一般無(wú)連結(jié)，抗剪力主要是由顆粒間的摩擦力組成，這與粒度、密實(shí)度和含水情況有關(guān)。粘性土顆粒間的連結(jié)比較復(fù)雜，連結(jié)強(qiáng)度起主要作用，粘性土的抗剪力主要與連結(jié)有關(guān)。土的抗剪強(qiáng)度主要依靠室內(nèi)試驗(yàn)和原位測(cè)試確定。試驗(yàn)中，儀器的種類(lèi)和試驗(yàn)方法以及模擬土剪切破壞時(shí)的應(yīng)力和工作條件好壞，對(duì)確定強(qiáng)度值有很大的影響。（二） 土的抗剪強(qiáng)度和剪切定律研究土的抗剪強(qiáng)度，最常借用直剪切試驗(yàn)方法。將土樣放在上、下部分可以錯(cuò)動(dòng)的金屬盒內(nèi)，法向應(yīng)力：一PA在下盒從小到大逐漸施加水平力，當(dāng)水平剪力增至T時(shí)，土樣發(fā)生剪切破壞，此時(shí)的剪切應(yīng)力T=p，即為土樣在該法向應(yīng)力作用下A時(shí)的抗剪強(qiáng)度T。f抗剪強(qiáng)度是隨著法向應(yīng)力而改變，同一種土制備三個(gè)相同的土樣，在o、o、。作用下，得不同T。以抗剪強(qiáng)度T為縱坐標(biāo)，123ff以法向壓力為橫坐標(biāo)，可繪制該土樣的T?。關(guān)系曲線。f試驗(yàn)結(jié)果表明：（庫(kù)侖定律，法國(guó)學(xué)者，1773或剪切定律）無(wú)粘性土：T tg?f粘性土：T^=（5?tg?+C式中:t:土的抗剪強(qiáng)度，Mpa；f5:剪切面的法向壓力，Mpa；tg?:土的內(nèi)摩擦系數(shù)；e：土的內(nèi)摩擦角，度；c：土的內(nèi)聚力，Mpa。庫(kù)侖定律說(shuō)明:⑴土的抗剪強(qiáng)度由土的內(nèi)摩擦力。tg?和內(nèi)聚力c兩部分組成。⑵內(nèi)摩擦力與剪切面上的法向壓力成正比，其比值為土的內(nèi)摩擦系數(shù)tg?。無(wú)粘性土的剪抗強(qiáng)度決定于與法向壓力成正比的內(nèi)摩擦力ctg?，而土的內(nèi)摩擦系數(shù)主要取決于土粒表面的粗糙程度和土粒交錯(cuò)排列的情況，土粒表面越粗糙，棱角越多和密實(shí)度愈大，則土的內(nèi)摩擦系數(shù)越大。粘性土的抗剪強(qiáng)度由內(nèi)摩擦力和內(nèi)聚力組成。土的內(nèi)聚力主要由土粒間結(jié)合水形成的水膠連結(jié)或毛細(xì)水連結(jié)組成。粘性土的內(nèi)摩擦力較小。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：土的內(nèi)摩擦角?和內(nèi)聚力c。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，還可使用三軸剪切試驗(yàn)測(cè)定。三軸剪切試驗(yàn)是使試樣在三向受力的情況下進(jìn)行剪切破壞，測(cè)得圖樣破壞時(shí)的最大主應(yīng)力a和最小主應(yīng)力a，再把據(jù)莫爾強(qiáng)度理論求3出土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c，?值。從彈性力學(xué)中可知作用于單元體內(nèi)的最大主應(yīng)力a和最小主應(yīng)力a與單元體內(nèi)在一斜面上的法向應(yīng)力a，剪應(yīng)力t之間存在下列關(guān)3系：

◎=一(c+c)+ (c-c)cos2a213213t=_(c-c)Sin2a2 1 3其中a:為斜面與最大主平面之交角。這個(gè)關(guān)系可很方便地用莫爾應(yīng)力圓來(lái)表示。當(dāng)該單元體達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，則滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力等于土的抗剪強(qiáng)度T，fT=T=ctg?+C。此時(shí)應(yīng)力圓稱極限應(yīng)力圓。極限應(yīng)力圓必然與土的f抗剪強(qiáng)度曲線相切，切點(diǎn)微面上的剪應(yīng)力恰等于土的抗剪強(qiáng)度T。f這樣有三個(gè)極限應(yīng)力圓就可得到抗剪強(qiáng)度曲線(三圓公切線)，從而求得C,?。據(jù)上述原理，試樣用橡皮膜包著，置于密封容器中，通過(guò)液體加壓，使土樣三個(gè)軸受相同圍壓c，然后通過(guò)活塞桿加軸向應(yīng)力c，3r直至試樣剪切破壞。c=c+c=c+c13r用c,c可作莫爾應(yīng)力圓。取1 3ctc111cItc12ctc13三個(gè)極限圓公切線直接剪切試驗(yàn)與三軸剪切試樣的比較：/優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，操作方便直剪\缺點(diǎn)：①剪切面僅限于上下盒之間，未能反映最薄弱的面；②剪切面上剪應(yīng)力分布不均勻；③在剪切過(guò)程中，土樣剪切面逐漸縮小，而計(jì)算T則f用圖樣的原載面積計(jì)算；④試驗(yàn)時(shí)不能?chē)?yán)格控制排水條件，不能另測(cè)孔隙水壓力。f優(yōu)點(diǎn)：①能?chē)?yán)格的控制排水條件角可量測(cè)試件中的u的變化；6剪切破裂面三軸 是在最弱處；③結(jié)果比較可靠；④此外還可測(cè)定土的其它力學(xué)性質(zhì)缺點(diǎn)：試件的Q=0，不符實(shí)際23目前新問(wèn)世的真三軸議中試件3在不同的c“zb作用下進(jìn)行123試驗(yàn)。（三）抗抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定在固結(jié)過(guò)程中，剪切面上的法向壓力c，是由孔隙水壓力u和有效壓力c分擔(dān)，即c=u+C有效壓力c使土固結(jié)壓密，從而加大土的摩擦力，孔隙水壓力逐漸消散，土的抗剪強(qiáng)度逐漸增大。測(cè)定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)，必須考慮土的固結(jié)程度對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響。1．總應(yīng)力法總應(yīng)力法是用剪切面上的總應(yīng)力來(lái)表示土的抗剪強(qiáng)度，即^=ctg*+c，將孔隙水壓力的影響，通過(guò)試驗(yàn)時(shí)控制孔隙水的排出程度的不同來(lái)體現(xiàn)。分為快剪、慢剪、固結(jié)快剪。（1）排水剪（慢剪）土樣的上、下兩面均為透水石，以利排水。土樣在垂直壓力下，待充分排水固結(jié)達(dá)穩(wěn)定后，再緩慢施加水平剪力，使剪力作用也充分排水固結(jié)，直至土樣破壞。排水剪的實(shí)質(zhì)是使土樣再應(yīng)力變化過(guò)程中的孔隙水壓力完全消失。慢剪強(qiáng)度指標(biāo)分別用e,c表示。dd抗剪強(qiáng)度公式為：t=6ge+cfdd（2） 不排水剪（快剪）這種實(shí)驗(yàn)方法要求再剪切過(guò)程中土的含水量不變。因此，無(wú)論加垂直壓力或水平剪力，都必須迅速進(jìn)行，不讓孔隙水排出，快剪強(qiáng)度指標(biāo)分別用e,C表示。Kt=°tge+Cuufuu（3） 固結(jié)不排水剪（固結(jié)快剪）試樣在垂直壓力下排水固結(jié)穩(wěn)定后，迅速施加水平剪力，以保持土樣的含水量在剪切前后基本不變。固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)分別用e,C表示。即：t=%e+ccucufcucu上述三種試驗(yàn)方法測(cè)得的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，雖在同一法向壓力a作用下進(jìn)行，但因排水程度不同，實(shí)際上作用于剪切面上的有效壓力&不一樣大，故得出三種不同大小的強(qiáng)度指標(biāo)。一般：e>e>edcuu2．有效應(yīng)力法有效應(yīng)力法是用剪切面上的有效應(yīng)力來(lái)表示土的抗剪強(qiáng)度，即：t=&tge+c=（◎—u）tge+cf式中：e,c分別為有效那摩擦角和有效內(nèi)聚力。比較：①總應(yīng)力法較簡(jiǎn)單，一般用直剪儀測(cè)定，有效應(yīng)力法較完善，能較好的模擬實(shí)際固結(jié)情況，一般用三軸剪切儀測(cè)定。②總應(yīng)力法的慢剪強(qiáng)度指標(biāo)e,c實(shí)際上與有效應(yīng)力強(qiáng)度指標(biāo)e,cdd相等，在沒(méi)有三軸儀時(shí)，可用慢剪試驗(yàn)測(cè)定e,c。dd（四）土的流變特性與動(dòng)力特性1．土的流變特性土的變形及強(qiáng)度不僅決定于外力的大小，而且受到時(shí)間的影響，對(duì)粘性土來(lái)說(shuō)尤其明顯。蠕變：在長(zhǎng)期不變的剪應(yīng)力作用下，剪切變形隨時(shí)間而緩慢增長(zhǎng)的現(xiàn)象。應(yīng)力松弛：當(dāng)變形一定時(shí)會(huì)引起應(yīng)力隨時(shí)間而逐漸降低的現(xiàn)象，又稱強(qiáng)度的衰減。蠕變、應(yīng)力松弛，長(zhǎng)期強(qiáng)度為粘性土的主要流變特性。（1）粘性土的蠕變?nèi)渥兛煞譃轶w積蠕變和剪切蠕變。體積蠕變的結(jié)果，增大土的壓縮量，并使土體進(jìn)一步壓密，例如：欠固結(jié)。剪切蠕變一般就指土的蠕變，即在一定剪切應(yīng)力作用下土的剪切變形隨時(shí)間緩慢的增長(zhǎng)。土的蠕變特性決定于剪應(yīng)力大小，一般可分為兩種變形。1）衰減型當(dāng)剪應(yīng)力工小于某一值時(shí)，即T<T時(shí)，剪應(yīng)變隨時(shí)間逐漸減弱,最后趨向于穩(wěn)定，應(yīng)變速率也隨之逐漸減小，最后趨向于零，即d/dt—0。￡2）非衰減型當(dāng)剪應(yīng)力大于某一值時(shí)，即T>T時(shí)，剪應(yīng)變隨時(shí)間不停滯的發(fā)g展，最后達(dá)到破壞。非衰減型蠕變曲線可分為四個(gè)階段。r瞬時(shí)變形階段：剪應(yīng)力作用后立即產(chǎn)生變形，其值很小;不穩(wěn)定蠕變階段：剪應(yīng)變速率逐漸減小；穩(wěn)定流動(dòng)階段：剪應(yīng)變速率為常數(shù)；破壞階段：剪切變形速率不斷加快，最終導(dǎo)致破壞。極限值工即土的極限長(zhǎng)期強(qiáng)度，當(dāng)T<T時(shí)，土的蠕變不會(huì)引起土體破壞；而當(dāng)T>T時(shí)，則土的蠕變結(jié)果會(huì)引起土體的破壞。g蠕變破壞所需的時(shí)間決定于剪應(yīng)力大小，剪應(yīng)力值越大，則破壞時(shí)間越早。粘性土的蠕變具有粘塑性和粘滯性流變特性，其實(shí)質(zhì)是由于粘粒周?chē)乃ぶ硿砸稹Ｈ渥兊男再|(zhì)除與外荷大小有關(guān)外，主要決定于土的類(lèi)型，即：成分、結(jié)構(gòu)和所處的物理狀態(tài)。粘粒越多，蠕變?cè)酱?，蠕變速率也越大。含蒙脫石的粘土蠕變速率最大，伊利石次之，高嶺土最小。2）粘性土的長(zhǎng)期強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)室所測(cè)的強(qiáng)度，只是短時(shí)間的強(qiáng)度，因此必須研究其長(zhǎng)期強(qiáng)度，以取得強(qiáng)度與時(shí)間關(guān)系曲線（長(zhǎng)期強(qiáng)度曲線）按長(zhǎng)期強(qiáng)度曲線，可把強(qiáng)度分為：（瞬時(shí)強(qiáng)度：當(dāng)t=0時(shí)的抗剪強(qiáng)度，Tf0長(zhǎng)期強(qiáng)度：當(dāng)剪切時(shí)間為t時(shí)的抗剪強(qiáng)度，/I極限長(zhǎng)期強(qiáng)度：當(dāng)tTg時(shí)的抗剪強(qiáng)度，即：長(zhǎng)期強(qiáng)度隨時(shí)間不斷,減弱到某一極限時(shí)，Tfg標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度：按室內(nèi)常規(guī)試驗(yàn)方法所測(cè)得的強(qiáng)度由此可見(jiàn)，剪切歷時(shí)愈長(zhǎng)，土的T愈小，只有當(dāng)土體中剪應(yīng)力f小于土的極限長(zhǎng)期強(qiáng)度T時(shí)，土體才處于長(zhǎng)期穩(wěn)定狀態(tài)。f?2．土的動(dòng)力特性當(dāng)土體受到如地震、爆破、機(jī)械震動(dòng)、車(chē)輛運(yùn)行等動(dòng)力作用時(shí)，土內(nèi)必須產(chǎn)生新的壓力而引起土的變形。土在動(dòng)力作用下的變形可分為彈性變形與殘余變形。當(dāng)動(dòng)荷載強(qiáng)度較小不超過(guò)土的彈性極限時(shí)，它所引起的變形主要為彈性變形，彈性模量，泊松比，振動(dòng)阻尼系數(shù)等為其主要?jiǎng)恿?shù)。當(dāng)動(dòng)力強(qiáng)度較大時(shí)，它所引起的變形為殘余變形，動(dòng)力越大，變形越大，結(jié)果使土的結(jié)構(gòu)破壞，土體壓縮沉降，強(qiáng)度減弱，嚴(yán)重者可使土體失去強(qiáng)度而威脅建筑物及邊坡等穩(wěn)定性。1）振動(dòng)力作用下土的密度在動(dòng)力作用下，顆?；顒?dòng)能力增大，致使土的顆粒間連接力削弱，土的壓縮性增大，特別對(duì)砂土來(lái)說(shuō)尤為顯著。砂土在靜荷載作用下壓縮性小，在一般建筑物荷載下可不予考慮；但在振動(dòng)荷載作用下，具有較大的壓縮性。在振動(dòng)荷載作用下，砂土的壓縮、飽和砂的液化及軟粘土的觸變?yōu)樗鼈兊闹饕獎(jiǎng)恿μ匦浴?）振動(dòng)力作用下的抗剪強(qiáng)度振動(dòng)力作用下土的抗剪強(qiáng)度降低，對(duì)砂土來(lái)說(shuō)尤為顯著。因?yàn)樵谡駝?dòng)力作用下，砂土顆粒間摩擦力降低，當(dāng)振動(dòng)加速度達(dá)到某一起始加速度時(shí)，砂土的強(qiáng)度隨著加速度增大而不斷降低。

動(dòng)荷載對(duì)一般粘性土的強(qiáng)度影響不大，而對(duì)飽水軟粘土如淤泥及淤泥質(zhì)亞粘土、粘土等則影響顯。在振動(dòng)作用下飽和軟粘土的結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，而使其強(qiáng)度及粘滯性劇烈降低。（五）影響土的抗剪性的主要因素土的抗剪強(qiáng)度與鋼材、混凝土等材料不同，不是一個(gè)定值，而受很多因素的影響，不同地區(qū)，不同成因、不同類(lèi)型土的抗剪強(qiáng)度，往往有很大差別，即使同一種土，在不同的密度、含水量、剪切速率、儀器型式的不同條件下，抗剪強(qiáng)度數(shù)值也不相等。由公式T=Qtg?+c可知，影響土的抗剪強(qiáng)度因素就是影響?Q,Cf的因素，可歸納為兩類(lèi)：1．土的物理化學(xué)性質(zhì)的影響1）土粒的礦物成分、顆粒形狀及級(jí)配的影響顆粒越粗，表面越粗糙，棱角狀土，?T大；粘土礦物成分不同，土粒表面薄膜水和電分子力不同，內(nèi)聚力不同。一般：粘性土含量增多，CT大，?T小