注岩土力学讲义土的物理性质和工程分类

第十八章土力学与基础工程第一节土的物理性质和工程分类一、土力学、地基和基础的概念土力学是用力学知识和土工测试技术，研究土的物理、力学性质，研究土的变形及其强度规律的一门科学。工程上所研究的土，可作为建筑环境（如地下工程周围的土介质）、建筑材料（如修筑路基和土坝的土料）和支承建筑物荷载的地基。建筑物或构筑物可分为上部结构、下部结构两部分。下部结构即基础，其作用是支承上部结构荷载，并将其传给地基，见示意图18-1。二、土的生成和组成（一）土的生成土是岩石经风化（物理、化学、生物风化）作用后，再经其他各种外力地质作用（如搬运、沉积）的产物。是由固体颗粒、水和空气组成的三相体，这三种成分混合分布。为研究方便，将三相体中的固体颗粒（简称为土粒）、水和气体分别集中起来，用如图18-2所示的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系。图中符号的意义如下：（二）土的组成及相关概念简述1．固相——即土的颗粒，它的矿物成分、颗粒大小、形状与级配影响土的物理力学性质。(1)土的粒组，将土中颗粒按适当粒径范围分组，使各组内土粒大小、性质大体相近。划分粒组的分界尺寸，称为界限粒径。我国按界限粒径200、20、2、0.05、和0.005（单位为mm）把土粒分为六组：漂石（块石）、卵石、圆砾、砂粒、粉粒和粘粒。(2)土的级配，即土中各粒组的相对含量（各粒组质量占全部粒组质量的百分比），可通过颗粒分析试验测得，用级配累计曲线表示。如图18-3所示为三种土样的级配情况，利用级配曲线可求得不均匀系数Cu、曲率系数Cc以判断土的级配情况。不均匀系数(18-2)曲率系数(18-3)腰式中畜：铅d情10享、坝d喂30姓、澡d演60沿—预—语分别相当于累灶计百分比含量帅为才10吸%清、剖30拒%嚼和荣60茄%顽的对应粒径欲，想d俩10院为有效粒径渗，负d6软0妖为限制粒径。艘曲线越缓夸，撕C浩u够越大，表示土初粒大小分布范急围越大壮，体C娃u影＞耗1黄0镇，称为级配良衡好的土，宜作背为良好地基。序反之，曲线越寄陡，土粒大小抽分布范围越小设，波C煌u矩＜缴5纯，称为均粒土什，其级配不好辰，不宜做地基锣。可做反滤料雄。大但实际上仅用喘单独一个指挺标享C自u指来确定土的级室配情况是不够鸭的，还必须同逢时考察累计曲叔线的整体形状略，故需兼顾曲准率系蚕数乳C宽u币值。钞当同时满足不艳均匀系厌数些C党u服>挺5竹和曲率系骨数众C队c恶=啊1佳～雷3圆这两个条件时技，土为级配良露好的土；如不霞能同时满足，根则土为级配不斯良的土。宿(3林)钳土的结构，指症土粒及其集合竭体的大小、形味状、相互排列气与联结等综合涨特征。有三种驴：单粒结构（熊颗粒较大），牧如砂粒、碎石称；蜂窝结构（淡颗粒较细），困如粉粒；絮状钩结构（颗粒极曾细），如粘粒星。过(4缝)节土的构造，指王物质成分和颗搂粒大小等相近贪的各部分土层数之间的相互联避系特点。主要另有层理构造（逗分水平、交错记两种）、裂隙楼构造和分散构世造。算2宏．液驾相俘—覆—残即土中水。可寄以呈固态（冰顺）、液态（水敢）、气态（水层蒸气）存在于虹土中。从水膜捏理论的角度来等看，水的分类改如下：（1）结合水冶强结合水（吸隔着水火）溉迹险可塑状态黏土筋仅含此水呈固王态烈弱结合水（薄蹄膜水赖）殊缎胁可塑状态黏土源多含此水，特药别对黏性土的岔性质影响大中地下水位以下译透水层中的水花(2)味问自由水三重力愧水肆杰栋地下水位以下棍透水层中的水赶毛细暗水尺喷优孔隙中的自由特水，也能在地睬下水位以上存唉在杨3盾．气相一一即坟土中气摧通畅莲气矛窃叉与大气相连，判常存在于粗粒鼓土中京封闭羽气放秒躲封闭于孔隙中福，常存在于细缠粒土中起三、土的三相讯比例指标乐（一）由试验牙直接测定的基量本指标轿（粗1粥）土的重度（净重力密度继）疏γ赤：霞可用环刀法、衣灌砂法测定。蜂天然状态下单祥位体积土的重授力称为天然重柜度源(充kN/m示3仗)密，评W=m偷g辈，而(18-4)453恰它与土的矿物目成分、孔隙大钥小、含水多少控等有关。一搭般油γ哄=1出6奴～竭22kN/m缩3姑之间。寒(2免)吓土的含水枣率封ω症：员可用烘干法、抵酒精燃烧法测扫定。粘土中水的重力殊与土颗粒重力灯之比，称为含纠水率，常用百抹分比表示(18-5)蹲它反映土的干咸湿程度。含水扁率越大土越湿傲越软，地基土趁承载力越低，胸我国沿海软黏弹土含水量常接离近陆50缠%赠，高者封达算60顽%痕～间70化%密，地基土容许抢承载力败仅尼5更0抚～拒80kP夹a纳。名（慰3财）土里相对密趴度（旧院称岔“伪比例重疫”惭）就d司s毛：庙可用比重瓶法恼测定。渴土粒重力与同坟体欺积野4旺℃麦时水的重力之起比称为土粒相嫁对密度，即(18-6)扯式中洽：坝γ旁w次慰－埋－坚4惊℃冤时水的重度，拘近似窃取司γ惰w祖=l0kN答/m注3碍。负其大小随土粒绝矿物成分而异坦。砂土约均为逮2.6讲5铃～孙2.6船9框，黏土恳在风2.7织2隶～企2.7维6寻之间。土中含堆大量有机质时红，土粒相对密么度则显著减少虚。倦（二）换算的住物理性质指标扇1柿.真土的饱和重选度御γ镰sat貌、浮重脸度纪γ废´么及干土重领度签γ撑d嫩(1小)油饱和重度财γ开sat瓣。土的孔隙全虹部被水充满时笛的重度，称为妻饱和重度肥γ乱sat跳(kN/m斑3衡)拴，即苹(18-7欢)跑(2吐)鞭浮重度（有效馆重度油）苏γ迎´照。一般从地下姑水位以下取出抬的土，其天然串重度，可作为悉饱和重度。当馅土处于地下水煌位以下时，则蒸受到水的浮力疾作用，单位土皂体积中颗粒的侍有效重力，由笋单位土体积中邻土颗粒的重力壤扣除浮力后的迫重度称为土的删浮重手度啄γ津´(kN/志m至3膏)浇，即脚肠嫌（赵γ拣w递≈黎10kN/m缸3雄）蹈(18停-8)业(3备)置干重度（干重哭力密度）尺单位土体积中汉固体颗粒的重土力称为土的干暴重折度言γ狮d饱(贪kN/m凑3写)务，即(18-9)就干土重度反映间土颗粒排列的饮紧密程度，工恭程上朴用乏γ篮d臣作为人工填土翻压实质量的控碰制指标。既一脖般阁γ胡d猾达枯到突l6kN/m糟3阻以上时，土就锯比较密实。露2迟.再土的孔隙阳比哈е滋揭挑土中孔隙体积沈与土的颗粒体寄积之比，称为钻孔隙比，即荒(1逐8搞一钞10)矛它表明土的密尾实程度，建筑冒物的沉降与土理的孔隙比有着评密切的关系。散天然状态的黏革性土，仙一般府当甚e<0.府6覆时，土密实、饺压缩性低；焰当快e>l.迫O城时，土是松软邀的。高压缩性粪的淤泥质土、想淤泥谈的捡e架值则高言达细1.绿5荒以上。斗地基土层含魂有庙e>l.姑O声的黏性土时，条建筑物的沉降量量较大。串3帐.屡土的饱和延度月S小r翻杨滨土中水的体积坏与孔隙体积之捐比称为饱和度卡S鹊r炒，以百分数表钓示，即炉(上18-11)续它表示土的潮霸湿程度，凝如羡S忘r序=100汪%勺，表明土孔隙册中充满水，土歼是完全饱和的担；播S速r棵=也0尾，土是完全干扶燥的。远砂土的含水