第1 章 土的物理性质及工程分类

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1、第1章土的物理性质及工程分类教学提示：本章主要介绍土木工程中关于岩土的基本的物理力学性质指标，土的三相比例指标及其之间的相互关系和土的工程分类等内容。教学要求：要求学生掌握工程地质中关于土的成因和地质构造等基本概念，能够熟练运用三相比例指标之间的基本关系来研究土的工程力学性质，对土进行工程分类。1.1工程地质概述为了解土的成因及其物理力学性质，我们有必要回顾一下有关的工程地质关于岩石、矿物、地质构造和地质年代等内容。1.1.1岩石岩浆岩：由从地壳下面喷出的熔融岩浆冷凝而成。埋藏条件为由深到浅；颜色由浅色到深色；种类有花岗岩、正长岩、玄武岩等。其工程性质主要由其

2、矿物成分及成岩环境等因素决定。沉积岩：母岩破碎物经搬运、沉积，继而又受到压紧、化学物质的胶结、再结晶或硬结等成岩作用再一次形成的岩石，如湖南的红色砂页岩等。变质岩：母岩或母岩破碎沉积物在高温高压下使原来岩石的结构、构造甚至矿物成分改变，形成新的岩石，如片麻岩等。1.1.2矿物地壳中天然生成的自然元素或化合物，是组成岩石的基本单元。1.1.3地质构造褶皱构造：向斜、背斜。断裂构造：断层、节理。这些构造直接影响到所建建筑物的稳定等问题。1.1.4地质年代地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落。年代：代、纪、世、期。岩层：界、系、统、层。第1章土的

3、物理性质及工程分类·5·1.1.5第四纪沉积物1.残积物岩石风化以后残留于原地的碎屑物质。2.坡积物水流将高处的风化岩石缓慢地冲洗、剥蚀，沿着山坡逐渐向下移动，堆积在较平缓的山坡上，形成坡积物。3.洪积物洪水冲刷地表并搬运大量的泥砂、石块，堆积于山谷冲沟出口或山前平原形成的堆积物。4.冲积物河流流水冲刷两岸基岩及其上覆盖物后，经搬运沉积在河流坡降平缓地带，包括河漫滩、一级阶地、二级阶地等。5.湖泊沉积物湖浪冲蚀湖岸而形成的碎屑物质在湖边和湖心沉积的湖泊沉积物。6.海洋沉积物海洋沉积物按照在海洋中沉积的位置和颗粒组成可分为滨海沉积物、浅海沉积物、陆坡沉积物、深海

4、沉积物。1.2土的组成地基中的土是由固体颗粒、气体和液体组成的，因此其物理力学性质与普通固体材料的物理力学性质有很大差别。因此，我们应该研究其组成及其相互关系。1.2.1土中的固体颗粒1.土粒大小与工程性质粗大颗粒：岩石经物理风化作用形成的碎屑或未产生化学变化的矿物颗粒，块状或粒状。黏结力小，表面所带电荷少，搬运路径短。因此，性质简单。细小颗粒：化学风化作用形成的次生矿物和生成过程中混入的有机物质，片状。黏结力大，搬移路径长，性质复杂，具有很强的与水作用能力。颗粒愈小，表面积愈大，颗粒表面所带电荷愈多，则其与水作用的能力愈强。因此，性质复杂。2.土的颗粒级配级

5、配良好：颗粒大小排列，空隙小，密实。级配不良：颗粒均匀，空隙大，松散。·5··6·土力学颗粒分析试验方法：筛分法、比重计法、移液管法。有效粒径d10：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时相应的粒径。限定粒径d60：小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时相应的粒径。不均匀系数：Ku=d60/d10。颗粒分析成果如图1.1所示，土样A的d60、d10示于图1.1中。从图中可以看出，土样A的颗粒分布比土样B的颗粒均匀。不均匀系数决定着土样的级配、密实程度、透水性等因素。土样B土样A100806040200100101d600.1d100.01粒径/mm图1.1

6、颗粒分析曲线3.土粒的矿物成分土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所受的风化作用，不同的矿物成分有着不同的影响，其中以细粒组的矿物成分尤为重要。漂石、卵石和圆砾的组成主要是岩石碎屑、母岩。砂粒：多为单矿物、石英。粉粒：难溶盐颗粒。黏粒：次生矿物(易发生变化，反应)。其黏粒的矿物颗粒形状及其晶片构成方式起着决定作用。黏粒主要由蒙脱石、伊里石和高岭石组成，由于蒙脱石矿物的组成结构不稳定，由其组成的土体也就有着较强的与水作用的能力，工程性质很不稳定。而高岭石矿物本身结构稳定，与水作用能力较弱，由其组成的土体也就结构较稳定，工程性质较好。很细小的扁平颗粒，其颗粒表面

7、带有电荷，具有很强的与水作用能力。表面积愈大，吸附能力愈强。总而言之，土粒大小对土的性质起着决定性作用。1.2.2土中的水和气1.土中水土是由固体、液体和气体组成的三相体系，而考虑水的影响特别重要。·6·第1章土的物理性质及工程分类·7·1)结合水受电分子吸引力吸附于土粒表面的水。结合水从微观角度可以根据其水分子所受分子引力大小进一步分为固定层和扩散层。2)自由水存在于土粒表面，电场影响以外的水。(1)重力水：在重力或压力差下运动的水。(2)毛细水：存在于潜水水位以上的透水层中。上面介绍的是土中颗粒之间的水的存在形式，根据地下水的空间分布形式，地下水可分为承压

8、水和潜水。当土层中的地下水由于上覆土层