第1章3节土的水理性质 2

1、第一章 土体工程地质研究 第三节 土的水理性质 一 粘性土的稠度 稠度：粘性土由于含水量变化而表现出的稀稠程度。 粘性土的稀稠软硬程度随含水的多少而变化。当水量由 少增多时，土便由坚硬的固态和半固态经可塑状态而达 到流动状态。 表1 粘性土的稠度状态 1、粘性土的稠度状态和稠度界限 界限含水量 ：粘性土的稠度状态的变化是由于土中 含水量的变化而引起的，粘性土由一种稠度状态转变 为另一种稠度状态，相应于转变点（临界点）的含水 量称为稠度界限（界限含水量）。 液限：土由可塑状态过渡到流动状态的界限含水量 塑限：土由可塑状态过渡到半固体状态的界限含水量 缩限：土由半固态过渡到固体状态的界限含水量 2

2、、液性指数 n粉土的液限在3238%之间，粉质粘土为3846%，粘土 为4050%。塑限常见值为1728%。 n粘性土的液限与塑限一般在室内进行测定，液限常采 用锥式液限仪、碟式液限仪、联合测定仪 。 n土处于何种稠度状态取决于土中 的含水量，但是由于不同土的稠度 界限是不同的，因此天然含水量不 能说明土的稠度状态。为判别自然 界中粘性土的稠度状态，通常采用 液性指数（IL）进行评价，即： 液性指数液性指数ILIL00IL0.25 0.25IL0.75 0.751.00 稠度状态稠度状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑 按液性指数划分粘性土的稠度状态表按液性指数划分粘性土的稠度状态表

3、3、粘性土的塑性 塑性：粘性土当含水量在一定大小范围内，可由外力塑成 任何形状而不破坏，取消外力后又可继续保持所塑形状。 这种性质称为塑性。 塑性指数IP：粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限 之间时，土处于可塑状态，具有可塑性，这是粘性土的 独特性能。由于粘性土的可塑性是含水量界于液限与塑 限之间表现出来的，故可塑性的强弱可由这两个稠度界 限的差值大小来反映，这差值称为塑性指数IP ，即： 二 粘性土的抗水性 一、细粒土的胀缩性 1、基本概念 膨胀性膨胀性：细粒土由于含水率增加而发生体积增大的性 能。 收缩性收缩性：细粒土由于失去水分而体积缩小的性能。 产生膨胀的原因：由于土颗粒表面结合水

4、膜增厚，并 且主要由弱结合水增加而引起的，结合水膜增厚，加 大土粒间距离，使土粒间的引力减弱，引起土体积膨 胀；反之，收缩。 细粒土的膨胀性对工程建筑物影响很大，土体的膨胀 和收缩不仅降低了土体的强度，而且引起土体变形， 导致建筑物的毁坏；由细粒土所组成的斜坡，常因土 体的膨胀发生滑坡，给工程带来危害。 2、表征细粒土膨胀性的指标 1)自由膨胀率自由膨胀率(ef)：人工制备的干土，在水中增加 体积与原体积之比，称自由膨胀率。 ef =(VWe-V0)/V0*100% 其中：VWe-土样在水中膨胀稳定后的体积， V0-土样原有体积 2)膨胀率膨胀率：土样在一定压力下，浸水膨胀稳定后所增 加的体积

5、与原体积之比。 线性膨胀率：ep=(hW-h0)/h0*100% 其中：ep -在一定压力作用下的膨胀率； hw-土样浸水膨胀稳定后高度(mm)；h0-土样原始高 度(mm) 3)膨胀力膨胀力：土样体积不变时，由于浸水膨胀产生的最 大应力，称膨胀力。它等于为了阻止土膨胀而施加于 其上的最小压力。 3、表征细粒土收缩性的指标 1)1)体缩率体缩率(v)(v)：土样收缩减小的体积与收缩前的体 积之比。 v=(V0-Vd)/V0*100% 其中：V0-土样收缩前的体积(3)；Vd-土样收缩 后的体积(cm3) 2)2)线缩率线缩率(s)(s)：土样收缩后的高度减小量与原高度 之比 。 s=(h0-h

6、)/h0*100% 其中：h0-土样收缩前的高度()；h-土样 收缩后的高度(cm) 3)3)收缩系数收缩系数(s)(s) ：原状土样在直线收缩阶段，含水 量减少1%时竖向线缩率。 s=s/W 其中：s-为收缩过程中与直线变化阶段两点 含水量之差对应的竖向线缩率之差(%) W-为收缩过程中直线变化阶段两点含水 量之差(%) 二、细粒土的崩解性 细粒土由于浸水而发生崩散解体的性能，称崩解性。 原因：由于土浸水后，水进入孔隙或裂隙情况不平衡， 因而引起粒间结合水膜增厚的速度不同，以致粒间斥 力超过吸力的情况也不平衡，产生应力集中，使土体 沿斥力超过吸力的最大面崩落下来。 表示方法： 崩解时间：边长

7、为5cm的立方体土样，在水中完全崩 解所需的时间，时间短的其崩解性强，反之则弱。 崩解速度：通常用土样在崩解过程中重量损失和原土 样重量之比与时间的关系，来表示崩解速度。 崩解特征：各种现象。如崩解成散粒状、鳞片状、块 状等。 影响因素：矿物成分、粒度成分、水溶液浓度、PH值 及土的结构 三 土的透水性和毛管性 一、土的透水性一、土的透水性 定义：水在土孔隙中渗透流动的性能，为土的透水性。 1、粗粒土孔隙大、连通性好，水在其流动一般呈层 流状态，服从达西定律。 2、巨粒土中孔隙粗大，地下水流动呈紊流形式，服 从哲才定律。 3、细粒土的透水规律：V=K(I-I0) I0-起始水 力坡度 砂土中渗

8、透系数与水力坡度呈直线关系，粘性土中则呈 曲线关系。是因为它的孔隙中充满着结合水，而结合水 具有抗剪强度，对渗透产生阻力，只有当水力坡度能克 服土中结合水的阻力时，渗透才能发生。粘性土的渗透 系数K值是随着水力坡度变化的。 4、影响土的透水性的主要因素 粒度成分：对粗碎屑土及砂土影响较大 矿物成分：浑圆石英尖角石英长石云母 土中气体：减小土的有效孔隙，增大水的 粘滞性，造成局部水头损失。 土的密实程度：实而孔多，密而孔少。 还与水溶液的成分及浓度、胶体性质、土的构造等有关。 二、土的毛细性二、土的毛细性 1、土的毛细性：水通过土的毛细孔隙在弯液面力作 用下向各个方向运动的性能。水在毛细孔隙中运动现 象称毛细现象。 2、土中毛细水上升的最大高度称毛细水上升高度。 据毛细定律，毛细水上升的高度与水的表面张力成正 比，与毛细管直径成反比。 Hc=0.4aW/(Wg*D) 常温下, aW =73*10-3N/m， 3=1g/cm3 3、Hc=0.03/D 研究Hc对细沙土和粉土意义较大 4、影响土毛细性的因素 土的粒度成分；矿物成分；水溶液化学成分和浓度 此外，气候变化、蒸发量、气温变化等，均对土的 毛细性有一定的影响。 思考题 1. 土的物理性质、天然密度、干