第二章土的物理性質(zhì)及地基土的工程分類土力學(xué)的研究對象：土土一一土是連續(xù)、堅固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)過不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物?！?-1土的組成'固:土顆粒冰<氣:氣體一、土的組成I液:孔隙中的水土中顆粒的大小、成分及三相之間的比例關(guān)系反映出土的不同性質(zhì)，如干濕、輕重、松緊、軟硬等。這就是土的物理性質(zhì)。二、土的固體顆粒（一）土的顆粒級配土顆粒的大小直接決定土的性質(zhì)粒徑——顆粒直徑大小粒組一一為了研究方便，將粒徑大小接近、礦物成分和性質(zhì)相似的土粒歸并為若干組別即稱為粒組。粒組的劃分：200_|60.2_0075」-0.005mm漂石,I*卵石"礫石『"砂粒■粉粒粘粒顆粒級配一一土粒的大小及組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量來表示，稱為土的顆粒級配。顆粒級配的測室方法：一一篩析法比重計法試驗成果分析：顆粒級配累積曲線（半對數(shù)坐標(biāo)）見P17圖1-10[曲線平緩粒徑大小懸殊不均勻級配良好分析[曲線陡粒徑大小接近不均勻級配良好不均勻系數(shù)（Cu）]Cu>0級配良好C=d60/d10[Cu<5級配不良式中：d60——當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分?jǐn)?shù)為60%時，該粒徑稱為限定粒徑d60。d10——當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分?jǐn)?shù)為10%時，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑d10。

曲率系數(shù)（Cc）廠d2C=30

cd-d式中：d30——當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計百分?jǐn)?shù)為30%時的粒徑用d30表示。Cc——曲率系數(shù)，它描寫的是累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。Cc=1?3時級配良好（二）土粒的礦物成分漂石、卵石、礫石等粗大土粒的礦物成分以原生礦物為主。（與每巖相同）砂粒的礦物成分大多為母巖中的單礦物顆粒。如石英等。粉粒的礦物成分以粘土礦物為主。'蒙脫石＜伊利石粘土礦物由兩種原子層構(gòu)成，主要類型I高嶺石粘土礦物的特點(diǎn)：細(xì)小、親水性強(qiáng)，吸水膨脹，脫水收縮。二、土中的水和氣'強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水（一）土中水'（一）土中水'重力水毛細(xì)水1.結(jié)合水指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。土粒-土粒-負(fù)電水-極性分子吸收力達(dá)幾千~幾萬大氣壓見P19圖1-13（1）強(qiáng)結(jié)合水——指緊靠土粒表面的結(jié)合水。特征：沒有溶解鹽類的能力，不傳遞靜水壓力，只有吸熱變成蒸汽時才能移動。物理指標(biāo)：容度1.2~2.4g/cm3固體狀態(tài)冰點(diǎn)-78°C砂土吸度占土粒質(zhì)量1%、粘土17%。特點(diǎn)：極大的粘滯度，彈性和抗剪強(qiáng)度。

(2)弱結(jié)合水——指緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。特征：不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近的較薄的水膜轉(zhuǎn)移。自由水——指存在于土粒表面電場影響范圍以外的水。特點(diǎn)：能傳遞靜水壓力，冰點(diǎn)為0°C,有溶解能力。(1)重力水——存在于地下水位以下的透水土層中的地下水。特點(diǎn)：①有流動時，產(chǎn)生動水壓力，帶走土顆粒；②能溶解土中的鹽類；③浮力作用。作用：使土中的孔隙增大，壓縮性提高，抗剪強(qiáng)度降低。(2)毛細(xì)水——受水與空氣界面的表面張力作用而存在于孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透小層中。機(jī)理：當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時，毛細(xì)水的彎液面與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，土因而具有微弱的粘聚力，稱為毛細(xì)粘聚力。存在范圍：直徑0.002?0.5mm的孔隙中冰當(dāng)溫度降至零度以下，水結(jié)成冰，土即為凍土。凍土的物點(diǎn)：凍脹性。危害：當(dāng)TL土體下陷，即融陷現(xiàn)象，使承載力下降，道路翻漿。三、土的工程特性：1、土的壓縮性大2、強(qiáng)度低3、滲透性大四、土中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)一一指土顆粒的大小、形狀、表面特征，相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系的綜合特征。分類:'單粒結(jié)構(gòu)＜蜂窩結(jié)構(gòu)'單粒結(jié)構(gòu)＜蜂窩結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)I絮狀結(jié)構(gòu)粉粒粘粒(二)土的構(gòu)造

土的構(gòu)造一一指同一土層中成分和大小都相近的顆粒或顆粒集合體相互關(guān)系的特征。'水平原理、交錯層理分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造砂,礫石，分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造粘性土如：黃土思考題：土由哪幾部分組成？土中三組比例的變化對土的性質(zhì)有什么影響？何謂土的不均勻系數(shù)？如何從顆粒級配曲線的陡或平緩來評價土的工程性質(zhì)？土中水具有哪些形態(tài)？每種形態(tài)的水其本身具有哪些特征？這些特征對土的性質(zhì)有何影響？何謂土的結(jié)構(gòu)？試分析土的各種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。何謂土的構(gòu)造，試分析土的各種構(gòu)造對建筑工程的影響?！?.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)自然界中的土體結(jié)構(gòu)組成十分復(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)驗室實(shí)測）和由它們?nèi)挥嬎愕贸龅闹笜?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??；密實(shí)的土，其固相和液相占據(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)在了解，顯然固相成分的比例越高，其壓縮性越小，抗剪強(qiáng)度越大，承載力越高。土的三相組成示意圖ms-土粒質(zhì)量土的三相組成示意圖mw-土中水質(zhì)量

m-土的總質(zhì)量=ms+mw

vs-土粒體積vw-土中水體積va-土中氣體積

Vv-土中空隙體積v尸vw+vaV-土的總體積=vs+vv一、指標(biāo)的定義（一）定義：公式：單位：參考值：土粒比重（土粒相對密度）ds一、指標(biāo)的定義（一）定義：公式：單位：參考值：土粒比重（土粒相對密度）ds土粒質(zhì)量與同體積4°C的純水的質(zhì)量之比=4Pm1Pw1g/cm3見P23表1-9測定方法：比重瓶法土的含水量3土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，稱為含水量m3=^X100%ms與土的種類，埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)）定義:公式：意義：境等有關(guān)。測定方法：烘干法。表示濕度的物理指標(biāo)，固(solid)VsM、s氣(air)VM\aaW液(water)VIwMvwm.V（三）土的密度P定義：土單位體積的質(zhì)量m公式：P=—V單位：g/cm3t/m3測定方法：環(huán)刀法（四）土的干密度Pd，飽和密度Psat和有效密度P'干密度定義：土單位體積中固體顆粒的質(zhì)量（干燥狀態(tài)）m公式：PdV飽和密度定義：土孔隙中充滿水時的單位體積質(zhì)量

m+Vp公式：psat—V有效密度（浮密度）定義：在地下水位以下，單體土體積中土粒的質(zhì)量扣除用體積水的質(zhì)量后，即為單位土體積中土粒的有效質(zhì)量。公式：（五）定義：公式：單位：p，=ms-VsPwV重度Y，干重度Yd飽和重度Ysat，有效重度Y'重度一一單位體積的重力y=g/vy=p?gkN/m3公式：（五）定義：公式：單位：y=p?g^sat^sat=Psat-gyd=pd-g（六）土的孔隙比e,和孔隙率n土的孔隙比定義：土中孔隙體積與土粒體積之比。公式：e=Vv/vs（用小數(shù)表示）意義：用來評價天然土層的密實(shí)程度e<0.6低壓縮性土，-中等e>1.0高壓縮性土土的孔隙率定義：土中孔隙所占體積與總體積之比。公式e公式e與n的關(guān)系:n=Vvx100%Ven=1+e（七）土的飽和度Sr定義：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比公式：S=VwX100%

rV

v公式：意義：是評價土的潮濕程度的指標(biāo)稍濕S尸50%<很濕50%<S<80%飽和S>80%二、指標(biāo)的換算7公式要求全部會推導(dǎo)§2-3土的物理狀態(tài)特性指標(biāo)一、無粘性土的密實(shí)度（鑒別方法三種）1、用空隙比e作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)2、用相對密實(shí)度作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)相對密實(shí)度D=emax-e°max°min式中：emax——土處于最疏松狀態(tài)時的孔隙比emin——土被振擊后最密實(shí)狀態(tài)下的孔隙比e——天然孔隙比意義：評價土的密實(shí)程度'密實(shí)的1>Dy>0.67<中密的0.67>D>0.33松散的0.33>D：>03、用標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)二、粘性土的物理特征1、粘性土的界限含水量界限含水量一一粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)時的分界含水量，稱為界限含水量。包括：縮限、塑限、液限。3小縮限Ws塑限Wp液限Wl.固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)測定方法：塑限：聯(lián)合測定儀搓條法液限：錐式液限儀（碟式少用）2、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)（一）塑性指數(shù)IP用百分?jǐn)?shù)表示，但省去％意義：IP值的大小與粘粘含量有關(guān)'粘土IP>17［粉質(zhì)粘土10<Ip<17（二）液性指數(shù)IwW-WW-WI=p=WIPWL-WP意義：表示粘性土軟硬程度的物理指標(biāo)

［堅硬LJ0硬塑0<IL<0.25<可塑0.25<Il<0.75軟塑0.75<IL<1流塑IL>13、粘性土的靈敏度和觸變性（一）靈敏度（St）S里（原狀）t—qu'（重塑）意義：'低靈敏1<St<2<中靈敏2<St<4高靈敏St>4（二）觸變性觸變性一一粘性土的抗剪強(qiáng)度隨時間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為觸變性。思考題：土的三相比例指標(biāo)有哪些？哪些可以直接測定？哪些可通過換異求得？試令VS=1，由試驗測定的指標(biāo)推導(dǎo)其他三相比例指標(biāo)。土粒的相對密度和土的相對密實(shí)度有何區(qū)別？如何按相對密實(shí)度判定砂土的密實(shí)程度？什么是土的塑性指數(shù)？其中水與土粘粗細(xì)有何關(guān)系？塑性指數(shù)大的土具有哪些特點(diǎn)？土粒的相對密度與土的相對密實(shí)度有何區(qū)別？如何按相對密實(shí)度判定砂土的密實(shí)程度。什么是土的液性指數(shù)？如何應(yīng)用液性指數(shù)的大小評價土的工程性質(zhì)？§2-4地基土（巖）的分類LU硬質(zhì)巖石石石<一［軟質(zhì)巖石'碎石一般分類：地基<土久一般分類：地基<土久砂基土粉土一般粘性土{砂質(zhì)粘土粘土特殊性一、巖石的工程分類（一）按堅硬程度分類'硬質(zhì)巖石a>30MPa"一［軟質(zhì)巖石b<30MPa（二）按成因分類巖漿巖如花崗巖玄武巖<沉積巖如石灰?guī)r、變質(zhì)巖如片麻巖粘土巖（三）按風(fēng)化程度分類'強(qiáng)風(fēng)化中等風(fēng)化〈微風(fēng)化、未風(fēng)化見P33表1-17（四）按軟化系數(shù)分類軟化巖石Kr=至飽和Kr<0.75<仃干燥、不軟化巖石K>0.75二、碎石類土定義：粒徑〉2mm的顆粘含量超過全重的50%。三、砂類土'漂石（三、砂類土'漂石（塊石）卵石（碎石）圓礫（角礫）200mm20mm2mm>50%>50%>50%分類：'礫砂粗砂<中砂細(xì)砂粉砂定義：粒徑〉2mm分類：'礫砂粗砂<中砂細(xì)砂粉砂2mm25~50%0.5mm>50%0.25mm>50%0.075mm>85%0.075mm>50%四、粉土定義：粒徑>0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%，塑性指數(shù)IpW的土

砂質(zhì)粉土<0.005mm<10%<,.,_分類：［粘質(zhì)粉土<0.005mm<10%五、粘性土定義：指塑性指數(shù)IP>10的土。（一）按沉積年代分類老粘土：q3及以前的土強(qiáng)度高，壓縮性低<一般粘性土：Q4、新邁沉積的粘性土文化期以來（久固結(jié)）（二）按塑性指數(shù)分類'粉質(zhì)粘土10<Ip<17［粘土Ip>17六、特殊土（一）軟土指沿海的濱海相、三角洲相、平原、山區(qū)的沼澤相等主要由細(xì)粒土組成的孔隙比大（>1）天然含水量高（接近或大于wl）壓縮性高和強(qiáng)度低的土層?！赣倌鄀>1.5分類'淤泥質(zhì)土'分類'淤泥質(zhì)土''粘性土

粉土1<e<1.5<5%按有機(jī)質(zhì)含量分為'有機(jī)土泥炭質(zhì)土5%按有機(jī)質(zhì)含量分為'有機(jī)土泥炭質(zhì)土60%（二）人工填土——由人類活動而堆填的土'素填土：不含雜質(zhì)分類｛雜填土：含建筑,生活垃圾、沖填土：田水力沖填泥砂形成（三）濕陷性土（黃土）——指土體在一定壓力下受水浸濕時產(chǎn)生濕陷變形量達(dá)到一定數(shù)值的土。評價：按P=200kPa時的濕陷量6表示。（四）紅粘土——指碳酸鹽巖系出露的巖石，經(jīng)“紅土化作用”形成并覆蓋于基巖上的棕紅色高塑性粘土。特征：3l>50收縮性不均勻性當(dāng)3在45?50之間時稱為次生紅粘土（五）膨脹土

——指粘粒成分主要由親水性粘土礦物組成的粘性土。特征：含蒙托石、伊里石吸水膨脹、失水收縮（六）風(fēng)化巖和殘積土風(fēng)化巖一一指巖石在風(fēng)化營力等作用下，使其結(jié)構(gòu)、成分、性質(zhì)等產(chǎn)生不同程度變異的巖石。殘積土一一巖石完全風(fēng)化后未經(jīng)搬運(yùn)的殘積物。特點(diǎn)：不均勻性易產(chǎn)生不均勻沉降。（七）凍土多年凍土一一指土的溫度等于或低于零度，含有固態(tài)水且這種狀態(tài)在自然界連續(xù)保持三年或三年以上的土。特點(diǎn)：凍脹、融陷（八）混合土——由級配不連續(xù)的粘粒、粉粒、礫粒和巨粒組