土力學(xué)與砌體結(jié)構(gòu)第3章土的物理性質(zhì)和分類

第三章土的物理性質(zhì)及分類3.1土的三相組成

3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)

3.3土的物理狀態(tài)指標(biāo)

3.4土的壓實性

3.5地基土（巖）的工程分類

3.1土的三相組成本節(jié)主要內(nèi)容：闡明組成土的三相（固體顆粒、水、氣）的特性及其與工程性質(zhì)的關(guān)系。一、土的固體顆粒1.土粒的礦物成分1）原生礦物：母巖經(jīng)物理風(fēng)化而成,eg.石英、云母、長石；其成分與母巖相同，分為單礦物顆粒，多礦物顆粒。2）次生礦物：母巖經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而成，如eg.高嶺石、伊里石、蒙脫石。其成分與母巖不同，為一種新礦物顆粒。主要是粘土礦物。D<0.005mm漂石、卵石、圓礫等粗大土粒都是母巖的碎屑，其礦物成分與母巖相同；砂粒大部分是母巖中的單礦物顆粒，如如石英、云母、長石；粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和MgCO3、CaCO3等難溶鹽的顆粒；2.土顆粒的大小和形狀

在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒組成的，土的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時,土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。因此可將大小相近，性質(zhì)相似的顆粒劃歸為一組，稱為粒組，劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。常用200、20、2、0.075、0.005mm把土粒分為六大粒組:漂石(塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫（角礫）顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。見下表。3.1土的三相組成粘土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，它們都是次生礦物。20203.1土的三相組成

3.土的顆粒級配（粒徑級配）

土粒大小及其組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)）來表示，稱為土的顆粒級配。用途：這是決定無粘性土工程性質(zhì)的主要因素。用它作為確定土的名稱和選用建筑材料的重要依據(jù)。4.粒徑分析方法顆分試驗：（1）篩分法：粒徑>0.075mm。（2）比重計法或移液管法：粒徑<0.075mm。顆分曲線：根據(jù)顆分試驗成果，可以繪制顆粒級配曲線。如下圖。3.1土的三相組成3.1土的三相組成

級配良好的判別：

由曲線的坡度大致可判別土的均勻程度，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。

利用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc定量判別：3.1土的三相組成Cu<5級配不良；Cu>5級配良好。

Cc反應(yīng)曲線的整體形狀，過大或過小都表示缺乏中間粒徑。對砂類土，當(dāng)同時滿足3~15=cuCC和時，級配良好。>60102301060/dddCddCcu==.二、土中的水和氣（一）土中水：1.結(jié)晶水存在于礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（>105C）下，才能從礦物中吸出，故可把它視作礦物本身的一部分。2.結(jié)合水受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。03.1土的三相組成-毛細(xì)水重力水自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水與土粒表面結(jié)合的水結(jié)合水土粒礦物內(nèi)部的水-結(jié)晶水土中水3.1土的三相組成強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水（1）強(qiáng)結(jié)合水：沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力，牢固地吸附于土粒表面，其性質(zhì)接近于固體，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度。（2）弱結(jié)合水：厚度較強(qiáng)結(jié)合水大，具有較高的粘滯度、抗剪強(qiáng)度，仍不能傳遞靜水壓力。當(dāng)含量較多時，使土具有一定的可塑性。3.自由水（1）重力水：在土中流動的水，受重力作用。（2）毛細(xì)水：由于水和空氣分界處彎液面上產(chǎn)生的表面張力作用，土中自由水從地下水位通過土的細(xì)小通道逐漸上升，形成毛細(xì)水。它不僅受重力作用而且還受到表面張力的支配。單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)（二）土中氣1.開敞氣體：對土無影響；2.封閉氣體：使土的滲透性減小，彈性增大和拖延了土的壓縮和膨脹變形隨時間的發(fā)展。三、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.土的結(jié)構(gòu)（如上圖）土的結(jié)構(gòu)：單粒結(jié)構(gòu)；蜂窩結(jié)構(gòu)（粒徑0.075~0.005mm）；絮狀結(jié)構(gòu)（粒徑<0.005）。3.1土的三相組成分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造

2.土的構(gòu)造土的構(gòu)造分為層理構(gòu)造、分散構(gòu)造和裂隙構(gòu)造。3.1土的三相組成3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)表示土的三相組成比例關(guān)系的指標(biāo),稱為土的物理性質(zhì)指標(biāo)。一、指標(biāo)定義

為了便于說明和計算，用三相組成示意圖來表示各部分之間的數(shù)量關(guān)系。氣水土

粒（一）土粒比重（土粒相對密度）dsds可用比重瓶法測定,但由于變化幅度不大（2.6~2.8),通?？砂唇?jīng)驗數(shù)值選用，如下表。粘性土土的名稱砂土粉土粉質(zhì)粘土粘土土粒比重2.65~2.692.70~2.712.72~2.732.74~2.76土粒比重參考值3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)（二）土的含水量%sWmm=w含水量是標(biāo)志土的濕度的一個重要物理指標(biāo)，一般用烘箱法測定。（三）土的密度土的密度用環(huán)刀法測定。3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)（四）干密度d、飽和密度sat、和有效密度′mVVmVVmVWssWVssatsdrrrrr-=′.+==計算自重應(yīng)力時，須采用土的重力密度，簡稱重度。土的濕重度、干重度d、飽和重度sat、有效重度′分別按下式計算：單位：3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)1.土的干重度γd3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)(1)表達(dá)式：dγ=固體重力總體積=wsv(2)物理意義：單位體積的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。(3)常見值：13~18KN/m3(4)工程應(yīng)用：常用做填方工程中土體壓實質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。(5)換算公式：γd=1+ωγ2.土的飽和重度γsat3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)(1)表達(dá)式：satγ=孔隙全部充滿水的總重力總體積=wsv(2)物理意義：孔隙中全部充滿水時單位體積的重力，即飽和度為100%時的重力密度。(3)常見值：18~23KN/m3+Vvγw(1)表達(dá)式：=wsv(2)物理意義：地下水位以下土體受水的浮力作用時單位體積的重力。(3)常見值：8~13KN/m3+Vvγw3.土的有效重度γ′γ′-vVγw=γsatγw-（五）孔隙比e和孔隙率n（六）土的飽和度Sr土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密實程度的重要物理性質(zhì)指標(biāo)，e或n越大，土越疏松，反之土越密實。一般e<0.6的土是密實的低壓縮性土，e>1.0的土是疏松的高壓縮性土。砂土根據(jù)飽和度的指標(biāo)值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態(tài)。Sr50為稍濕；50<Sr80很濕;Sr>80飽和。3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)令w1=

w,Vs=1因所以VV=e,V=1+e推導(dǎo)如下：二、指標(biāo)的換算3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)由上式：3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)3.3土的物理狀態(tài)指標(biāo)上節(jié)講述土的物理性質(zhì)指標(biāo)，本節(jié)講述土的物理狀態(tài)指標(biāo)，即要研究土的松密和軟硬。

一、無粘性土的密實度⑴密實度：單位體積土中固體顆粒的含量。⑵密實度指標(biāo)：a.孔隙比e《規(guī)范》以孔隙比e作為砂土密實度的劃分標(biāo)準(zhǔn)，分為：密實、中密、稍密、松散四狀態(tài)。b.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)劃分砂土密實度。

3.3土的物理狀態(tài)指標(biāo)

c.野外鑒別方法對碎石土，通過觀察，根據(jù)骨架顆粒含量和排列、可挖性、可鉆性將其密實度劃分為密實、中密、稍密。d.相對密度DrDr=(emax-e)/(emax-emin),考慮顆粒級配的影響。

無粘性土的密實度(3)砂土的密實度砂土的密實度可用天然孔隙比衡量。一般e小于0.6，屬密實的砂土，是良好的天然地基，當(dāng)e大于0.95時，為松散狀態(tài)，不宜作天然地基。但未考慮土顆粒級配的影響。若考慮級配因素，可采用相對密實度Dr來表示砂土的密實度：按Dr值可將砂土的密實狀態(tài)劃分如下三類：1Dr>0.67密實的0.67Dr>0.33中密的0.33Dr>0松散的雖然相對密實度從理論上能反映顆粒級配、顆粒形狀等因素。但由于對砂土很難采取原狀土樣，故天然孔隙比不宜測準(zhǔn)?！兑?guī)范》用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的錘擊數(shù)來劃分砂土的密實度。砂土的密實度表中N=N′，N′為實測值。無粘性土的密實度（4）碎石土的密實度

碎石土更不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對這類土可在現(xiàn)場進(jìn)行觀察,根據(jù)其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實、中密和稍密三種。(5)碎石土密實度野外鑒別方法（見下表）：無粘性土的密實度粘性土的物理特征

粘性土最主要的性質(zhì)是土粒與水相互作用產(chǎn)生的稠度。它反映土粒之間連接強(qiáng)度隨含水量高低而變化的性質(zhì)。A、稠度：是指土的軟硬狀態(tài)或土對受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力。B、稠度界限：粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的分界含水量。

一、粘性土的界限含水量

同一種粘性土隨其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)。由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫界限含水量。界限含水量的測定方法：塑限：搓條法（滾搓法）；液限：錐式液限儀（如下圖）。粘性土的物理特征IP粘粒含量蒙脫石高嶺石伊理石蒙脫石粘粒含量IPIP與礦物成分的關(guān)系二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)

1.塑性指數(shù)IP：PLpIww-=（省去%）

IP表示土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍大小。它與顆粒粗細(xì)、礦物成分和水中離子成分的濃度有關(guān)。土顆粒越細(xì)且含量越多，則比表面越大，土的結(jié)合水含量越高，IP越大。當(dāng)水中高價陽離子濃度增加時，土粒表面吸附的反離子層厚度變薄結(jié)合水含量相應(yīng)減少，IP也??；反之，IP變大。

IP與礦物成分的關(guān)系（如下圖）。粘性土的物理特征粘性土的物理特征2.液性指數(shù)ILIL是反映粘性土軟硬狀態(tài)的指標(biāo)。流動狀態(tài);可塑狀態(tài);固態(tài)。粘性土軟硬狀態(tài)的劃分粘性土的物理特征三、粘性土的靈敏度和觸變性天然狀態(tài)的粘性土當(dāng)受擾動后，其強(qiáng)度降低、壓縮性增大。土的結(jié)構(gòu)性對強(qiáng)度的這種影響，可用靈敏度衡量：根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為：低靈敏中靈敏和高靈敏三類。觸變性：飽和粘性土當(dāng)受擾動后，其強(qiáng)度降低，但當(dāng)擾動停止后，強(qiáng)度又隨時間增大，這種特性稱為觸變性。qu,q’u—原狀、重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度3.5地基土（巖）的工程分類

地基土（巖）分類的任務(wù)是根據(jù)分類用途和土（巖）的各種性質(zhì)的差異將其劃分為一定的類別。下面介紹（巖）土的工程分類：本節(jié)的分類方法為《地基規(guī)范》分類法。

一、巖石1、定義：顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。⑴按堅固性分為：硬質(zhì)巖石、軟質(zhì)巖石。⑵按巖石風(fēng)化程度分為：微風(fēng)化、中等風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化。⑶按成因分為：巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。

3.5地基土（巖）的工程分類二、碎石土1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量超過全重50%的土。2、分類依據(jù)：土的粒組含量及顆粒形狀。3、定名：漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫。4、工程性質(zhì)：根據(jù)骨架顆粒含量占總重的百分比，顆粒的排列，可挖性與可鉆性分為密實、中密、稍密三等。

常見碎石土強(qiáng)度大、壓縮性小、滲透性大，為良好地基。

3.5地基土（巖）的工程分類三、砂土

1、定義：粒徑d>2mm的顆粒含量不超過全重的50%，且粒徑d>0.075mm的顆粒超過全重50%的土。2、分類依據(jù)：粒組含量。3、定名：礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂。4、密實度：密實、中密、稍密、松散四狀態(tài)。5、工程性質(zhì)：礫砂、粗砂、中砂一般為良好地基；細(xì)砂、粉砂具體分析。3.5地基土（巖）的工程分類

四、粉土1、定義：粒徑d>0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，且Ip≤10的土。2、組