第二章-土的物理性質(zhì)與工程分類

土力學(xué)與地基基礎(chǔ)SoilMechanicsandFoundationEngineering

第二章土的物理性質(zhì)與工程分類第一節(jié)土的組成第二節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)第三節(jié)無黏性土的物理性質(zhì)指標(biāo)第四節(jié)黏性土物理狀態(tài)指標(biāo)與物理特征第五節(jié)地基土的工程分類本章提要土是各種礦物顆粒的松散集合體。在天然狀態(tài)下，土為三相系，即土是由固體顆粒、水和空氣三相所組成。本章主要學(xué)習(xí)土的物質(zhì)組成以及定性、定量描述其物質(zhì)組成的方法，包括土的組成、土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、土的三相指標(biāo)、無粘性土的密實度、粘性土的物理特征、土的工程分類等。這些內(nèi)容不僅與土的力學(xué)性質(zhì)發(fā)生聯(lián)系，也可以評價土的工程性質(zhì)，是學(xué)習(xí)土力學(xué)原理和基礎(chǔ)工程設(shè)計與施工技術(shù)，以及解決土的工程技術(shù)問題所必須的基本知識。學(xué)習(xí)目標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)是該課程最基本的內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)后幾章的基礎(chǔ)，土的類別和所處的狀態(tài)是鑒別建筑物地基優(yōu)劣的主要依據(jù)之一，也是選擇基礎(chǔ)方案和基礎(chǔ)類型的主要依據(jù)之一。通過本章學(xué)習(xí)，要求了解土的組成，掌握土的物理性質(zhì)指標(biāo)，熟練掌握無粘性土和粘性土的物理性質(zhì)，掌握土的工程分類原則，土的類別與其工程特性的關(guān)系。第一節(jié)土的組成土粒水氣氣相構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響次要作用液相固相第一節(jié)土的組成土是由固體顆粒、水和氣體所組成的三相體系。分為飽和土、非飽和土、干土三類當(dāng)土骨架的孔隙完全被水充滿時，這種土稱為飽和土有時一部分被水占據(jù)，另一部分被氣體占據(jù)，稱為非飽和土有時可能完全充滿氣體，就稱為干土第一節(jié)土的組成固體+氣體

固體＋液體＋氣體固體＋液體

干土

濕土

飽和土

干粘土較硬干砂松散粘土多為可塑狀態(tài)飽和粉細(xì)砂受震動可能產(chǎn)生液化

礦物成分顆粒形狀

粒徑級配物理狀態(tài)力學(xué)特性一、土的固體顆粒一、土的固體顆粒土中的固體顆粒（土粒）大小、形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理性質(zhì)的重要因素。土顆粒大小不同，其性質(zhì)也不同。顆粒大小通常以粒徑表示。粒組：是某一級粒徑的變化范圍，或者為相鄰兩分界粒徑之間性質(zhì)相近的土粒。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。土粒粒組及粒組劃分粒徑級配(1)漂石或塊石組(2)卵石（碎石）組(3)礫石(4)砂粒組(5)粉粒組(6)粘粒組

篩分法水分法

粗顆粒細(xì)顆粒粗粒土(無粘性土)特征細(xì)粒土(粘性土)特征孔隙大、透水性強(qiáng)，毛細(xì)上升，高度很小，既無可塑造性，也無脹縮性，壓縮性極弱，強(qiáng)度較高。主要由原生礦物、次生礦物組成，孔隙很小，透水性極弱，毛細(xì)上升高度較高，有可塑性、脹縮性，強(qiáng)度較低。土粒粒組及粒組劃分土的粒徑級配,是指土中各種不同粒組的相對含量（以干土質(zhì)量的百分比表示），它可以描述土中不同粒徑土粒的分布特征。工程中實用的粒度成分分析方法有篩分法和水分法兩種。粒度成分及粒度成分分析方法篩分法它是利用一套孔徑大小不同的篩子，將事先稱過重量的烘干土樣過篩，稱留在各篩上的重量，然后計算相應(yīng)的百分?jǐn)?shù)。

篩分法（d>0.075mm的土）比重計法:利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量粒度成分表示方法常用的粒度成分表示方法有三種，即表格法、累計曲線法和三角坐標(biāo)法。表格法：是以列表形式直接表達(dá)各粒組的相對含量，是一種十分方便的粒度成分分類方法。累計曲線法(grain-sizeaccuulationcurve)：是一種圖示方法，由于混合土中所含粒組的粒徑往往相差很大，因此，粒徑的坐標(biāo)常取為對數(shù)坐標(biāo)。累計曲線的橫坐標(biāo)表示土顆粒的直徑，以mm表示；縱坐標(biāo)為小于（或大于）某粒徑土的累積含量，用百分比表示，見下圖。顆粒粒徑級配曲線:縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標(biāo)）粒度成分表示方法三角坐標(biāo)法：也是一種圖示法，它利用等邊三角形內(nèi)任意一點至三個邊（h1、h2、h3）的垂直距離的總和恒等于三角形之高H的原理，用來表示組成土的三個粒組的相對含量，即圖中的三個垂直距離可以確定一點的位置。三角坐標(biāo)法只適用于劃分為三個粒組的情況。例如，當(dāng)把黏性土劃分為砂土、粉土和黏土粒組時，就可以用圖2-2所示的三角坐標(biāo)圖來表示。粒度成分表示方法粒徑級配表示方法三種方法的特點和適用條件如下：表格法，能清楚地用數(shù)量說明土樣的各粒組含量，但對于大量土樣之間的比較就顯得過于冗長，且無直觀概念，使用比較困難；累計曲線法能用一條曲線表示一種土的粒度成分，而且可以在一張圖上同時表示多種土的粒度成分，能直觀地比較其級配狀況；三角坐標(biāo)法能用一點表示一種土的粒度成分，在一張圖上能同時表示許多種土的粒度成分，便于進(jìn)行土料的級配設(shè)計，同時，由于三角坐標(biāo)圖中不同區(qū)域表示土的不同組成，因而還可以用來確定按粒度成分分類的土名。土的粒徑級配累計曲線的應(yīng)用

土的粒徑級配累計曲線是土工上最常用的曲線，從這曲線可以直接了解土的粗細(xì)、粒徑分布的均勻程度和級配的優(yōu)劣。粒徑級配曲線的用途具體表現(xiàn)在如下兩個方面：

（1）觀察土的組成情況從累計曲線中可以查得土的粒組范圍及各粒組的相對含量，可用于粗粒土的分類并大致估計土的工程性質(zhì)。（2）顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫

土的粒徑級配累計曲線的應(yīng)用粒徑級配粒徑級配累積曲線及指標(biāo)的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：

Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~3,級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,

級配不連續(xù)土;4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且Cc=1~3，級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土土的粒徑級配累計曲線的應(yīng)用土粒的礦物成分原生礦物次生礦物有機(jī)質(zhì)不可溶的

可溶的

腐植質(zhì)

泥炭

粘土礦物倍半氧化物次生氧化物難溶鹽中溶鹽易溶鹽

礦物粘土礦物:由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成礦物土粒的礦物成分原生礦物石英、長石、云母等次生礦物主要是粘土礦物，包括三種類型高嶺石、伊里石、蒙脫石蒙脫石粘土礦物高嶺石伊利石蒙脫石土粒的礦物成分土粒的礦物成分圖2-4粘土礦物的晶格構(gòu)造示意圖(a)蒙脫石；(b)伊里石；(c)高嶺石蒙托石的主要特征是顆粒細(xì)微，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水能力強(qiáng)。伊里石(K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O)是云母在堿性介質(zhì)中風(fēng)化的產(chǎn)物。它與蒙脫石相似，是由兩層硅片夾一層鋁片所形成的三層結(jié)構(gòu)，但晶層之間有鉀離子連結(jié)，如圖2-4（b）。連結(jié)強(qiáng)度弱于高嶺石而高于蒙特石，其持征也介于兩者之間。高嶺石的主要特征是顆粒較粗，不容易吸水膨脹，失水收縮，或者說親水能力差。土粒的礦物成分1．土粒形狀及對工程性質(zhì)的影響土粒的形狀與土的礦物成分有關(guān)，也與土的形成條件及地質(zhì)歷史有關(guān)。土粒形狀是多種多樣的，原生礦物一般顆粒粗，呈粒狀，即三個方向的尺度基本上同一數(shù)量級；次生礦物顆粒細(xì)微，多呈片狀或針狀。2．比表面積土顆粒越細(xì)，形狀越扁平，則表面積與質(zhì)量之比值愈大。單位質(zhì)量土顆粒所擁有的表面積稱為比表面積。土粒形狀與比表面積顆粒形狀原生礦物

圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物

針狀、片狀、扁平狀土粒形狀與比表面積土中水二、土中水礦物成分水

孔隙中的水

結(jié)晶水

沸石水

液態(tài)水

固態(tài)水

氣態(tài)水

結(jié)合水

非結(jié)合水

強(qiáng)結(jié)合水

弱結(jié)合水

毛細(xì)水

重力水

強(qiáng)結(jié)合水

排列致密、定向性強(qiáng)密度>1g/cm3

冰點處于零下幾十度具有固體的的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)弱結(jié)合水

位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性結(jié)合水：是指附著于土粒表面的水，受顆粒表面電場作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動的水，其冰點低于零度。自由水重力水

毛細(xì)水

指不受顆粒電場引力作用的水

除存在于毛細(xì)水上升帶內(nèi)，也存在于非飽和土的較大孔隙中

存在于地下水位以上，受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水自由水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管毛細(xì)水土中毛細(xì)現(xiàn)象

毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水．毛細(xì)水存在于地下水位以上的透水土層中。毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水(與地下水無直接聯(lián)系)和毛細(xì)上升水(與地下水相連)兩種。

毛細(xì)水沿著毛細(xì)彎液面的切線方向，將產(chǎn)生迫使相鄰?fù)亮D緊的壓力，這種壓力稱為毛細(xì)壓力。當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時，毛細(xì)水的彎液面和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。毛細(xì)水三、土中氣土中氣體氣體來源氣體分類(1)空氣

(2)生物化學(xué)作用(3)化學(xué)反應(yīng)(1)吸附氣體(2)溶解氣體(3)密閉氣體(4)自由氣體土中封閉氣體的存在對土的性質(zhì)有一定的影響，可使土的滲透性減小，彈性增大，并能拖延土受壓縮后變形隨時間的發(fā)展過程。含氣體的土稱為非飽和土，非飽和土的工程性質(zhì)研究已經(jīng)成為土力學(xué)的一個新的分支。三、土中氣四、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的結(jié)構(gòu)土顆粒之間的相互排列和連續(xù)形式，稱為土的結(jié)構(gòu)。

單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)粗顆粒土，如卵石、砂等.密實的單粒結(jié)構(gòu)土的工程性質(zhì)最好

蜂窩狀土工程性質(zhì)較好

絮狀結(jié)構(gòu)土工程性質(zhì)最差

四、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造粗粒土：單粒結(jié)構(gòu)粉土：蜂窩結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在不同，可分為自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據(jù)形成條件疏松狀態(tài)和密實狀態(tài)蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)

四、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造絮狀結(jié)構(gòu)：黏土絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘?；ハ嘟咏鄢尚鯛钗锵鲁?，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)

四、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造土的構(gòu)造同一土層中，土顆粒之間相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造。

層狀構(gòu)造分散構(gòu)造結(jié)核狀構(gòu)造裂隙狀構(gòu)造土層由不同顏色，不同粒徑的土組成層理，平原地區(qū)的層理通常為水平層理。層狀構(gòu)造是細(xì)粒土的一個重要特征。土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近，如砂，卵石層為分散構(gòu)造。在細(xì)粒土中摻有粗顆粒或各種結(jié)核，如含礓石的粉質(zhì)粘土，含礫石的冰磧土等。土體中有很多不連續(xù)的小裂隙，有的硬塑與堅硬狀態(tài)的粘土為此種構(gòu)造。第二節(jié)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)，稱為土的三相比例指標(biāo)。三相比例指標(biāo)反映了土的干燥與潮濕、疏松與緊密，是評價土的工程性質(zhì)最基本的物理性質(zhì)指標(biāo)，也是巖土工程勘察報告中不可缺少的基本內(nèi)容。

一、土的三相草圖與三相指標(biāo)定義圖中符號的意義如下：V——土的總體積；Vv——土的孔隙部分體積；Vs——土的固體顆粒實體的體積；Vw——水的體積；Va——氣體體積；

m——土的總質(zhì)量；

mw—水的質(zhì)量；

ms——固體顆粒質(zhì)量。在上述的這些量中，獨立的有Vs、Vw、Va、mw、ms五個量。1cm3水的質(zhì)量等于lg，故在數(shù)值上Vw＝mw。

二、土的三個基本物理試驗與指標(biāo)土的三個基本物理實驗土的密度試驗土粒比重實驗土的含水量實驗測定量：土的密度定義：土單位體積的質(zhì)量。測定方法：一般用“環(huán)刀法”測定。常見值：1.60～2.20g／cm3。

測定量：土的相對密度（俗稱比重）。定義：土粒密度（單位體積土粒的質(zhì)量）與4℃時純水密度之比。測定方法：測定方法：在實驗室內(nèi)用比重瓶法測定

常見值：一般為2.6～2.8；有機(jī)質(zhì)為2.4～2.5；泥炭土為1.5～1.8

。定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)計。測定方法：一般用“烘干法”測定。常見值：砂土為0～40%；黏性土為20～60%。

環(huán)刀法“環(huán)刀法”測定，用一個圓環(huán)刀（刀刃向下）放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)的土樣質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為密度。土樣烘箱（一）反映土松密程度的指標(biāo)1．土的孔隙比e

定義：土中孔隙體積與土粒體積之比。常見值：砂土為0.5～1.0；粘性土為0.5～1.2。工程應(yīng)用：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。表達(dá)式：其它的物理指標(biāo)2.土的孔隙率n（%）定義：土中孔隙所占體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。常見值：30～50%孔隙比和孔隙率二者之間互換關(guān)系式：

表達(dá)式：

（二）反映土中含水程度的指標(biāo)

1．含水量（略）

2.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，以百分?jǐn)?shù)計。常見值：0～1。完全干土，Sr=0；完全飽和土，Sr=1。工程應(yīng)用：砂土以飽和度作為濕度劃分的標(biāo)準(zhǔn)。表達(dá)式：

砂土濕度狀態(tài)稍濕很濕飽和飽和度Sr（%）Sr≤5050<Sr≤80Sr>80

（三）特定條件下土的重度與密度1.干重度γd（kN/m3）與干密度ρd（g/cm3）干重度：土粒重力與總體積之比，即干密度：土粒質(zhì)量與總體積之比，即工程應(yīng)用：在填土過程中（如填筑堤壩）用以評定填土的松密，以控制填土的施工質(zhì)量。2.飽和重度γsat（kN/m3）與飽和密度ρsat（g/cm3）飽和重度：孔隙中全部充滿水的總重力與總體積之比，即飽和度為100%時土的重力密度，表達(dá)式為飽和密度：土中孔隙完全被水充滿時的密度，其表達(dá)式為3.有效重度γ’（kN/m3）與有效密度ρ’（g/cm3）有效重度：又稱浮重度，是土體淹沒在水下時的有效重力與總體積之比，表達(dá)式為

飽和密度：又稱浮密度，是土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差與總體積之比，即換算公式取V＝lcm3，或m＝1g，或Vs＝1cm3【例題2-2】某原狀土樣，經(jīng)試驗測得天然密度ρ=1.67g/cm3，含水量W=12.9%，土粒相對密度ds=2.67，試求孔隙比e、孔隙率n和飽和度Sr?！窘狻勘绢}可以有兩種解法，一種方法是按表2-5中的換算公式計算；第二種方法是利用試驗指標(biāo)按定義分別求出三相物質(zhì)的重力和體積，然后按定義計算。下面用第一種方法計算。1.無黏性土：一般是指砂（類）土和碎石（類）土。兩大類土中缺乏黏土礦物，不具有可塑性，呈單粒結(jié)構(gòu)。2.所謂物理狀態(tài)，對于無黏性土是指土的密實程度，對于黏性土則是指土的軟硬程度或稱為土的稠度。第三節(jié)無黏性土物理狀態(tài)指標(biāo)無粘性土的密實度以孔隙比e為標(biāo)準(zhǔn)相對密實度Dr根據(jù)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判定

土的密實度通常指單位體積中固體顆粒的含量。土顆粒含量多，土就密實，土顆粒含量少，土就越疏松。但沒有考慮到粒徑級配這一重要因素的影響

相對密實度（相對密度）是將現(xiàn)場土的孔隙比e與該種土所能達(dá)到最密時的孔隙比emin和最松時的孔隙比emax相對比的辦法。標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗是一種原位測試方法，是用規(guī)定的錘重（63.5kg）和落距（76cm）把標(biāo)準(zhǔn)貫入器（帶有刃口的對口管，外徑50mm，內(nèi)徑35mm）打入土中，記錄貫入一定深度（30cm）所需的錘擊數(shù)N值的原位測試方法。

(1)孔隙比e優(yōu)點：簡單方便缺點：無法反映土的級配因素0.60.750.85松散中密密實稍密（2）相對密實度Dr

定義：優(yōu)點：計入土的級配因素，理論上比較完善。缺點：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin

的測定受人為的影響較大。第四節(jié)黏性土物理狀態(tài)指標(biāo)與物理特征

一、黏性土的稠度狀態(tài)與界限含水量（一）粘性土的稠度狀態(tài)1.黏性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度。2.稠度是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力。3.粘性土的稠度狀態(tài)：含水量變化時，可使粘性土具有不同的稠度狀態(tài)。含水量由大到小變化時，土由粘滯流動狀態(tài)到可塑狀態(tài)到半固體到固體狀態(tài)。詳見下圖

粘性土的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程（一）粘性土的稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變界限叫稠度界限。最早提出這種界限是瑞典農(nóng)學(xué)家阿太堡，故也稱阿太堡界限。用含水量表示，故又稱界限含水量。工程上常用的稠度界限有液性界限Wl和塑性界限Wp。液性界限（Wl）簡稱液限，相當(dāng)于土從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐盒誀顟B(tài)時的含水量。塑性界限（Wp）簡稱塑限，相當(dāng)于土從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時的含水量?？s限（Ws）是半固態(tài)與固態(tài)的界限含水量。(二）粘性土的界限含水量測定方法：液塑限聯(lián)合測定法

wSWpWL液態(tài)固態(tài)塑態(tài)半固態(tài)0光電式液塑限聯(lián)合測定儀二、塑性指數(shù)與液性指數(shù)

（一）塑性指數(shù)液限與塑限的差值（去掉百分號）稱為塑性指數(shù)Ip，即

Ip

=Wl—Wp

例如，某土樣，測得Wl=45%，Wp=30%，則Ip=Wl—Wp=45-30=15，習(xí)慣上直接稱塑性指數(shù)為15，但不可以說塑性指數(shù)為0.15。在工程上常按塑性指數(shù)對黏性土進(jìn)行分類。

（二）液性指數(shù)液性指數(shù)Il是粘性土天然含水量與塑限的差值和塑性指數(shù)之比，即:可塑狀態(tài)的土的液性指數(shù)在0到1之間，液性指數(shù)越大，表示土越軟；液性指數(shù)大于1的土處于流動狀態(tài)；小于0的土處于固體狀態(tài)或半固體狀態(tài)。因此，可以利用液性指數(shù)Il作為黏性土的劃分指標(biāo)。Il值愈大，土質(zhì)愈軟；反之，土質(zhì)愈硬。三、反映黏性土結(jié)構(gòu)特性的兩種性質(zhì)

（一）黏性土的靈敏度土的結(jié)構(gòu)形成后就獲得某種強(qiáng)度，且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度隨時間而增長。在含水量不變化的條件下，將原狀土捏碎，重新按原來的密度制備成重塑土樣。由于原狀結(jié)構(gòu)徹底破壞，重塑土樣的強(qiáng)度較之原狀土樣將有明顯降低。土的結(jié)構(gòu)性對強(qiáng)度的這種影響，一般用靈敏度來衡量。土的靈敏度是指原狀土樣的單軸抗壓強(qiáng)度（或稱無側(cè)限抗壓強(qiáng)度）與重塑土樣的單軸抗壓強(qiáng)度之比，用St表示，即St=qu/qu‘式中，qu—原狀土樣的單軸抗壓強(qiáng)度；

qu‘—重塑土樣的單軸抗壓強(qiáng)度。黏性土的靈敏度

顯然，結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)的土，靈敏度St越大。表2-8表示粘性土根據(jù)靈敏度的分類。土的靈敏度越高，其結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，受擾動后土的強(qiáng)度降低就越多，所以在基礎(chǔ)施工時，應(yīng)注意保護(hù)基槽，盡量減少土結(jié)構(gòu)的擾動。當(dāng)黏性土的結(jié)構(gòu)受到擾動時，土的強(qiáng)度就降低，但靜置一段時間，土的強(qiáng)度又逐漸增長，這種性質(zhì)稱為土的觸變性。這是由于土粒、離子和水分子體系隨時間而趨于新的平衡狀態(tài)之故。（二）黏性土的觸變性樁基監(jiān)測的時效問題四、黏性土的膠體性質(zhì)及對工程性質(zhì)的影響（一）黏性土的膠體性質(zhì)黏粒細(xì)小，比表面積大，是膠體分散體系的分散相。它與水溶液相互作用后，可使土具有一系列膠體化學(xué)特性，這些性質(zhì)主要表現(xiàn)在如下方面：黏性土的膠體性質(zhì)黏性土的電動特性黏粒表面水化膜的特性

黏粒的凝聚與膠溶土的觸變與陳化1809年莫斯科大學(xué)列伊斯（Reuss）教授所做的實驗說明在電場中，土中的粘土顆粒泳向陽極，而水則滲向陰極。前者稱為電泳，后者稱為電滲。兩種現(xiàn)象同時發(fā)生，稱為電動特性，還說明黏土顆粒帶負(fù)電。

黏性土的強(qiáng)度與變形，取決于土中水化膜的厚薄。水化膜的厚度主要決定于結(jié)合水的多寡。弱結(jié)合水含量越多，水化膜越厚，粘滯性及強(qiáng)度越小，土顆粒間越易于活動。凝聚與膠溶是土粒間引力和斥力相互作用的結(jié)果。土顆粒在水溶液中相互結(jié)合的作用稱凝聚（又稱聚沉），土顆粒在水溶液中相互分離的作用成為膠溶（又稱穩(wěn)定）。膠體在動力作用下常產(chǎn)生液化或由凝聚狀態(tài)過渡到膠溶或懸浮狀態(tài)，當(dāng)此外力停止后，又重新凝結(jié)，這種現(xiàn)象叫做土的觸變。具有觸變性的土，經(jīng)過一定時間后就失去液化能力，失去原有的觸變性。這種變化是不可逆的，叫做“陳化”。

黏性土的膠體性質(zhì)對工程性質(zhì)的影響土在形成過程中的膠體物理化學(xué)現(xiàn)象

對黏性土可塑性的影響

對土的觸變性的影響?zhàn)ば酝恋拿浛s性

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造及物理力學(xué)性質(zhì)與土在形成過程中的膠體物理化學(xué)作用有關(guān)，這種作用是土的成分、環(huán)境介質(zhì)相互影響結(jié)果，實際中易形成鹽漬地。

礦物成分、土粒的大小、水溶液的成分與濃度等都對土的可塑性有影響。

黏性土亦有觸變性

，但這種觸變性是完全可逆的，必須在鉆探取土、施工開挖過程中注意保護(hù)土的結(jié)構(gòu)不受擾動，一旦破壞了土的原狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度降低且不可能恢復(fù)到天然強(qiáng)度。

黏性土的脹縮性是指粘性土吸水膨脹，失水收縮這種在含水量變化時體積變化的性質(zhì)，與礦物成分及離子成分密切有關(guān)。

在工程實踐中的應(yīng)用觸變性質(zhì)的利用離子交換性質(zhì)的利用電滲、電泳規(guī)律的利用

路基凍脹的機(jī)理分析

1.觸變性質(zhì)的利用在工程實踐中，常利用土的觸變現(xiàn)象提高鉆探及打樁的施工效率，或利用觸變壓密，提高樁的承載力，例如在沉井下沉或頂管頂進(jìn)過程中，為了減小施工時的阻力，在井、管壁和土體之間注入用含蒙脫石為主的膨潤土制備的觸變泥漿，施工時在動力作用下泥漿呈膠溶狀態(tài)，阻力很小；但施工結(jié)束以后由于強(qiáng)度的觸變恢復(fù)，使沉井或頂管與土之間的摩阻力又能得到恢復(fù)，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。2．離子交換性質(zhì)的利用在公路工程中，利用土的離子交換規(guī)律。采用在土中摻加高價電解質(zhì)的方法穩(wěn)定土，以改善粘性土的工程性質(zhì)。例如，用石灰穩(wěn)定土就是利用石灰中的鈣離子去置換土中的低價鈉離子，產(chǎn)生凝聚以提高土的水穩(wěn)定性。在土工試驗中，為了制備可供粒度成分分析用的懸液，常在懸液中加一些氨水或偏磷酸鈉等分散劑，使土粒周圍的擴(kuò)散層增厚以破壞粒團(tuán)結(jié)構(gòu)，并保持懸液的膠溶狀態(tài)。3．電滲、電泳規(guī)律的利用利用土的電滲規(guī)律，通過施加直流電場將粘土里的水分集中到陰極管附近，然后排除以降低粘土層中地下水位的方法稱為電滲降水。同時用作陽極的鐵棒或鋁棒在電場作用下產(chǎn)生電解，提高了溶液中高價的鐵離子或鋁離子濃度以置換低價離子，產(chǎn)生凝聚以達(dá)到提高強(qiáng)度的目的，這種加固土的方法稱為電動鐵(鋁)化法；如在陰極管中注入水玻璃，在陽極管中注入氯化鈣溶液。在電場作用下帶負(fù)電荷的硅酸(水玻璃水解后的產(chǎn)物)離子滲向陽極，帶正電荷的鈣離子滲向陰極，兩種離子在土中相遇，生成新的硅酸鹽填充土的孔隙并把土粒膠結(jié)起來，同時鈣離子也能置換土中的低價離子使黏性土得到加固，這種方法稱為電動硅化法。粘性土的電動現(xiàn)象還可用于電滲沉樁，即利用正在下沉的樁作負(fù)極，使向負(fù)極電滲的水流降低樁的摩擦阻力，以提高施工效率。4．路基凍脹的機(jī)理分析北方路基的凍脹和翻漿是道路工程的嚴(yán)重病害。土體發(fā)生凍脹的機(jī)理，主要是由于土層在凍結(jié)時周圍未凍區(qū)土中水分向凍結(jié)區(qū)遷移和集聚的結(jié)果。由于結(jié)合水的過冷現(xiàn)象，即使地溫在零度以下，結(jié)合水仍然處于液體狀態(tài)，成為水分向冰晶體補(bǔ)充的通道；冰晶體附近的結(jié)合水膜因失水而使離子濃度增大，與未凍結(jié)區(qū)的結(jié)合水膜中原來的離子濃度構(gòu)成濃度差，濃度差形成的滲附壓力驅(qū)使水化離子從離子濃度低處向高處滲流，源源不斷地從未凍結(jié)區(qū)向凍結(jié)區(qū)補(bǔ)充水分。只要地下水位比較高且從地下水面至凍結(jié)區(qū)之間存在毛細(xì)通道，便具備了凍脹的地質(zhì)條件，負(fù)溫持續(xù)的時間愈長，凍脹就愈嚴(yán)重。對凍脹機(jī)理的正確分析為預(yù)防凍脹病害提供了理論依據(jù)和有針對性的處理方法。

20世紀(jì)初期，瑞典土壤學(xué)家阿太堡提出了土的粒組劃分方法和土的液限、塑限的測定方法，為近代土分類系統(tǒng)的形成奠定了基礎(chǔ)。我國使用的土名和土的分類法并不統(tǒng)一，各個部門，使用各自制定的規(guī)范，世界上其它國家也是如此。我國目前建筑、水利、港工、公路各專業(yè)對土都有不同的分類方法。第五節(jié)地基土的工程分類

一、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》分類法該規(guī)范把建筑物的地基土（包括巖石）分成六大類，即巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。從土力學(xué)的學(xué)科意義而言，整體巖石不屬于土。碎石土和砂土屬于粗粒土、粉土和粘性土屬于細(xì)粒土。粗粒土按粒徑級配分類，細(xì)粒土按塑性指數(shù)Ip分類。碎石土是指粒徑大于2mm顆粒含量超過總質(zhì)量50%的土；砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量的50%，而粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過總質(zhì)量的50%的土；黏性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土；粉土的性質(zhì)介于砂土與黏性土之間，塑性指數(shù)Ip≤10且粒徑大于0.075mm的顆粒不超過總質(zhì)量的50%的土。黏性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土；《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》分類體系圖該分類方法的要點如下：1．先判定是有機(jī)土還是無機(jī)土；2．若為無機(jī)土則可將其分為巨粒類土、粗粒類土和細(xì)粒土后再進(jìn)行細(xì)粒分類。3．對于巨粒類土和粗粒類土之礫類土和砂類土的詳細(xì)定名如下表所示4．細(xì)粒土則根據(jù)塑性圖（見下圖）進(jìn)行分類。二、水電部《土工試驗規(guī)程》分類法我國采用的塑性圖關(guān)鍵概念土的顆粒級配；粒組；顆粒級配曲線；不均勻系數(shù)；孔隙比；孔隙率；含水量；飽和度；密度；干密度；飽和密度；天然重度；干重度；飽和重度；浮重度(有效重度)；相對密度；稠度；縮限；塑限；液限；塑性指數(shù)；液性指數(shù)；土的靈敏度；粘性土的觸變性思考題2-1不均勻系數(shù)Cu的定義是什么？其意義何在？2-2試比較土中各類水的特征，并分析它們對土的工程性質(zhì)的影響。2-3進(jìn)行土的三相指標(biāo)計算必須已知幾個指標(biāo)？為什么？2-4土的三相比例指標(biāo)有哪些？哪些可由實驗直接測定？如何測定？2-5說明土的γ、γsat、γ’、γd的物理概念，并比較γ、γsat、γ’、γd的數(shù)值的大小。2-6兩種土當(dāng)其含水量相同時，其飽和度是否也相同？為什么？思考題2-7試分析土的礦物成分和環(huán)境條件的變化對土的結(jié)構(gòu)和工程性質(zhì)的影響。2-8比較孔隙比和相對密實度這兩個指標(biāo)作為砂土密實度評價指標(biāo)的優(yōu)點和缺點。2-9既然可用含水量表示土中含水的多少，為什么還要引入液性指數(shù)來評價粘性土的軟硬程度？2-10何為塑性指數(shù)？其數(shù)值大小與顆粒粗細(xì)有何關(guān)系？塑性指數(shù)大的土，具有哪些特點？何謂液性指數(shù)？如何應(yīng)用液性指數(shù)來評價土的工程性質(zhì)？液性指數(shù)大于1的粘性土，為什么還有一定的承載能力？2-11黏性土的膠體性質(zhì)有何工程意義。2-12試