8-第二章-土的分类与特性

第二章-土的分类与特性第二节 土的分类与特性本节主要知识点：土的工程地质分类；土的一般特性；特殊土的工程地质特性，特殊土如淤泥类土、膨胀土、红黏土、黄土类土。一、土的工程地质分类（二）分类情况国内目前最基本的土的工程分类法有岩土工程勘察规范（GB50021-2001）（2009年版）分类法和建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）分类法。岩土工程勘察规范按照颗粒级配和塑性指数将土分为：碎石土、砂土、粉土、黏性土。建筑地基基础设计规范把作为建筑地基的这一部分土（包括岩石）分为六大类，即岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土和人工填土。在水利工程施工概预算中，对一个水利工程建设项目要系统地逐级划分为若干个各级项目和费用项目，因此需要对施工工程土类和岩石进行专门的分级。【例-多选题】岩土工程勘察规范按照颗粒级配和塑性指数将土分为（ ）。A.碎石土B.砂土C.粉土D.黏性土E.人工填土网校答案：ABCD1.建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）中的分类方法岩石指颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。岩石的坚硬程度应根据岩块的饱和单轴抗压强度frk，按规范分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩（见教材表2-2-1）。岩石的风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化。岩体完整程度应根据完整性指数（岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方）划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎（见教材表2-2-2）。（1）碎石土。碎石土为粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量50%的土。碎石土可根据颗粒形状和粒组含量按表2-2-3分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。碎石土的密实度，可根据重型圆锥动力触探锤击数分为松散、稍密、中密和密实。【例-单选题】碎石土为粒径大于（ ）的颗粒质量超过总质（ ）的土。A.1mm，50%B.2mm，50%C.2mm，40%D.1mm，40%网校答案：B（2）砂土。砂土为粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%的土。砂土可根据粒组含量按规范表分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂（见教材表2-2-4）。砂土的密实度，可根据标准贯入试验锤击数按规范分为松散、稍密、中密和密实。【例-单选题】砂土是粒径大于（ ）的颗粒含量不超过全重50%，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土。A.0.5mmB.1mmC.1.5mmD.2mm网校答案：D（3）黏性土。黏性土为塑性指数Ip10的土，当Ip17时为黏土，当1010，称为级配良好的土，宜作为良好地基；Cu5和曲率系数Cc为13这两个条件时，土为级配良好的土；如不能同时满足，则土为级配不良的土。2.土的液相液相，即土中水，可以呈固态（冰）、液态（水）、气态（水蒸气）。从水膜理论的角度来看，水的分类为：（1）结合水指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。结合水可分为强结合水和弱结合水。强结合水（吸着水），可塑状态黏土仅含此水时呈固态；弱结合水（薄膜水），可塑状态黏土多含此水，对黏性土的性质影响特别大。（2）自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。自由水可分为重力水和毛细水。重力水指地下水位以下透水层中的水；毛细水指孔隙中的自由水，也能在地下水位以上存在。3.土的气相气相即土中气，可分为通畅气和封闭气。通畅气与大气相连，常存在于粗粒土中；封闭气封闭于孔隙中，常存在于细粒土中。（二）土的三相比例指标1.由试验直接测定的基本指标（1）土的重度（重力密度）：可用环刀法、灌砂法测定。天然状态下单位体积土的重力称为天然重度（kN/m3），W=mg，而=W/V（2-2-3）式中V一土的总体积。它与土的矿物成分、孔隙大小、含水多少等有关，一般为1622kN/m3。（2）土的含水率w：可用烘干法、酒精燃烧法测定。土中水的重力与土粒重力之比，称为含水率，常用百分比表示w=（Ww/Ws）*100%（2-2-4）式中Ww一水的重力；Ws一土粒重力，它反映土的干温程度。含水率越大土越湿越软，地基土承载力越低，我国沿海软黏土含水量常接近50%，高者达60%70%，地基土容许承载力仅5080kPa。（3）土粒相对密度（旧称比重）ds可用比重瓶法测定。土粒重力与同体积4时水的重力之比称为土粒相对密度，即ds=Ws/Vsw（2-2-5）式中Vs4时水的体积；w一4时水的重度，近似取10kN/m3。其大小随土粒矿物成分而异。砂土为2.652.69，黏土为2.7Z2.76。土中含大量有机质时，土粒相对密度则显著减少。2.换算的物理性质指标（1）饱和重度sat。土的孔隙全部被水充满时的重度，称为饱和重度sat（kN/m3），即sat=（Ws+Vvw）/V（2-2-6）式中Vv一土中孔隙体积。（2）浮重度（有效重度）。一般从地下水位以下取出的土，其天然重度，可作为饱和重度。当土处于地下水位以下时，则受到水的浮力作用，单位土体积中颗粒的有效重力，由单位土体积中土颗粒的重力扣除浮力后的重度称为土的浮重度，即=（Ws-Vsw）/V=sat-w（2-2-7）（3）干重度（干重力密度）。单位土体积中固体颗粒的重力称为土的干重度d（kN/m3），即d=Ws/V（2-2-8）土的干重度反映土颗粒排列的紧密程度，工程上用Yd作为人工填土压实质量的控制指标。一般d达到16kN/m3以上时，土就比较密实。（4）孔隙比e。土中孔隙体积与土的颗粒体积之比称为孔隙比，即e=Vv/Vs（2-2-9）e表明土的密实程度，建筑物的沉降与土的孔隙比有着密切的关系。天然状态的黏性土，一般当e1.0时，土是松软的。高压缩性的淤泥质土、淤泥的e值则高达1.5以上。地基土层中含有e1.0的黏性土时，建筑物的沉降量较大。（5）饱和度Sr。土中水的体积Vw与孔隙体积Vv之比称为Sr，以百分数表示，即Sr=Vw/Vv（2-2-10）Sr表示土的潮温程度，如Sr=100%，表明土孔隙中充满水，土是完全饱和的；Sr=0，土是完全干燥的。砂土的含水饱和程度对其工程性质影响较大，如饱和粉细砂土在动荷载作用下会发生液化。根据饱和度Sr的数值，砂土可分为稍湿（Sr50%）、很湿（50%Sr80%）三种湿度状态。（三）黏性土的物理状态指标1.黏性土的状态与界限含水率（1）界限含水率。黏性土由某一状态转入另一状态时的分界含水率，称为土的界限含水率。（2）液限和塑限。在国际上称为阿太堡界限，它们是黏性土的重要物理特性指标。液限：土由流动状态变成可塑状态的界限含水率称为液限，以符号L表示。塑限：土由可塑状态变化到半固体状态的界限含水率称为塑限，以符号p表示。缩限：土由半固体状态变化到固体状态的界限含水率称为缩限，以符号s表示。2.无黏性土的密实度（1）相对密实度。土的孔隙比一般可以用来描述土的密实程度，但砂土的密实程度并不单独取决于孔隙比，而在很大程度上取决于土的级配情况。粒径级配不同的砂土即使具有相同的孔隙比，但由于颗粒大小不同，排列不同，所处的密实状态也会不同。为了同时考虑孔隙比和级配的影响，引入砂土相对密实度的概念。当砂土处于最密实状态时，其孔隙比称为最小孔隙比emin；而砂土处于最疏松状态时的孔隙比则称为最大孔隙比emax。试验标准规定了一定的方法测定砂土的最小孔隙比和最大孔隙比，然后可按式（2-2-13）计算砂土的相对密实度Dr=（emax-e）/（emax-emin）（2-2-13）从式（2-2-13）可以看出，当砂土的天然孔隙比接近于最小孔隙比时，相对密实度Dr接近于1，表明砂土接近于最密实的状态；而当天然孔隙比接近于最大孔隙比则表明砂土处于最松散的状态，其相对密实度接近于0。根据砂土的相对密实度，砂土可划分为密实、中密和松散三种（表2-2-7）。（2）标准贯入试验。目前常用测定砂土密实度的方法是标准贯入试验，它是将带有刃口的厚壁管状的标准贯入器，在规定的锤重（63.5kg）和落距（76cm）的条件下击入土中，测定贯入量为30cm所需要的锤击数N，称为标准贯入锤击数，以此确定砂土层的密实度，见表2-2-8。（四）土的压实性有时建筑物建筑在填土上，为了提高填士的强度，增加土的密实度和均匀性，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。要使土的压实效果最好，其含水率一定要适当。在同类土中，土的颗粒级配对土的压实效果影响很大，颗粒级配不均匀的容易压实，均匀的则不易压实。所谓最优含水率，是针对某一种土，在一定的压实机械、压实能量和填土分层厚度等条件下测得的。如果这些条件改变，就会得出不同的最优含水率。因此，要指导现场施工，还应该进行现场试验。三、特殊土的工程地质特性（一）淤泥类土淤泥类土为在静或缓慢的流水环境沉积，并经生物化学作用形成，其天然含水率大于液限、天然孔隙比不小于1.5的黏性土。当天然含水率大于液限而天然孔隙比小于1.5但不小于1.0的黏性土或粉土为淤泥质土。含有大量未分解的腐殖质，有机质含量大于60%的土为泥炭，有机质含量不小于10%且不大于60%的土为泥炭质土。淤泥类土压缩性高、强度低、透水性低，为不良地基。（二）膨胀土膨胀土为土中黏粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率不小于40%的黏性土。膨胀岩土分布地区易发生浅层滑坡、地裂、新开挖的基槽及路堑边坡坍塌等不良地质现象。（三）红黏土红黏土为碳酸盐岩系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土。其液限一般大于50。红黏土经再搬运后仍保留其基本特征，其液限为4550的土为次生红黏士。红黏士和次生红黏土通常强度高、压缩性低。因受基岩起伏影响，厚度不均匀，上硬下软。