第一章、土的性質(zhì)及工程分類(20122)知識講解

1.3土的物理性質(zhì)指標ms-土粒質(zhì)量mω-土中水質(zhì)量m-土的總質(zhì)量m=ms+mω

土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVvVs-土粒體積Vω-土中水體積Va-土中氣體積VV-土中空隙體積VV=Vω+Va

V-土的總體積VV=Vs+Vω+Va土粒比重土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv土粒質(zhì)量與同體積的4℃時純水的質(zhì)量之比，一般用ds表示，無量綱。即：一般:2.6－2.8有機質(zhì)土:2.4－2.5泥炭土:1.5-1.8土的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，一般用w表示，以百分數(shù)計，即：

土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv一般粗砂:接近于0飽和砂土:40%堅硬粘性土:<30%飽和軟粘土:60%以上土的密度土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv一般分為：天然密度，干密度，飽和密度和有效密度。

天然密度ρ：天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量，單位為g/cm3或t/m3，即：粘性土:ρ=1.8－2.0g/cm3；砂土ρ=1.6－2.0g/cm3；腐殖土ρ=1.5－1.7g/cm3土的飽和密度土的飽和密度ρsat：土孔隙中充滿水時，單位體積質(zhì)量，即：

土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv土的有效密度(浮密度)

土的有效密度ρˊ：土體中土粒的質(zhì)量扣除浮力后，即為單位體積中土粒的有效質(zhì)量，即：

土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv土的重度在實際應(yīng)用中，經(jīng)常采用土的重度，即土的重力密度,其數(shù)值上等于相應(yīng)土密度與重力加速度的乘積。一般分為：天然重度γ、干重度γd、飽和重度γsat、有效重度γˊ分別按下列公式計算：（式中g(shù)為重力加速度，各指標的單位kN/m3）土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv孔隙比土的孔隙比e：是土中孔隙體積與土粒體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即：e<0.6密實的低壓縮性土e>1.0疏松的高壓縮性土土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv孔隙率土的孔隙率n：土中孔隙所占體積與總體積之比，空隙率用百分數(shù)表示。即：粘性土的孔隙率為30～60%無粘性土為25～45%。土的飽和度土的飽和度Sr:土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，以百分率計，即：

土粒水氣體mmsmwVaVVSVwVv土的三相物理指標換算圖土粒水氣體Vv=e1+eVS=1dsρwwdsρwds(1+w)ρw土的三相物理指標換算圖土粒水氣體Vv=e1+eVS=1dsρwwdsρwds(1+w)ρw土的三相物理指標換算圖土粒水氣體Vv=e1+eVS=1dsρwwdsρwds(1+w)ρw例題1.1一塊原狀土樣，經(jīng)試驗測得土的天然密度土粒水0.341.981.6462.334.797重力體積例題1.4無粘性土的密實度

無粘性土的密實度指的是碎石土和砂土的疏密程度。

密實的無粘性土由于壓縮性小，抗剪強度高，承載力大，可作為建筑物的良好地基。但如處于疏松狀態(tài)，尤其是細砂和粉砂，其承載力就有可能很低，因為疏松的單粒結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，在外力作用下很容易產(chǎn)生變形，且強度也低，很難作天然地基。密實度的評價方法

三種：

1、室內(nèi)測試孔隙比確定相對密實度的方法

2、利用標準貫入試驗等原位測試方法

3、野外觀測方法

相對密實度相對密實度：最大孔隙比emax與天然孔隙比e之差和最大孔隙比emax與最小孔隙比emin之差的比值，以Dr表示。即：最小孔隙比是最緊密狀態(tài)的孔隙比，用符號emin表示；用"振擊法"測定。最大孔隙比是土處于最疏松狀態(tài)時的孔隙比，用符號emax表示；用"松砂器法"測定。

eminemaxee砂土的密實度狀態(tài)劃分根據(jù)Dr值可把砂土的密實度狀態(tài)劃分為下列三種：

1≥Dr>0.67密實的

0.67≥Dr>0.33中密的

0.33≥Dr>0松散的

相對密實度試驗適用于透水性良好的無粘性土，如純砂、純礫等。一般情況很難保證砂土的原狀結(jié)構(gòu)，因此很難測得天然孔隙比e，工程中常用標準貫入擊數(shù)N確定砂土的密實度。標準貫入試驗

標準貫入試驗(SPT)是動力觸探的一種，它利用一定的錘擊動能（錘重63.5±0.5kg，落距76±2cm），貫入阻抗用貫入器貫入土中30cm的錘擊數(shù)N表示，N也稱為標貫擊數(shù)

1.5粘性土的物理特性

所謂粘性土，就是指具有可塑狀態(tài)性質(zhì)的土，他們在外力的作用下，可塑成任何形狀而不發(fā)裂，當外力去掉后，仍可保持原形狀不變。1.5.1粘性土的界限含水量

固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)縮限塑限液限含水量w塑限、液限

土由半固態(tài)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限，用wp表示。采用搓條法試驗測定

土由可塑狀態(tài)到流動狀態(tài)的界限含水量稱為液限，用wL表示，我國采用錐式液限儀來測定。1.5.2粘性土的塑性指數(shù)

和液性指數(shù)

塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值（省去%號），即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，用IP表示。

Ip=wL-wp

顯然，塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大。塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的可能含量有關(guān)，土中結(jié)合水的含量與土的顆粒組成、礦物組成以及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。

由于塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素，因此，在工程上常按塑性指數(shù)對粘性土進行分類。

液性指數(shù)液性指數(shù)：粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。用IL表示。即：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB5007-2002）規(guī)定粘性土按液性指數(shù)值劃分為：1.5.3粘性土的靈敏度靈敏度表示土的結(jié)構(gòu)對強度的影響。qu--原狀試樣的無側(cè)限抗壓強度（kPa）qu’--重塑試樣的無側(cè)限抗壓強度（kPa）

低靈敏1<St<2

中靈敏2<St<4

高靈敏St>4

土的靈敏度愈高，結(jié)構(gòu)性愈強，受擾動后土的強度降低就多，所以在基坑施工時應(yīng)注意保護基槽，盡量減少土結(jié)構(gòu)的擾動1.5.4粘性土的活動度粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒含量百分數(shù)的比值IP—粘性土的塑性指數(shù)P0.002—粒徑小于0.002mm顆粒的重量占土總重的百分比

非活性粘土A<0.75(高嶺石為主）正常粘土0.75<A<1.25

活性粘土A>1.25（蒙脫石為柱）1.6土的擊實原理

在工程建設(shè)中，經(jīng)常遇到填土壓實的問題，例如修筑道路，堤壩，飛機廠，運動場，擋土墻，埋設(shè)管道，建筑物地基的回填等。為了提高填土的強度，增加土的密實度，降低其透水性和壓縮性，通常用分層壓實的辦法來處理地基。

土的擊實性是指土在反復(fù)沖擊荷載作用下能被壓密的特性。擊實土是最簡單易行的土質(zhì)改良方法，常用于填土壓實。通過研究土的最優(yōu)含水量和最大干密度，來提高擊實效果。最優(yōu)含水量和最大干密度采用現(xiàn)場或室內(nèi)擊實試驗測定。

實踐經(jīng)驗表明，對過濕的土進行夯實或碾壓時就會出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象（俗稱"橡皮士"），此時土的密度是不會增大的。對很干的土進行夯實或碾壓，顯然也不能把土充分壓實。所以，要使土的壓實效果最好，其含水量一定要適當。在一定的壓實能量下使土最容易壓實，并能達到最大干密度時的含水量，稱為土的最優(yōu)含水量（或稱最佳含水量），用wop表示。相對應(yīng)的干密度叫做最大干密度，以ρdmax表示。

土的最優(yōu)含水量可在試驗室內(nèi)進行擊實試驗測得。試驗時將同一種土，配制成若干份不同含水量的試樣，用同樣的壓實能量分別對每一份試樣進行擊實后，測定各試樣擊實后的含水量w和干密度ρd，從而繪制含水量與干密度關(guān)系曲線，稱為壓實曲線。

1.7地基土（巖）的工程分類

地基土的分類是根據(jù)不同的原則將其劃分為一定的類別，同一類別的土在工程地質(zhì)性質(zhì)上應(yīng)比較接近。土的合理分類具有很大的實際意義，例如根據(jù)分類名稱可以大致判斷土的工程特性、評價土作為建筑材料的適宜性及結(jié)合其他指標來確定地基的承載力等。

分類原則

作為建筑場地和地基的土的分類一般可按下列原則進行：

1、根據(jù)地質(zhì)成因可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風(fēng)積土等。

2、根據(jù)顆粒級配或塑性指數(shù)可分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。

3、根據(jù)土的工程特性的特殊性質(zhì)可分為一般土和特殊土。

1.7.1巖石

1、按堅固性劃分：

硬質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石

2、按風(fēng)化程度劃分：

微風(fēng)化巖石中等風(fēng)化巖石強風(fēng)化巖石1.7.2碎石土碎石土是粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重的50%的土。

1.7.3砂土

砂土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%的土。砂土按粒組含量分類如下表。1.7.4粉土

粉土介于無粘性土與粘性土之間，是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，塑性指數(shù)Ip小于或等于10的土。又可根據(jù)顆粒級配分為

砂質(zhì)粉土：粒徑小于0.005mm的顆粒含量不超過全重10%

粘質(zhì)粉土：粒徑小于0.005mm的顆粒含量超過全重10%

粉土

粉土的顆粒級配中0.05-0.1mm和0.005-0.05mm的粒組占絕大多數(shù)，而水與土粒之間的作用是明顯不同于粘性土和砂土，這主要表現(xiàn)"粉粒"的特性。其工程性質(zhì)介于粘性土和砂土之間。若用含水量接近飽和的粉土，團成小球，放在掌上左右反復(fù)搖幌，并以另一手震擊，則土中水迅速滲出，并呈現(xiàn)光澤，這是野外鑒別時常用方法之一。

1.7.5粘性土

粘性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土。粘性土類的工程性質(zhì)與土的成因、生成年代的關(guān)系很密切，不同成因和年代的粘性土，盡管其某些物理性質(zhì)指標值可能很接近，但其工程性質(zhì)可能相差很懸殊。

粘性土分類

老粘性土：第四紀晚更新紀（Q3）及其以前沉積的粘性土，它是一種沉積年代久，工程性質(zhì)較好的粘性土。一般具有較高的強度和較低的壓縮性。

一般粘性土：第四紀全新世（Q4）、（文化期以前）沉積的粘性土，其分布面積最廣，遇到的也最多，工程性質(zhì)變化很大。

新近沉積的粘性土：指文化期（５千年）以來新近沉積的粘性土，強度較低。

1.7.6人工填土

人工填土是指由人類活動而堆填的土。其物質(zhì)成分較雜，均勻性較差。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式，填土可分為素填土、雜填土。各類填土應(yīng)根據(jù)下列特征予以區(qū)別：

1、素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的填土，其中不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。按主要組成物質(zhì)分為碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。經(jīng)分層壓實后則稱為壓實填土。

2、雜填土是含大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的填土。按其組成物質(zhì)成分和特征分為建筑垃圾土、工業(yè)廢料土及生活垃圾土。

1.7.7特殊土

特殊土是指在特定地理環(huán)境或人為條件下形成的具有特殊性質(zhì)的土。它的分布一般具有明顯的地域性。特殊土包括軟土、人工填土、濕陷性黃土、紅粘土、膨脹土、多年凍土等。

（1）軟土

軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、內(nèi)陸平原或山區(qū)的河流相、湖泊相、沼澤相等主要由細粒土組成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓縮性高（a1-2>0.5MPa-1）和強度低的特點。包括淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土等。多數(shù)還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)。

淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于1.5的粘性土。

淤泥質(zhì)土：天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的粘性土。

泥炭當土中有機質(zhì)含量大于5%時稱為有機質(zhì)土；大于60%時則稱泥炭。

泥炭是在潮濕和缺氧環(huán)境中未經(jīng)充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機質(zhì)土，呈深褐色--黑色。其含水量極高，壓縮性很大，且不均勻。泥炭往往以夾層構(gòu)造存在于一般粘性土層中