第1章 土的物理性质及其工程分类.docVIP

第1章 土的物理性质及工程分类 1.1 土的形成 岩土体是地壳的物质组成。岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。以下就岩土的特性分别简述之。 1.2 土的组成 1.1.1 土的结构与特性 土是一种松散的颗粒堆积物。它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。空气和其它气体构成土的气体部分。土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。土的三相组成决定了土的物理力学性质。 1） 土的固体颗粒 土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。 （1）固体颗粒的大小与粒径级配 土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。颗粒的大小通常用粒径表示。实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。粒组不同其性质也不同。常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。土的工程分类见本章第三节。各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。 土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。 筛分法适用粒径大于0.075mm的土。利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。 密度计法适用于粒径小于0.075mm的土。基本原理是颗粒在水中下沉速度与粒径的平方成正比，粗颗粒下沉速度快，细颗粒下沉速度慢。根据下沉速度就可以将颗粒按粒径大小分组（详见土工试验书籍）。 当土中含有颗粒粒径大于0.075mm和小于0.075mm的土粒时，可以联合使用密度计法和筛分法。 工程中常用粒径级配曲线直接了解土的级配情况。曲线的横坐标为土颗粒粒径的对数，单位为mm；纵坐标为小于某粒径土颗粒的累积含量，用百分比（%）表示。如图1-1。 颗粒级配曲线在土木、水利水电等工程中经常用到。从曲线中可直接求得各粒组的颗粒含量及粒径分布的均匀程度，进而估测土的工程性质。其中一些特征粒径，可作为选择建筑材料的依据，并评价土的级配优劣。特征粒径有： d10 － 土中小于此粒径的土的质量占总土质量的10%，也称有效粒径； d30 － 土中小于此粒径的土的质量占总土质量的30%； d50 － 土中小于此粒径的土的质量和大于此粒径的土的质量各占50%，也称平均粒径，用来表示土的粗细； d60 － 土中此粒径土的质量占总土质量的60%，也称限制粒径。粒径分布的均匀程度由不均匀系数Cu表示： Cu= d60/ d10 (1-1) Cu愈大，土愈不均匀，也即土中粗、细颗粒的大小相差愈悬殊。 若土的颗粒级配曲线是连续的，Cu愈大，d60与d10相距愈远，则曲线愈平缓，表示土中的粒组变化范围宽，土粒不均匀；反之，Cu愈小，d60与d10相距愈近，曲线愈陡，表示土中的粒组变化范围窄，土粒均匀。工程中，把Cu＞5的土称为不均为土，Cu≤5的土称为均匀土。 若土的颗粒级配曲线不连续，在该曲线上出现水平段，如图1-1曲线②和③所示，水平段粒组范围不包含该粒组颗粒。这种土缺少中间某些粒径，粒径级配曲线呈台阶状，土的组成特征是颗粒粗的较粗，细的较细，在同样的压实条件下，密实度不如级配连续的土高，其它工程性质也较差。 土的粒径级配曲线的形状，尤其是确定其是否连续，可用曲率系数Cc反映： (1-2) 若曲率系数过大，表示粒径分布曲线的台阶出现在d10和d30范围 内。反之，若曲率系数过小，表示台阶出现在d30和d60范围内。经验表明，当级配连续时，Cc的范围大约在1－3。因此，当Cc ＜1或Cc＞3时，均表示级配曲线不连续。 由上可知，土的级配优劣可由土中土粒的不均匀系数和粒径分布曲线的形状曲率系数衡量。我国《土的分类标准》（GBJ 145-90）规定：对于纯净的砂、砾石，当实际工程中，Cu大于或等于5，且Cc等于1~3时，它的级配是良好的；不能同时满足上述条件时，它的级配是不良的。 （2