岩土常识

第二章土的物理性质及工程分类
2-1土的生成与特性
一、土的生成
地球表面30～80KM厚的范围是地壳。

地壳中原来整体坚硬的岩石，经风化、侵蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。

不同的风化作用，形成不同性质的土，风化作用有下列三种：
1、物理风化
岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。

这种风化作用，只改变颗粒形状及大小，不改变矿物成分，称为物理风化。

由物理风化生成的为粗颗粒土，如碎石、卵石、砾石、砂土等。

呈松散状态，总称无粘性土。

2、化学风化
岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生了化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生了一种新的成分——次生矿物，土的颗粒变的很细，具粘结力，如粘土、粉质粘土，总称为粘性土。

3、生物风化
由动、植物和人类活动对岩体的破坏，称生物风化，例如开山、打隧道等活动形成的土，其矿物成分没有变化。

二、土的结构和构造
1、土的结构
土颗粒之间的相互排列和联结形式，称为土的结构，有三种：单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。

这三种结构中，以密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝结构其次，絮状结构最差。

后两种结构土，如因扰动破坏天然结构，则强度低，压缩性大，不可用作天然地基。

2、土的构造
同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造，常见有层状构造、分散构造、结核状构造、裂隙状构造这四种构造。

三、土的特性
土与其它连续介质材料相比，具有压缩性大，强度低、透水性大这三个特性。

2-2 土的三相组成
土由固体矿物、液体水和气体三部分组成，称为土的三相组成。

土的三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同，例如：固体+气体（液体=0）为干土，干粘土坚硬，干砂松散。

固体+液体+气体为湿土，湿的粘土多为可塑状态。

固体+液体（气体=0）为饱和土，饱和粉细砂受震动可能产生液化，饱和粘土地基沉降需很长时间才能稳定。

由此可见，研究土的工程性质，首先从最基本的，组成土的三相，即固体、水和气体本身开始研究。

一、土的固体颗粒
土的三相组成中，土的固体颗粒是决定土的工程性质的主要成分。

1、土粒的矿物成分
○1原生矿物—由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同。

○2次生矿物—岩屑经化学风化而成，其成分与母岩不同，为一种新矿物，颗粒细。

○3腐植质—土中腐植质含量多，使土的压缩性增大。

2、土颗粒的大小与形状
土的大颗粒漂石，粒径d＞200mm，土的细颗粒粘粒，d＜0.005mm，二者粒径相差几万倍。

颗粒大小不同的土，其工程性质也各异。

为了便于研究，把土的粒径按性质相近原则，划分为六个粒组。

3、土的粒径级配
自然界里的天然土往往由几种粒组混合而成，颗粒有粗有细，这种天然土如何表示，怎样定名？
通常，用土中各粒组的相对含量，占总重的百分数来表示，称为土的粒径级配。

这是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土分类定名的标准。

粒径分析方法，工程中常用两种方法，配合使用。

○1筛分法用一套标准筛，将粗粒土进行筛分。

适用于粒径d ＞0.075mm的土。

○2比重计法根据土粒直径大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用特制的比重计进行测定分析，适用于粒径d＜0.075mm 的细粒土。

二、土中水
土中水可分为：结合水、自由水、气态水、固态水。

（水的密度在4℃时最大。

三、土中气体
土中的孔隙中没有被水占据的部分都是气体，可分为自由气体和封闭气泡。

2-3 土的物理性质指标
工业与民用建筑地基基础设计中，一个关键问题是确定地基土的承载力f（KPa）。

f值不同，采用地基基础方案不同。

f值如何确定？常用方法是根据土的物理性质来定。

一、三项基本物理性指标
此三项基本物理性指标，由实验室直接测定其数值。

1、土的天然容重，即天然重度（KN/m3）
2、土粒比重d s
3、土的含水量（%）
二、反映土的松密程度的指标
1、土的孔隙比e
三、反映土中含水程度的指标
1、含水量（略）
四、特定条件下的重度
2-4 土的物理状态指标
已知土的9个物理指标后，还需要判别土的松密和软硬，因而需要研究土的物理状态指标。

一、无粘性土的密实度
我们已知砂、卵石等无粘性土是单粒结构，这类单粒结构的土，最主要的物理状态指标是密实度。

如何表示土密实度？
1、用孔隙比e作为划分密实度的标准
二、粘性土的物理特征
1、液限w l（%）
粘性土液态与塑态之间的分界含水量称为液限。

（锥式液限仪下沉10mm时的含水量）
2、塑限Wp（%）
粘性土塑态与半固态的分界含水量称为塑限。

（锥式液限仪下沉2mm时的含水量）
3、缩限Ws（%）
粘性土固态与半固态的分界含水量称为缩限。

土样含水量减小至缩限时，土体体积发生收缩。

测定方法通常用收缩皿法。

4、塑性指数Ip
2-5 地基土的工程分类
一、岩石
定义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体称为岩石。

二、碎石土
第三章土的压缩性与地基沉降计算分析地基土层发生变形的主要因素：其内因是土具有压缩性，其外因主要是建筑物荷载的原因。

因此，为了计算地基沉降，必须研究土的压缩性和上部荷载作用下地基中的应力分布情况。

学习本章的目的，是根据地基土层剖面的情况，各层土的物理力学性质和上部结构的荷载，计算地基的变形值，并控制它在容许范围之内。

3-1 土的变形特性
一、基本概念
第四章土的抗剪强度与地基承载力
一、地基强度的意义
各类建筑地基基础设计中，为保证建筑物的安全，必须同量满足下列两个技术条件：
○1地基变形条件包括沉降量、沉降差、倾斜、局部倾斜都不超过地基容许变形值；
○2地基强度条件保证地基稳定性，不发生剪切或滑动破坏。

二、土的强度成果在工程上的应用
土的强度问题的研究成果在工程上的应用，归纳起来主要有三方面：
○1地基承载力与地基稳定性；
○2土坡稳定性。

包括天然土坡、人工挖方、路堤、土坝等；
○3挡土墙及地下结构上的土压力。

（土的强度问题，实质上就是土的抗剪强度问题）
为了对地基的稳定性进行力学分析和计算，必须了解土的抗剪强度的来源、影响因素和测试方法，研究土的极限平衡理论、地基受力状况与承载力。

二、抗剪强度的来源及影响因素
1、抗剪强度的来源
无粘性土的抗剪强度来源于土粒之间的摩擦力。

因为摩擦力存在于土体内部，故称内摩擦力。