最新土的物理性质及地基土的工程分类

土的物理性质及地基土的工程分类

第二章 土的物理性质及地基土的工程分类

1. 土力学的研究对象：土

土——土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不

同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。

§2-1 土的组成

一、土的组成⎪⎩

⎪

⎨⎧孔隙中的水液气体

气冰土颗粒

固:::

土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。这就是土的物理性质。 二、土的固体颗粒

（一）土的颗粒级配

1．土颗粒的大小直接决定土的性质 2．粒径——颗粒直径大小

3．粒组——为了研究方便，将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒

归并为若干组别即称为粒组。

粒组的划分：

漂石

4．颗粒级配——土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量

来表示，称为土的颗粒级配。

颗粒级配的测室方法：——筛析法 比重计法 试验成果分析：

①颗粒级配累积曲线（半对数坐标） 见P17 图1-10

分析⎩⎨

⎧级配良好不均匀

粒径大小接近

曲线陡

级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓

②不均匀系数（C u ）

1060u d /d C = ⎩⎨

⎧<>级配不良级配良好5

C 0C u u

式中：d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为

限定粒径d 60。

d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为

有效粒径d 10。

③曲率系数（C c ）

60102

30

c d d d C ⋅=

式中：d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30

表示。

C c ——曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形

状。

C c =1~3时 级配良好 （二）土粒的矿物成分

漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。（与每岩相同）

砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。如石英等。 粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。

粘土矿物由两种原子层构成，主要类型⎪⎩⎪

⎨⎧高岭石

伊利石蒙脱石

粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。 二、土中的水和气

（一）土中水⎪

⎪

⎩

⎪⎪⎨

⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧毛细水重力水自由水弱结合水强结合水

结合水 1. 结合水

——指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。

几万大气压

吸收力达几千极性分子水负电

土粒~⎭

⎬⎫

--

见P19 图1-13 （1）强结合水

——指紧靠土粒表面的结合水。

特征：没有溶解盐类的能力，不传递静水压力，只有吸热变成蒸汽时才能移动。

物理指标：容度1.2~2.4g/cm 3 固体状态 冰点-78℃

砂土吸 度占土粒质量1%、粘土17%。

特点：极大的粘滞度，弹性和抗剪强度。

（2）弱结合水

——指紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。

特征：不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水能向邻近的较薄的水膜转移。

2．自由水

——指存在于土粒表面电场影响范围以外的水。

特点：能传递静水压力，冰点为0℃，有溶解能力。

（1）重力水

——存在于地下水位以下的透水土层中的地下水。

特点：①有流动时，产生动水压力，带走土颗粒；

②能溶解土中的盐类；③浮力作用。

作用：使土中的孔隙增大，压缩性提高，抗剪强度降低。

（2）毛细水

——受水与空气界面的表面张力作用而存在于孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透小层中。

机理：当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面与土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧，土因

而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。

存在范围：直径0.002~0.5mm的孔隙中

3．冰

当温度降至零度以下，水结成冰，土即为冻土。

冻土的物点：冻胀性。

危害：当T↑，土体下陷，即融陷现象，使承载力下降，道路翻浆。

三、土的工程特性：

1、土的压缩性大

2、强度低

3、渗透性大

四、土中的结构和构造

（一）土的结构

土的结构——指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。

分类：

土的结构⎪⎩

⎪

⎨⎧粘粒

絮状结构粉粒蜂窝结构砾石层砂层单粒结构,（二）土的构造

土的构造——指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关

系的特征。

⎪⎪⎪⎩⎪

⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧黄土如粘性土裂隙构造卵石

砾石砂分散构造交错层理水平原理层状构造构造分类:,,

思考题：

1．土由哪几部分组成？土中三组比例的变化对土的性质有什么影响？ 2．何谓土的不均匀系数？如何从颗粒级配曲线的陡或平缓来评价土的工程性质？

3．土中水具有哪些形态？每种形态的水其本身具有哪些特征？这些特征对土的性质有何影响？

4．何谓土的结构？试分析土的各种结构的稳定性。 5．何谓土的构造，试分析土的各种构造对建筑工程的影响。

§2.2土的物理性质指标

自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模型进行分析。

土的三相，即土粒为固相；土中的水为液相；土中的气为气相。表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：比重、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三位计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。这些指标随着土体所处的条件的变化而改变，如地下水位的升高或降低，土中水的含量也相应增大或减小；密实的土，其固相和液相占据的孔隙体积少。这些变化都可以通过相应指标的数值反映出来。

土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗剪强度越大，承载力越高。

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