第一章土的基本性質和工程分類

CHAPTER1BasicCharacteristicsandEngineeringClassificationofSoils

第一節(jié)土的形成1.1TheFormationofsoils一、土的搬運和沉積 TheTransportationandSedimentationofsoil

土是巖石風化的產物. TotheCivilEngineersoilisanyuncementedorweaklycementedaccumulationofmineralparticlesformedbytheweatheringofrock,thevoidspacebetweentheparticlescontainingwaterand/orair.運積土:Transportedsoil殘積土:Residualsoil一、Inabrief,soilistheproductsofweatheringrock.

Theweatheringactionandmainnatureofsoils土的特征：Thecharacteristicsofsoils:（1）碎散性:（2）三相體系（3）自然變異性性質復雜，不均勻，各向異性且隨時間而在不斷變化。注：巖石三相體系：固體礦物、液體、氣體二、風化作用和土和主要特點

第二節(jié)土的三相組成

1.2TheThree-PhaseCompositionofsoils

一、固體顆粒(SolidParticle)〈一〉粒徑級配(Particlesizegradation/grading)

粒徑級配：粒徑大小及其在土中所占的百分比.界限粒徑—土性質改變的粒徑尺寸粒組—以界限粒徑為依據(jù)，根據(jù)其大小分為若干組

2002020.050.005分界粒徑漂石卵石園礫砂粒粉粒粘粒塊石碎石粗粒土（無粘性土）(coarse-gainedsoils/none-cohesivesoil)

細粒土（粘性土）(fine-gainedsoils/

cohesivesoil)

1.粒徑級配的分析方法篩分試驗sieveanalysistest

d>0.1mm(d>0.074mm)篩分法d<0.1mm(d<0.074mm)水分法（比重計法）12.

粒徑級配曲線(Particlesizedistributioncurve)

小于某粒徑含量

式中:G—總稱量，X—篩余量粒徑小于某粒徑土的含量（%）d30d60d10圖1-1土的粒徑級配累計曲線13.粒徑級配累積曲線的應用d60—控制粒徑d30—特征粒徑d10—有效粒徑不均勻系數(shù)(coefficientofuniformity) 均勻土 不均勻土曲率系數(shù)(coefficientofcurature)：

表示連續(xù)性好:判斷好級配土(well-graded)：

（二）土粒成分（Particleingredient）固體成分1.

粘土礦物的晶體結構和分類Thecrystalstructureandclassificationofclayminerals粘土礦物：片狀鋁—硅酸晶體Thebasicstructuralunitsofmostclaymineralsconsistofasilicatetrahedron(四面體)andanaluminaoctahedron(正八面體).分類：（依硅片和鉛片的組疊形式的不同）高嶺石（）(kaolinite)1:1親水能力差蒙特石（ ）(montmorillonite) 2:1親水能力強伊利石（ ）(illite)介于二者之間2.粘土礦物的帶電性質利用電滲現(xiàn)象排水片狀粘土顆粒帶負電的原因極性水分子陰極電滲水泵原生礦物—顆粒粗，呈粒狀次生礦物—顆粒細微，多呈片狀（plate-like）或針狀(needle-shaped)1.粘土比表面積—代表粘土特性的重要指標

2.

顆粒形狀重要意義，磨圓度—粗糙度—與抗剪強度指標有關。二、土中水Waterinsoils（三）顆粒形狀和比表面積（一）結合水(heldwater)1

強結合水—特性接近固體，完全不能移動2.

弱結合水—粘滯水膜，能發(fā)生變形，但不因重力而流動（土產生塑性的原因）（二）自由水(freewater)1.毛細水(capillarywater)

毛細管中的負靜水壓力hcuc自由水面毛細水中張張力分布+-（1-6））2.重力水(gravitywater)三、土中氣氣體(airinsoils)①吸附于土顆顆粒表面及及溶于水的的氣體②與大氣相通通的氣體——可以排出出③封閉性的氣氣體—不可可以排出④存在有封閉閉氣體的土土，稱為橡橡皮土，工工程中決不不允許許第三節(jié)土土的物理理狀態(tài)1.3ThePhysicalStateofSoils一、土的三三相關系（（Thethreephaserelationshipsofsoils）三相圖(Threephasediagram/skeletaldiagram/blockdiagram)（二）確定定三相量比比例關系的的基本試驗驗指標（Thebasictestindexesfordecidethescalerelationshipofthreephases）1、土的密密度（bulkdensity）實驗室：環(huán)環(huán)刀法容重（unitweigt）2、土粒比比重（specificgravityofthesolidsoilparticles）3、土的含水水量（watercontent,ormoisturecontent）實驗室：烘干干法（三）確定三三相量比例關關系的其它指指標1、孔隙比(Thevoidratioistheratioofthevolumeofvoidstothevolumeofsolids,i.e…)2、孔隙度(Theporosityistheratioofthevolumeofvoidstothetotalvolumeofthesoil,i.e…)3、飽和度(Thedegreeofsaturationistheratioofthevolumeofwatertothetotalvolumeofvoidspace,i.e…)Thevoidratioandtheporosityareinter-relatedasfollows:4、飽和密度度Forafullysaturatedsoil(Sr=1),saturateddensityis:5、干密度Foracompletelydrysoil(Sr=0),drydensityis:6、浮容度Whenasoilin-situisfullysaturatedthesolidsoilparticles(volume1unit,weightGsw)aresubjectedtoupthrust(w).Hencethebuoyantunitweight(/)isgivenby:i,e三相指標的換換算（表1-5）二、土的物理理狀態(tài)(Thephysicalstateofsoils)（一）粗粒土土（無粘性土土）的密實度度(Thecompactnessofnone-cohesivesoil)1、分類(Classification)無粘性土：（1）砂土相對密度(relativedensity)Inthecaseofsandstherelativedensity(Dr)isusedtoexpresstherelationshipbetweentheactualvoidratio(e)andthelimitingvaluesemaxandemin.Therelativedensityisdefinedas:(1-19)疏松中密密實(多用于填土土方的質量控控制)天然砂土的密密實狀態(tài)，還還可根據(jù)標貫貫試驗(standardpenetrationtest,STP)的錘擊數(shù)N來區(qū)別：N≦10松松散10<N≦15稍密15<N≦30中密N>30密密實（2）碎石密實狀狀態(tài)野外鑒別別方法：（二）粘性土土（細粒土））的稠度Theconsistencyofcohesivesoils(fine-gainedsoils)1.粘性土的的稠度狀態(tài)Theconsistencystateofcohesivesoils—稠度，土的的軟件硬程度度或土對外力力引起變形或或破壞的能力力。圖1-20土土中水與稠稠度狀態(tài)半固體塑塑性狀態(tài)態(tài)流流動狀態(tài)2．界限含水水量(又稱阿阿太堡界限)TheAtterberglimitsWp(plasticlimit)——試驗室用搓搓條法（經驗驗法）WL(elasticlimit)——在試驗室用用錐式園錐儀儀3.液性指數(shù)數(shù)(Theliquidityindex)工程上用以判判別重塑土軟硬程度度表1-7堅硬硬硬塑可可塑軟軟塑流流塑4、塑性指數(shù)數(shù)（plasticityindex）Ip是細粒土分類類的依據(jù)。粘土(clay)粉質粘土（siltyclay））（不代百分號號）第四節(jié)土土的結構1.4Thestructureofsoils決定土的性質質的因素：一、一、粗粒土（無粘粘性土）的結結構（Thestructureofcoarse-gainedsoils/none-cohesivesoil）單粒結構（single-grainedstructure）：顆粒之間點與與點的接觸二二、細粒土的的結構：（Thestructureoffine-gainedsoils/cohesivesoil）受范德華力，，膠結作用力力，庫侖力，，毛細壓力Thenetinter-particleforcesgovernthestructuralformassumedbyclaymineralparticlesinasoil,thetwoextremestructuresaredispersedstructure(分散結構)andflocculentstructure（（凝聚結構構).Thedispersedstructureresultswhenthereisnetrepulsion(凈反反力)betweenparticlesandtheflocculentstructurewhenthereisnetattraction（凈凈吸力）.圖三、反映細粒粒土結構特性性的兩種性質質Twocharacteristicsoffine-gainedsoilsreflectingtheirsstructuralnature（一）粘性土的靈敏敏度(Thesensitivityofcohesivesoil)—原狀土的無無側限抗壓強強度—具有與原狀狀土相同密度度和含水量并并徹底破壞其其結構的重塑塑土的無側限限抗壓強度土的結構性——土的性質受受結構擾動的的影響而改變變的特性表1-8低靈敏中靈敏高靈敏(二）粘性土土的觸變性(thixotropyofcohesivesoil)含水量不變，土因重重塑而軟化，，又因靜置而而逐漸硬化強度有所恢復復的性質。第五節(jié)土的工程分類類1.5Theengineeringclassificationofsoils地基土的分類類分類目的：Theobjectofsoilclassificationistodividesoilsintogroupssuchthatallthesoilsinparticulargrouphavesimilarcharacteristics,bywhichtheymaybeidentified,andexhibitSimilarbehavioringivenengineeringsituation.一、建筑地基基基礎設計規(guī)規(guī)范分類Theclassificationofsoilsaccordingtoarchitecturefoundationdesigncriterion(一）巖石(rock)分類（二）碎石土土(crushedstone)大于顆粒總重重的50%（三）砂土(sand)Sr%稍濕很濕飽和(按濕度分)(四)粉土(silt)粉土粉土（五）粘土(clay)1.分類2.按工程地地質特征分(accordingtoengineeringgeologicalcharacter)（1）一般粘粘土(clay)：第四四紀沉積物壓壓縮性低，強強度較高，良好的地基。。（2）淤泥和和淤泥質土(muckandmuckysoil)：軟弱土，不好好地基（處理理）（3）紅粘土(redclay):裂隙發(fā)育（特特殊土）（六）人工填填土(fill/artificialsoil)式中,Ip——土的塑性性指數(shù)p0.002——粒徑<0.002mm顆粒的質質量占總質量量的百分比.A<0.75非非常性性粘土A=0.75~1.25正正常常粘土A>1.25活活性性粘土反映粘土礦物物吸附結合水水的能力二、細粒土的的活性指數(shù)第六節(jié)土土的壓實性1.6SoilCompactionCompactionistheprocessofincreasingthedensityofasoilbypackngtheparticlesclosertogetherwithareductioninthevolumeofair:thevolumeofwaterremainsunchanged.壓實目的(Targetofcompaction)一、細粒土的的壓實性TheCompactionoffine-grainedsoils（一）最優(yōu)含含水量和最大大干密度理論論曲線：Theoptimumwatercontentandthemaximumdrydensity試驗表明：約約在土的的塑限附近對應的干密度度為最大干密密度的原因:（1）w<wop（顆粒表面的的水膜很?。┩疗?土土粒之間存在在著強結合水水，土粒間電電分子引力較