第1章土物理性质和工程分类

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1、第1章土的物理性质及工程分类本章提要主要介绍土的三相组成及土的结构，土的三相比例指标试验与计算,无粘性土的密实度，粘性土的物理特性，土的压实试验与土的压实性以及利用土工指标对土进行分类的方法。本章要求掌握土的各种物理性质指标的定义及其测定方法以及三相比例指标之间的换算关系，熟悉土的压实性和分类方法，了解土的物理性质的变化规律，土颗粒表面与水的相互作用和粘土颗粒间的相互作用力。1.1土的生成与特性1.1.1土的生成土是由岩石经过风化作用后形成的矿物颗粒堆积在一起，中间贯穿着孔隙，孔隙间存在水和空气，它是由各种大小不同的土粒、水和气体按各种比例组成的集合体。其中风

2、化包括物理风化、化学风化和生物风化作用。（1）物理风化：岩石经过风、霜、雨、雪的侵蚀，温度和湿度的变化，发生一系列不均匀的变化，这种风化只改变岩石的颗粒大小与形状，不改变岩石的矿物成分，称为物理风化。（2）化学风化：岩石的颗粒与外界的水、二氧化碳等发生化学反应，组成岩石的矿物成分发生了变化，产生一种新的矿物—次生矿物，这种风化称为化学风化。（3）生物风化：岩石遭受外界动物、植物及人类活动的破坏产生的变化，称为生物风化。不同的风化生成不同性质的土。当土是由土粒，空气和水组成时，土为固相、气相和液相组成的三相体系。当土是由土粒和空气，或土粒和水组成时，土为二相体系

3、。这些土粒间的联结比较微弱，在外荷载作用下，土体并不显示出一般固体的特性，土粒间的联结也并不象胶体那样易于相对地滑移，也不表现出一般液体的特性。因此，在研究土的工程性质时，既有别于固体力学，也有别于流体力学。1.1.2土的结构和构造1.土的结构土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。土扰动前后，力学性质差异很大，土的结构和构造对土的物理力学性质有重要的影响。一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。（1）单粒结构粗大颗粒土（如卵石或砂土等）在水或空气中自重作用单独下沉而形成的、全部由砂粒及更粗土粒组成的达到稳定状态

4、的土都具有单粒结构。因其颗粒较大、土粒间的分子吸引力相对很小，所以颗粒间几乎没有联结．单粒结构的土分为疏松和紧密的(见图1-1a、b)。紧密状单粒结构的土，强度较大，压缩性较小，是良好的天然地基。疏松单粒结构的土，其骨架是不稳定的，强度小，压缩性大，当受到震动及其他外力作用时，土粒易发生移动，土中孔隙剧烈减少，引起土的很大变形，因此，这种土层如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。（2）蜂窝结构由粉粒(0.075～0.005mm)组成的土的结构形式,粒径在0.075～0.005mm左右的土粒在水中沉积时，基本上是以单个土粒下沉．当碰上已沉积的土粒时，由于它们之间的

5、相互引力大于其重力，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构(见图1-1c)。由于蜂窝结构的土具有一定程度的粒间连接，使其可承担一定的水平静荷载，但当承受较高水平荷载和动力荷载时，其结构将破坏，引起土的很大变形，地基发生破坏。（3）絮状结构由粘土颗粒（<0.005mm）集合体组成的结构形式。粘粒能够在水中长期悬浮，不因自重而下沉。当这些悬浮在水中的粘粒被带到电解质浓度较大的环境中(如海水)时，粘粒凝聚成絮状的集粒(粘粒集合体)而下沉，并相继和已沉积的絮状集粒接触，而形成类似蜂窝而孔隙很大的絮状结构(见图1-125d)。粘土的性质主要

6、取决于集粒间的相互联系与排列,当粘粒在淡水中沉积时，因水中缺少盐类，所以粘粒或集粒间的排斥力可以充分发挥，沉积物的结构是定向(或至少半定向)排列的，即颗粒在一定程度上平行排列，形成所谓分散型结构。当粘粒在海水中沉积时、由于水中盐类的离子浓度很大，减少了颗粒间的排斥力，所以土的结构是面—边接触的絮状结构。土的结构在形成过程中，以及形成之后，当外界条件变化时(如荷载、湿度、温度或介质条件)，都会使土的结构发生变化。土体失水干缩，会使土粒间的联结增强；土体在外力作用下(压力或剪力)，絮状结构会趋于平行排列的定向结构，使土的强度及压缩性都随之发生变化。具有蜂窝结构和絮

7、状结构的粘性土，其土粒间的联结强度(结构强度)，往往由于长期的压密作用和胶结作用而得到加强。图1-1土的结构a单粒结构(疏松)b单粒结构(紧密)c蜂窝结构d絮状结构以上三种结构中，以密实的的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。2.土的构造土中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分土层之间的相互关系的特征称为土的构造。土的构造是土层的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征，通常可分为层状构造、裂隙状构造、分散构造以及结核状构造等几种基本类型。（1）层状构造土的构造最主要特征就是成层性，即层理构造。它是在土的形成

8、过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗