第一章、土的性质及工程分类(20122)知识讲解

1.3土的物理性质指标ms-土粒质量mω-土中水质量m-土的总质量m=ms+mω

土粒水气体mmsmwVaVVSVwVvVs-土粒体积Vω-土中水体积Va-土中气体积VV-土中空隙体积VV=Vω+Va

V-土的总体积VV=Vs+Vω+Va土粒比重土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，一般用ds表示，无量纲。即：一般:2.6－2.8有机质土:2.4－2.5泥炭土:1.5-1.8土的含水量土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：

土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv一般粗砂:接近于0饱和砂土:40%坚硬粘性土:<30%饱和软粘土:60%以上土的密度土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv一般分为：天然密度，干密度，饱和密度和有效密度。

天然密度ρ：天然状态下，单位体积土的质量，单位为g/cm3或t/m3，即：粘性土:ρ=1.8－2.0g/cm3；砂土ρ=1.6－2.0g/cm3；腐殖土ρ=1.5－1.7g/cm3土的饱和密度土的饱和密度ρsat：土孔隙中充满水时，单位体积质量，即：

土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv土的有效密度(浮密度)

土的有效密度ρˊ：土体中土粒的质量扣除浮力后，即为单位体积中土粒的有效质量，即：

土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv土的重度在实际应用中，经常采用土的重度，即土的重力密度,其数值上等于相应土密度与重力加速度的乘积。一般分为：天然重度γ、干重度γd、饱和重度γsat、有效重度γˊ分别按下列公式计算：（式中g为重力加速度，各指标的单位kN/m3）土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv孔隙比土的孔隙比e：是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数表示。即：e<0.6密实的低压缩性土e>1.0疏松的高压缩性土土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv孔隙率土的孔隙率n：土中孔隙所占体积与总体积之比，空隙率用百分数表示。即：粘性土的孔隙率为30～60%无粘性土为25～45%。土的饱和度土的饱和度Sr:土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分率计，即：

土粒水气体mmsmwVaVVSVwVv土的三相物理指标换算图土粒水气体Vv=e1+eVS=1dsρwwdsρwds(1+w)ρw土的三相物理指标换算图土粒水气体Vv=e1+eVS=1dsρwwdsρwds(1+w)ρw土的三相物理指标换算图土粒水气体Vv=e1+eVS=1dsρwwdsρwds(1+w)ρw例题1.1一块原状土样，经试验测得土的天然密度土粒水0.341.981.6462.334.797重力体积例题1.4无粘性土的密实度

无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。

密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。密实度的评价方法

三种：

1、室内测试孔隙比确定相对密实度的方法

2、利用标准贯入试验等原位测试方法

3、野外观测方法

相对密实度相对密实度：最大孔隙比emax与天然孔隙比e之差和最大孔隙比emax与最小孔隙比emin之差的比值，以Dr表示。即：最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用符号emin表示；用"振击法"测定。最大孔隙比是土处于最疏松状态时的孔隙比，用符号emax表示；用"松砂器法"测定。

eminemaxee砂土的密实度状态划分根据Dr值可把砂土的密实度状态划分为下列三种：

1≥Dr>0.67密实的

0.67≥Dr>0.33中密的

0.33≥Dr>0松散的

相对密实度试验适用于透水性良好的无粘性土，如纯砂、纯砾等。一般情况很难保证砂土的原状结构，因此很难测得天然孔隙比e，工程中常用标准贯入击数N确定砂土的密实度。标准贯入试验

标准贯入试验(SPT)是动力触探的一种，它利用一定的锤击动能（锤重63.5±0.5kg，落距76±2cm），贯入阻抗用贯入器贯入土中30cm的锤击数N表示，N也称为标贯击数

1.5粘性土的物理特性

所谓粘性土，就是指具有可塑状态性质的土，他们在外力的作用下，可塑成任何形状而不发裂，当外力去掉后，仍可保持原形状不变。1.5.1粘性土的界限含水量

固态半固态可塑状态流动状态缩限塑限液限含水量w塑限、液限

土由半固态到可塑状态的界限含水量称为塑限，用wp表示。采用搓条法试验测定

土由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限，用wL表示，我国采用锥式液限仪来测定。1.5.2粘性土的塑性指数

和液性指数

塑性指数是指液限和塑限的差值（省去%号），即土处在可塑状态的含水量变化范围，用IP表示。

Ip=wL-wp

显然，塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。塑性指数的大小与土中结合水的可能含量有关，土中结合水的含量与土的颗粒组成、矿物组成以及土中水的离子成分和浓度等因素有关。

由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，在工程上常按塑性指数对粘性土进行分类。

液性指数液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。用IL表示。即：《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）规定粘性土按液性指数值划分为：1.5.3粘性土的灵敏度灵敏度表示土的结构对强度的影响。qu--原状试样的无侧限抗压强度（kPa）qu’--重塑试样的无侧限抗压强度（kPa）

低灵敏1<St<2

中灵敏2<St<4

高灵敏St>4

土的灵敏度愈高，结构性愈强，受扰动后土的强度降低就多，所以在基坑施工时应注意保护基槽，尽量减少土结构的扰动1.5.4粘性土的活动度粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值IP—粘性土的塑性指数P0.002—粒径小于0.002mm颗粒的重量占土总重的百分比

非活性粘土A<0.75(高岭石为主）正常粘土0.75<A<1.25

活性粘土A>1.25（蒙脱石为柱）1.6土的击实原理

在工程建设中，经常遇到填土压实的问题，例如修筑道路，堤坝，飞机厂，运动场，挡土墙，埋设管道，建筑物地基的回填等。为了提高填土的强度，增加土的密实度，降低其透水性和压缩性，通常用分层压实的办法来处理地基。

土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压密的特性。击实土是最简单易行的土质改良方法，常用于填土压实。通过研究土的最优含水量和最大干密度，来提高击实效果。最优含水量和最大干密度采用现场或室内击实试验测定。

实践经验表明，对过湿的土进行夯实或碾压时就会出现软弹现象（俗称"橡皮士"），此时土的密度是不会增大的。对很干的土进行夯实或碾压，显然也不能把土充分压实。所以，要使土的压实效果最好，其含水量一定要适当。在一定的压实能量下使土最容易压实，并能达到最大干密度时的含水量，称为土的最优含水量（或称最佳含水量），用wop表示。相对应的干密度叫做最大干密度，以ρdmax表示。

土的最优含水量可在试验室内进行击实试验测得。试验时将同一种土，配制成若干份不同含水量的试样，用同样的压实能量分别对每一份试样进行击实后，测定各试样击实后的含水量w和干密度ρd，从而绘制含水量与干密度关系曲线，称为压实曲线。

1.7地基土（岩）的工程分类

地基土的分类是根据不同的原则将其划分为一定的类别，同一类别的土在工程地质性质上应比较接近。土的合理分类具有很大的实际意义，例如根据分类名称可以大致判断土的工程特性、评价土作为建筑材料的适宜性及结合其他指标来确定地基的承载力等。

分类原则

作为建筑场地和地基的土的分类一般可按下列原则进行：

1、根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等。

2、根据颗粒级配或塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。

3、根据土的工程特性的特殊性质可分为一般土和特殊土。

1.7.1岩石

1、按坚固性划分：

硬质岩石软质岩石

2、按风化程度划分：

微风化岩石中等风化岩石强风化岩石1.7.2碎石土碎石土是粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%的土。

1.7.3砂土

砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。砂土按粒组含量分类如下表。1.7.4粉土

粉土介于无粘性土与粘性土之间，是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑性指数Ip小于或等于10的土。又可根据颗粒级配分为

砂质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量不超过全重10%

粘质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量超过全重10%

粉土

粉土的颗粒级配中0.05-0.1mm和0.005-0.05mm的粒组占绝大多数，而水与土粒之间的作用是明显不同于粘性土和砂土，这主要表现"粉粒"的特性。其工程性质介于粘性土和砂土之间。若用含水量接近饱和的粉土，团成小球，放在掌上左右反复摇幌，并以另一手震击，则土中水迅速渗出，并呈现光泽，这是野外鉴别时常用方法之一。

1.7.5粘性土

粘性土是指塑性指数Ip大于10的土。粘性土类的工程性质与土的成因、生成年代的关系很密切，不同成因和年代的粘性土，尽管其某些物理性质指标值可能很接近，但其工程性质可能相差很悬殊。

粘性土分类

老粘性土：第四纪晚更新纪（Q3）及其以前沉积的粘性土，它是一种沉积年代久，工程性质较好的粘性土。一般具有较高的强度和较低的压缩性。

一般粘性土：第四纪全新世（Q4）、（文化期以前）沉积的粘性土，其分布面积最广，遇到的也最多，工程性质变化很大。

新近沉积的粘性土：指文化期（５千年）以来新近沉积的粘性土，强度较低。

1.7.6人工填土

人工填土是指由人类活动而堆填的土。其物质成分较杂，均匀性较差。根据其物质组成和堆填方式，填土可分为素填土、杂填土。各类填土应根据下列特征予以区别：

1、素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或含杂质很少。按主要组成物质分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。经分层压实后则称为压实填土。

2、杂填土是含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。按其组成物质成分和特征分为建筑垃圾土、工业废料土及生活垃圾土。

1.7.7特殊土

特殊土是指在特定地理环境或人为条件下形成的具有特殊性质的土。它的分布一般具有明显的地域性。特殊土包括软土、人工填土、湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土等。

（1）软土

软土是指沿海的滨海相、三角洲相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-2>0.5MPa-1）和强度低的特点。包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土等。多数还具有高灵敏度的结构。

淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于1.5的粘性土。

淤泥质土：天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的粘性土。

泥炭当土中有机质含量大于5%时称为有机质土；大于60%时则称泥炭。

泥炭是在潮湿和缺氧环境中未经充分分解的植物遗体堆积而成的一种有机质土，呈深褐色--黑色。其含水量极高，压缩性很大，且不均匀。泥炭往往以夹层构造存在于一般粘性土层中