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第二章 土的工程性质及分类 土力学原理 本章提要 本章特点 学习要求 第二章：土的工程性质与分类 对土的特点进行详细解释 对土的组成和状态进行定量描述 内容琐碎、零散 能够绘制土级配曲线，评价土的工程性质 熟练掌握土的三相指标的定义与计算 熟知砂土和粘土各自的特点与指标 了解土的形成、矿物成分、土中水及电解质 渗透特性 变形特性 强度特性 土的三相组成 土的物理状态 土的结构 土的形成过程 土的工程分类：便于研究和应用 土的压实性：如何获得较好的土 决定 第二章：土的工程性质与分类 2.1 土的形成 2.2 土的三相组成 2.3 土的物理状态 2.4 土的结构 2.5 土的工程分类 2.6 土的压实性 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 第四纪沉积层(即土)，是由地球外壳坚硬整体的岩石，经风化 、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、流体水和气体的一种集合体 。 不同的风化作用形成不同性质的土。 2.1.1 土的生成 1、物理风化生成巨粒土，如块石、粗粒土、砾石、砂土 ，这种土呈松散状态，总称无粘性土； 2、化学风化生成细粒土，具有粘结力，如粘土与粉质粘 土，总称为粘性土； 次生矿物； 3、生物风化生成粗粒土； 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 1 1、土的结构、土的结构 2.1.2 土的结构和构造 定义土颗粒之间的相互排列和联结形式称为土的结构。 种类土的结构分为下列三种： 单粒结构凡粗颗粒土(如卵石和砂土)， 在沉积过程中，每一个颗粒在自重作用下单独下沉 并达到稳定状态。 蜂窝结构当土颗粒较细(粒径在0.02mm 0.002mm)时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土 粒，因土粒之间的分子引力大于土粒自重，则下沉 的土粒被吸引不再下沉。依次一粒粒被吸引，形成 具有很大孔隙的蜂窝状结构。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 1 1、土的结构、土的结构 2.1.2 土的结构和构造 絮状结构（二级蜂窝结构）那些粒径极 细的粘土颗粒(粒径小于0.005mm)在水中长期悬浮 ，这种土粒在水中运动，相互碰撞而吸引逐渐形成 小链环状的土集粒，质量增大而下沉，当一个小链 环碰到另一小链环时相互吸引，不断扩大形成大链 环，称为絮状结构。因小链环中已有孔隙，大链环 中又有更大的孔隙，形象地称为二级蜂窝结构。 种类土的结构分为下列三种： 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 1 1、土的结构、土的结构 2.1.2 土的结构和构造 工程性质 由于土粒排列紧密，强度大，压缩性小，是良好的天然地基。 单粒结构 当土粒沉积速度快，如洪水冲积形成的砂层和砾石层，往往形 成疏松的单粒结构，由于土孔隙大，土粒骨架不稳定，当受到动力 荷载或其它外力作用时，土粒容易移动而趋于紧密，同时产生很大 的变形。因此，未经处理的这种土层，一般不宜作建筑物的地基。 如果饱和疏松的土是由细砂粒或粉砂粒所组成，在强烈的振动 作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，引起所谓砂土“液化 ”现象，在地震区将会引起震害。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 1 1、土的结构、土的结构 2.1.2 土的结构和构造 工程性质 由于颗粒间存在大量微细孔隙，其压缩性大、强度低、透水性 弱。又因土粒之间的联结较弱且不甚稳定，在受扰力作用下(如施工 扰动影响)，土粒接触点可能脱离，部分结构遭受破坏，土的强度会 迅速降低。 不可用作天然地基。 蜂窝结构和絮状结构 以上三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 2 2、土的构造、土的构造 2.1.2 土的结构和构造 定义同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的 构造。 种类土的构造常见的有下列几种： 层状构造土层由不同的颜色或不同的粒径的土组成层理 ，一层一层互相平行。为细粒土的一个重要特征。 分散构造土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵石 层为分散构造。 结核状构造在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，如含礓 石的粉质粘土、含砾石的冰碛粘土等，均属结核状构造。 裂隙状构造土体中有很多不连续的小裂隙，某些硬塑或 坚硬状态的粘土为此种构造。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 2 2、土的构造、土的构造 2.1.2 土的结构和构造 工程性质 分散构造的工程性质最好； 结核状构造工程性质的好坏取决于细粒土部分； 裂隙状构造中，裂隙破坏了土的整体性，使强度降低，渗透性 增大，工程性质差。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 1 1、 压缩性高压缩性高 2.1.3 土的工程特性 反映材料压缩性高低的指标弹性模量（土称变形模量）。 钢筋 E121万MPa C20混凝土 E2=2.6万MPa 卵石 E3（4050）MPa 饱和细砂 E4（816）MPa 可知：E14200E3，E21600E4 土的强度特指抗剪强度。 土与其它连续介质的建材相比，具有下列三个显著的工程特性： 2 2、 强度低强度低 3 3、 透水性大透水性大 上述三个工程特性与建筑工程设计和施工关系密切，需高度重上述三个工程特性与建筑工程设计和施工关系密切，需高度重 视。视。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.1 土的生成与特性 1 1、 搬运、沉积条件搬运、沉积条件 2.1.4 土的生成与工程特性的关系 通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土； 通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。 各类土的生成条件不同，其工程特性往往相差悬殊。 2 2、 沉积年代沉积年代 3 3、 沉积的自然地理环境沉积的自然地理环境 我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊 ，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比 例指标表示，土的三相比例随着环境的变化而发生相应的变化 例如，天气的晴雨、季节变化、温度高低、地下水的升降，以 及建筑物荷重作用，等等，都会引起土的三相之间的比例产生变化 。 土的三相组成是指土是由固体矿物、液体水和气体三部分组成 。土中的固体矿物构成土的骨架，骨架之间贯穿着大量孔隙，孔隙 中充填着液体水和空气。 土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如： 固体气体(液体0)为干土，干粘土呈坚硬状态，干砂呈松散状态。 固体液体气体为湿土，湿粘土多为可塑状态。 固体液体(气体0)为饱和土，饱和粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生 液化，而使工程遭受破坏；饱和粘土地基受建筑荷载作用发生沉降需几十年才能 稳定。 可见，研究土的各项工程性质，首先需从最基本的、组成土的三相本身开始 研究。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 1 1、土粒的矿物成分、土粒的矿物成分 2.2.1 土的固体颗粒 原生矿物由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同， 包括：单矿物颗粒一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长 石、云母、角闪石与辉石等，砂土即为单矿物颗粒；多矿物颗粒 一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾 石，往往为多矿物颗粒。 土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质 的主要成分。 次生矿物母岩岩屑经化学风化，改变原来的成份，成为 一种颗粒很细的新矿物，主要是粘土矿物。粘土矿物的粒径 d200mm，细粒土粘粒d200mm 卵石(碎石)200mm粒径d60mm 圆砾(角砾) 60mm粒径d2mm 砂粒 2mm粒径d0.075mm 粉粒 0.075mm粒径d0.005mm 粘粒 0.005mm粒径d 通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大、工程性质好。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 3 3、土的粒径级配、土的粒径级配 2.2.1 土的固体颗粒 自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒组混 合而成。土的颗粒有粗有细，土中土粒的大小及其组成,工程中常用 土中各粒组的相对含量占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级 配。 粒径级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土的 分类定名的标准。 土中各个粒组的相对含量可通过粒径分析试验得到，工程中常 用两种试验方法，互相配合使用。 筛析法适用于土粒粒径d0.075mm的土。 密度计法适用于土粒粒径d10的 土属级配良好。此外，要满足级配良好的要求，除土粒大小必须不 均匀外，还要求符合Cc=13的条件。否则土粒大小不连续，出现 缺粒段，仍不能称为级配良好。 工程上同时满足Cu5且Cc=13的土为级配良好的土。 (2.2) 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 2.2.2 土中水 土的孔隙中有水，水 分子为极性分子，由带正 电荷的氢原子和带负电荷 的氧原子组成。粘土表面 带负电荷，在土粒周围形 成电场，吸引水分子带正 电荷的氢原子一端，使其 定向排列，形成结合水膜 ，如图2.4所示. 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 1 1、结合水、结合水 2.2.2 土中水 强结合水(吸着水) 结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面成薄膜状的水，不 服从静水力学规律，其冰点低于零度。结合水又分为强结合水和弱 结合水。 由粘土表面的电分子力牢固地吸引 的水分子紧靠土粒表面，厚度只有几个水 分子厚，小于0.003m。其吸附力高达几 千个大气压。它没有溶解盐类的能力，不 能传递静水压力，在105时才蒸发。其 性质接近于固体，密度约为1.22.4g/cm3 ，冰点为78，具有极大的粘滞度、弹 性和抗剪强度。 性质接近固体，不传递静水压力， 100不蒸发 只含强结合水时，粘土呈固体坚硬 状态；砂土呈散粒状态。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 1 1、结合水、结合水 2.2.2 土中水 弱结合水(薄膜水) 紧靠强结合水的外围形成的一 层结合水膜称弱结合水，也是由粘土 表面的电分子力吸引的水分子，密度 为1.01.7g/cm3,仍不能传递静水压 力，但水膜较厚的弱结合水会向邻近 较薄的水膜转移。 此部分水对粘性土影响最大， 当粘土中含有较多的弱结合水时，因 其比表面较大而具有一定的可塑性； 砂土比表面较小，几乎无可塑性。 弱结合水距土粒表面越远 ，所受到的分子引力就越弱， 并逐渐过渡到自由水。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 2 2、自由水、自由水 2.2.2 土中水 重力水 此种水离土粒较远，在土粒表面的电场作用以外的水分子自由 散乱地排列。与普通水无异，受重力支配，冰点为零度，能传递静 水压力并具有溶解能力。自由水包括重力水和毛细水两种。 位于地下水位以下，在重力或压力差作用下透过土体而流动， 对土粒及结构物具有浮力作用。重力水对土中的应力状态和开挖基 槽、基坑以及修筑地下构筑物时所应采取的排水、防水措施有着重 要的影响。 毛细水 位于地下水位以上，受毛细作用(表面张力)而上升，形成毛细 水上升带，其上升的高度视土粒的大小而不同，一般粘土中为5 6m，砂土小于2m，粒径大于2mm的土粒无毛细现象。极细小的孔 隙，土粒周围有可能被结合水充满，亦无毛细现象。故毛细水主要 存在于粒径为0.0020.5mm的孔隙中。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 2 2、自由水、自由水 2.2.2 土中水 毛细水 当土孔隙中存在局部毛细水时毛细水的 弯液面和土的接触处的表面张力反作用于土 粒，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧， （土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚 力。在施工现场常常可以看到稍湿状态的砂 堆，能保持垂直陡壁达几十厘米高而不坍落 ，就是因为砂粒间具有毛细粘聚力的缘故。 毛细水上升到地表会引起沼泽化、盐渍化，而且还会使地基润 湿、降低强度，增大变形量。 如土中存在有毛细水，在工程中必须注意建筑物的防潮措施， 以及地基土的浸湿和冻胀。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 3 3、气态水、气态水 2.2.2 土中水 当气温降至零度以下时，液态的自由水结冰为固态水，使基础 发生冻胀，寒冷地区基础的埋深要考虑冻胀问题。 4 4、固态水、固态水 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.2 土的三相组成 土的孔隙中没有被水充填的部分都是气体。土中气体分两种： 2.2.3 土中气体 封闭气泡与大气隔绝，存在粘性土中，当土层受荷载作用时， 封闭气泡缩小若土中封闭气泡很多时，将使土的压缩性增高，土的 渗透性降低。 1 1、自由气体、自由气体 2 2、封闭气泡、封闭气泡 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 如前所述，土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性质与数 量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学性质。 土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。也就是说土的松密 和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间在数量上所占有的比例，因此土力学 中采用三相之间在体积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。这 类指标统称为土的物理性质指标或三相比例指标。 土的物理性质指标反映土的工程性质的特征，具有重要的实用价值。例 如，地基基础设计中，一个关键的问题是确定地基土的承载力，如何确定地基承 载力？常用方法是规范法，若地基土为粉土，据孔隙比和含水量，可用规 范查出地基承载力数值。 地基承载力数值的大小，与地基基础的设计和施工紧密相关。 例如：地基粉土的孔隙比e=0.8,含水量w=10%，则地基承载力 可达200kPa,通常多层房屋可用天然地基；若孔隙比e=1.6,含水量 w=70%,则地基承载力很低，小于50kPa,为软弱地基，多层房屋无法 采用天然地基，设计要考虑人工加固地基或采用桩基。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 由此可见，孔隙比e和含水量w的数值大小，影响建筑地基基础 的方案不同，随之而来施工方法、工期、造价都不相同。 前已定性说明：土中三相之间相互比例不同，土的工程性质 也不同。现定量研究三相之间的比例关系，即土的物理性质指标的 物理意义和数值大小。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.1 土的三项基本物理性指标 物理意义为单位体积土的质量。 为单位体积土的重 力密度，即g=9.810(kN/m3)。 1 1、土的、土的密度密度和土的和土的重力密度重力密度 表达式 (2.3) 常见值 (1.62.2)g/cm3，(1622)kN/m3 测定方法 环刀法 适用于粘性土、粉土与砂土。 灌水法 适用于卵石、砾石与原状砂。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.1 土的三项基本物理性指标 物理意义土中固体矿物的质量与同体积4时的纯水质 量的比值。 2 2、土粒、土粒比重比重GsGs(d(d s s) ) 表达式 (2.4) 常见值 砂 土 Gs=2.652.69；粉 土 Gs=2.702.71;粘性 土 Gs=2.722.75. 测定方法 比重瓶法 经验法 因各种土的比重值相差不大，仅小数点后第二位不 同。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.1 土的三项基本物理性指标 物理意义土的含水量表示土中含水的数量，为土体中水 的质量与固体矿物质量的比值，用百分数表示。 3 3、土的、土的含水量含水量w w 表达式 (2.5) 常见值 砂 土 w=(040)%；粘性土 w=(2060)%. 测定方法 烘箱法 红外线法 酒精燃烧法 铁锅炒干法 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.2 反映土的松密程度的指标 物理意义土的孔隙比为土中孔隙体积与固体颗粒的体积 之比值。 1 1、土的、土的孔隙比孔隙比e e 表达式 (2.6) 常见值 砂 土 e=0.51.0;当砂土e1.0时，为软弱地基。 确定方法 根据、Gs与W实测值计算而得，建筑工程应用很广。为确定 地基承载力的指标。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.2 反映土的松密程度的指标 物理意义土的孔隙度表示土中孔隙大小的程度，为土中 孔隙占总体积的百分比。 2 2、土的、土的孔隙度孔隙度( (孔隙率孔隙率)n)n 表达式 (2.6) 常见值 n=(3050)% 确定方法 根据、Gs与W实测值计算而得。孔隙度与孔隙比相比，工程 应用较少。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.3 反映土中含水程度的指标 物理意义土的饱和度表示水在孔隙中的充满的程度。 1 1、含水量、含水量w w 表达式 (2.8) 常见值 Sr=01。 确定方法 根据、Gs与W实测值计算而得。 2 2、土的饱和度、土的饱和度SrSr 工程应用 完全干燥的 Sr=0 稍湿的 0.5Sr 很湿的 0.8Sr0.5 饱和的 Sr0.8 完全饱和的 Sr=1 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.4 特定条件下土的密度(重度) 物理意义土的干密度为单位体积的土，将水分烘干后的 质量。土的干重度为单位体积的土，将水分烘干后的重力密度，即 d=dg=9.8d10d（kN/m3） 1 1、土的干密度、土的干密度 d d 和土的干重度和土的干重度 d d 表达式 常见值 d=（1.32.0）g/cm3, d=（1320）kN/m3 测定方法 大环刀法 放射性同位素法 (2.9) 工程应用 通常用作填方工程，包括土坝、路基和人工压实 地基，土体压实质量控制的标准。 土的干密度d （或干重度d）越大，表明土体压得越密实，也 即工程质量越好，但花费的压实费用也越大。根据工程的重要程度 和当地土的性质，设计规定一个合理的d（或d）数值。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.4 特定条件下土的密度(重度) 物理意义土的饱和密度为孔隙中全部充满水时，单位体 积的质量。土的饱和重度为孔隙中全部充满水时，单位体积的重力 密度，即satsatg=9.8sat10sat（kN/m3）。 2 2、土的饱和密度、土的饱和密度sat sat和饱和重度 和饱和重度sat sat 表达式 常见值 sat =（1.82.3）g/cm3, sat=（1823）kN/m3 (2.10) 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.4 特定条件下土的密度(重度) 物理意义土的有效密度，指地下水位以下，土体受水的 浮力作用时，单位体积的质量。土的有效重度为地下水位以下，土 体单位体积的重力密度，即g=9.810（kN/m3） 3 3、有效密度、有效密度( (浮密度浮密度) ) 和有效重度 和有效重度( (浮重度浮重度) ) 表达式 常见值 =（0.81.3）g/cm3, =（813）kN/m3 sat sat d d sat sat d d w w 1g/cm1g/cm 3 3 w w 10KN/m10KN/m 3 3 g10m/s g10m/s 2 2 (2.11) 4 4、各密度、各密度 和重度之间的相对大小 和重度之间的相对大小 综上所述，土的物理性质指标：、Gs、w、e、n、Sr、d、 sat、共9个，其中、Gs、w由实验室测定，其余6个通过三相草 图换算求得。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 例2.1 已知某试样1.80g/cm3，Gs=2.70，W=18.0%，求 其余6个物理性质指标。 解 绘制三相草图 令V1cm3。(也可令Vs=1cm3) 已知m/v=1.80g/cm3 故m=1.80g 已知 wmw/ms=0.18, mw=0.18ms 又知 mw+ms=1.80g (ma=0) ms=1.80/1.18=1.525g 故mw=m-ms=1.80g-1.525g=0.275g Vw=0.275cm3 已知Gs=ms/Vs=2.70 , Vs=ms/2.70=1.525g/2.70=0.565cm3 Vv=V-Vs=1-0.565=0.435cm3 Va=Vv-Vw=0.453-0.275=0.16cm3 将计算出的三相草图中的 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 例2.1 据各指标的表达式可得： e=Vv/Vs=0.435/0.565=0.77 n=Vv/V=0.435=43.5% Sr=Vw/Vv=0.275/0.435=0.632 d=ms/V1.53g/cm3 d=15.3kN/m3 sat=(mw+ms+Vaw)/V=1.80+0.16=1.96 sat=19.6kN/m3 =sat-w=1.96-1.0=0.96g/cm3 =sat-w=19.6-10=9.6kN/m3 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.5 土的物理性质指标的换算 1 1、绘三相计算草图、绘三相计算草图 土的三相比例指标中，土的密度、比重Gs、和含水量w是由 实验确定的(由可得)，其它指标可由、Gs、和w换算得到： 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.5 土的物理性质指标的换算 2 2、设Vs=1(或V=1) 则 Vv=e (式2.6) V=1+e 由（2.4）和（2.5）得 ms=Gsw , mw=wGsw , m=Gs(1+w) w (1) (2) (3) (4) 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.5 土的物理性质指标的换算 (5) (6) (7) (8) 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.3 土的物理性质指标 2.3.5 土的物理性质指标的换算 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.1 无粘性土的密实度 砂土、碎石土统称为无粘性土，均为单粒结构，它们最主要的砂土、碎石土统称为无粘性土，均为单粒结构，它们最主要的 物理状态指标为物理状态指标为密实度密实度。无粘性土的密实度对其工程性质有重要的。无粘性土的密实度对其工程性质有重要的 影响。影响。 当其处于密实状态时，结构较稳定，压缩性较小，强度较大可当其处于密实状态时，结构较稳定，压缩性较小，强度较大可 作为建筑物的良好地基；而处于疏松状态时（特别对细、粉砂来说作为建筑物的良好地基；而处于疏松状态时（特别对细、粉砂来说 ），稳定性差、压缩性大，强度偏低，属于软弱土之类。），稳定性差、压缩性大，强度偏低，属于软弱土之类。 工程中以什么作为划分密实度的标准呢？ 1 1、用孔隙比、用孔隙比e e为标准为标准 工业与民用建筑地基基础设计规范中规定，以孔隙比e作为砂土密实度 的划分标准，见表2.2 密 实 中 密 稍 密 松 散 砾砂、粗砂、中砂 e0.85 细砂、粉砂 e0.95 研究反映土的松密和软硬状态的指标。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.1 无粘性土的密实度 1 1、用孔隙比、用孔隙比e e为标准为标准 优点 用一个e即可判别砂土的密实度，应用方便。同一种土，密砂 的孔隙比e1,松砂的孔隙比e2,则必然e1e2,即密砂孔隙比反而大于松砂的孔隙 比。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.1 无粘性土的密实度 2 2、用相对密度、用相对密度DrDr为标准为标准 为克服上述方法的缺陷，可用天然孔隙比e与同一种砂的最松 状态孔隙比emax和最密实状态孔隙比emin进行对比，看e靠近emax或靠 近emin,以此为判别它的密实度，即相对密实度。 Dr一般以百分数表示。显然，当Dr=0时，即e=emax时，表示砂 土处于最疏松状态；当Dr=1，即e=emin时，表示砂土处于最紧密状 态。因此，据Dr值可把砂土的密实度状态划分为下列四种： (2.12) 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.1 无粘性土的密实度 2 2、用相对密度、用相对密度DrDr为标准为标准 密实的 1Dr0.67 中密的 0.67Dr0.33 松散的 0.33Dr0.20 极散的 0.20 Dr 优点： 用相对密度Dr作为判别砂土密实度的标准，计入土的级配因素 ，理论上完善。 缺点： 用长颈漏斗法测定emax或用振动叉和击锤振击金属圆筒法测定 emin,因人而异，测定的数值与测试人员的素质、劳动态度有关，难 以获得科学的数据。在实践中很少使用。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.1 无粘性土的密实度 3 3、以标准贯入试验锤击数、以标准贯入试验锤击数N N为标准为标准 我国建筑地基基础设计规范采用标准贯入试验锤击数N（ N63.5）来评价砂类土的密实度。根据N可将砂土分为： 松散松散 N10 稍密稍密 10N15 中密中密 15N30 密实密实 N30 碎石土的颗粒较粗，更不易取得原状土样，也难于将贯入器击 入其中，对这类土，对这类土可现场进行观察，据其骨架颗粒含量 、排列、可挖性及可钻性鉴别，据此可将碎石土分为： 密实、中密、稍密 4 4、碎石土的密实度、碎石土的密实度 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.2 粘性土的物理特征 粘性土的物理特征是否与砂土相似？是否也用e、Dr和N作标 准测定其密实度？ 从粘性土和砂土的颗粒大小、土粒与土中水的相互作用进行分 析。 砂土颗粒粗，d=0.0752.0mm，为单粒结构，结合水含量比 例小，土粒与土中水的相互作用不明显。因此，砂土可用e、d、N 反映其密实度，以确定砂土的工程性质。 粘性土的颗粒很细，d450KPaf0wL时，公式（2.14）的分子大于分母，即IL1，土处于 流塑状态。 液性指数IL在建筑工程中的一个重要用途，为确定粘性土承载 力的重要指标。 当w1.25 活动粘土 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.2 粘性土的物理特征 定义粘性土的原状土的无侧限抗压强度与原状土结 构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值。称为灵敏度St，即 ： 7 7、灵敏度、灵敏度S S t t 由技术钻孔取出的粘性土样，如能保持天然状态下土的结构和 含水量不变，则称为原状土样。如土样的结构、构造受到外来因素 扰动时，则称为扰动土样。土经振动后，土粒间的胶结物质以及土 粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，即土的天然结构受 到破坏，导致土的强度降低和压缩性增大。土的这种结构性对其强 度的影响，一般用灵敏度来表示。 式中 qu原状土的无侧限抗压强度，kPa; qu重塑土的无侧限挤压强度，kPa。 (2.16) 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.4 土的物理状态指标 2.4.2 粘性土的物理特征 7 7、灵敏度、灵敏度S S t t 物理意义活动度反映粘性土中所含矿物的活动性。 据A的大小可分为3种： 工程应用 保护基槽。 利用触变性 St4 高灵敏土 2St4 中灵敏土 St2 低灵敏土 触变性：当粘性土结构受到扰动时，土的强度就降低。但静 置一段时间，土的强度又逐渐增长，这种性质称为土的触变性。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.5 地基土的工程分类 1 1、土的分类与定名的必要性、土的分类与定名的必要性 如上所述土的颗粒大小不同，土的工程性质很不相同。自然界 的土往往是各种不同大小粒组的混合物。在建筑工程的勘察、设计 与施工中，需要对组成地基土的混合物，进行分析、计算与评价。 因此，对地基土进行科学地分类与定名，是十分必要的。 2 2、土的分类标准、土的分类标准 土的工程分类就是根据某些最能反映土的基本特性，便于测定 的指标，把工程性能接近的土划分为一类，以便对土的工程性能作 出合理的评价和正确地选择对土的研究方法。土的分类方法很多， 不同部门根据其用途采用各自的分类方法。作为建筑地基土的分类 ，下面介绍建筑地基基础设计规范的工程分类标准。 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.5 地基土的工程分类 2.5.1 岩石 1 1、定义颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理、裂隙的 岩体称为岩石。 按坚固性分 硬质岩石凡新鲜岩石的饱和单轴极限抗压强度fr30Mpa 者，为硬质岩石，如花岗岩等。 软质岩石凡fr2mmd2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%50%的土称为的土称为 碎石土。碎石土。 2 2、分类依据、分类依据根据土的粒径级配中根据土的粒径级配中各粒组的含量各粒组的含量和和颗粒形颗粒形 状状两者进行分类定名。两者进行分类定名。 常见的碎石土，强度大，压缩性小，渗透性大，为优良地基。 3 3、定名、定名 4 4、工程性质、工程性质 棱角形为主角砾 粒径d2mm的颗粒质量全重50%圆形及亚圆形为主圆砾 棱角形为主碎石 粒径d20mm的颗粒质量全重50%圆形及亚圆形为主卵石 棱角形为主块石 粒径d200mm的颗粒质量全重50% 圆形及亚圆形为主漂石 粒组含量颗粒形状 土的 名称 学风严谨 崇尚实践 土力学土力学 2.5 地基土的工程分类 2.5.3 砂土 1 1、定义粒径d2mm的颗粒含量不超过全重50%，且 d0.075mm的颗粒超过全重50%的土称为砂土。 2 2、分类依据、分类依据根据土的粒径级配各粒组含量定名。 密实与中密状态的砾砂、粗砂、中