第一章土的物理性質(zhì)及工程分類

第一章土的物理性質(zhì)與工程分類第一節(jié)土的成因及其構(gòu)造第二節(jié)土的物理性質(zhì)指標第三節(jié)土的物理狀態(tài)指標第四節(jié)土的工程分類及野外鑒別方法一、土的生成巖石風(fēng)化，剝蝕水、風(fēng)的搬運或就地沉積土物理風(fēng)化：生成砂、礫等粗顆粒土?；瘜W(xué)風(fēng)化：生成粘性土。生物風(fēng)化土的沉積類型：殘積土、坡積土、洪積土、沖積土等。特殊土：軟土、黃土、紅粘土、凍土等。

第一節(jié)土的成因及其構(gòu)造物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化基巖殘積土坡積土洪積土沖積土風(fēng)積土（黃土高原風(fēng)成學(xué)說）雅丹地貌（風(fēng)蝕作用形成）二、土的三相組成土是由土粒（固相）、水（液相）、空氣（氣相）組成的三相體系；

孔隙中充滿水時為飽和土，為二相體系；完全無水時土為干土，也是二相體系。1、固體顆粒(1)顆粒的礦物成分和顆粒分組1）土的礦物成分a、原生礦物物理風(fēng)化產(chǎn)物，石英、長石、云母等。顆粒粗，為砂、礫組主要成分。b、次生礦物化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，顆粒細，為粘粒組的主要成分。顆粒細，比表面積大，活性大，親水性強。2)土的粒徑分組粒度:顆粒粒徑的大小;粒組:把粒度相近的顆粒合為一組。0.0050.05220200

單位：mm黏土粒

粉粒

砂粒

圓粒角粒

卵石碎石

漂石塊石粒徑細粒（粉粒：0.005＜d≤0.075；粘粒：d≤0.005）

粒組劃分：工程上將物理力學(xué)性質(zhì)相近的顆粒劃分為一組，便于研究。巨粒（漂石、塊石：d＞200；卵石、碎石：60＜d≤200）粗粒（礫粒、粗粒：20＜d≤60，

細粒2＜d≤20；砂粒：0.075＜d≤2）透水性大，無粘性。透水性大，無粘性。易透水，無粘性，松散。透水性小，稍有粘性。透水性很小，有粘性，可塑。

（2）土工分析方法篩分法（0.075~60）密度計法(≤0.075的粉粒，粘粒)篩分法的孔徑和儀器1)粗篩：孔徑為60、40、20、10、5、2mm。2)細篩：孔徑為2、1、0．5、0．25、0.075mm。（3）土的顆粒級配曲線顆粒級配：指大小土粒的搭配情況，通常用各粒組的相對含量表示。顆粒級配曲線：縱坐標表示小于某粒徑的土粒含量百分比；橫坐標表示土粒的粒徑（取對數(shù)坐標）。試驗結(jié)果表述：

不均勻系數(shù)Cu越大，曲線越平緩，粒徑分布越不均勻。級配均勻的土曲線平緩，粒徑不均勻，級配好；曲線陡，粒徑均勻，級配不好。曲線特征級配良好的土土中的水固態(tài)自由水氣態(tài)液態(tài)結(jié)合水重力水毛細水強結(jié)合水弱結(jié)合水2、土中的水粘性土的性質(zhì)土中水：固態(tài)水、氣態(tài)水、液態(tài)水（1）結(jié)合水強結(jié)合水：緊靠土粒表面（受電場作用力很大）近于固體特征。弱結(jié)合水：強結(jié)合水外，受電場作用減小，呈粘滯狀態(tài)，對粘性土物理力學(xué)性質(zhì)影響大。土中水：固態(tài)水、氣態(tài)水、液態(tài)水（2）自由水（不受電場吸引）重力水：地下水位以下土孔隙中，服從重力規(guī)律，傳遞水壓力，對土粒有浮力。毛細水：存在于地下水位以上土孔隙中（表面張力作用產(chǎn)生，細粒土明顯），注意防凍、防潮。毛細管水上升高度的影響因素孔隙大小和形狀粒徑尺寸水的表面張力吸著水示意圖潛水承壓水上層滯水含水層地下水埋藏方式簡介：

地下水位面天然地面補給源不透水層噴泉

3、土中氣體

自由氣體：與大氣相通時可排出；

封閉氣體：可使土產(chǎn)生壓縮性和彈性。三、土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造（1）

單粒結(jié)構(gòu)1、土的結(jié)構(gòu)：土中顆粒及其集合物的堆積方式和相互聯(lián)結(jié)方式。生成時重力起主要作用，顆粒之間以機械作用為主。粗粒土：單粒結(jié)構(gòu)疏松狀態(tài)（左圖）在荷載作用下，會使土粒移向更穩(wěn)定的位置而更加密實，同時產(chǎn)生較大的變形

密實狀態(tài)（右圖）比較穩(wěn)定粉土：蜂窩結(jié)構(gòu)土粒下沉過程中，接觸點引力大于下沉土粒重量形成鏈環(huán)狀單元，很多這樣的鏈環(huán)狀單元聯(lián)接起來，便形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)常在粉土、粘土類中遇到（2）蜂窩結(jié)構(gòu)微小的粘粒，重量極輕，靠其自重在水中下沉，極為緩慢，土粒表面常帶有同號電荷，因而懸浮在水中作分子熱運動，不能相互碰撞結(jié)成粒團下沉。在懸液介質(zhì)發(fā)生變化時，土表面的弱吸著水厚度減薄，運動著的粘粒相互聚合，以面對邊或者面對角的接觸，并凝結(jié)成（3）絮狀結(jié)構(gòu)特點：孔隙很大，強度低、壓縮性高、對擾動比較敏感，土粒間的聯(lián)接強度會由于壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強。2、土的構(gòu)造（1）層狀構(gòu)造土粒在沉積過程中，由于不同的地質(zhì)作用和沉積環(huán)境條件，大體相同的物質(zhì)成分和土粒大小在水平方向沉積成一定厚度，呈現(xiàn)出成層特征。（2）裂隙構(gòu)造裂隙構(gòu)造是指土層中存在的各種裂隙，裂隙中往往有鹽類的沉淀。（3）結(jié)核構(gòu)造在細粒土中明顯摻有大顆?；蚓奂蔫F質(zhì)、鈣質(zhì)等結(jié)合體、貝殼等雜物稱為結(jié)核構(gòu)造。3、土的特性（1）

土有較大的壓縮性。（2）

土顆粒之間具有相對移動性。（3）土具有較大的透水性。土的三個特性對應(yīng)土力學(xué)三個定律：1.壓縮性——壓密定律2.移動性——庫侖定律3.透水性——達西定律土的三個特性：第二節(jié)土的物理性質(zhì)指標土顆粒水氣體孔隙一、土的三相圖V1、土的飽和密度和飽和重度二.土的主要物理指標2、土的浮密度和重度1+e土顆粒土顆粒水e1msmwm3、土的干密度和干重度在建筑工程中，常以干重度作為土的密實程度的指標5.天然土的密度土的重度測定方法:環(huán)刀法:適用于細粒土灌水法:現(xiàn)場測定粗粒土、巨粒土灌砂法:現(xiàn)場測定粗粒土,最大粒徑不超過15mm核子密度儀:現(xiàn)場快速測定法土顆粒水氣體mVVWmW4.土粒相對密度（比密度）：6.土的天然含水量測定方法：烘干法：適用于粘性土、粉土、砂土紅外線法：適用于少量試樣試驗酒精燃燒法：適用于少量試樣快速測定鐵鍋炒干法：適用于卵石或砂夾卵石單元土三相圖土顆粒水氣體7、孔隙比e孔隙比：部分與部分比值，可大于等于1孔隙率：部分與整體比值，不可能大于18、孔隙率n9、飽和度飽和度用于判定無粘性土的潮濕程度三、土的三相物理性質(zhì)指標的關(guān)系（書P12表1—2）第三節(jié)土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(tài)：無粘性土：密實程度：松、密粘性土：軟硬程度（稠度）：軟、硬一、粗粒土（無黏性土）的物理狀態(tài)指標無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)時，強度較大，可作為良好的天然地基，呈松散狀態(tài)時，則是不良地基。對于同一種無粘性土，當(dāng)其孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)，隨著孔隙比的增大，則處于中密、稍密直到松散狀態(tài)。相對密實度不同的土不可以用孔隙比來判定，而要用相對密度來判定最大孔隙比用漏斗法來測定最小孔隙比用振動錘擊法來測定1.砂土的密實程度同一種土，可以用孔隙比e來判定土的密實程度根據(jù)值可把砂土的密實度狀態(tài)劃分為下列三種：密實的中密的松散的

標準貫入試驗（StandardPenetrationTest）

標準貫入數(shù)N63.5錘重：63.5kg

落距：760mm

打入深度：300mm具體工程中可根據(jù)標準貫入試驗錘擊數(shù)N來評定砂土的密實度：

書P13表1-32、碎石土的密實度碎石土的顆粒較粗，試驗時不易取得原狀土樣，根據(jù)重型圓錐動力觸探錘擊數(shù)N63.5可將碎石土的密實度劃分為松散、稍密、中密和密實P14表1-4。也可根據(jù)野外鑒別方法確定其密實度P14表1-5

二、粘性土的物理特征

1、

粘性土的界限含水量粘性土由于其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動狀態(tài)

粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫做界限含水量。

我國目前以聯(lián)合法測定液限和塑限

顆粒水VsVs+Va固態(tài)wLwPws縮限塑限液限半固態(tài)可塑態(tài)液態(tài)wVO2.粘性土的稠度界限

液限和塑限的測定方法：液限（LiquidLimit）：錐式（瓦氏）液限儀或碟式（卡式）液限儀或液、塑限聯(lián)合測定儀塑限（PlasticLimit）：搓條法或液、塑限聯(lián)合測定儀

（1）塑性指數(shù)：綜合反映粘性土的特性以及各類重要因素的影響，因此可用于土的分類及其性質(zhì)的評估。反映粘性土可塑性的大小。液限和塑限之差的百分數(shù)值（去掉百分號）成為塑性指數(shù)（2）液性指數(shù)反映粘性土軟硬程度（稠度，潮濕程度）。固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)液態(tài)

3、粘性土的靈敏度和觸變性

(1)天然狀態(tài)下的粘性土、通常都具有一定的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)受到外來因素的擾動時，土粒間的膠結(jié)物質(zhì)以及土粒，離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強度降低和壓縮性增大．土的結(jié)構(gòu)性對強度的這種影響，一般用靈敏度來衡量。土的靈敏度是以原狀土的強度與同一土經(jīng)重塑(指在含水量不變條件下使土的結(jié)構(gòu)徹底破壞)后的強度之比來表示的。St＞4

高靈敏度；2＜St≤4

中靈敏度；1＜St≤2

低靈敏度。

(2)土的觸變性飽和粘性土的結(jié)構(gòu)受到擾動，導(dǎo)致強度降低，但當(dāng)擾動停止后，土的強度又隨時間而逐漸增長。粘性土的這種抗剪強度隨時間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。第四節(jié)土的工程分類及野外鑒別方法一、土的工程分類按《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（TB1002.5-99）對土、石的工程分類。

一、土（巖）的工程分類

巖土

巖石碎石土

粉土特殊土

砂土強度、節(jié)理級配、形狀

粘性土塑性指數(shù)或塑性圖（一）巖石巖石是指土粒間具有牢固連接，呈整體或具節(jié)理和裂隙的巖塊。巖石按堅硬程度、軟化性、抗風(fēng)化能力進行分類。巖石按堅硬程度分類巖石類別飽和單軸極限抗壓強度硬質(zhì)巖石極硬巖大于60硬質(zhì)巖30以上至60軟質(zhì)巖石軟質(zhì)巖5以上至30極軟巖5以下（二）碎石類土碎石類土是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過全部質(zhì)量50%的非粘性土。土的名稱顆粒形狀顆粒級配漂石土渾圓或圓棱狀為主粒徑大于200mm超過全質(zhì)量50%塊石土尖棱狀為主卵石土渾圓或圓棱狀為主粒徑大于20mm超過全質(zhì)量50%碎石土尖棱狀為主圓礫土渾圓或圓棱狀為主粒徑大于2mm超過全質(zhì)量50%角礫土尖棱狀為主注意：粒徑由上到下以先符合者定名（三）砂類土砂類土是指干燥時呈松散狀態(tài)，粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全部質(zhì)量的50%，塑性指數(shù)不大于3的土。土的名稱土的顆粒級配礫砂粒徑大于2mm顆粒占全部質(zhì)量25%～50%粗砂粒徑大于0.5mm顆粒超過全部質(zhì)量50%中砂粒徑大于0.25mm顆粒超過全部質(zhì)量50%細砂粒徑大于0.075mm顆粒超過全部質(zhì)量85%粉砂粒徑大于0.075mm顆粒少于全部質(zhì)量50%(四)黏性土1.黏性土按工程地質(zhì)特征分類(1)老黏性土(2)一般黏性土(3)新近沉積的黏性土2.黏性土按塑性指數(shù)分類：粘土和粉質(zhì)粘土。表1-143.黏性土按液性指數(shù)分類：堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑。表1-15塑性圖由美國卡薩格蘭德（Cassagrande）于1947年提出，現(xiàn)為世界通用的一種細粒土的分類方法。左圖是以76g