土的物理性质和压实机理

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1、第一章土的物理性质和压实机理土的物理性质是土的最基本的性质，随着土的组成的不同和三项比例指标的不同，土表现出不同的物理性质，比如：土的干湿、轻重、松密和软硬等。而土的这些物理性质某种程度上又确定了土的工程性质。比如：松散、湿软地层，土的强度低、压缩性大；反之，强度大、地基承载力高、压缩性小；土颗粒大（无粘性土），地层的渗透性大，地基稳定性好、承载力大；土颗粒细（粘性土），则地层的渗透性小，地基稳定性差；土颗粒大小不均匀（级配好）则土在动荷载作用下，易于压实。因此，本章详细介绍了构成土的形成和组成，定性、定量地描述土的物质组成以及密

2、实性对工程性质的影响。其中主要包括土的三相组成分析、土的三相比例指标的定义、粘性土的界限含水量、砂土的密实度、常规土工实验标准及方法、地基土的工程分类方法和土的压实特性等。这些内容是学习土力学所必需的基本知识，是评价土的工程性质、分析与解决土的工程技术问题的基础。1.1土的形成及颗粒特征一土的形成地球表面的整体岩石，在大气中经受长期的风化、剥蚀后形成形状不同、大小不一的颗粒，这些颗粒在不同的自然环境下的堆积，或经搬运和沉积而形成的沉积物，当沉积年代不长，即沉积颗粒在压紧硬结成岩石之前的一种松散物质，即形成了土。土的是一种集合体。土

3、粒之间的孔隙中包含着水和气体，因此，土是一种三相体。岩石和土在不同的风化作用下形成不同性质的土。风化作用主要有物理风化、化学风化和生物风化。(1)物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀的膨胀与收缩破碎，或者运动过程中因碰撞和摩擦破碎。只改变颗粒的大小和形状，不改变矿物颗粒的成分称为物理风化。只经过物理风化形成的土是无粘性土，一般也称为原生矿物。(2)化学风化：母岩表面破碎的颗粒受环境因素的作用而产生一系列的化学变化，改变了原来矿物的化学成分，形成新的矿物——次生矿物。经化学风化生成的土为细粒土，具有粘结力

4、，成分最主要是粘土颗粒以及大量的可溶性盐类。(3)生物风化：由植物、动物和人类活动对岩体的破坏称生物风化。其矿物成分没有发生变化。二土的三相组成土是由固体、液体、气体三部分组成的三相体系。固体部分为土粒，由矿物颗粒或有机质组成，构成土的骨架。骨架间有许多孔隙，可为水和气所填充。这三个-1-组成部分本身的性质以及它们之间的比例关系和相互作用决定土的物理性质。土的三相组成比例并不是恒定的，它随着环境的变化而变化。土的三相组成比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：固体＋气体（液体＝0）为干土。此时粘土呈坚硬状态，砂土呈松散状态。

5、固体+气体＋液体为湿土，是一种非饱和土，此时粘土多为可塑状态。固体＋液体（气体＝0）为饱和土。此时粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏；粘土地基受建筑荷载作用发生沉降需十几年才能稳定。(一)固体矿物颗粒土的固体矿物颗粒是土的三相组成中的主体是决定土的工程性质的主要成分。固体矿物颗粒的矿物成分、大小、形状和组成情况是决定土的物理力学性质的主要因素。1.土粒的成分土粒的矿物成分可分为原生矿物和次生矿物。一般粗颗粒的砾石、砂等都是由原生矿物构成。成分与母岩相同，性质比较稳定，由其工程性质表现为无粘性、透水性较大、压缩性

6、较低，常见的如石英、长石和云母等。次生矿物主要是粘土矿物，其成分与母岩完全不同。其性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀。常见的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石。其物理性质见表1.1。表1.1主要粘土矿物的物理性质直径厚度比表面积液限塑性指数粘土矿物形状2μmm/gWlIp30A°150～700100～650蒙脱石薄片状0.1～1800200～300A°100～12050～65伊利石板状0.1～2800.05～2μm5020高岭石六角形板状0.3～415图1.2、1.3分别表示粘土矿物晶片结构及常见粘土的基本构造单元（晶胞）和

7、晶体构造。由图可知，蒙脱石结构单元连接较弱，亲水性最大，具有较强的吸水膨胀和失水收缩的特性。伊利石亲水性低于蒙脱石。高岭石结构单元的相互联结力较强，水分子不能进入。因此高岭石的亲水性最小2.颗粒级配颗粒的大小通常用粒径来表示。土粒的粒径变化时，土的性质也相应地发生变化。工程上将各种不同的土粒，按粒径范围的大小分组，即某一级粒径的变化范围，称为粒组。土的各粒组的相对含量就称为土的颗粒级配。常用的土的颗粒级配的表示方法有表格法、级配曲线法和三角坐标法。1）表格法：是以列表形式直接表达各粒组情况。详见表1.4表1.4土粒粒组划分粒组名称

8、粒径范围／mm一般特征-2-漂石、块石颗粒>200透水性很大，无粘性，无毛细水卵石、碎石颗粒200～20粗20～10透水性大，无粘性，毛细水上升高度圆砾、角砾颗不超过粒径大小中10～5粒细5～2易透水，当混有云母等杂质时透水性粗2～0.5减小，而压