專業(yè)課補充-巖土工程地質性質

1土的物質組成與結構、構造1.1土及其組成

定義：土是地殼表面最主要地物質，是巖土圈表層在漫長地質年代里，經過各種復雜地地質作用所形成地松軟物質。

與巖石相比，主要有以下差異：①巖石礦物顆粒之間具牢固地聯(lián)接②巖石強度高，不易變形，整體性和抗水性較好③巖體處于較高地應力環(huán)境中。第二篇

巖土工程地質性質研究

第四紀時期沉積的歷史相對較短，一般又未經固結硬化成巖作用，因此在第四紀形成的各種沉積物通常是一個松散的、軟弱的、多孔的三相體系:固體，液體和氣體。固體，土粒，它由大小不等，形狀不同，成分不同的礦物顆粒，巖屑組成，構成為土的主體。液體，它部分或全部的充填于粒間孔隙，全部填充稱之為飽和土體。氣體，充填于孔隙中。

植物學家研究的是土壤

有關概念

土層：同一層內土的物質組成及結構，構造基本一致，工程地質亦大小相同，稱之為土層。

在柱狀圖和剖面圖上常用。土體：是由巖石經過物理與化學風化、搬運、沉積作用后的產物，是由各種大小不同的土粒按各種比例組成的集合體。是指與工程建筑的安全，經濟和正常使用有關的土層組合體。

1.2土的粒度成分1.2.1粒徑和粒組劃分:

粒徑：土顆粒的大小以其直徑來表示，稱為粒徑。其單位一般采用mm

自然界中土粒，有橢球狀，針片狀，菱角狀，球狀等土的粒徑是一個相對的，近似的概念。不是一個標準的球體。土的性質與土的粒徑有關。

1.粒徑大，如粗大的漂石，卵石。保持了原巖的礦物，強度高，壓縮性低，透水性強。

2.粒徑小，如粘粒。幾乎都是由風化生礦物組成，一般具有可塑性強，壓縮性高，弱透強度低等特性。

研究發(fā)現(xiàn)，在一定的粒徑范圍內，土的成分和性質差別不大，可以認為有大致相同的成分和相同的性質。

為便于研究土中各粒徑，土的相對含量與土的工程地質性質的關系，將自然界中土粒變化范圍劃分為幾個區(qū)段：在一定粒徑區(qū)段范圍內，成分及性質相似的土粒組別，即稱為“粒組”，或“粒級”根據上述；粒徑變化，結合實驗水平將土劃分為以下粒組：

巨粒

d﹥200漂石

60﹤d≦200卵石

粗粒

0.074≦d≦60

細粒

d≦0.075

實際上，不同的國家和國內不同的部門對粒組劃分有小的區(qū)別。我國公路部門的粒徑劃分1.2.2粒度成分及其測定

土的粒度成分是指土中各個粒組的相對百分含量。通過土的顆粒分析測定，進一步可根據顆分結果進行土的粒度成分分類

①目前顆粒分析方法可分為：

a.篩分≧0.075mm篩分法就是用篩，它的孔徑對應一定的粒徑，將其過篩分選，不能過去的為大于這個粒組，小于這個粒組的進入更細的篩進行分選。式中：mi-小于某粒徑的土粒質量m－試樣總質量土樣篩顆分篩b.靜水沉降方法≦0.075

靜水沉降方法有：密度計法、移液管法、雙洗法、虹吸比重瓶法原理：將土樣侵泡在純水中制成懸液，根據不同粒徑在靜水沉降速度不同，測定各粒組百分含量。密度計②成果整理

列表法，土的累計曲線

累計曲線的形態(tài)解釋：判斷土的均勻程度一般：首先確定：a有效顆徑：累計含量10﹪

所對應的粒徑b平均顆徑：累計含量50﹪

所對應的粒徑c限制顆徑：累計含量60﹪

所對應的粒徑

進而利用土的有效顆粒和限制顆徑確定工程中常用的不均勻系數(shù)Cu

：

Cu值越大，越不均勻，級配越好，反之越差Cu﹤5

級配不良的均顆土Cu

﹥5

級配良好的非均顆土

曲率系數(shù)Cc工程中，常采用Cc來說明累積曲線的彎曲情況。

Cc<1或Cc﹥3的土稱為級配不良的土。

1.2.3土的粒度分類將土按粒度成分進行分類稱之為粒度分類。可用來評價和說明土層。

P9―――《土的分類標準》GBJ45-90巖土工程勘察規(guī)范：GBS0021－2001碎石土

d﹥2mm的顆粒﹥50﹪砂土

d﹥2mm的顆粒

≦50﹪d﹥0.075的顆粒﹥50﹪粉土

d﹥0.075的顆粒≦50﹪Ip≦10粘性土

Ip﹥10①

碎石土a.漂石圓形及亞圓形為主d﹥200含量b.塊石棱角形為主﹥50﹪

c.卵石圓形及亞圓形為主d﹥20含量d.碎石棱角形為主﹥50﹪

e.圓礫圓形、亞圓形為主d﹥20含量f.角礫棱角形為主﹥50﹪

2）砂土名稱級配礫砂d﹥2mm占25﹪－50﹪粗砂d﹥0.5﹥50﹪中砂d﹥0.25﹥50﹪細砂d﹥0.075﹥85﹪粉砂d﹥0.075﹥50﹪3）

粘性土粉質粘土10﹤Ip≦17

粘土

Ip

﹥17粘土細砂粗砂碎石卵石碎石粘土1.2.4土的定名：

除按顆粒級配，塑性指數(shù)定名外土的綜合定名應符合下列規(guī)定

a.對特殊或因年代的土應結合其成因和年代特征定名b.對特殊性土，應結合顆粒級配或塑性指數(shù)定名

c對混合土，應以主要含有的土類定名D對同一土層中相間呈韻律沉積定為①互層②夾層E土層厚度﹥0.5m時定單獨分層1.3土中的水根據其存在部位，可分為礦物成分水和孔隙水：（一）礦物成分水存在于礦物晶體格架內部，又稱礦物內部結合水。分為結構水、結晶水、沸石水。（二）孔隙中的水

即存在于土粒間孔隙中的水，可分為固態(tài)水、液態(tài)水和氣態(tài)水。1液態(tài)水1）結合水a強結合水（吸著水）性質接近于固體，冰點很低，沸點較高，常溫下不能移動，且不能傳遞壓力。

b弱結合水也稱為薄膜水，不能傳遞壓力，也不能在孔隙水中自由流動，但它可以因電場引力的作用從水膜厚的地方向水膜薄的地方轉移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影響土的壓縮性和強度，并使土的透水性變小。結合水膜厚度影響因素：成土礦物；陽離子濃度及化學性質(陽離子價低,厚;陽離子濃度高,薄)。2）毛細水由于毛細作用保持在毛細孔隙中的地下水。，結合水與重力水的過渡類型。有極微弱的抗剪強度，能傳遞靜水壓力。主要存在于砂土和粉土中。3）重力水又稱為自由水。步受顆粒吸附和毛細力作用控制，在重力作用下能自由運動的地下水。是普通的液態(tài)水，具有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。當它在土孔隙中流動時，對所流經的土體施加滲流力（亦稱動水壓力、滲透力），計算中應考慮其影響。2固態(tài)水（冰）以冰夾層、冰透鏡體和細小冰晶等形式存在于土中，并將土粒膠結起來形成凍土，提高土的強度。但解凍后的強度往往低于結冰前的強度。3氣態(tài)水以水汽狀態(tài)存在，嚴格講屬于土的氣相部分。1.4土的結構和構造

土體的物質成分和結構構造可反映它的地質形成歷史。1）土的結構

定義土的結構是指土的土粒大小，形狀，表面特征，土粒間的連接關系和土粒的排列情況。土的粒度成分反映了土粒大小及其組合特征。影響因素：

1.土粒大小影響

2.形狀，級配影響

3.表面特征，吸附水和可溶鹽的影響

4土粒間連接關系*土粒間連接關系

土中顆粒與顆粒的連結，一般是由于孔隙中的水對土粒起著某種連接作用，故常按水的類型將次連接作用分為：結合水連接、毛細水連接、膠結連接、和冰連接。結合水連接：是通過結合水膜而將相鄰土粒連接起來的連接形式，又叫水膠連接。當相鄰兩個土?？康煤芙?，各自水化膜部分重疊，形成公共水化膜。公共水化膜中的結合水分子處于兩個相鄰土粒的引力之下，靠攏連接在一起。

一般，細粒土以這種連接為主。但這種連接力還是比較弱的。當土體比較干燥，結合水膜很薄，這種連接才具有較大的強度。

是一種凝聚連接，連接力：分子力、靜電力、磁力

毛細水連接：是相鄰土粒由毛細壓力作用形成的連接。毛細水連接主要表現(xiàn)在粉土和砂土中，是種暫時性連接。當砂土飽水或干燥時，這種連接就消失了。因此，又稱為過渡連接。

膠結連接：是由于土中的某些鹽類的結晶將土粒膠結起來的連接。這種連接使土的強度增大，但被水溶解后，連接將大大減弱，土的強度也隨之降低。主要存在于：鹽漬土、黃土及含鹽較多的土（如鈣質膠結的黃土）。

冰連接：是含冰土的暫時性連接，融化后即失去。

土的結構類型

1）巨粒土及粗粒土的結構類型

為單粒結構。根據細粒土含量不同又分為粗石狀結構和假斑狀結構。根據顆粒的排列和擠壓緊密程度：散粒結構、緊密結構。主要有以下特點：

a顆粒粗大

b較等維

c天然狀態(tài)下，基本組成單元為原生礦物和復合礦物，粒間連接較小。2）細粒土（粉土、粘土）的結構類型

為團聚結構。根據土粒均勻與否，分為均粒結構和非均粒結構。

均粒結構又分為蜂窩狀結構（0.02-0.002mm）和絮狀結構（<0.002mm）。

非均粒結構：由粉粒和砂粒充滿粘粒團聚體所形成的結構。

團聚結構不穩(wěn)定，易受外界影響而發(fā)生結構變化2）

土的構造指在一定土體中，結構相對均一的結構單元體的形態(tài)和組合特征，同樣也包括單元的大小，形狀，排列和相互關系等。由此可見，結構和構造包含的內容相似，但組成單位不同，前者是顆粒，而后者是結構單元體

結構和構造都是固體物質在土中的存在形成屬于土的基體地質特征，決定土的工程都地質性質的形狀和變化趨向的內在依據。因此，研究土的工程地質性質，除研究其物質之外，還必須研究其結構和構造。2土的物理性質

土的物理性質：是指土本身由于三相組成部分相對比例關系不同所表現(xiàn)的物理狀態(tài)以及固液兩相相互作用所表現(xiàn)出的性質。它包括以下的性質：密度、孔隙性、含水性、稠度、塑性、透水性、毛細性等2.1土的基本物理性質2.1.1土粒密度固體顆粒的質量與其體積之比，即單位體積土粒的質量，單位g/cm32.1.2土的密度土的密度是指土的總質量與總體積之比，即單位體積土的質量。單位：g/cm3

根據土所處的狀態(tài)不同，土的密度可分為：天然密度、干密度、的飽和密度。天然密度

干密度烘干法

飽和密度2.1.3土的含水性土的干濕可用含水率和飽和度兩個含水性指標來表示。含水率：土中水的質量與固體顆粒之比，常用百分率表示。2.1.3土的含水性飽和含水率：土中孔隙全被液態(tài)水充滿時的含水率2.1.3土的含水性飽和度：土中水的體積與孔隙體積的百分比2.1.4土的孔隙性

土中孔隙的大小、數(shù)量和連通情況等，稱為土的孔隙性。目前，主要用孔隙的多少來表示土的孔隙性。1孔隙率

2.1.4土的孔隙性

2孔隙比

2.1.4土的孔隙性

3孔隙率與孔隙比

2.1.4土的孔隙性

4砂土的相對密度

是砂土的結構（密實程度）狀態(tài)指標，反映了顆粒級配對密實程度的影響。

2.1.5物理性質指標間的換算土的顆粒密度、天然密度、干密度、含水率、飽和度、孔隙率、孔隙比是研究土的物理性質的7個基本指標。其中，顆粒密度、天然密度、含水率為實測指標，其余指標由這三個指標換算取得，稱計算指標。

常用的土的物理指標共有九個。已知其中任意三個，通過換算可以求出其余的六個。（一）孔隙比與孔隙率的關系設土體內土粒的體積為1，則e=Vv/V可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為（1＋e），于是有：或

三相示意圖（a）（二）干密度與濕密度和含水率的關系設土體的體積V為1，則ρd=ms/V，土體內土粒的質量ms為ρd，由w=mw/ms水的質量mw為wρd。

或

（三）孔隙比與比重和干密度的關系設土體內土粒的體積為1，則按e=Vv/V，孔隙的體積vv為e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的質量ms為ρs。于是，按ρd的定義可得：

（四）飽和度與含水率、比重和孔隙比得關系設土體內土粒的體積為1，則按e=Vv/V得體積vv=e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的質量ms=ρs。按w=mw/ms

，水得質量mw=wρs，則水得體積vw=mw/ρw=wρs/ρw。于是，Sr定義可得：當土飽和時，即Sr為100％，則：

式中：wsat——飽和含水率。（五）浮密度與比重和孔隙比得關系設土體內土粒體積為1，則按e=Vv/V，孔隙的體積Vv為e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的質量ms為ρs。（1-26）【例題】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質量為108g，將其烘干后稱得質量為96.43g，根據試驗得到的土粒比重Gs為2.7，試求試樣的天然密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度?！窘狻浚?）已知V＝60cm3，m=108gρ=m／v=180／60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，則mw=m－ms=108－96.43=11.57g

于是w=mw

／ms＝11.57／96.43=12%（3）已知Gs=2.7，則

Vs=ms／ρs=96.43／2.7＝35.7cm3

Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3e=Vv／Vs＝24.3／35.7=0.68（4）n=Vv／V＝24.3／60=40.5％（5）Vw=mw

／ρw=11.57／1＝11.57cm3St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％作業(yè)：

一辦公樓地基土樣，用體積為100cm3的環(huán)刀取樣試驗，用天平測得環(huán)刀加濕土的質量為241.00g，環(huán)刀質量為55.00g，烘干后土樣質量162.00g，土粒比重2.70。計算該土樣的w,Sr,e,n,ρ,ρsat和ρd2.2.1細粒土的稠度

細粒土由于含水率不同而表現(xiàn)出稀稠軟硬程度不同的物理狀態(tài)：固態(tài)、塑態(tài)、液態(tài)。細粒土這種因含水率的變化而表現(xiàn)出的各種不同的物理狀態(tài)，即為土的稠度。隨著含水率的變化，細粒土可由一種稠度狀態(tài)轉變成另一種稠度狀態(tài)相應于轉變點的含水量稱為界限含水量。2.2細粒土的稠度與可塑性2.2.2細粒土的可塑性

細粒土的含水率在液限和塑限兩個稠度界限之間時，在外力作用下可以揉搓成任意形狀而不破壞土粒間的聯(lián)結，并且在外力解除后仍將保持已有的形狀，細粒土的這種性質稱為可塑性。細粒土可塑性可用塑性指數(shù)來表示。塑性指數(shù)：

I=WL-WP

塑性指數(shù)愈大，處于塑態(tài)的含水率變化范圍越大，可塑性性也就越強，反之，則可塑性越弱。塑性指數(shù)與土的粒度成分、礦物成分和土中水的化學成分、濃度、PH值等有關。粘粒含量越高，顆粒愈細小，親水性愈強，塑性指數(shù)則愈大。因此，塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了細粒土特征的各種因素?？捎脕矶x細粒土進行分類，也可以確定承載力。

土的稠度狀態(tài)取決于它的含水率。不同的土，其稠度界限也是不同的。通常采用液性指數(shù)來標征土的稠度狀態(tài)。液性指數(shù)：

IL≤0

天然含水率≤塑限，堅硬狀態(tài)

0＞IL≤1

可塑狀態(tài)

IL

＞1

天然含水率＞液限，流動狀態(tài)聯(lián)合測定儀蝶式儀思考：1何謂土的可塑性？2什么是土的塑限？液限？3塑性指數(shù)的定義及其物理意義？4液性指數(shù)的定義及其物理意義？

2.3.1細粒土的脹縮性基本概念細粒土由于含水率的增加而發(fā)生的體積增大的性能稱之為膨脹性。細粒土由于土中失去水分而發(fā)生的體積縮小的性能稱之為收縮性。土體的膨脹和收縮不僅降低了土體的強度，而且引起土體的變形，導致建筑物的破壞。由細粒土組成的斜坡也常因土體的脹縮發(fā)生滑坡，給工程帶來危害。因此，研究其脹縮性具有重要的工程意義。2.3細粒土的脹縮性和崩解性表征膨脹性的指標1自由膨脹率：人工制備的干土，在水中增加的體積與原體積的比。判別膨脹土的膨脹潛勢。2膨脹率：土樣在一定壓力下，浸水膨脹穩(wěn)定后所增加的體積與原體積之比。采用室內無側脹膨脹儀測定。3膨脹力：土樣體積不變時，由于浸水膨脹產生的最大內應力。它等于為了阻止土的膨脹而施加于其上的最小壓力。某些細粒土的膨脹力最大可達到100Pa以上表征膨脹性的指標1體縮率：土樣收縮的體積與原體積的比。2線縮率：土樣收縮后的高度減小量于原高度之比。3收縮系數(shù)原狀土樣在直線收縮階段，含水量減小1%時的豎向收縮率，稱之為收縮系數(shù)。

實際上，細粒土的脹縮性是隨土體含水量的變化而變化的。與顆粒表面水膜厚度變化即弱結合水的數(shù)量變化緊密相關。與顆粒分散程度、礦物成分和水的化學成分、濃度、PH值等有關。2.3.2細粒土的崩解性細粒土由于浸水發(fā)生崩解散體的性能，稱為崩解性。經常發(fā)生在水渠或水庫的岸邊地帶。由于崩解引起的庫岸塌岸，不僅造成水庫的淤積，而且影響水庫邊岸地帶建筑物的安全。

細粒土的崩解是由于土體浸水以后，水進入孔隙或裂隙的情況不平衡，導致粒間結合水膜增厚速度不同，粒間斥力超過引力的情況也不平衡，產生應力集中，使土體崩落。

崩解的實質：是膨脹的特殊形式及其進一步的發(fā)展，也是結合水膜增厚的結果。土的崩解性一般采用崩解時間、崩解速度、崩解特征來表示。影響因素：礦物成份、粒度成分、水溶液濃度、PH值、土的結構及構造等。2.4.1土的透水性土在孔隙中滲透流動的性能，稱為土的透水性。多數(shù)情況下，水以層流形式運動，服從達西定律。即水在土中的滲透速度與水力坡度成正比。2.4土的透水性和毛細性

巨粒土中，孔隙粗大，地下水可在其中以較大流速運動，呈紊流形式，服從哲才定律滲透問題示意圖

影響土的透水性的主要因素：1）粒度成分2）礦物成分3）土的密度

4）水溶液的成分與濃度5）

土中的氣體

6）土的構造2.4.2土的毛細性土通過土的毛細孔隙在彎液面力的作用下向各個方向運動的性能。水在毛細孔隙中運動的現(xiàn)象稱毛細現(xiàn)象。土中毛細水上升可造成土壤的沼澤化和鹽漬化，建筑物地基受毛細水浸濕后穩(wěn)定性降低。

評價毛細性的指標有：毛細上升高度、毛細上升速度、和毛細壓力。實際應用的主要是毛細上升高度。毛細上升高度：毛細水上升達到的最大高度。

根據毛細定律，毛細水上升的高度與水的表面張力成正比，與毛細管直徑成反比。表面張力系數(shù)

常溫下，純水的表面張力系數(shù)aw=73×10-3N/m，水的密度1g/cm3，則毛細上升高度只與毛細管直徑有關。毛細水上升的最大高度必須有合適的孔徑影響因素：土的粒度成分、礦物成分以及水溶液化學成分和濃度、氣溫的變化與氣候的變化等。3土的力學性質

內力與應力

巖土體受到外力作用后發(fā)生變形其中各部分死亡相互位置將發(fā)生變化，從而產生“附加內力”，簡稱內力。這種“內力”既不同于物體固有的內力也不同于剛體系統(tǒng)的內力。前者是分子，原子等基本粒子相互作用產生的內力，后者則是各個剛體相互機械作用產生的內力。變形體的內力則是由宏觀變形引起的內力。F1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布內力

內力－變形引起的物體內部附加力內力不能是任意的，內力與變形有關，必須滿足平衡條件和變形協(xié)調。.變形不協(xié)調一致變形協(xié)調一致

應力：――――內力分布的集度lim△P/△A﹦dP/dA﹦PP------應力其中：與截面垂直力―――正應力

與截面平行的力―――剪應力3土的力學性質

指土在外力作用下所表現(xiàn)的性質，主要包括壓應力作用下體積縮小的壓縮性以及剪應力作用下抵抗剪切破壞抗剪性，其次是在

動態(tài)荷載作用下表現(xiàn)的一些性質

它的特點如下：外力的三種類型：壓應力剪應力動荷載壓縮性抗剪性動力性質影響：沉降大不均勻沉降最為重要。抗剪性強度問題示意圖變形問題示意圖3.1土的壓縮性3.1.1壓縮本質三相體系是壓力作用下水分，空氣的外逸，固體顆粒相互靠攏、嵌合，空隙減少，密度提高，而引起土體體積減小。

①

有側限壓縮土的周圍受到限制，在壓縮過程中不能基本不能發(fā)生側向膨脹，只能發(fā)生單向變形又稱為無側脹壓縮。如：基礎較深時，地基土的壓縮。②

無側限壓縮受壓時土的周圍無限制或限制很小時，在發(fā)生沿作用力方向發(fā)生壓縮的同時還將發(fā)生側向膨脹變形又稱為“有側脹壓縮”如：機場和道路（特別時路堤）等表面建筑以及基礎較淺的地基地壓縮3.1.2壓縮特性

如前所述，土的壓縮實質是壓力作用下，空隙中水，氣排出，土粒相互靠攏所致。因此土的壓縮特性主要與壓力的大小和作用時間的長短（即水，氣排出的速度）有關。

1）壓縮曲線――――與力的大小的關系

有側限壓縮，則壓縮前土粒體積=壓縮后的土粒體積（VS=V/（1+e））：

壓縮曲線：土的壓縮變形外部壓力作用產生的壓縮變形量隨壓力的不斷增大，即空隙比不斷減少。

隨壓力增加，剛開始增加快（壓縮快），后面壓縮慢。

壓縮曲線表示土在壓力作用下的壓縮變形特征，因此，我們根據土的壓縮曲線評價土的可壓縮性。工程實踐中，一般以壓縮曲線的斜率來評價土的壓縮性。

壓縮定律：在壓力不大的情況下，孔隙比的變化與壓力的變化成正比

不同的土，由于其物質組成結構特征和物理形態(tài)的不同，其壓縮也表現(xiàn)不同。如:粗粒土，粒間聯(lián)系極弱，固體顆粒間直接接觸，透水強，靜壓力作用下，壓縮過程短，壓縮曲線起始較陡，而后幾乎為水平。粘性土：由于粒間給含水膜的存在，空隙比較大，加之，透水性差，壓縮量較大，壓縮過程長，壓縮曲線又陡變緩，比較圓滑。即使同一類型的土，由于其狀態(tài)的不同，壓縮性也不同相同。如：粘性土

對厚狀土，由于自然條件下經過一定程度的壓密，空隙減少，結構變化能力減弱，壓縮曲線比較平緩。

壓縮系數(shù)：a是表征土的可壓縮性的重要指標，廣泛應用于土力學計算中。相同壓力變化范圍內，壓縮系數(shù)越大，表明土的空隙減少得越多，即壓縮性越強。但同一種土的a并不是常數(shù)，與壓力區(qū)段的大小和壓力水平有關。一般得工業(yè)與民用建筑所給于地基土得壓力為0.1――0.3MPa。所以在工程實踐中，通常選擇變化范圍為0.1－0.2MPa區(qū)段內得壓力系數(shù)a1-2a1-2﹦(e1-e2)/(0.2-0.1)﹦10(e1-e2)

作為評價土得可壓縮性得標準――

稱為標準壓縮系數(shù)as

as﹤0.1MPa-1低壓縮性土0.1≤as≤0.5MPa-1中壓縮性土as≥0.5高壓縮性土

壓縮曲線上所取的壓力區(qū)段起點為零點則該段曲線的平均斜率ap：△

h/h0﹦ap*p

/(1+e0)土的壓縮應變ε――相對壓縮變形量

土的壓縮應變ε――相對壓縮變形量

工程中也常用相對壓縮量作為判別土的壓縮性的標準。

以上可知，有側限條件下，當壓力不大時，壓力P與相對壓縮變形量ε呈直線正比關系。因此可用應力－應變來表征其變形性能。即壓縮模量：

亦可用壓縮模量來評價土的壓縮性。實際工程中：有側脹（無側限）條件下，壓應力與相應的壓縮應變的比值通常稱為變形模量，根據彈性理論：3.1.2壓縮特性

2）土的固結――――與時間的關系在一定的壓力下，孔隙體積的減少需要一個時間過程并且，由于土的粒間聯(lián)接和透水性能的不同，達到變形停止所需的時間也不相同。土在恒定壓力作用下，壓縮變形－時間的關系曲線。――――固結曲線

對飽和土而言，孔隙全部為水充滿，土的壓縮變形只有在孔隙中的水不斷向外滲流，變形終止所需的時間，取決與孔隙水向外滲流的速度。對于飽水土的這種伴隨有孔隙水滲流的壓縮過程―――滲透固結粘性土的壓縮過程研究，還常采用固結度與時間的關系曲線表示。固結度指一定荷載作用下，一定時間內土的固結程度（﹪）：

△

ht表示自加荷開始計，t時間土的壓縮變形量(mm)△h－該荷載下土最終的壓縮變形量（mm）3.1.2壓縮特性

3）影響土的可壓縮性的主要因素上述分析可知，土的土縮本質在于土的孔隙性及固體礦物顆粒的移動，因此，土的壓縮高低取決于土本身的地質特征，其壓縮量與外力特征有關①土的物質成分

對粘性土：若粘土礦物含量高，土的親水性增強和孔隙比增大，從而導致土的可壓縮性提高，壓縮過程增長，同時，密閉氣體的存在，一般阻礙水分移動壓縮困難。

對粗粒土：礦物成分的影響時次要的，主要是土的顆粒形狀。3）影響土的可壓縮性的主要因素

②土的結構特征

1）粘粒含量高的土，壓縮性強，壓縮時間長

2）

顆粒形狀

3）

顆粒表面粗造程度

4）

前期固體壓力――土的密實度3）影響土的可壓縮性的主要因素③土的構造特征土中不連續(xù)面的存在可以導致壓縮性的各向異性

1）

作用力方向平行不連續(xù)面（且張開較大時）壓縮性較大

2）

垂直時（張開較?。ν恋膲嚎s性影響不大張開較大：給顆粒位移提供空間④

荷載作用方式

1）由壓縮曲線p越大壓縮越大p越大△h越小

2）反復加載更有效加密⑤動荷載振動壓縮﹥靜荷載作用下壓密。3.2土的抗剪性3.2.1土的抗破壞性

土抵抗外力而保護自身不被破壞的性能。土的破壞主要兩種類型：1）剪切破壞:（由剪應力引起的破壞）如：滑坡2）拉斷破壞:由拉應力引起的，如卸荷、不均勻收縮引起的破壞等。土的抗拉強度較低，土體基本上沒有抵抗拉力的能力。實際工程中，通常采取一定的措施避免產生拉應力。如：公路上收縮縫等。

3.2.1土的抗破壞性因此：由建筑工程中使土體所受到力主要壓力和剪力，而兩種外力所導致土體破壞都是因剪應力超過其抗剪強度發(fā)生的。

所以，土的抗破壞性一般是土的抗剪性。3.2.2土的抗剪強度外力作用下，土中的剪應力達到一定值，而大于粒間結構聯(lián)結力和摩阻力時，會引起顆粒間的相對位移，進一步形成剪切帶，導致土體的破壞。土抵抗剪應力而保持自身不被破壞的最大能力――土的抗剪強度顆粒間的摩阻力是抗剪強度的重要組成部分，所以土的抗剪強度與壓力大小由關。

3.2.2土的抗剪強度實驗研究表明：在一般建筑荷載作用下，土的抗剪強度τf與法向應力的關系曲線近似直線。

3.2.2土的抗剪強度巨粒土和粗粒土：直線通過原點:

3.2.2土的抗剪強度對細粒土：不通過原點:

3.2.2土的抗剪強度

Ф---內摩擦角（o）

C――內聚力(Mpa)

上述方程是法國學者庫侖于1773年提出的，一般稱為庫侖定律。庫侖定律說明：對巨粒土和粗粒土其抗剪強度取決于內摩擦力。對細粒土其抗剪強度取決于內摩力和內集力。

3.2.3影響土的抗剪強度主要因素

主要取決于土的物質成分、結構、構造特征、外力特征等。1)土的物質成分

粘土礦物含量越高吸水能力越高。ψ，C越低含水率越低，結構聯(lián)接越高.ψ，C越高土的結構特征土的分散度越高，親水性越高，粒間聯(lián)結弱小，ψ越低密度越高，聯(lián)結越高，摩阻力越高顆粒細越小，ψ越低。

3.2.3影響土的抗剪強度主要因素

土的構造特征各向異性水平層狀粘性土，水平方向﹤垂直方向另外：土中不連續(xù)面的粗糟程度，結構程度，延續(xù)性都對土的抗剪性產生影響。

垂直壓力―――法向應力б越高，τf越高3.2.3影響土的抗剪強度主要因素

剪切速度――――單位時間內變形的增量按剪切速度：快剪（不排水剪），慢剪（排水剪）據剪切前的土固結情況：固結的，非固結土考慮工程建筑的實際情況：固結慢剪（CD）大于固結快剪(CU)大于不固結快剪(UU)振動荷載振動荷載大于靜荷載。

3.3土的蠕變和長期強度

粘性土在一定剪應力長期作用下，剪切變形隨時間而緩慢增長的現(xiàn)象――蠕變剪切變形λ－t的關系曲線―――蠕變曲線土的蠕變特性于剪應力的大小有關剪應力較?。哼M程緩慢，土發(fā)生塑性變形而結構不遭破壞，曲線逐漸趨于穩(wěn)定。剪應力較大;未到土的峰值強度，土將發(fā)生流動變形，且變形速度不斷增大，最終發(fā)展未破壞。

3.3土的蠕變和長期強度根據最終破壞將蠕變發(fā)展分四個階段：

①瞬時變形階段OA②減速變形AB③勻速BC④增速CD由上述可以看出，蠕變形特征與剪應力大小密切相關只有剪應力達到一定值時，蠕變才會發(fā)展到破壞。稱該剪應力稱為蠕變極限應力其對應的圖的抗剪強度為土的長期強度St。

3.4土的擊實性

土體是土壩、路堤等土工構筑物的建筑材料。經過挖掘、搬運后，原始結構遭到破壞，抗剪強度降低，壓縮性大，且不均勻，遇水后還可能濕陷。必須用夯實和碾壓等方法使填土密實，使土的密度增大，強度增高，變形減小，透水性降低。土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質。目前，擊實試驗是研究土的擊實性的常用方法。擊實試驗

《土工試驗方法標準》（國家標準）輕型：d<5mm；V=947cm3,m=2.5kg,3層25擊，落高30.5cm重型：d<40mm；V=2104cm3,m=4.5kg,5層56擊，落高47.7cm最優(yōu)含水率3.4土的動力特性

當含水率小于或大于最優(yōu)含水率時都不能達到最佳的擊實效果：

1）含水率較小時：土粒周圍的結合水膜較薄，連接較牢，土粒不易移動，難以擊實；

2）含水率較大時：結合水膜較厚，雖然土粒易于移動，但多余的水分不易排出，產生一定的孔隙水壓力，抵消了沖擊作用，阻礙土粒的接近，也難以擊實；

3）最優(yōu)含水率：水膜厚度適中，土粒連接較弱，又不存在多余的水分，易于擊實，使土?？繑n而排列緊密，達到最大干密度。土的最優(yōu)含水率與擊實功：

擊實功：3>4>5>6最大干密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)土的干密度與擊實功：

含水率：1>2>34.1巖石與土工程地質的差別4巖石的工程地質性質

1巖石顆粒之間具有牢固聯(lián)系，具有較高的強度，不易變形，整體性和抗水性較好。

結晶連接膠結連接2巖體中存在斷層、節(jié)理、層理、裂隙等結構面，水理及力學性質具有各向異性。3巖體中具有較高的地應力存在許多性質較難區(qū)分的軟質巖石

軟巖形成過程極軟巖可以用挖掘機開挖礫巖4.2巖石工程特性主要指標

1巖石的密度

（1）密度：分為顆粒密度和塊體密度，以細碎巖粉過0.25mm篩后，用比重瓶法測定。（2）塊體密度：包括天然、烘干、飽和，通常不說明即指烘干密度。通常借助作抗壓一起作，單獨4—6cm立方體測定三個樣。2巖石的空隙性孔隙性和裂隙性的統(tǒng)稱。

空隙率：巖石空隙體積和總體積之比，以百分率表示?？障缎砸话悴灰诇y定，常需通過密度和吸水性換算求得。巖石的吸水性

巖石在一定條件下吸收水份的性能。常用吸水率與飽和吸水率及飽水系數(shù)等指標表示。

吸水率：巖石試件在一個大氣壓和室溫條件自由吸收水的質量與試件干質量之比。

飽和吸水率：巖石試件在高壓（一般15Mpa）或真空條件下吸入水的質量與試件干質量之比。飽水系數(shù)：吸水率與飽和吸水率之比。4巖石的軟化性

巖石浸水后強度降低的性質。巖石的軟化性取決于它的礦物組成及空隙性。軟化指標為軟化系數(shù)：飽水抗壓強度干抗壓強度4.2.1物理指標5巖石的抗凍性巖石抵抗凍融破壞的性質。水結為冰后，體積增大，對巖石產生凍脹力，結構及連接遭到破壞，強度降低。常用抗凍系數(shù)和質量損失來表示：4.2.1物理指標6巖石的透水性巖石滲透的性質――通過巖石中的裂隙。一般認為，水在巖石的流動符合達西定律。

常用滲透系數(shù)來表示4.3巖石的力學性質

4.3.1單向受壓條件下巖石變形破壞

1微裂隙及孔隙閉合：裂隙及孔隙逐漸被壓密2可恢復彈性變形：裂隙及孔隙隨荷載增加，軸向變形成比例增長，并在很大程度上是可恢復的彈性變形。

彈性極限（30-40%）、彈性模量——彈性變形階段3部分彈性變形至微裂隙擴展階段：開始膨脹，體應變近似線性增長。軸向應變近似直線，側向應變明顯偏離直線。屈服極限（80%）

——穩(wěn)定破裂發(fā)展階段

4非穩(wěn)定裂隙擴展至巖石結構破壞階段：微裂隙迅速增加和不斷擴展，形成局部拉裂或剪裂面。體積變形由壓縮變?yōu)榕蛎?，最終導致巖石結構的破壞，但仍具有整體性。

峰值強度——不穩(wěn)定破裂發(fā)展階段5微裂隙聚結與擴展：裂隙擴展分叉狀，并相互聯(lián)合形成宏觀斷裂面，應力隨應變增加而降低。長期強度6沿破斷面滑移階段：分離成一系列的碎塊體，并在外力作用下相互滑移，變形不斷增加。殘余強度4.3巖石的力學性質

4.3.2巖石的變形參數(shù)1變形模量（應力／應變）彈性模量變形模量初始模量切線模量割線模量

2泊松比：工程上，常采用抗壓強度50%的應變點的橫向應變與軸向應變的之比。

4.3.3循環(huán)荷載條件下巖石的變形特征4.3巖石的力學性質

4.3.4巖石強度1巖石的抗壓強度2巖石的抗拉強度——劈裂試驗3巖石的剪切強度4.3巖石的力學性質

4.3.5巖石的蠕變特性

巖石在大小和方向不變的外力作用下，變形量隨時間延續(xù)而不斷增長的現(xiàn)象稱之為蠕變。4.3巖石的力學性質

4.3.5巖石的蠕變特性

1初始蠕變階段

2等速蠕變階段

3加速蠕變階段使巖石產生蠕變變形而不發(fā)生破壞的最大應力——蠕變極限出現(xiàn)蠕變破壞的最低應力值——長期強度4.3.6巖石的其他變形特性彈性塑性脆性延性粘性5.1巖體的結構特征5巖體的工程地質特性及

巖體工程分類

巖體：通常指地質體中與工程建設有關的那一部分巖石，它處于一定的地質環(huán)境、被各種結構面所分割。巖體具有一定的結構特征，它由巖體中含有的不同類型的結構面及其在空間的分布和組合狀況所確定。

結構面：是指巖體中具有一定方向、力學強度相對較低、兩向延伸（或具有一定厚度）的地質界面（或帶）。如巖層層面、軟弱夾層、各種成因的斷裂、裂隙等。由于這種界面中斷了巖體的連續(xù)性，故又稱不連續(xù)面。5.1.1結構面類型結構面的成因分類：原生結構面、構造結構面及次生結構面沉積結構面：層理，層面，軟弱夾層，不整合面，原假整合面，古沖刷面等。生火成結構面：侵入體與圍巖接結觸面，巖脈、巖墻接觸面，噴出巖構的流線、流面，冷凝節(jié)理面變質結構面：片理，片麻理，板劈理，片巖軟弱夾層。

5.1巖體的結構特征

5.1.1結構面類型

構節(jié)理（X型節(jié)理，張節(jié)理）造結斷層（正斷層，逆斷層，走滑斷層）構面層間錯動帶，羽狀裂隙，破劈理。5.1.1結構面類型

淺部卸荷斷裂淺結、構重力擴展變形破裂表面生結表卸荷裂隙構部風化裂隙面結風化夾層構泥化夾層面次生夾泥5.1.2結構面特征1結構面的產狀：與最大主應力方向夾角控制巖體的破壞機理5.1巖體的結構特征

5.1.2結構面特征2結構面的連續(xù)性：常用連續(xù)性系數(shù)表示5