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第1章土的物理性質(zhì),學(xué)習(xí)基本要求:＊掌握土的顆粒級(jí)配曲線＊熟練掌握土的三相指標(biāo)的定義和有關(guān)指標(biāo)的換算；＊了解無(wú)粘性土和粘性土的工程特性；＊了解地基土的工程分類方法。,,第一節(jié)土的三相組成一、土的三相組成土是巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積形成的固體礦物、水和空氣的集合體。土的物質(zhì)成分包括有作為土骨架的固態(tài)礦物顆粒、孔隙中的水以及氣體。因此，土是由顆粒(固相)、水(液相)和氣(氣相)所組成的三相體系。土中的固體顆粒(簡(jiǎn)稱土粒)的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。,土,固相（土顆粒）,液相（水）,氣相（氣）,,,固體礦物顆粒（固相）,,土中氣體（氣相）,,土中水（液相）,固相—包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的，形成多孔介質(zhì)。,液相—主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)；氣相—主要是空氣、水蒸氣，有時(shí)還有沼氣等。,,土的三相圖,土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異，例如：1.固體+氣體（液體=0）為干土，此時(shí)粘土呈堅(jiān)硬狀態(tài),砂土呈松散狀態(tài)；2.固體+液體+氣體為濕土，此時(shí)粘土多為可塑狀態(tài)；3.固體+液體（氣體=0）為飽和土，此時(shí)粉細(xì)砂或粉土遇強(qiáng)烈地震，可能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞；粘土地基受建筑物荷載作用發(fā)生沉降需幾十年才能穩(wěn)定。,什么是液化？,如果飽和疏松的土是由細(xì)砂?；蚍凵傲ＫM成，在強(qiáng)烈的振動(dòng)作用下，土的結(jié)構(gòu)會(huì)突然破壞變成流動(dòng)狀態(tài)，引起所謂“砂土液化”現(xiàn)象，使地基失去承載力，在地震區(qū)將會(huì)引起震害。1964年6月16日，日本發(fā)生里氏7.5級(jí)地震后，因地基土發(fā)生液化所造成的破壞。,倒了，但結(jié)構(gòu)未破壞,二、土的顆粒級(jí)配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。例如：土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無(wú)粘性變化到有粘性。將土中各種不同粒徑的土粒，按適當(dāng)?shù)牧椒秶?，分為若干粒組，各個(gè)粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出一定質(zhì)的變化。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。下表提供的是一種常用的土粒粒組的劃分方法。表中根據(jù)界限粒徑200，20，2，0．075和0．005mm把土粒分為六大粒組。,土的顆粒級(jí)配:土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量(各粒組占土粒總量的百分?jǐn)?shù))來(lái)表示。顆粒分析試驗(yàn)方法：篩分法（d>0.075mm的土）比重計(jì)法（d0.075mm的土）,,,,顆粒級(jí)配曲線圖,,曲線的縱坐標(biāo)表示小于某土粒的累計(jì)質(zhì)量百分比,橫坐標(biāo)則是用對(duì)數(shù)表示的土的粒徑。由曲線的坡度可判斷土的均勻程度，曲線平緩，粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻。,幾個(gè)特殊粒徑：d10,d30,d60小于某粒徑的土顆粒質(zhì)量累積百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑d10。與之類似可以得到d30和d60（限定粒徑）。土顆粒的級(jí)配指標(biāo)：不均勻系數(shù)Cu=d60/d10曲率系數(shù)Cc=(d30)2/(d60d10),式中,d60—限定粒徑。當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為d60；d10—有效粒徑。當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為d10；d30—當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)30%時(shí)的粒徑用d30表示。,不均勻系數(shù)Cu反映大小不同粒組的分布情況。Cu越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級(jí)配越良好，作為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)度。連續(xù)級(jí)配土CU>5,well-graded（級(jí)配良好）CU=5且CC=1-3（級(jí)配良好）,從曲線的形態(tài)上,可評(píng)定土顆粒大小的均勻程度。如曲線平緩，表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，級(jí)配良好。顆粒級(jí)配可以在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。對(duì)于級(jí)配良好的土，較粗顆粒間的孔隙被較細(xì)的顆粒所填充，因而土的密實(shí)度較好，相應(yīng)的地基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較好．透水性和壓縮性也較小，可用作堤壩或其它土建工程的填方土料。,第二節(jié)土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造,一、土的結(jié)構(gòu)1.定義：指土顆粒的大小、形狀、表面特征，相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系的綜合特征。2.分類：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)砂層，礫石層蜂窩結(jié)構(gòu)粉粒絮狀結(jié)構(gòu)粘粒二、土的構(gòu)造1.定義：指同一土層中成分和大小都相近的顆?；蝾w粒集合體相互關(guān)系的特征。2.分類：層狀構(gòu)造分散構(gòu)造砂，礫石，卵石裂隙構(gòu)造粘性土通常分散構(gòu)造的工程性質(zhì)最好，裂隙狀構(gòu)造中，因裂隙強(qiáng)度低、滲透性大，工程性質(zhì)差。,單粒結(jié)構(gòu),單粒結(jié)構(gòu)是由粗大土粒在水或空氣中下沉而形成的。因其顆粒較大、土粒間的分子吸引力相對(duì)很小，所以顆粒間幾乎沒(méi)有聯(lián)結(jié)，至于未充滿孔隙的水分只可能使其具有微弱的毛細(xì)水聯(lián)結(jié)。單粒結(jié)構(gòu)可以是疏松的，也可以是緊密的。呈緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，由于其土粒排列緊密，在動(dòng)、靜荷載作用下部不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，所以強(qiáng)度較大，壓縮性較小，是較為良好的天然地基。具有疏松單粒結(jié)構(gòu)的土，其骨架是不穩(wěn)定的，當(dāng)受到展動(dòng)及其他外力作用時(shí)、土粒易于發(fā)生移動(dòng)，土中孔隙劇烈減少。引起土的很大變形，因此，這種土層如未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基?！吧巴烈夯?蜂窩結(jié)構(gòu),蜂窩結(jié)構(gòu)是主要由粉粒(0.075～0.005mm)組成的土的結(jié)構(gòu)形式。據(jù)研究，粒徑在0.075～0.005mm左右的土粒在水中沉積時(shí)，基本上是以單個(gè)土粒下沉，當(dāng)碰上已沉積的土粒時(shí)，由于它們之間的相互引力大于其重力，因此土粒就停留在最初的接觸點(diǎn)上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。,,絮狀結(jié)構(gòu),絮狀結(jié)構(gòu)是由粘粒(2mm的顆粘含量超過(guò)全重的50%。分類：按粒徑和顆粒形狀可進(jìn)一步劃分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫，見(jiàn)下表。碎石土的分類碎石土沒(méi)有粘性和塑性，屬于單粒結(jié)構(gòu),砂土定義：指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重的50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全重50%的土。分類：砂土按粒組含量分類如下表碎石土的分類,粉土定義：粉土是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過(guò)總質(zhì)量的50％，且塑性指數(shù)Ip≤10的土。粉土是介于砂土和粘性土之間的過(guò)渡性土類，它具有砂土和粘性土的某些特征，根據(jù)粘粒含量可以將粉土再劃分為砂質(zhì)粉土和粘質(zhì)粉土。,粘性土定義：粘性土是指塑性指數(shù)Ip>10的土。根據(jù)塑性指數(shù)大小，粘性土可再劃分為粉質(zhì)粘土和粘土兩個(gè)亞類：當(dāng)1017時(shí)為粘土。又可按沉積年代分類老粘土：Q3及以前的土，強(qiáng)度高，壓縮性低一般粘性土：Q4新近沉積的粘性土：文化期以來(lái)(久固結(jié)),人工填土定義：人工填土是指由人類活動(dòng)而堆填的土。其物質(zhì)成分較雜，均勻性較差。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式，填土可分為素填土、雜填土、沖填土和壓實(shí)填土四類。各類填土應(yīng)根據(jù)下列特征予以區(qū)別：1、素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的填土其中不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。按主要組成物質(zhì)分為碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。經(jīng)分層壓實(shí)后則稱為壓實(shí)填土。2、雜填土是含大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的填土。按其組成物質(zhì)成分和特征分為建筑垃圾土、工業(yè)廢料土及生活垃圾土。3、沖填土為由水力沖填泥漿形成的填土。,特殊土定義：特殊土是指在特定地理環(huán)境或人為條件下形成的具有特殊性質(zhì)的土。它的分布一般具有明顯的地域性。特殊土包括軟土、人工填土、濕陷性黃土、紅粘土、膨脹土、多年凍土等。軟土是指沿海的濱海相、三角洲相、湖泊相、沼澤相等主要由細(xì)粒土組成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、壓縮性高和強(qiáng)度低的特點(diǎn)。包括淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土等。多數(shù)還具有高靈敏度的結(jié)構(gòu)。,淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比e≥1.5的粘性土。淤泥質(zhì)土：天然孔隙比1.0≤e<1.5的粘性土。當(dāng)土中有機(jī)質(zhì)含量大于5%時(shí)稱為有機(jī)質(zhì)土；大于60%時(shí)則稱泥炭。泥炭往往以?shī)A層構(gòu)造存在于一般粘性土層中，對(duì)工程十分不利，必須引起足夠重視。,濕陷性黃土：是指土體在一定壓力下受水浸濕時(shí)產(chǎn)生濕陷變形量達(dá)到一定數(shù)值的土。(濕陷變形量按野外浸水載荷試驗(yàn)確定)紅粘土：是指碳酸鹽巖系的巖石，經(jīng)紅土化作用形成并覆蓋于基巖上的棕紅、褐黃等顏色的高塑性粘土。其液限一般大于50，上硬下軟，具明顯的收縮性，裂隙發(fā)育，經(jīng)坡、洪積再搬運(yùn)后仍保留紅粘土基本特征，液限大于45小于50的土稱為次生紅粘土。我國(guó)的紅粘土以貴州、云南、廣西等省區(qū)最為典型，分布廣。,膨脹土：一般是指粘粒成分主要由親水性粘土礦物（以蒙脫石和伊利石為主）所組成的粘性土，在環(huán)境和濕度變化時(shí)，可產(chǎn)生強(qiáng)烈的脹縮變形，具有吸水膨脹、失水收縮的特性。已有的建筑經(jīng)驗(yàn)證明，當(dāng)土中水份聚集時(shí)，土體膨脹，可能對(duì)與其接觸的建筑物產(chǎn)生強(qiáng)烈的膨脹上抬壓力而導(dǎo)致建筑物的破壞；土中水分減少時(shí)，土體收縮并可使土體產(chǎn)生程度不同的裂隙，導(dǎo)致其自身強(qiáng)度的降低或消失。,多年凍土：是指溫度等于或低于攝氏零度、含有固態(tài)水且這種狀態(tài)在自然界連續(xù)保持三年或三年以上的土。當(dāng)自然條件改變時(shí)，會(huì)產(chǎn)生凍脹、融陷、熱融滑塌等特殊不良地質(zhì)現(xiàn)象及發(fā)生物理力學(xué)性質(zhì)的改變。,土層分布示意,