第三章 土的物理性質(zhì)和分類

第三章土的物理性質(zhì)及分類3.1土的三相組成

3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)

3.3土的物理狀態(tài)指標(biāo)

3.4土的壓實(shí)性

3.5地基土（巖）的工程分類

3.1土的三相組成本節(jié)主要內(nèi)容：闡明組成土的三相（固體顆粒、水、氣）的特性及其與工程性質(zhì)的關(guān)系。一、土的固體顆粒1.土粒的礦物成分1）原生礦物：母巖經(jīng)物理風(fēng)化而成,eg.石英、云母、長(zhǎng)石；其成分與母巖相同，分為單礦物顆粒，多礦物顆粒。2）次生礦物：母巖經(jīng)化學(xué)風(fēng)化而成，如eg.高嶺石、伊里石、蒙脫石。其成分與母巖不同，為一種新礦物顆粒。主要是粘土礦物。D<0.005mm漂石、卵石、圓礫等粗大土粒都是母巖的碎屑，其礦物成分與母巖相同；砂粒大部分是母巖中的單礦物顆粒，如如石英、云母、長(zhǎng)石；粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和MgCO3、CaCO3等難溶鹽的顆粒；2.土顆粒的大小和形狀

在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒組成的，土的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí),土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。因此可將大小相近，性質(zhì)相似的顆粒劃歸為一組，稱為粒組，劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。常用200、20、2、0.075、0.005mm把土粒分為六大粒組:漂石(塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫（角礫）顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。見下表。3.1土的三相組成粘土的礦物成分主要有粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類，它們都是次生礦物。20203.1土的三相組成

3.土的顆粒級(jí)配（粒徑級(jí)配）

土粒大小及其組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量（各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)）來表示，稱為土的顆粒級(jí)配。用途：這是決定無粘性土工程性質(zhì)的主要因素。用它作為確定土的名稱和選用建筑材料的重要依據(jù)。4.粒徑分析方法顆分試驗(yàn)：（1）篩分法：粒徑>0.075mm。（2）比重計(jì)法或移液管法：粒徑<0.075mm。顆分曲線：根據(jù)顆分試驗(yàn)成果，可以繪制顆粒級(jí)配曲線。如下圖。3.1土的三相組成3.1土的三相組成

級(jí)配良好的判別：

由曲線的坡度大致可判別土的均勻程度，如曲線較陡，則表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻；反之，曲線平緩，則表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，即級(jí)配良好。

利用不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc定量判別：3.1土的三相組成Cu<5級(jí)配不良；Cu>5級(jí)配良好。

Cc反應(yīng)曲線的整體形狀，過大或過小都表示缺乏中間粒徑。對(duì)砂類土，當(dāng)同時(shí)滿足3~15=cuCC和時(shí)，級(jí)配良好。>60102301060/dddCddCcu==.二、土中的水和氣（一）土中水：1.結(jié)晶水存在于礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（>105C）下，才能從礦物中吸出，故可把它視作礦物本身的一部分。2.結(jié)合水受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。03.1土的三相組成-毛細(xì)水重力水自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水與土粒表面結(jié)合的水結(jié)合水土粒礦物內(nèi)部的水-結(jié)晶水土中水3.1土的三相組成強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水（1）強(qiáng)結(jié)合水：沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力，牢固地吸附于土粒表面，其性質(zhì)接近于固體，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度。（2）弱結(jié)合水：厚度較強(qiáng)結(jié)合水大，具有較高的粘滯度、抗剪強(qiáng)度，仍不能傳遞靜水壓力。當(dāng)含量較多時(shí)，使土具有一定的可塑性。3.自由水（1）重力水：在土中流動(dòng)的水，受重力作用。（2）毛細(xì)水：由于水和空氣分界處彎液面上產(chǎn)生的表面張力作用，土中自由水從地下水位通過土的細(xì)小通道逐漸上升，形成毛細(xì)水。它不僅受重力作用而且還受到表面張力的支配。單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)（二）土中氣1.開敞氣體：對(duì)土無影響；2.封閉氣體：使土的滲透性減小，彈性增大和拖延了土的壓縮和膨脹變形隨時(shí)間的發(fā)展。三、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1.土的結(jié)構(gòu)（如上圖）土的結(jié)構(gòu)：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)；蜂窩結(jié)構(gòu)（粒徑0.075~0.005mm）；絮狀結(jié)構(gòu)（粒徑<0.005）。3.1土的三相組成分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造

2.土的構(gòu)造土的構(gòu)造分為層理構(gòu)造、分散構(gòu)造和裂隙構(gòu)造。3.1土的三相組成3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)表示土的三相組成比例關(guān)系的指標(biāo),稱為土的物理性質(zhì)指標(biāo)。一、指標(biāo)定義

為了便于說明和計(jì)算，用三相組成示意圖來表示各部分之間的數(shù)量關(guān)系。氣水土

粒（一）土粒比重（土粒相對(duì)密度）dsds可用比重瓶法測(cè)定,但由于變化幅度不大（2.6~2.8),通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用，如下表。粘性土土的名稱砂土粉土粉質(zhì)粘土粘土土粒比重2.65~2.692.70~2.712.72~2.732.74~2.76土粒比重參考值3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)（二）土的含水量%sWmm=w含水量是標(biāo)志土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo)，一般用烘箱法測(cè)定。（三）土的密度土的密度用環(huán)刀法測(cè)定。3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)（四）干密度d、飽和密度sat、和有效密度′mVVmVVmVWssWVssatsdrrrrr-=′.+==計(jì)算自重應(yīng)力時(shí)，須采用土的重力密度，簡(jiǎn)稱重度。土的濕重度、干重度d、飽和重度sat、有效重度′分別按下式計(jì)算：?jiǎn)挝唬?.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)1.土的干重度γd3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)(1)表達(dá)式：dγ=固體重力總體積=wsv(2)物理意義：?jiǎn)挝惑w積的土在水分烘干后的重力，即干土的重力密度。(3)常見值：13~18KN/m3(4)工程應(yīng)用：常用做填方工程中土體壓實(shí)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。(5)換算公式：γd=1+ωγ2.土的飽和重度γsat3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)(1)表達(dá)式：satγ=孔隙全部充滿水的總重力總體積=wsv(2)物理意義：孔隙中全部充滿水時(shí)單位體積的重力，即飽和度為100%時(shí)的重力密度。(3)常見值：18~23KN/m3+Vvγw(1)表達(dá)式：=wsv(2)物理意義：地下水位以下土體受水的浮力作用時(shí)單位體積的重力。(3)常見值：8~13KN/m3+Vvγw3.土的有效重度γ′γ′-vVγw=γsatγw-（五）孔隙比e和孔隙率n（六）土的飽和度Sr土的孔隙比e和孔隙率n是反映土密實(shí)程度的重要物理性質(zhì)指標(biāo)，e或n越大，土越疏松，反之土越密實(shí)。一般e<0.6的土是密實(shí)的低壓縮性土，e>1.0的土是疏松的高壓縮性土。砂土根據(jù)飽和度的指標(biāo)值分為稍濕、很濕與飽和三種濕度狀態(tài)。Sr50為稍濕；50<Sr80很濕;Sr>80飽和。3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)令w1=

w,Vs=1因所以VV=e,V=1+e推導(dǎo)如下：二、指標(biāo)的換算3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)由上式：3.2勾土真的物理川性質(zhì)指撒標(biāo)3.2窮土床的物理父性質(zhì)指浮標(biāo)3.2噸土侄的物理通性質(zhì)指種標(biāo)3.2亂土的物壁理性質(zhì)指米標(biāo)3.3毅土乘的物理倉狀態(tài)指奪標(biāo)上節(jié)講斯述土的吹物理性問質(zhì)指標(biāo)去，本節(jié)沖講述土橫的物理蒼狀態(tài)指返標(biāo)，即此要研究土貸的松密爽和軟硬竟。一、無粘制性土的密龍實(shí)度⑴密柴實(shí)度：搶單位體教積土中刮固體顆項(xiàng)粒的含峰量。⑵密稅實(shí)度指蝴標(biāo)：a.孔隙厲比e《規(guī)范裙》以孔孔隙比e切作為砂土密實(shí)度猜的劃分辟標(biāo)準(zhǔn)，咽分為：咸密實(shí)、遺中密、超稍密、場(chǎng)松散四盟狀態(tài)。b.標(biāo)鞋準(zhǔn)貫入法試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)貫芝入試驗(yàn)錘卡擊數(shù)劃分砂土密實(shí)度。3.3電土住的物理翅狀態(tài)指挖標(biāo)c.野外鑒樓別方法對(duì)碎石土，通過酸觀察，滴根據(jù)骨塊架顆粒顆含量和骨排列、皺可挖性撤、可鉆勞性將其姓密實(shí)度蜘劃分為能密實(shí)、熱中密、晨稍密。d.相對(duì)學(xué)密度D浙rDr=踏(emax-e)/缸(emax-emin),螞考慮顆坊粒級(jí)配的割影響。無粘性土帥的密實(shí)度(3)救砂醬土的密頌實(shí)度砂土的殊密實(shí)度鄰可用天充然孔隙懸比衡量剩。一般兔e小于勝0.6舊，屬密帶實(shí)的砂倚土，是檔良好的當(dāng)天然地戚基，當(dāng)收e大于桿0.9揪5時(shí)，核為松散仰狀態(tài)，槽不宜作鵝天然地組基。但陸未考慮同土顆粒邁級(jí)配的昏影響。備若考慮盤級(jí)配因暴素，可旅采用相膝對(duì)密實(shí)腸度Dr來表示砂羞土的密實(shí)燦度：按Dr值可將劫砂土的元密實(shí)狀風(fēng)態(tài)劃分漸如下三進(jìn)類：1Dr>0.6慣7密實(shí)的0.67宋Dr>0.濁33眼中密嶺的0.3訪3青Dr>0涂松散的雖然相亮對(duì)密實(shí)屠度從理娛論上能炕反映顆筒粒級(jí)配雨、顆粒嚇形狀等妥因素。頭但由于饅對(duì)砂土被很難采伶取原狀獸土樣，比故天然樸孔隙比含不宜測(cè)門準(zhǔn)?！缎Ｒ?guī)范》趣用標(biāo)準(zhǔn)凱貫入試鑒驗(yàn)的錘疫擊數(shù)來世劃分砂萌土的密岔實(shí)度。砂土的密實(shí)度表中N=N′，N′為實(shí)測(cè)值。無粘性土淺的密實(shí)度（4）繼碎石土盒的密實(shí)躬度碎石土塔更不宜吧取得原唉狀土樣遷，也難怠于將貫糖入器擊盲入其中迷。對(duì)這守類土可亡在現(xiàn)場(chǎng)秤進(jìn)行觀郵察,根食據(jù)其骨樸架顆粒率含量、挖排列、蝕可挖性有及可鉆埋性鑒別四。將碎疑石土分赴為密實(shí)銅、中密這和稍密志三種。(5)旦碎干石土密羞實(shí)度野缸外鑒別敘方法（匹見下表枯）：無粘性低土的密饅實(shí)度粘性土的歉物理特征粘性土帳最主要逼的性質(zhì)達(dá)是土粒佩與水相王互作用欣產(chǎn)生的稠度。它反映牌土粒之間連接強(qiáng)度隨含水量磁高低而變秤化的性質(zhì)稱。A、稠奶度：是指土額的軟硬橋狀態(tài)或役土對(duì)受摟外力作罵用所引稀起變形典或破壞蠅的抵抗微能力。B、稠度四界限：粘性土由剖某一種狀匹態(tài)過渡到嚼另一狀態(tài)農(nóng)的分界含容水量。一、粘該性土的哈界限含搬水量同一種粘想性土隨其異含水量的塊不同，而愁分別處于毀固態(tài)、半棍固態(tài)、可懶塑狀態(tài)及概流動(dòng)狀態(tài)桌。由一種合狀態(tài)轉(zhuǎn)變略到另一種共狀態(tài)的分核界含水量撈，叫界限含水嘆量。界限含水量的測(cè)定方法：塑限：搓條法（滾搓法）；液限：錐式液限儀（如下圖）。粘性土的臨物理特征IP粘粒含量蒙脫石高嶺石伊理石蒙脫石粘粒含量IPIP與礦物成分的關(guān)系二、粘奏性土的搖塑性指脂數(shù)和液稅性指數(shù)1.塑喜性指數(shù)IP：PLpIww-=（省去%）IP表示土貝處于可搞塑狀態(tài)班的含水踩量范圍鎖大小。它與顆墾粒粗細(xì)、姻礦物成分驗(yàn)和水中離冒子成分的箭濃度有關(guān)避。土顆粒越細(xì)且春含量越陸多，則比嫂表面越關(guān)大，土堪的結(jié)合馳水含量獄越高，IP越大。當(dāng)水趟中高價(jià)陽參離子濃豆度增加時(shí)，土粒顆表面吸附保的反離子碌層厚度變叔薄結(jié)合水洋含量相應(yīng)鞭減少，IP也?。环粗瘢琁P變大。IP與礦物成譽(yù)分的關(guān)系被（如下圖豪）。粘性土的健物理特征粘性土的琴物理特征2.液性指數(shù)ILIL是反映粘性土軟硬狀態(tài)的指標(biāo)。流動(dòng)狀態(tài);可塑狀態(tài);固態(tài)。粘性土軟硬狀態(tài)的劃分粘性土慰的物理谷特征三、粘性土的靈敏度和觸變性天然狀態(tài)的粘性土當(dāng)受擾動(dòng)后，其強(qiáng)度降低、壓縮性增大。土的結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的這種影響，可用靈敏度衡量：根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為：低靈敏中靈敏和高靈敏三類。觸變性：飽和粘性土當(dāng)受擾動(dòng)后，其強(qiáng)度降低，但當(dāng)擾動(dòng)停止后，強(qiáng)度又隨時(shí)間增大，這種特性稱為觸變性。qu,q’u—原狀、重塑試樣的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度3.5撿地基土澇（巖）的邀工程分類地基土色（巖）專分類的煙任務(wù)是衫根據(jù)分壟類用途假和土（他巖）的玻各種性像質(zhì)的差穩(wěn)異將其灑劃分為臨一定的柄類別。強(qiáng)下面介另紹（巖億）土的燦工程分蜜類：本節(jié)的分團(tuán)類方法為威《地基規(guī)肝范》分類蚊法。一、巖石1、定盆義：顆粒間牢酬固聯(lián)結(jié)，挽呈整體或仍具有節(jié)理腐裂隙的巖綠體。⑴按堅(jiān)固性分為：?jiǎn)T硬質(zhì)巖化石、軟賽質(zhì)巖石騰。⑵按巖螺石風(fēng)化程度分為：微捏風(fēng)化、中箏等風(fēng)化、共強(qiáng)風(fēng)化。⑶按成因分為：巖創(chuàng)漿巖、沉數(shù)積巖、變巡壽質(zhì)巖。3.5逗地基土望（巖）的書工程分類二、碎臣石土1、定朽義：粒鹽徑d>閥2mm貴的顆粒然含量超焰過全重謝50%感的土。2、分遭類依據(jù)希：土的粒組含序量及顆粒形窮狀。3、定名膝：漂石或躬塊石、卵罵石或碎石麻、圓礫或理角礫。4、工凱程性質(zhì)慰：根據(jù)帽骨架顆餓粒含量綁占總重船的百分噴比，顆戶粒的排顆列，可厭挖性與罪可鉆性高分為密筑實(shí)、中粱密、稍哪密三等專。常見碎石絮土強(qiáng)度大昨、壓縮性朗小、滲透汗性大，為綿良好地基宿。3.5蒸地基土麥（巖）的艇工程分類三、砂土1、定秀義：粒徑d誘>2m芳m的顆康粒含量娛不超過先全重的撕50%障，且粒惹徑d>吹0.0拾75m扭m的顆登粒超過苗全重5蓬0%的祥土。2、分類木依據(jù)：粒組含專量。3、定名：礫砂、粗還砂、中砂瞇、細(xì)砂、崗粉砂。4、密實(shí)度：密實(shí)、做中密、稍育密、松散記四狀態(tài)。5、工程性質(zhì)：礫砂、喜粗砂、中陷砂一般為良好地基；細(xì)砂梳、粉砂負(fù)具體分舅析。3.5執(zhí)地基土彈（巖）的芒工程分類四、粉土1、定設(shè)義：粒案徑d>念0.0融75m姨m的顆愧粒含量貍不超過大全重5妻0%，此且Ip≤10的土。2、組貝成：一般為蒸砂粒、踢粉粒、筆粘粒的撈混合體。3、分幻玉類：根加據(jù)粒徑澡d<0睡.00幕5mm密的顆粒合含量是明否超過耳全重1穩(wěn)0%，妨分為粘氏質(zhì)粉土主、砂質(zhì)悠粉土。4、密實(shí)由度：根據(jù)波e大小分樹為密實(shí)(扎e<0.涌65)、反中密(0勇.65≤竄e<0.脫85)、奸