第一章土的物理性质与工程分类第一章土的物理性质及工程分

第一章土的物理性质与工程分类第一章土的物理性

质及工程分

第一节土的组成与结构

一、土的组成

天然状态下的土的组成（一样分为三相）

⑴固相：土颗粒--构成土的骨架,决定土的性质--大小、形状、成分、组成、排列

⑵液相：水和溶解于水中物质

⑶气相：空气及其他气体

（1）干土=固体+气体（二相）

（2）湿土=固体+液体+气体（三相）

（3）饱和土=固体+液体（二相）

二、土的固相——矿物颗粒

土粒粒径大小及矿物成分不同，对土的物理力学性质有着较大阻碍。如当土粒粒径由粗变细时，土的性质可从无粘性变化到有粘性。

（一）土的粒组划分

工程上将物理力学性质较为接近的土粒划分为一个粒组，粒组与粒组之间的分界尺寸称为界限粒径。土颗粒依照粒组范畴划分不同的粒组名称：

六大粒组：块石（漂石）、碎石（卵石）、角粒（圆粒）、砂粒、粉粒、粘粒

界限粒径分别是：200mm、20mm、2mm、0.075mm、0.005mm,见下表。

表1-1 粒组划分标准（GB 50021—94）

（二）土的颗粒级配

自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。

1.颗粒大小分析试验

方法（1）筛分法：适用60—0.075mm的粗粒土

（2）密度计法：适用小于0.075mm的细粒土

2.颗粒级配曲线——半对数坐标系

3.级配良好与否的判别

1) 定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配

（1） 曲线形状平缓——粒径变化范畴大——不平均——良好 （2） 曲线形状较陡——变化范畴小——平均——不良 2) 定量判别：不平均系数 10

60

d d C u =

103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径 不平均系数越大，土粒越不平均，工程上把5u C 大于的土看作是不平均的，级配良好。

（三）土的矿物成分和土中的有机质

土中矿物成分可分为原生矿物和次生矿物两大类。

1.原生矿物——岩石经物理风化作用而成的颗粒（化学成分无变化），成分与母岩相同。原生矿物性质稳固。块石、碎石、角粒矿物成分与原生矿物相同，砂粒是原生矿物的单矿物颗粒，如：石英、长石——砾石、砂的要紧矿物成分——性质稳固、强度高

云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形

粉粒的矿物成分是多样的要紧有原生矿物的石英，次生矿物的难溶盐类

2.次生矿物——原生矿物经化学风化作用而成的新矿物（化学成分变化）。如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅及各种粘土矿物。粘粒几乎差不多上次生矿物的粘土矿物、氧化物、难溶盐及腐植质。

粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性。粘土矿物分为： ①高岭石（土）：遇水后膨胀性与可塑性较小，颗粒相对较大——亲水性较弱，晶体结构较稳固。

②伊利石（土）：性质介于高岭土与蒙脱土之间，接近蒙脱土。 ③蒙脱石（土）：遇水后膨胀性与可塑性极大，透水性小，多个晶体层——结构不稳固、颗粒最小、亲水性。 水溶盐①难溶：CaCO 3

②中溶：石膏 CaSO 4.2H 2O

③易溶：NaCl kCl CaCl 2 K Na 的 SO 42- CO 32-

3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 三、土中水

土中水分为结合水和自由水两大类。

1.结合水：是吸附在土粒表面的结合水膜。土粒表面带负电荷，吸附电场范畴内的水

分子及水分子中的阳离子，越靠近土粒表面吸附作用越强，结合水从内向外可分为固定层和扩散层。

强结合水：处于固定层中，性质接近于固体，不能传递水压，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度；

弱结合水：处于扩散层中，性质呈粘滞体状态，在压力作用下能够挤压变形。弱结合水对粘性土的物理力学性质阻碍极大，而砂土因表面较小，可认为不含弱结合水。

2.自由水：土粒结合水膜之外的水。

重力水：只受重力作用而自由流淌的水，能传递水压力和产生浮力作用，一样存在于地下水位以下的透水土层中。

毛细水：土孔隙中受到表面张力作用而存在的自由水，一样存在于地下水位以上的透水土层中，由于表面张力作用，毛细水在土粒之间形成环状弯液面，弯液面与土粒接触处的表面张力反作用于土粒，形成毛细压力，使土粒挤紧，土粒间的孔隙是连通的，形成许多不规则的毛细管，在表面张力作用下，地下水沿着毛细管上升，因此工程中要注意地基土的潮湿和冻胀，同时应注意建筑物的防潮。

四、土中气体

粗粒土中气体常与大气相通，土受压时可专门快逸出，对土的性质阻碍不大

细粒土中气体常与大气隔绝而成封闭气泡，不宜逸出，因此增大了土的弹性和压缩性，同时降低了土的透水性。

污泥等含有有机质的土中，由于微生物的活动，在土中分解产生了一些可燃气体，如甲烷、硫化氢等，使土层在自重作用下不易压密而形成高压缩性的软土层。

五、土的结构

1.定义：土粒或土粒集合体的大小、形状、相互排列与连结等综合特点，称为土的结构。

2.分类：（1）单粒结构：由较粗大的土粒（如碎石、砂粒等）组成，土粒间分子引力远小于土粒自重，土粒之间几乎没有相互联结作用。土粒排列有疏松及密实两种状态。密实状态时土的强度大，压缩性小，是良好的天然地基；疏松状态时刻隙较大，土粒不稳固，不宜直截了当用作地基。

（2）蜂窝结构：由粉粒串联而成，土粒间分子引力大于土粒自重，土粒下沉时停止在接触面而形成串联结构。

（3）絮状结构：粘粒集合体串联而成。

具有蜂窝结构和絮状结构（合称为海面结构）的土，其土粒间有较大的孔隙，结构不稳固，当天然结构被破坏后，土的压缩性增大而强度降低，故也称为有结构性土。

土的结构形成以后，当外界条件变化时，土的结构会发生变化。例如，土层在上覆土层作用下压密固结时，结构会趋于更紧密的排列；卸载时土体的膨胀（如钻探取土时土样的膨胀或基坑开挖时基底的隆起）会松动土的结构；当土层失水干缩或介质变化时，盐类结晶胶结能增强土粒间的联结；在外力作用下（如施工时对土的扰动或剪应力的长