专业课补充-岩土工程地质性质

1土的物质组成与结构、构造1.1土及其组成

定义：土是地壳表面最主要地物质，是岩土圈表层在漫长地质年代里，经过各种复杂地地质作用所形成地松软物质。

与岩石相比，主要有以下差异：①岩石矿物颗粒之间具牢固地联接②岩石强度高，不易变形，整体性和抗水性较好③岩体处于较高地应力环境中。第二篇

岩土工程地质性质研究

第四纪时期沉积的历史相对较短，一般又未经固结硬化成岩作用，因此在第四纪形成的各种沉积物通常是一个松散的、软弱的、多孔的三相体系:固体，液体和气体。固体，土粒，它由大小不等，形状不同，成分不同的矿物颗粒，岩屑组成，构成为土的主体。液体，它部分或全部的充填于粒间孔隙，全部填充称之为饱和土体。气体，充填于孔隙中。

植物学家研究的是土壤

有关概念

土层：同一层内土的物质组成及结构，构造基本一致，工程地质亦大小相同，称之为土层。

在柱状图和剖面图上常用。土体：是由岩石经过物理与化学风化、搬运、沉积作用后的产物，是由各种大小不同的土粒按各种比例组成的集合体。是指与工程建筑的安全，经济和正常使用有关的土层组合体。

1.2土的粒度成分1.2.1粒径和粒组划分:

粒径：土颗粒的大小以其直径来表示，称为粒径。其单位一般采用mm

自然界中土粒，有椭球状，针片状，菱角状，球状等土的粒径是一个相对的，近似的概念。不是一个标准的球体。土的性质与土的粒径有关。

1.粒径大，如粗大的漂石，卵石。保持了原岩的矿物，强度高，压缩性低，透水性强。

2.粒径小，如粘粒。几乎都是由风化生矿物组成，一般具有可塑性强，压缩性高，弱透强度低等特性。

研究发现，在一定的粒径范围内，土的成分和性质差别不大，可以认为有大致相同的成分和相同的性质。

为便于研究土中各粒径，土的相对含量与土的工程地质性质的关系，将自然界中土粒变化范围划分为几个区段：在一定粒径区段范围内，成分及性质相似的土粒组别，即称为“粒组”，或“粒级”根据上述；粒径变化，结合实验水平将土划分为以下粒组：

巨粒

d﹥200漂石

60﹤d≦200卵石

粗粒

0.074≦d≦60

细粒

d≦0.075

实际上，不同的国家和国内不同的部门对粒组划分有小的区别。我国公路部门的粒径划分1.2.2粒度成分及其测定

土的粒度成分是指土中各个粒组的相对百分含量。通过土的颗粒分析测定，进一步可根据颗分结果进行土的粒度成分分类

①目前颗粒分析方法可分为：

a.筛分≧0.075mm筛分法就是用筛，它的孔径对应一定的粒径，将其过筛分选，不能过去的为大于这个粒组，小于这个粒组的进入更细的筛进行分选。式中：mi-小于某粒径的土粒质量m－试样总质量土样筛颗分筛b.静水沉降方法≦0.075

静水沉降方法有：密度计法、移液管法、双洗法、虹吸比重瓶法原理：将土样侵泡在纯水中制成悬液，根据不同粒径在静水沉降速度不同，测定各粒组百分含量。密度计②成果整理

列表法，土的累计曲线

累计曲线的形态解释：判断土的均匀程度一般：首先确定：a有效颗径：累计含量10﹪

所对应的粒径b平均颗径：累计含量50﹪

所对应的粒径c限制颗径：累计含量60﹪

所对应的粒径

进而利用土的有效颗粒和限制颗径确定工程中常用的不均匀系数Cu

：

Cu值越大，越不均匀，级配越好，反之越差Cu﹤5

级配不良的均颗土Cu

﹥5

级配良好的非均颗土

曲率系数Cc工程中，常采用Cc来说明累积曲线的弯曲情况。

Cc<1或Cc﹥3的土称为级配不良的土。

1.2.3土的粒度分类将土按粒度成分进行分类称之为粒度分类。可用来评价和说明土层。

P9―――《土的分类标准》GBJ45-90岩土工程勘察规范：GBS0021－2001碎石土

d﹥2mm的颗粒﹥50﹪砂土

d﹥2mm的颗粒

≦50﹪d﹥0.075的颗粒﹥50﹪粉土

d﹥0.075的颗粒≦50﹪Ip≦10粘性土

Ip﹥10①

碎石土a.漂石圆形及亚圆形为主d﹥200含量b.块石棱角形为主﹥50﹪

c.卵石圆形及亚圆形为主d﹥20含量d.碎石棱角形为主﹥50﹪

e.圆砾圆形、亚圆形为主d﹥20含量f.角砾棱角形为主﹥50﹪

2）砂土名称级配砾砂d﹥2mm占25﹪－50﹪粗砂d﹥0.5﹥50﹪中砂d﹥0.25﹥50﹪细砂d﹥0.075﹥85﹪粉砂d﹥0.075﹥50﹪3）

粘性土粉质粘土10﹤Ip≦17

粘土

Ip

﹥17粘土细砂粗砂碎石卵石碎石粘土1.2.4土的定名：

除按颗粒级配，塑性指数定名外土的综合定名应符合下列规定

a.对特殊或因年代的土应结合其成因和年代特征定名b.对特殊性土，应结合颗粒级配或塑性指数定名

c对混合土，应以主要含有的土类定名D对同一土层中相间呈韵律沉积定为①互层②夹层E土层厚度﹥0.5m时定单独分层1.3土中的水根据其存在部位，可分为矿物成分水和孔隙水：（一）矿物成分水存在于矿物晶体格架内部，又称矿物内部结合水。分为结构水、结晶水、沸石水。（二）孔隙中的水

即存在于土粒间孔隙中的水，可分为固态水、液态水和气态水。1液态水1）结合水a强结合水（吸着水）性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，常温下不能移动，且不能传递压力。

b弱结合水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。结合水膜厚度影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学性质(阳离子价低,厚;阳离子浓度高,薄)。2）毛细水由于毛细作用保持在毛细孔隙中的地下水。，结合水与重力水的过渡类型。有极微弱的抗剪强度，能传递静水压力。主要存在于砂土和粉土中。3）重力水又称为自由水。步受颗粒吸附和毛细力作用控制，在重力作用下能自由运动的地下水。是普通的液态水，具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力（亦称动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。2固态水（冰）以冰夹层、冰透镜体和细小冰晶等形式存在于土中，并将土粒胶结起来形成冻土，提高土的强度。但解冻后的强度往往低于结冰前的强度。3气态水以水汽状态存在，严格讲属于土的气相部分。1.4土的结构和构造

土体的物质成分和结构构造可反映它的地质形成历史。1）土的结构

定义土的结构是指土的土粒大小，形状，表面特征，土粒间的连接关系和土粒的排列情况。土的粒度成分反映了土粒大小及其组合特征。影响因素：

1.土粒大小影响

2.形状，级配影响

3.表面特征，吸附水和可溶盐的影响

4土粒间连接关系*土粒间连接关系

土中颗粒与颗粒的连结，一般是由于孔隙中的水对土粒起着某种连接作用，故常按水的类型将次连接作用分为：结合水连接、毛细水连接、胶结连接、和冰连接。结合水连接：是通过结合水膜而将相邻土粒连接起来的连接形式，又叫水胶连接。当相邻两个土粒靠得很近，各自水化膜部分重叠，形成公共水化膜。公共水化膜中的结合水分子处于两个相邻土粒的引力之下，靠拢连接在一起。

一般，细粒土以这种连接为主。但这种连接力还是比较弱的。当土体比较干燥，结合水膜很薄，这种连接才具有较大的强度。

是一种凝聚连接，连接力：分子力、静电力、磁力

毛细水连接：是相邻土粒由毛细压力作用形成的连接。毛细水连接主要表现在粉土和砂土中，是种暂时性连接。当砂土饱水或干燥时，这种连接就消失了。因此，又称为过渡连接。

胶结连接：是由于土中的某些盐类的结晶将土粒胶结起来的连接。这种连接使土的强度增大，但被水溶解后，连接将大大减弱，土的强度也随之降低。主要存在于：盐渍土、黄土及含盐较多的土（如钙质胶结的黄土）。

冰连接：是含冰土的暂时性连接，融化后即失去。

土的结构类型

1）巨粒土及粗粒土的结构类型

为单粒结构。根据细粒土含量不同又分为粗石状结构和假斑状结构。根据颗粒的排列和挤压紧密程度：散粒结构、紧密结构。主要有以下特点：

a颗粒粗大

b较等维

c天然状态下，基本组成单元为原生矿物和复合矿物，粒间连接较小。2）细粒土（粉土、粘土）的结构类型

为团聚结构。根据土粒均匀与否，分为均粒结构和非均粒结构。

均粒结构又分为蜂窝状结构（0.02-0.002mm）和絮状结构（<0.002mm）。

非均粒结构：由粉粒和砂粒充满粘粒团聚体所形成的结构。

团聚结构不稳定，易受外界影响而发生结构变化2）

土的构造指在一定土体中，结构相对均一的结构单元体的形态和组合特征，同样也包括单元的大小，形状，排列和相互关系等。由此可见，结构和构造包含的内容相似，但组成单位不同，前者是颗粒，而后者是结构单元体

结构和构造都是固体物质在土中的存在形成属于土的基体地质特征，决定土的工程都地质性质的形状和变化趋向的内在依据。因此，研究土的工程地质性质，除研究其物质之外，还必须研究其结构和构造。2土的物理性质

土的物理性质：是指土本身由于三相组成部分相对比例关系不同所表现的物理状态以及固液两相相互作用所表现出的性质。它包括以下的性质：密度、孔隙性、含水性、稠度、塑性、透水性、毛细性等2.1土的基本物理性质2.1.1土粒密度固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量，单位g/cm32.1.2土的密度土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量。单位：g/cm3

根据土所处的状态不同，土的密度可分为：天然密度、干密度、的饱和密度。天然密度

干密度烘干法

饱和密度2.1.3土的含水性土的干湿可用含水率和饱和度两个含水性指标来表示。含水率：土中水的质量与固体颗粒之比，常用百分率表示。2.1.3土的含水性饱和含水率：土中孔隙全被液态水充满时的含水率2.1.3土的含水性饱和度：土中水的体积与孔隙体积的百分比2.1.4土的孔隙性

土中孔隙的大小、数量和连通情况等，称为土的孔隙性。目前，主要用孔隙的多少来表示土的孔隙性。1孔隙率

2.1.4土的孔隙性

2孔隙比

2.1.4土的孔隙性

3孔隙率与孔隙比

2.1.4土的孔隙性

4砂土的相对密度

是砂土的结构（密实程度）状态指标，反映了颗粒级配对密实程度的影响。

2.1.5物理性质指标间的换算土的颗粒密度、天然密度、干密度、含水率、饱和度、孔隙率、孔隙比是研究土的物理性质的7个基本指标。其中，颗粒密度、天然密度、含水率为实测指标，其余指标由这三个指标换算取得，称计算指标。

常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求出其余的六个。（一）孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒的体积为1，则e=Vv/V可知，孔隙的体积Vv为e，土体的体积V为（1＋e），于是有：或

三相示意图（a）（二）干密度与湿密度和含水率的关系设土体的体积V为1，则ρd=ms/V，土体内土粒的质量ms为ρd，由w=mw/ms水的质量mw为wρd。

或

（三）孔隙比与比重和干密度的关系设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V，孔隙的体积vv为e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的质量ms为ρs。于是，按ρd的定义可得：

（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的质量ms=ρs。按w=mw/ms

，水得质量mw=wρs，则水得体积vw=mw/ρw=wρs/ρw。于是，Sr定义可得：当土饱和时，即Sr为100％，则：

式中：wsat——饱和含水率。（五）浮密度与比重和孔隙比得关系设土体内土粒体积为1，则按e=Vv/V，孔隙的体积Vv为e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的质量ms为ρs。（1-26）【例题】某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为108g，将其烘干后称得质量为96.43g，根据试验得到的土粒比重Gs为2.7，试求试样的天然密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。【解】（1）已知V＝60cm3，m=108gρ=m／v=180／60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，则mw=m－ms=108－96.43=11.57g

于是w=mw

／ms＝11.57／96.43=12%（3）已知Gs=2.7，则

Vs=ms／ρs=96.43／2.7＝35.7cm3

Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3e=Vv／Vs＝24.3／35.7=0.68（4）n=Vv／V＝24.3／60=40.5％（5）Vw=mw

／ρw=11.57／1＝11.57cm3St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％作业：

一办公楼地基土样，用体积为100cm3的环刀取样试验，用天平测得环刀加湿土的质量为241.00g，环刀质量为55.00g，烘干后土样质量162.00g，土粒比重2.70。计算该土样的w,Sr,e,n,ρ,ρsat和ρd2.2.1细粒土的稠度

细粒土由于含水率不同而表现出稀稠软硬程度不同的物理状态：固态、塑态、液态。细粒土这种因含水率的变化而表现出的各种不同的物理状态，即为土的稠度。随着含水率的变化，细粒土可由一种稠度状态转变成另一种稠度状态相应于转变点的含水量称为界限含水量。2.2细粒土的稠度与可塑性2.2.2细粒土的可塑性

细粒土的含水率在液限和塑限两个稠度界限之间时，在外力作用下可以揉搓成任意形状而不破坏土粒间的联结，并且在外力解除后仍将保持已有的形状，细粒土的这种性质称为可塑性。细粒土可塑性可用塑性指数来表示。塑性指数：

I=WL-WP

塑性指数愈大，处于塑态的含水率变化范围越大，可塑性性也就越强，反之，则可塑性越弱。塑性指数与土的粒度成分、矿物成分和土中水的化学成分、浓度、PH值等有关。粘粒含量越高，颗粒愈细小，亲水性愈强，塑性指数则愈大。因此，塑性指数在一定程度上综合反映了细粒土特征的各种因素。可用来定义细粒土进行分类，也可以确定承载力。

土的稠度状态取决于它的含水率。不同的土，其稠度界限也是不同的。通常采用液性指数来标征土的稠度状态。液性指数：

IL≤0

天然含水率≤塑限，坚硬状态

0＞IL≤1

可塑状态

IL

＞1

天然含水率＞液限，流动状态联合测定仪蝶式仪思考：1何谓土的可塑性？2什么是土的塑限？液限？3塑性指数的定义及其物理意义？4液性指数的定义及其物理意义？

2.3.1细粒土的胀缩性基本概念细粒土由于含水率的增加而发生的体积增大的性能称之为膨胀性。细粒土由于土中失去水分而发生的体积缩小的性能称之为收缩性。土体的膨胀和收缩不仅降低了土体的强度，而且引起土体的变形，导致建筑物的破坏。由细粒土组成的斜坡也常因土体的胀缩发生滑坡，给工程带来危害。因此，研究其胀缩性具有重要的工程意义。2.3细粒土的胀缩性和崩解性表征膨胀性的指标1自由膨胀率：人工制备的干土，在水中增加的体积与原体积的比。判别膨胀土的膨胀潜势。2膨胀率：土样在一定压力下，浸水膨胀稳定后所增加的体积与原体积之比。采用室内无侧胀膨胀仪测定。3膨胀力：土样体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力。它等于为了阻止土的膨胀而施加于其上的最小压力。某些细粒土的膨胀力最大可达到100Pa以上表征膨胀性的指标1体缩率：土样收缩的体积与原体积的比。2线缩率：土样收缩后的高度减小量于原高度之比。3收缩系数原状土样在直线收缩阶段，含水量减小1%时的竖向收缩率，称之为收缩系数。

实际上，细粒土的胀缩性是随土体含水量的变化而变化的。与颗粒表面水膜厚度变化即弱结合水的数量变化紧密相关。与颗粒分散程度、矿物成分和水的化学成分、浓度、PH值等有关。2.3.2细粒土的崩解性细粒土由于浸水发生崩解散体的性能，称为崩解性。经常发生在水渠或水库的岸边地带。由于崩解引起的库岸塌岸，不仅造成水库的淤积，而且影响水库边岸地带建筑物的安全。

细粒土的崩解是由于土体浸水以后，水进入孔隙或裂隙的情况不平衡，导致粒间结合水膜增厚速度不同，粒间斥力超过引力的情况也不平衡，产生应力集中，使土体崩落。

崩解的实质：是膨胀的特殊形式及其进一步的发展，也是结合水膜增厚的结果。土的崩解性一般采用崩解时间、崩解速度、崩解特征来表示。影响因素：矿物成份、粒度成分、水溶液浓度、PH值、土的结构及构造等。2.4.1土的透水性土在孔隙中渗透流动的性能，称为土的透水性。多数情况下，水以层流形式运动，服从达西定律。即水在土中的渗透速度与水力坡度成正比。2.4土的透水性和毛细性

巨粒土中，孔隙粗大，地下水可在其中以较大流速运动，呈紊流形式，服从哲才定律渗透问题示意图

影响土的透水性的主要因素：1）粒度成分2）矿物成分3）土的密度

4）水溶液的成分与浓度5）

土中的气体

6）土的构造2.4.2土的毛细性土通过土的毛细孔隙在弯液面力的作用下向各个方向运动的性能。水在毛细孔隙中运动的现象称毛细现象。土中毛细水上升可造成土壤的沼泽化和盐渍化，建筑物地基受毛细水浸湿后稳定性降低。

评价毛细性的指标有：毛细上升高度、毛细上升速度、和毛细压力。实际应用的主要是毛细上升高度。毛细上升高度：毛细水上升达到的最大高度。

根据毛细定律，毛细水上升的高度与水的表面张力成正比，与毛细管直径成反比。表面张力系数

常温下，纯水的表面张力系数aw=73×10-3N/m，水的密度1g/cm3，则毛细上升高度只与毛细管直径有关。毛细水上升的最大高度必须有合适的孔径影响因素：土的粒度成分、矿物成分以及水溶液化学成分和浓度、气温的变化与气候的变化等。3土的力学性质

内力与应力

岩土体受到外力作用后发生变形其中各部分死亡相互位置将发生变化，从而产生“附加内力”，简称内力。这种“内力”既不同于物体固有的内力也不同于刚体系统的内力。前者是分子，原子等基本粒子相互作用产生的内力，后者则是各个刚体相互机械作用产生的内力。变形体的内力则是由宏观变形引起的内力。F1F3F2Fn假想截面F1F2F3Fn分布内力

内力－变形引起的物体内部附加力内力不能是任意的，内力与变形有关，必须满足平衡条件和变形协调。.变形不协调一致变形协调一致

应力：――――内力分布的集度lim△P/△A﹦dP/dA﹦PP------应力其中：与截面垂直力―――正应力

与截面平行的力―――剪应力3土的力学性质

指土在外力作用下所表现的性质，主要包括压应力作用下体积缩小的压缩性以及剪应力作用下抵抗剪切破坏抗剪性，其次是在

动态荷载作用下表现的一些性质

它的特点如下：外力的三种类型：压应力剪应力动荷载压缩性抗剪性动力性质影响：沉降大不均匀沉降最为重要。抗剪性强度问题示意图变形问题示意图3.1土的压缩性3.1.1压缩本质三相体系是压力作用下水分，空气的外逸，固体颗粒相互靠拢、嵌合，空隙减少，密度提高，而引起土体体积减小。

①

有侧限压缩土的周围受到限制，在压缩过程中不能基本不能发生侧向膨胀，只能发生单向变形又称为无侧胀压缩。如：基础较深时，地基土的压缩。②

无侧限压缩受压时土的周围无限制或限制很小时，在发生沿作用力方向发生压缩的同时还将发生侧向膨胀变形又称为“有侧胀压缩”如：机场和道路（特别时路堤）等表面建筑以及基础较浅的地基地压缩3.1.2压缩特性

如前所述，土的压缩实质是压力作用下，空隙中水，气排出，土粒相互靠拢所致。因此土的压缩特性主要与压力的大小和作用时间的长短（即水，气排出的速度）有关。

1）压缩曲线――――与力的大小的关系

有侧限压缩，则压缩前土粒体积=压缩后的土粒体积（VS=V/（1+e））：

压缩曲线：土的压缩变形外部压力作用产生的压缩变形量随压力的不断增大，即空隙比不断减少。

随压力增加，刚开始增加快（压缩快），后面压缩慢。

压缩曲线表示土在压力作用下的压缩变形特征，因此，我们根据土的压缩曲线评价土的可压缩性。工程实践中，一般以压缩曲线的斜率来评价土的压缩性。

压缩定律：在压力不大的情况下，孔隙比的变化与压力的变化成正比

不同的土，由于其物质组成结构特征和物理形态的不同，其压缩也表现不同。如:粗粒土，粒间联系极弱，固体颗粒间直接接触，透水强，静压力作用下，压缩过程短，压缩曲线起始较陡，而后几乎为水平。粘性土：由于粒间给含水膜的存在，空隙比较大，加之，透水性差，压缩量较大，压缩过程长，压缩曲线又陡变缓，比较圆滑。即使同一类型的土，由于其状态的不同，压缩性也不同相同。如：粘性土

对厚状土，由于自然条件下经过一定程度的压密，空隙减少，结构变化能力减弱，压缩曲线比较平缓。

压缩系数：a是表征土的可压缩性的重要指标，广泛应用于土力学计算中。相同压力变化范围内，压缩系数越大，表明土的空隙减少得越多，即压缩性越强。但同一种土的a并不是常数，与压力区段的大小和压力水平有关。一般得工业与民用建筑所给于地基土得压力为0.1――0.3MPa。所以在工程实践中，通常选择变化范围为0.1－0.2MPa区段内得压力系数a1-2a1-2﹦(e1-e2)/(0.2-0.1)﹦10(e1-e2)

作为评价土得可压缩性得标准――

称为标准压缩系数as

as﹤0.1MPa-1低压缩性土0.1≤as≤0.5MPa-1中压缩性土as≥0.5高压缩性土

压缩曲线上所取的压力区段起点为零点则该段曲线的平均斜率ap：△

h/h0﹦ap*p

/(1+e0)土的压缩应变ε――相对压缩变形量

土的压缩应变ε――相对压缩变形量

工程中也常用相对压缩量作为判别土的压缩性的标准。

以上可知，有侧限条件下，当压力不大时，压力P与相对压缩变形量ε呈直线正比关系。因此可用应力－应变来表征其变形性能。即压缩模量：

亦可用压缩模量来评价土的压缩性。实际工程中：有侧胀（无侧限）条件下，压应力与相应的压缩应变的比值通常称为变形模量，根据弹性理论：3.1.2压缩特性

2）土的固结――――与时间的关系在一定的压力下，孔隙体积的减少需要一个时间过程并且，由于土的粒间联接和透水性能的不同，达到变形停止所需的时间也不相同。土在恒定压力作用下，压缩变形－时间的关系曲线。――――固结曲线

对饱和土而言，孔隙全部为水充满，土的压缩变形只有在孔隙中的水不断向外渗流，变形终止所需的时间，取决与孔隙水向外渗流的速度。对于饱水土的这种伴随有孔隙水渗流的压缩过程―――渗透固结粘性土的压缩过程研究，还常采用固结度与时间的关系曲线表示。固结度指一定荷载作用下，一定时间内土的固结程度（﹪）：

△

ht表示自加荷开始计，t时间土的压缩变形量(mm)△h－该荷载下土最终的压缩变形量（mm）3.1.2压缩特性

3）影响土的可压缩性的主要因素上述分析可知，土的土缩本质在于土的孔隙性及固体矿物颗粒的移动，因此，土的压缩高低取决于土本身的地质特征，其压缩量与外力特征有关①土的物质成分

对粘性土：若粘土矿物含量高，土的亲水性增强和孔隙比增大，从而导致土的可压缩性提高，压缩过程增长，同时，密闭气体的存在，一般阻碍水分移动压缩困难。

对粗粒土：矿物成分的影响时次要的，主要是土的颗粒形状。3）影响土的可压缩性的主要因素

②土的结构特征

1）粘粒含量高的土，压缩性强，压缩时间长

2）

颗粒形状

3）

颗粒表面粗造程度

4）

前期固体压力――土的密实度3）影响土的可压缩性的主要因素③土的构造特征土中不连续面的存在可以导致压缩性的各向异性

1）

作用力方向平行不连续面（且张开较大时）压缩性较大

2）

垂直时（张开较小）对土的压缩性影响不大张开较大：给颗粒位移提供空间④

荷载作用方式

1）由压缩曲线p越大压缩越大p越大△h越小

2）反复加载更有效加密⑤动荷载振动压缩﹥静荷载作用下压密。3.2土的抗剪性3.2.1土的抗破坏性

土抵抗外力而保护自身不被破坏的性能。土的破坏主要两种类型：1）剪切破坏:（由剪应力引起的破坏）如：滑坡2）拉断破坏:由拉应力引起的，如卸荷、不均匀收缩引起的破坏等。土的抗拉强度较低，土体基本上没有抵抗拉力的能力。实际工程中，通常采取一定的措施避免产生拉应力。如：公路上收缩缝等。

3.2.1土的抗破坏性因此：由建筑工程中使土体所受到力主要压力和剪力，而两种外力所导致土体破坏都是因剪应力超过其抗剪强度发生的。

所以，土的抗破坏性一般是土的抗剪性。3.2.2土的抗剪强度外力作用下，土中的剪应力达到一定值，而大于粒间结构联结力和摩阻力时，会引起颗粒间的相对位移，进一步形成剪切带，导致土体的破坏。土抵抗剪应力而保持自身不被破坏的最大能力――土的抗剪强度颗粒间的摩阻力是抗剪强度的重要组成部分，所以土的抗剪强度与压力大小由关。

3.2.2土的抗剪强度实验研究表明：在一般建筑荷载作用下，土的抗剪强度τf与法向应力的关系曲线近似直线。

3.2.2土的抗剪强度巨粒土和粗粒土：直线通过原点:

3.2.2土的抗剪强度对细粒土：不通过原点:

3.2.2土的抗剪强度

Ф---内摩擦角（o）

C――内聚力(Mpa)

上述方程是法国学者库仑于1773年提出的，一般称为库仑定律。库仑定律说明：对巨粒土和粗粒土其抗剪强度取决于内摩擦力。对细粒土其抗剪强度取决于内摩力和内集力。

3.2.3影响土的抗剪强度主要因素

主要取决于土的物质成分、结构、构造特征、外力特征等。1)土的物质成分

粘土矿物含量越高吸水能力越高。ψ，C越低含水率越低，结构联接越高.ψ，C越高土的结构特征土的分散度越高，亲水性越高，粒间联结弱小，ψ越低密度越高，联结越高，摩阻力越高颗粒细越小，ψ越低。

3.2.3影响土的抗剪强度主要因素

土的构造特征各向异性水平层状粘性土，水平方向﹤垂直方向另外：土中不连续面的粗糟程度，结构程度，延续性都对土的抗剪性产生影响。

垂直压力―――法向应力б越高，τf越高3.2.3影响土的抗剪强度主要因素

剪切速度――――单位时间内变形的增量按剪切速度：快剪（不排水剪），慢剪（排水剪）据剪切前的土固结情况：固结的，非固结土考虑工程建筑的实际情况：固结慢剪（CD）大于固结快剪(CU)大于不固结快剪(UU)振动荷载振动荷载大于静荷载。

3.3土的蠕变和长期强度

粘性土在一定剪应力长期作用下，剪切变形随时间而缓慢增长的现象――蠕变剪切变形λ－t的关系曲线―――蠕变曲线土的蠕变特性于剪应力的大小有关剪应力较小：进程缓慢，土发生塑性变形而结构不遭破坏，曲线逐渐趋于稳定。剪应力较大;未到土的峰值强度，土将发生流动变形，且变形速度不断增大，最终发展未破坏。

3.3土的蠕变和长期强度根据最终破坏将蠕变发展分四个阶段：

①瞬时变形阶段OA②减速变形AB③匀速BC④增速CD由上述可以看出，蠕变形特征与剪应力大小密切相关只有剪应力达到一定值时，蠕变才会发展到破坏。称该剪应力称为蠕变极限应力其对应的图的抗剪强度为土的长期强度St。

3.4土的击实性

土体是土坝、路堤等土工构筑物的建筑材料。经过挖掘、搬运后，原始结构遭到破坏，抗剪强度降低，压缩性大，且不均匀，遇水后还可能湿陷。必须用夯实和碾压等方法使填土密实，使土的密度增大，强度增高，变形减小，透水性降低。土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到某种密实度的性质。目前，击实试验是研究土的击实性的常用方法。击实试验

《土工试验方法标准》（国家标准）轻型：d<5mm；V=947cm3,m=2.5kg,3层25击，落高30.5cm重型：d<40mm；V=2104cm3,m=4.5kg,5层56击，落高47.7cm最优含水率3.4土的动力特性

当含水率小于或大于最优含水率时都不能达到最佳的击实效果：

1）含水率较小时：土粒周围的结合水膜较薄，连接较牢，土粒不易移动，难以击实；

2）含水率较大时：结合水膜较厚，虽然土粒易于移动，但多余的水分不易排出，产生一定的孔隙水压力，抵消了冲击作用，阻碍土粒的接近，也难以击实；

3）最优含水率：水膜厚度适中，土粒连接较弱，又不存在多余的水分，易于击实，使土粒靠拢而排列紧密，达到最大干密度。土的最优含水率与击实功：

击实功：3>4>5>6最大干密度和最优含水率不是常数土的干密度与击实功：

含水率：1>2>34.1岩石与土工程地质的差别4岩石的工程地质性质

1岩石颗粒之间具有牢固联系，具有较高的强度，不易变形，整体性和抗水性较好。

结晶连接胶结连接2岩体中存在断层、节理、层理、裂隙等结构面，水理及力学性质具有各向异性。3岩体中具有较高的地应力存在许多性质较难区分的软质岩石

软岩形成过程极软岩可以用挖掘机开挖砾岩4.2岩石工程特性主要指标

1岩石的密度

（1）密度：分为颗粒密度和块体密度，以细碎岩粉过0.25mm筛后，用比重瓶法测定。（2）块体密度：包括天然、烘干、饱和，通常不说明即指烘干密度。通常借助作抗压一起作，单独4—6cm立方体测定三个样。2岩石的空隙性孔隙性和裂隙性的统称。

空隙率：岩石空隙体积和总体积之比，以百分率表示。空隙性一般不易测定，常需通过密度和吸水性换算求得。岩石的吸水性

岩石在一定条件下吸收水份的性能。常用吸水率与饱和吸水率及饱水系数等指标表示。

吸水率：岩石试件在一个大气压和室温条件自由吸收水的质量与试件干质量之比。

饱和吸水率：岩石试件在高压（一般15Mpa）或真空条件下吸入水的质量与试件干质量之比。饱水系数：吸水率与饱和吸水率之比。4岩石的软化性

岩石浸水后强度降低的性质。岩石的软化性取决于它的矿物组成及空隙性。软化指标为软化系数：饱水抗压强度干抗压强度4.2.1物理指标5岩石的抗冻性岩石抵抗冻融破坏的性质。水结为冰后，体积增大，对岩石产生冻胀力，结构及连接遭到破坏，强度降低。常用抗冻系数和质量损失来表示：4.2.1物理指标6岩石的透水性岩石渗透的性质――通过岩石中的裂隙。一般认为，水在岩石的流动符合达西定律。

常用渗透系数来表示4.3岩石的力学性质

4.3.1单向受压条件下岩石变形破坏

1微裂隙及孔隙闭合：裂隙及孔隙逐渐被压密2可恢复弹性变形：裂隙及孔隙随荷载增加，轴向变形成比例增长，并在很大程度上是可恢复的弹性变形。

弹性极限（30-40%）、弹性模量——弹性变形阶段3部分弹性变形至微裂隙扩展阶段：开始膨胀，体应变近似线性增长。轴向应变近似直线，侧向应变明显偏离直线。屈服极限（80%）

——稳定破裂发展阶段

4非稳定裂隙扩展至岩石结构破坏阶段：微裂隙迅速增加和不断扩展，形成局部拉裂或剪裂面。体积变形由压缩变为膨胀，最终导致岩石结构的破坏，但仍具有整体性。

峰值强度——不稳定破裂发展阶段5微裂隙聚结与扩展：裂隙扩展分叉状，并相互联合形成宏观断裂面，应力随应变增加而降低。长期强度6沿破断面滑移阶段：分离成一系列的碎块体，并在外力作用下相互滑移，变形不断增加。残余强度4.3岩石的力学性质

4.3.2岩石的变形参数1变形模量（应力／应变）弹性模量变形模量初始模量切线模量割线模量

2泊松比：工程上，常采用抗压强度50%的应变点的横向应变与轴向应变的之比。

4.3.3循环荷载条件下岩石的变形特征4.3岩石的力学性质

4.3.4岩石强度1岩石的抗压强度2岩石的抗拉强度——劈裂试验3岩石的剪切强度4.3岩石的力学性质

4.3.5岩石的蠕变特性

岩石在大小和方向不变的外力作用下，变形量随时间延续而不断增长的现象称之为蠕变。4.3岩石的力学性质

4.3.5岩石的蠕变特性

1初始蠕变阶段

2等速蠕变阶段

3加速蠕变阶段使岩石产生蠕变变形而不发生破坏的最大应力——蠕变极限出现蠕变破坏的最低应力值——长期强度4.3.6岩石的其他变形特性弹性塑性脆性延性粘性5.1岩体的结构特征5岩体的工程地质特性及

岩体工程分类

岩体：通常指地质体中与工程建设有关的那一部分岩石，它处于一定的地质环境、被各种结构面所分割。岩体具有一定的结构特征，它由岩体中含有的不同类型的结构面及其在空间的分布和组合状况所确定。

结构面：是指岩体中具有一定方向、力学强度相对较低、两向延伸（或具有一定厚度）的地质界面（或带）。如岩层层面、软弱夹层、各种成因的断裂、裂隙等。由于这种界面中断了岩体的连续性，故又称不连续面。5.1.1结构面类型结构面的成因分类：原生结构面、构造结构面及次生结构面沉积结构面：层理，层面，软弱夹层，不整合面，原假整合面，古冲刷面等。生火成结构面：侵入体与围岩接结触面，岩脉、岩墙接触面，喷出岩构的流线、流面，冷凝节理面变质结构面：片理，片麻理，板劈理，片岩软弱夹层。

5.1岩体的结构特征

5.1.1结构面类型

构节理（X型节理，张节理）造结断层（正断层，逆断层，走滑断层）构面层间错动带，羽状裂隙，破劈理。5.1.1结构面类型

浅部卸荷断裂浅结、构重力扩展变形破裂表面生结表卸荷裂隙构部风化裂隙面结风化夹层构泥化夹层面次生夹泥5.1.2结构面特征1结构面的产状：与最大主应力方向夹角控制岩体的破坏机理5.1岩体的结构特征

5.1.2结构面特征2结构面的连续性：常用连续性系数表示5