[工学]第六章 岩土体的工程地质特性

单粒结构 特点
较大颗粒因自重下落沉积而成。粒径较粗，粒间 为点接触。密实状态的是良好地基；疏松状态的 压缩性大，不适合直接作为地基。
蜂窝结构
特点
靠粉粒间引力联结而成。单个孔隙体积大于土粒 本身尺寸，孔隙的体积也较大。
絮状结构
特点
针、片状粘粒在较浓电解质溶液中凝聚沉积而成。 孔隙体积比蜂窝结构更大，土体一般十分松软。
级配良一好般的Cu土<5；的C土u＝为5均~1粒0的土为，级属配级一配般不的良土土。；Cu>10的为
一般工程中也有以两个指标来判断土级配的情况，即：
对于纯净的砂、砾，当Cu≥5，且Cc＝1～3时，它是级配良 好的，不能同时满足上述条件时，其级配是不好的。其中Cc 称为土的曲率系数，可表示为：
Cu
d320 d60 d10
研究土中水时必须考虑其存在状态及其与土粒之间的
相互作用。存在于土粒矿物晶格以内的水称为结晶水。土中 的结晶水只能在较高的温度(80～680℃，随土粒矿物成分的 不同而异)下才能化为水汽而与土粒分离，因此在一般工程 中，结晶水被视为矿物固体颗粒的一部分。通常所说的水是 指常温状态下的液态水。
按土中水是否受土粒电场力作用可以将土中水分为两
式中：d30为土的颗粒级配曲线上小于某粒径的土粒相对累 积含量为30％时的粒径。
颗粒级配曲线示意图
4.1.2土中的水
土中水实际上是指土中的水溶液，它包含了各种溶于 水中的离子和化合物。
土中水的含量多少对土的性质有明显的影响，尤其对 粘性土等细粒土的性质影响更大。
在自然状态下，绝大多数环境中的土总是含水的，土 中水可以是液态，也可以是固态或气态。
由水包括重力水和毛细水两种。
重力水：是指存在于地下水位以下含水层中的土中自
由水，也称地下水。重力水在自身重力作用下能在土体中产
生渗流，对土粒及置于其中的结构物都有浮力作用。能传递
静水压力。主要存在于土中较大的孔隙中。
毛细水：是指存在于土中细小的孔隙中，因与土颗粒
的分子引力和水与空气界面的表面张力共同作用构成的毛细
阐述，我们将其三相物质抽象地分别集合在一起，构成一种
结合水和弱结合水两种。
结合水分子定向排列示意图
强结合水：受颗粒电场力吸引，紧紧吸附于颗 粒周围的结合水称为强结合水，也称吸着水。厚度 小，没有溶解力，不能传递静水压力（固相），受 外力作用时与土颗粒一起移动，具有很大的粘滞性、 弹性和抗剪强度。粘性土中仅含有强结合水时呈坚 硬状态；砂土仅含有强结合水时呈散粒状态。
弱结合水：是强结合水外围的结合水膜，也称 薄膜水。厚度小，也不能传递静水压力，但能向邻 近水膜更薄的土颗粒周围缓慢转移，这种运动和重 力无关，具有可塑性。不能传递静水压力。
4.1.2.2．自由水
自由水是指土粒电场力影响范围以外的土中孔隙水，几
乎不受或完全不受土粒表面静电引力的影响，主要受重力控
制，保持其自由活动的能力，也称为自由液态水。土中的自
4.1.1.3土的颗粒级配
概念：以土中各粒组颗粒的相对含量(占颗粒总质量的百分 数)表示的土中颗粒大小及组成情况称为土的颗粒级配。
累积曲线：是一种最常用的颗粒分析试验结果表示方法，其 横坐标表示粒径(因为土粒粒径相差数百、数千倍以上，小 颗粒土的含量又对土的性质影响较大，所以横坐标用粒径的 对数值表示)；纵坐标则用小于(或大于)某粒径颗粒的累积百 分含量来表示。所得曲线称为颗粒级配曲线或颗粒级配累积 曲线。由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况， 如果曲线陡峻，表示土粒大小均匀，级配不好；反之则表示 土粒不均匀但级配良好。
4.2 土的物理力学性质
由固体、液体和气体三相物质组成的土体，其各组分在 体积、质量或重量上的比值，反映了土的许多基本物理性质， 而且在一定程度上间接反映了土的力学性质，我们称其为土 的物理性质指标，也有称为土的三相比例指标。土物理性质 指标的确定是工程地质勘察工作必不可少的任务。
土中的三相物质本来是交错分布的，为了便于标记和
类，一类称为结合水，另一类称为自由水。
4.1.2.1结合水
一般情况下，土粒的表面带有负电荷，在土
粒周围形成电场，吸引水中的氢原子一端使其定
向排列，形成围绕土颗粒的结合水膜。
结合水是指受土颗粒电场力作用而吸附于土
粒周围的土中水。土中的细小颗粒愈多，结合水
含量愈大；愈靠近土粒表面，水分子排列得愈整
齐，水的活动性也愈小。因而常将结合水分为强
作用而与土颗粒结合，位于结合水与重力水之间的过渡类型
的水。主要存在于砂土中。毛细水还对建筑物地下结构的防
潮、地基土的浸湿、冻胀等有重要影响 。
4.1.3土中的气体
土中的气体主要为空气和水气，对土 体的工程地质性质影响较小，它能影响土 体的强度和变形。
自由气 体
与大气完全相通，容易逸出，对工程的影响不大 特点
封闭气 泡
减小土体渗透性、增加弹性，延缓土体变形随时间的发展过 程
4.1.4土的结构和构造
土的结构是指由土粒的大小、形状、相互排列及其联结关系等形
成的综合特征。它是在成土过程中逐渐形成的，与土的矿物成分、颗
粒形状和沉积条件等有关，对土的工程性质有重要影响。土的结构一
般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。
土的构造 定义
指各部分土的集合体之间的相互关系特征。主要 是层理构造，此外还有结核构造、砂类土的分散 构造、以及粘性土的裂隙构造。
在这三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好，蜂 窝结构与絮状结构若被扰动破坏，则强度低、压缩性高， 一般不可用作天然地基。
不论哪种结构形式，构成土骨架的固态颗粒之间存在孔 隙，孔隙中存在水和气体，土是由颗粒（固相）、水（液 相）和气（气相）所组成的三相体系。各种土的颗粒大小 和矿物成分差别很大，土的三相间的数量比例也不尽相同， 而且土粒与其周围的水又发生了复杂的物理化学作用。
工程上常用土粒的不均匀系数来定量判断土的级配好
坏。不均匀系数Cu可表示如下：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Cu
d 60 d 10
式中：d60称为限定粒径，当土的颗粒级配曲线上小于某粒 径的土粒相对累积含量为60％时，该粒径即为d60；
的土粒d相10对称累为积有含效量粒为径1，0当％土时的，颗该粒粒级径配即曲为线d10上。小于某粒径