第二部分：土的物理

第二部分：土的物理性质及分类,土：岩石分化的产物，与一般建筑材料相比，具有三点特性：散体性、多样性和自然变异性。土的物质成分包括作为土骨架的固态矿物颗粒、土骨架孔隙中的液态水及其溶解物质以及土孔隙中的气体，即颗粒（固相）、水（液相）和气体（气相）所组成的三相体系。,(一)土的分类,土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过一种通用鉴别标准，以便于在不同土类间作出有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。划分原则：1）简明的原则：土的分类体系采用的指标，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单且使用方便。2）工程性质差异的原则：土的分类体系采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性。,(一)土的分类,我国土的分类原则采用与卡萨格兰特相似的分类原则（考虑了土的粒度成分和可塑性指标，即粗粒土土粒的个体特征和细粒土土粒与水的相互作用）：该法采用简便易测的定量分类指标，最能反映土的基本属性和工程性质，也便于电子计算机的资料搜索。,土的总分类体系：,(二)建筑地基土的分类,按建筑地基基础设计规范（GB500072002）岩土工程勘察规范（GB50021-2001)分类，注重土的天然结构特性和强度，并始终与土的主要工程特性变形和强度特征紧密联系：1）按沉积年代划分：老沉积土新近沉积土地质成因有8种,(二)建筑地基土的分类,2）按颗粒级配（粒度成分）和塑性指数划分：碎石土砂土粉土粘性土3）其他：具有一定分布区域或工程意义，具有特殊成分、状态和结构特征的土称为特殊土，如湿陷性土、红粘土、软土、混合土、填土、多年冻土、膨胀土、盐渍土、风化岩与残积土、污染土等。,（三）土的三项比例关系及指标、指标联系,1）符号意义：,（三）土的三项比例关系及指标、指标联系,2）指标定义：,3）指标换算（由基本指标推导）,（四）粘性土的物理性质,1、名词解释可塑性：当粘性土在某含水率范围内，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当外力撤销后仍能保持既得形状，土的这种性能叫做可塑性。液限：土由可塑状态转到流动状态的界限含水率塑限：土由可塑状态转为半固态的界限含水率缩限：土由半固态不断蒸发水分，则体积逐渐缩小直到体积不在收缩时，对应土的界限含水率,（四）粘性土的物理性质,1、名词解释塑性指数：液性指数：天然稠度：,2、粘性土的活动度、灵敏度和触变性(1)活动度:它反映了粘性土中所含矿物的活动性。活动度A=Ip/mm:粘粒含量,粒径1.25,2、粘性土的活动度、灵敏度和触变性(2)灵敏度St=qu/qu低灵敏度：14,2、粘性土的活动度、灵敏度和触变性(3)触变性：饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐恢复。粘性土的这种抗剪强度随时间而逐渐恢复的胶体化学性质称为土的触变性。,(五)无粘性土物理性质,1）砂土密实性划分相对密度：,按天然孔隙比划分按标准贯入度划分密实度密实中密稍密松散标贯击数50302910955,2）粉土的密实性粉土的概念：岩土工程勘察（GB50021-2001)，330,(六)土的胀缩性、湿陷性和冻胀性,1、土的胀缩性：是指粘性土具有吸水膨胀和失水收缩的两种变形特性。膨胀土：由亲水性矿物组成具有显著胀缩性的粘性土。自由膨胀率：:土样原有体积:土样在水中膨胀稳定后的体积膨胀土的类别：按膨胀土地区建筑技术规范（GBJ112-87)进行判定.,(六)土的胀缩性、湿陷性和冻胀性,2、土的湿陷性：是指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征。原因：黄土多孔隙特征及胶结物质成分（碳酸盐类）湿陷系数：hp:在固结仪中将原状试样逐级加压到实际受到的压力P，等它压缩稳定后测得式样高度hphp:加到实际压力后，加水浸湿，测得下沉稳定后的高度hph0:土样原有的高度湿陷性黄土地区建筑规范（GB50025-2004)规定:当湿陷性系数小于0.015时，为非湿陷性黄土；反之为湿陷性黄土,(六)土的胀缩性、湿陷性和冻胀性,3、土的冻胀性：是指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特征。根据冻融情况划分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。,（七）土的渗透性,1）基本概念：渗透：液体（如土中水）从物质微孔（如土体孔隙）中透过的现象。渗透性：土体具有被液体投过的性质称为土的渗透性或透水性。渗流：液体在土孔隙或其他透水性介质中的流动问题称为渗流。水头：当水在土中渗流时，其速度很慢，因此由速度引起的水头可以忽略不计，得：水力梯度：i=h/L,土中渗流水头变化,2）土的层流渗透定律达西定律：法国工程师H.达西利用图3-4的实验装置对均匀砂进行了大量渗透试验，得出层流条件下，土中水渗流速度与能量（水头）损失之间关系的渗流定律，即达西定律：qAh/LAi或q=kAh/L或v=q/A=kI(k:渗透性）,2）土的层流渗透定律适用条件：层流状态，对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此只有当水力梯度达到某一数值，克服了吸着水的粘滞阻力后，才能发生渗透。另外，在砾类土和巨粒土中，只有在小的水力梯度下，渗流速度与水力梯度呈线性关系，而在较大的水力梯度下，水在途中的流动即进入栾流状态呈非线性关系。,3）渗透试验及渗透系数室内渗透试验：a常水头：b变水头：,由于在同一时段内流经土样水量与细管内减少的水量相等，即,4）影响渗透系数的主要因素：土的粒度成分土的密实度土的饱和度土的结构水的温度土的构造,5）成层土的等效渗透系数：,与层面平行情况,与层面垂直情况：,6）渗透破坏与控制1、名词渗流力（体积力）：J=ri流沙：在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象称为流沙。它取决于渗流力的大小、土的颗粒级配、密度及透水性。(3)临界水力梯度：使土开始发生流沙现象时的水力梯度。2、渗透破坏类型：一是由于渗流力的作用