土的物理性能及工程分类11土的三相组成12土的结构与构造Word格式文档下载.docx

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（2）粒径分析方法

•筛分法（d>

0.075mm的土）

•密度计法（d<

（3）颗粒级配的表示方法

表示方法：

表格法、颗粒累计级配曲线法

10-2

2-0.05

0.05-0.005

<

0.005

A

99

1

B

66

30

4

C

44

56

颗粒级配曲线：

曲线平缓，表示粒径相差悬殊，颗粒分布范围很大，粒径不均匀，孔隙被小颗粒填充，级配良好；

相反，曲线陡直，表示颗粒分面范围小，粒径相差不大，均匀，级配差。

如果土中缺失某一粒径范围的土粒，曲线上会出现局部水平段，粒径不连续，级配不好。

工程上为了定量反映土的级配特征，常用两个指标：

不均匀系数:

曲率系数：

不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况，其值越大，表示粒径分布越不均匀，土级配越好。

曲率系数反映曲线的整体形状，其值太大或太小，表示可能缺失中间粒径，级配不连续，级配差。

工程实践表明，如果只用一个指标评定土的颗粒级配情况是不够的，应该把和两项指标结合起来才比较完善。

当时称为级配良好的土，若不能同时满足上述两个条件，称为级配不良的土。

二、土中水

（1）结合水

强结合水、弱结合水（可塑性）

（2）自由水

重力水（浮力）、毛细水（沼泽、盐渍）

（3）气态水

（4）固态水（冻胀和融陷）

三、土中气体

土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。

（1）自由气体：

（2）封闭气体：

增大土的弹性和压缩性，降低透水性。

第二节土的结构与构造

一、土的结构是指土颗粒的大小、形状、相互排列及其联结关系的综合特征。

土的结构一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种类型。

1．单粒结构

单粒结构是由砂粒或更粗大的颗粒在水和空气中沉积形成。

颗粒较大，颗粒间几乎没有联结。

单粒结构土的紧密程度随其沉积条件的不同而异，若土粒沉积速度较快，往形成松散的单粒结构。

这种结构的土，孔隙大，骨架不稳定，当受到振动或其他外力作用时，土粒容易发生相对移动，产生很大的变形，这种土未经处理一般不宜作为建筑物地基。

当土粒沉积缓慢，则形成密实的单粒结构，由于土粒排列紧密，强度高，压缩性小，是较好的天然地基，

2．蜂窝结构

蜂窝结构主要由粉粒在水中沉积形成的结构形式。

粒径在0.075～0.005mm左右的土粒在水中沉积时，碰到已沉积的土粒，由于它们之间的相互引力大于其重力，则下沉的土粒被吸引不再下沉，依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窝结构。

3．絮状结构

絮状结构是由粘粒（粒径≤0.005mm）集合体组成的结构形式。

粘粒在水中处于悬浮状态，不会因单个颗粒自重而下沉，这种土粒在水中运动，相互碰撞吸引逐渐形成小链环状而下沉，碰到另一小链环时相互吸引形成孔隙很大的絮状结构。

具有蜂窝结构和絮状结构的土，颗粒间存在大量微细孔隙，其压缩性大，强度低，透水性弱。

又因土粒之间的联结较弱且不稳定，在受扰动力作用下，土的天然结构受破坏，土的强度会迅速降低，但土粒之间的联结力也会由于长期的压密作用而得到加强。

二、土的构造

土的构造是指同一土层中颗粒或颗粒集合体相互间的特征。

一般可分为层理构造、分散构造和裂隙构造三种。

1．层理构造

层理构造是细粒土的一个重要特征。

这是由于不同阶段沉积物的成分、颗粒大小及颜色等不同，而使竖向呈现成层的特征。

常见的有水平层理和交错层理，并常出现夹层、尖灭及透镜体等。

2．分散构造

分散构造是指颗粒在其搬运和沉积过程中，经过分选的卵石、砾石、砂等因沉积厚度较大而不显层理的一种构造。

分散构造的土接近理想的各向同性体，土层中各部分的土粒无明显差别，分布均匀，各部分性质比较接近，如图1-4所示。

3．裂隙构造

裂隙构造是因土体被各种成因形成的不连续的小裂隙切割而成的一种构造，在裂隙中常充填有各种盐类和沉积物，如图1-5所示。

不少坚硬和硬塑状态的粘性土具有此种构造。

裂隙将破坏土的整体性，增大透水性，对工程不利。

此外土中的包裹物以及天然或人为的孔洞存在，亦将造成土的不均匀性。

课堂小结

•土的组成及结构构造对土的工程性质有什么影响？

第三节土的物理性质指标

土的固体颗粒、水和气体是混杂在一起的，为方便说明和计算，将三相系中分散交错的固体颗粒、水和气体分别集中在一起，按固相、液相和气相的质量和体积表示在土的三相图中（见图1-6）：

m——土的总质量；

mw——土中水的质量；

ms——土中固体颗粒的质量；

V——土的总体积；

Va——土中气体所占的体积；

Vw——土中水所占的体积；

Vs——土中固体颗粒所占的体积；

Vv——土中孔隙所占的体积；

m=mw+ms

Vv=Va+Vw

V=Vv+Vs

一、土的试验指标

土的含水率、土的密度和土粒密度三个指标，均可通过试验直接测定，称试验指标或基本指标。

1．土的含水率

土中水的质量与土粒质量的百分比，称为土的含水率，用表示，即：

（%）

土的含水率一般用烘干法测定。

2．土的密度和土的重度

单位体积土的质量，称为土的质量密度，简称密度，用表示。

（g/cm3或t/m3）

单位体积土的重力称为土的重力密度，简称重度，用表示。

（kN/m3）

与的关系：

=gg——重力加速度，g≈9.8cm/s2

天然状态下土的密度变化范围较大，与土的矿物成分、孔隙的大小、含水的多少等因素有关。

其测定方法常用环刀法、蜡封法及灌砂法。

3．土粒密度和土粒相对密度（土粒比重）

单位体积土粒的质量，称为土粒密度，用表示。

土粒密度与4º

C时纯水的密度之比，称为土粒的相对密度（土粒比重），用表示。

——水的密度，一般取=1t/m3。

土的相对密度取决于土的矿物成分，一般土的常在2.65～2.80之间。

土粒相对密度的测定常用比重瓶或移液管法。

二、换算指标

除了上述三个试验指标外，还有六个可以通过计算求得的指标，称为换算指标。

包括土的干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、有效重度（或浮重度）、孔隙率、孔隙比和饱和度。

1.土的干密度和干重度

单位体积土中，土粒质量称为土的干密度，用表示。

单位体积土中，土粒的重力称为土的干重度，用表示。

=·

g（kN/m3）

工程上常用干密度来评价土的密实程度，通常用作填方工程，包括土坝、路基和人工压实地基等土体压实质量控制标准。

2.土的饱和密度和饱和重度

土中孔隙完全被水充满时土的密度，称为土的饱和密度（重度），用（）表示。

（g/cm3）=·

3.土的有效重度（或浮重度）´

地下水位以下的土受到水的浮力作用,扣除浮力后单位体积土所受的重力,称为土的有效重度（浮重度）,用表示。

（kN/m3）

4.土的孔隙率n

土的孔隙率是指土中孔隙体积与土总体积之比的百分率。

5.土的孔隙比e

土的孔隙比是指土中孔隙体积与土粒体积之比。

6.土的饱和度Sr

土的饱和度是指土中水的体积与孔隙体积之比。

三、土的各物理性质指标之间的换算关系

土的三相比例指标之间可以互相换算，根据三个试验指标，可以求得全部换算指标，也可以用某几个指标换算其他的指标。

表1-2土的三相比例指标换算公式

名称

符号

三相比例表达式

用试验指标计算的公式

用其他指标计算的公式

试

验

指

标

密度

直接测定

重度

相对密度

含水率

100%

换算指标

干密度

干重度

饱和密度

饱和重度

有效重度

（浮重度）

孔隙率

孔隙比

饱和度

在进行土的三相指标计算时，可利用表1-2中公式直接计算，也可利用土的各指标的三相比例表达式计算：

在三相图上假定Vs=1（或V=1），根据已知条件得到各部分的体积和重力，就可求得其他指标。

例1-1某原状土样经试验测得土的天然重度=18.3kN/m3，=2.70，=20%，求，，，，，。

解1：

直接利用表1-2中公式计算。

kN/m3

解2：

利用各指标的三相比例表达式计算。

设V=1，则土的重力W=V=18.3kN

则解得=15.25kN

则解得

求得三相物质的重力和体积后，就可根据定义表达式计算其他指标。

第四节土的物理状态指标

一、无粘性土的密实度

1、砂土的密实度

砂土的密实度可用天然孔隙比来衡量。

但砂土的密实程度并不单独取决于孔隙比，其在很大程度上还取决于土的级配情况。

同样孔隙比的砂土，当颗粒不均匀时较密实，当颗粒均匀时较疏松。

为了同时考虑孔隙比和级配因素，引入砂土相对密实度的概念。

相对密实度Dr是最疏松状态的孔隙比和天然状态孔隙比之差与最疏松状态的孔隙比和最密实状态孔隙比之差的比值。

式中—砂土的最大孔隙比；

—砂土的最小孔隙比；

—砂土在天然状态下的孔隙比。

根据砂土的相对密实度可将砂土划分为密实、中密和松散三种状态，具体划分标准见表

砂土密实度划分标准

密实状态

密实

中密

松散

相对密实度Dr

1～0.67

0.67～0.33

0.33～0

由于砂土较难采取原状土样，天然孔隙比不易测定，所以《建筑地基基础设计规范》采用标准贯入试验锤击数N来划分砂土的密实度，

表1-4砂土的密实度

标准贯入试验锤击数N

密实度

N≤10

15＜N≤30

10＜N≤15

稍密

N＞30

2、碎石土的密实度

碎石土既不易获得原状土样，也难于将贯入器打入土中，根据《建筑地基基础设计规范》要求，可用重型圆锥动力触探锤击数N63.5来划分密实度，如表1-5所示。

表1-5碎石土的密实度

重型圆锥动力触探试验锤击数N63.5

N63.5≤5

10＜N63.5≤20

5＜N63.5≤10

N63.5＞20

注：

1.本表适用于平均粒径小于等于50mm且最大粒径不超过100mm的卵石、碎石、圆砾、角砾。

2.表内N63.5为经综合修正后的平均值。

对于平均粒径大于50mm或最大粒径大于100mm的碎石土，由于其颗粒较粗，更不易取得原状土样，也难以进行触探试验。

根据《规范》要求对于这类土可在现场进行观察，根据骨架颗粒的含量和排列、可挖性和可钻性来鉴别。

二、粘性土的特征指标

粘性土随着含水率的增大，土的强度明显降低。

1．界限含水率

粘性土由于其含水率