《道路工程》第二章土石與土工合成材料第一二節(jié)知識點全套

《道路工程》第二章土石與土工合成材料第一二節(jié)知識點第一節(jié)概述1.1土的形成1.土石由地殼表面的巖石經(jīng)過物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用之后的產(chǎn)物。2.物理風(fēng)化只改變巖石顆粒的大小和形狀，不改變顆粒的成分。3.物理風(fēng)化指的是巖石暴露在大氣中，受到溫度變化的影響，體積經(jīng)常發(fā)生膨脹和收縮，不均勻的膨脹和收縮使之產(chǎn)生裂縫，同時長期經(jīng)受風(fēng)、霜、雨和雪的侵蝕以及植物的破壞，逐漸由整塊巖體崩解成大小不等和形狀不同的碎塊的過程。4.化學(xué)風(fēng)化指的是物理風(fēng)化后形成的碎塊與氧氣、二氧化碳和水接觸后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成更細(xì)的顆粒并且其成分也發(fā)生改變，產(chǎn)生與原來巖石成分不同的礦物的過程。5.生物風(fēng)化指的是在物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化的基礎(chǔ)上，由于生物活動的參與，進(jìn)而產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)的積聚的過程。6.廣泛分布在地殼表面的土，主要特征是分散性、復(fù)雜性和易變性。7.土是受不同自然力作用且不同的環(huán)境下沉積形成的。8.土在瘦到外界溫度和濕度變化的影響時極易發(fā)生變化。1.2土的三相組成1.土是由土顆粒（固相）、水（液相）和氣體（氣相）三種物質(zhì)組成的集合體。2.土的固相物質(zhì)分為無機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，是土體的骨架物質(zhì)。其中無機(jī)礦物顆粒又分為原生礦物和次生礦物兩大類。3.原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。4.次生礦物則是由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用后而形成的新礦物，如三氧化二鐵、三氧化二鋁、次生二氧化硅、黏土礦物及鹽類等。5.次生礦物的成分和性質(zhì)比較復(fù)雜，對土的工程性質(zhì)影響較大。6.腐殖質(zhì)土是指土在風(fēng)化過程中由于微生物的參與產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)成分，其中有機(jī)質(zhì)成分分解完善的。7.泥炭指的是其中有機(jī)質(zhì)成分分解不完善、尚存有殘余物的。8.有機(jī)質(zhì)成分對土的工程性質(zhì)具有不利影響，在公路工程中不應(yīng)采用。9.土的液相是指土孔隙中存在的水。10.土中水是成分復(fù)雜的電解水溶液，它與土粒間有著復(fù)雜的相互作用。11.水在土中以三種狀態(tài)存在：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。12.氣態(tài)水：在土孔隙中任何時候都存在有水汽，它與空氣形成氣態(tài)混合物。13.液態(tài)水：可分為存在于礦物顆粒內(nèi)部的水——化學(xué)結(jié)構(gòu)水和化學(xué)結(jié)晶水，及存在礦物顆粒表面的水——結(jié)合水和自由水。14.結(jié)合水：通過土顆粒表面靜電引力所吸附的表面水。15.結(jié)合水根據(jù)被吸附的程度又可分為兩種形態(tài)的結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水。16.強(qiáng)結(jié)合水：土在風(fēng)干狀態(tài)下，都含有一定數(shù)量的強(qiáng)結(jié)合水，這種水是由處于干燥土顆粒吸附空隙中的水汽形成。強(qiáng)結(jié)合水只有轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，才能夠移動。17.強(qiáng)結(jié)合水的含量決定于土的礦物成分和粒度成分，土顆粒越細(xì)，比表面積越大，含有黏土礦物和腐殖質(zhì)時，強(qiáng)結(jié)合水含量則偏高。18.弱結(jié)合水：在強(qiáng)結(jié)合水外有一定范圍內(nèi)的水分子，受到1~10個大氣壓力，被吸附在土粒表面。19.土中含有弱結(jié)合水時可使土具有塑性。20.自由水：包括毛細(xì)水和重力水。21.毛細(xì)水：水域土孔隙管壁接觸時，由于濕潤和靜電引力的作用，在毛細(xì)管中形成彎液面。22.重力水：重力水的特征是液體狀態(tài)，在重力作用下傾向垂直下行（或側(cè)向沿地面坡度）運動，具有很強(qiáng)的溶解作用，能夠以溶液狀態(tài)轉(zhuǎn)運鹽分、膠體溶液和很細(xì)的懸浮體等。23.固態(tài)水——冰：即處于固態(tài)的晶體狀態(tài)中的水，是自由水的一個特殊類型。24.土的氣相主要指土孔隙中充填的氣體。25.土中的氣體可分為兩類：與大氣相連通的自由氣體和與大氣隔絕的封閉氣體（氣泡）。26.土中孔隙體積大，土就松，土中水分多，則土就軟。27.水的反映土的物理性質(zhì)的指標(biāo)有密度、比重、含水率、干密度、飽和密度、浮密度、孔隙比、孔隙率、飽和度等。1.3土的試驗項目1.物理性質(zhì)試驗：包括含水率、密度、比重、顆粒分析和相對密度等。2.水理性質(zhì)試驗：包括界限含水率、稠度、膨脹、收縮和毛細(xì)水上升高度等。3.力學(xué)性質(zhì)試驗：包括滲透性、擊實性、壓縮性、黃土濕陷性、直接剪切、三軸剪切、無側(cè)限抗剪、土基承載比及回彈模量等。4.化學(xué)性質(zhì)試驗：包括酸堿度、燒失量、有機(jī)質(zhì)含量，可溶鹽含量、陽離子交換量和礦物成分等。第二節(jié)土的物理性質(zhì)試驗1.1含水率試驗1.土的含水率試驗方法主要有烘干法、酒精燃燒法和比重法。2.烘干法是測定含水率的標(biāo)準(zhǔn)方法，適用于黏質(zhì)土、粉質(zhì)土、砂類土、砂礫石、有機(jī)質(zhì)和凍土等土試樣。3.烘干法儀器設(shè)備：烘箱（可采用電熱烘箱或溫度能保持105~110℃的其他能源烘箱）、天平（感量0.01g，稱重200g）、其他（干燥器、稱量盒等）。4.對于粗粒土，烘干法中的稱量盒可采用鋁制飯盒、搪瓷盤等，相應(yīng)的土樣也應(yīng)多些。5.酒精燃燒法：在土樣中加入酒精，利用酒精能在土上燃燒，使土中水分蒸發(fā)，土樣成干燥狀態(tài)。本法是快速測定法中較準(zhǔn)確的一種，現(xiàn)場測試中用得較多。6.酒精燃燒法設(shè)備：稱量盒、天平（感量0.01g）、酒精（純度95%）、滴管、火柴、調(diào)土刀等。7.比重法：僅適用于砂類土。8.比重法儀器設(shè)備：玻璃瓶（容積500mL以上）、天平（稱量1000g，感量0.5g）、其他（漏斗、小勺、吸水球、玻璃片、土樣盤及玻璃棒等）。1.2密度試驗方法1.測定密度常用的方法有環(huán)刀法、蠟封法、灌砂法、灌水法等。2.環(huán)刀法：采用一定體積的環(huán)刀切削土樣，使土樣環(huán)刀形狀充滿其中，測環(huán)刀中土重，根據(jù)已知環(huán)刀的體積就可計算土的密度。3.環(huán)刀法儀器設(shè)備：環(huán)刀（內(nèi)徑6~8cm，高2~5.4cm，壁厚1.5~2.2mm）、天平（感量0.1g）、其他（修土刀、鋼絲鋸、凡士林等）。4.蠟封法：將不規(guī)則的土樣稱其自然質(zhì)量后，侵入熔化的石蠟中，使土樣被石蠟所包裹，而后稱其在空氣中的質(zhì)量與在水中的質(zhì)量，并按公式計算土樣密度。5.蠟封法適用于易破裂土和形態(tài)不規(guī)則的堅硬土。6.蠟封法儀器設(shè)備：天平（感量0.01g）、燒杯、細(xì)線、石蠟、針、削土刀等。7.灌砂法：適用于現(xiàn)場測定細(xì)粒土、砂類土和礫類土的密度。8.灌砂法試樣的最大粒徑一般不得超過15mm，測定密度層的厚度為150~200mm。9.灌砂法儀器設(shè)備：灌砂筒（金屬圓筒的內(nèi)徑為100mm，總高360mm）、金屬標(biāo)定灌（內(nèi)徑100㎜，高150mm和200mm的金屬罐各一個，上端周圍有一罐緣）、基板（一個邊長350mm、深40mm的金屬方盤，盤中心有一直徑100mm的圓孔）、打洞及從洞中取料的合適工具（如鑿子，鐵錘，長把勺，長把小簸箕，毛刷等）、玻璃板（邊長約500mm的方形板）、飯盒若干（存放挖出的試樣）、臺秤（稱量10~15㎏，感量5g）、其他（鋁盒、天平、烘箱等）、量砂（粒徑0.25~0.5mm、清潔干燥的均勻砂，20~40㎏。應(yīng)先烘干，并放置足夠時間，使其與空氣的濕度達(dá)到平衡）。10.灌水法：適用于現(xiàn)場測定粗粒土和巨料土的密度。11.灌水法儀器設(shè)備：座板（座板為中部開有圓孔，外沿呈方形或圓形的鐵板，圓孔處設(shè)有環(huán)套，套空的直徑為土中所含最大石塊粒徑的3倍，環(huán)套的高度為其粒徑的5%）、薄膜（聚乙烯塑料薄膜）、儲水筒（直徑應(yīng)均勻，并附有刻度）、臺秤（稱重50㎏、感量5g）、其他（鐵鎬、鐵鏟、水準(zhǔn)儀等）。1.3比重試驗1.土的比重試驗?zāi)康氖乔蟮猛猎?05~110℃下烘干至恒重的質(zhì)量與同體積4℃時蒸餾水的質(zhì)量的比值。2.土的比重試驗方法有比重瓶法、浮稱法、浮力法和虹吸筒法。3.比重瓶法：適用于粒徑小于5mm的土。4.浮稱法：適用于土的粒徑大于或等于5㎜的土，其中粒徑大于或等于20㎜的土質(zhì)量應(yīng)小于總土質(zhì)量的10%。5.浮力法：適用于粒徑大于或等于5㎜的土，且其中粒徑大于或等于20㎜的土質(zhì)量應(yīng)小于總土質(zhì)量的10%。6.虹吸筒法：適用于粒徑大于或等于5mm的土，且其中粒徑大于或等于20㎜的土的含量大于或等于總土質(zhì)量的10%。1.4顆粒分析試驗1.土粒大小是描述土的最直觀和最簡單的標(biāo)準(zhǔn)。2.常用的分析土粒大小的方法有兩種：對于大于0.075㎜的土粒常采用篩分法，而對于小雨0.075㎜的土粒則用沉降分析法。3.篩分法：把試樣在篩網(wǎng)網(wǎng)孔逐級減小的一套標(biāo)準(zhǔn)篩上搖振，存留在某一篩孔的土粒重量，代表了該篩孔尺寸土粒的重量。4.沉降分析法：依據(jù)的是原理是馬篤克斯（Stokes）定律，當(dāng)土粒在液體中靠自重下沉?xí)r，較大的顆粒下沉較快，而較小的顆粒下沉則較慢。5.土粒的大小稱為粒度。6.在工程上，常把大小相近的土粒合并為組，成為粒組。7.粒組的劃分有兩種方式：任意劃分的方式，即按一定的比例遞減關(guān)系劃分粒組的界限值；考慮土粒性質(zhì)變化的方式，即使劃分的粒組界限值與粒組性質(zhì)（如礦物成分、物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等）的變化相適應(yīng)。8.土的粒度成分：指土中各種不同粒組的相對含量（以干土重量的百分比表示），可用來描述土的各種不同粒徑土粒的分布特性。9.常用的粒度成分的表示方法有：表格法、累計曲線法和三角形坐標(biāo)法。10.篩分法：適用于分析粒徑大于0.075㎜的土顆粒組成。對于粒徑大于60㎜的土樣，本實驗方法不適用。11.密度計法：適用于分析粒徑小于0.075㎜的細(xì)粒土。12.密度計法土樣應(yīng)采用風(fēng)干土。13.移液管法：適用于分析粒徑小于0.075㎜細(xì)粒土的組成。1.5砂的相對密度試驗1.砂土的密實狀態(tài)對其穩(wěn)定性有很大影響。2.相對密度是砂緊密程度的指標(biāo)，等于其最大孔隙比與天然孔隙比之差和最大孔隙比與最小孔隙比之差的比值。3.本實驗十一公寓顆粒直徑小于5㎜的土，且粒徑2~5㎜的試樣質(zhì)量不大于試樣總質(zhì)量的15%。1.6液塑限試驗1.含水率對黏性土的工程性質(zhì)（如強(qiáng)度、壓縮性等）有極大的影響。2.當(dāng)黏性土含水率極高時，土變成泥漿，呈黏滯流動的液體。3.當(dāng)含水率降低時，土能承受較大的剪切應(yīng)力，在外力作用下不再具有塑性體特征，而呈現(xiàn)具有脆性的固體特征。4.土由塑性體狀態(tài)向脆性固體狀態(tài)過渡的界限含水率成為塑限Wp。5.液限和塑限在國際上稱為阿太堡界限（AtterbergLimit）。6.液塑限聯(lián)合測定法：適用于粒徑不大于0.5㎜、有機(jī)質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5%的土。7.液限蝶式儀法：適用于粒徑小于0.5㎜以及有機(jī)質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5%的土。8.塑限滾搓法：適用于粒徑小于0.5㎜以及有機(jī)質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5%的土。9.搓條法