土的工程性质及分类.ppt

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2、 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,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,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。,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

3、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；,1、土的结构,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0.02mm0.002mm)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。,1、土的结构, 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

4、，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：,1、土的结构,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

5、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。,演示文档标题,演示文档内容,1、土的结构,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。,2、土的构造,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

6、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。,2、土的构造,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。,1、 压缩性高,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（81

7、6）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、 强度低,3、 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，需高度重视。,1、 搬运、沉积条件,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、 沉积年代,3、 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，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。,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

8、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，

9、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。,1、土粒的矿物成分,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d0.005mm,肉眼看不清，电子显微镜下为鳞片状。,粘土矿物的微观结构，由两种原子层(晶片)构成：一种是

10、由Si-O四面体构成的硅氧晶片；另一种是由Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片。,1、土粒的矿物成分,次生矿物,粘土矿物的微观结构，由两种原子层(晶片)构成：一种是由Si-O四面体构成的硅氧晶片；另一种是由Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片。,因这种晶片结合的情况不同，粘土矿物可分为下列三种：,1、土粒的矿物成分,次生矿物,蒙脱石两结构单元之间没有氢键，相互的联结弱，水分子可以进入两晶胞之间。因此，蒙脱石的亲水性最大，具有剧烈的胀缩性。,伊利石又称水云母，Si-O四面体中的Si为Al，Fe所取代，损失的原子价由阳离子钾补偿。因此，晶格层组之间具有结合力，亲水性低于蒙脱石。,高岭石晶胞之间有氢键，相互

11、联结力较强，晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入。因此，高岭石的亲水性最小。,次生矿物除粘土矿物外，还有次生二氧化硅与难溶盐等。,1、土粒的矿物成分,腐植质,如土中腐植质含量多，使土的压缩性增大。对有机质含量超过3%5%的土应予注明，不宜作为填筑材料。,2、土颗粒的大小与形状,自然界中土颗粒的大小相差悬殊，例如，巨粒土漂石，粒径d200mm，细粒土粘粒d0.005mm，两者粒径相差超过4万倍。,颗粒大小不同的土，它们的工程性质也各异。 例如颗粒粗大的卵石、砾石和砂，大多数为浑圆和棱角状的石英颗粒，具有较大的透水性而无粘性；颗粒细小的粘粒，则属针状或片状的粘土矿物，具有粘滞性而透水性较低。由于

12、土颗粒粒径大小的量变会引起土在性质上的质变，因此工程上把土在性质上表现出明显差异的界限粒径(粒组与粒组之间的分界尺寸)作为划分粒组的依据。所谓粒组就是指相邻两界限粒径之间性质相近的土粒。,2、土颗粒的大小与形状,为便于研究，把土的粒径按性质相近的原则划分为6个粒组：,漂石(块石) 粒径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。,3、土的粒径级配,自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒

13、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d0.075mm的土。,颗粒分析试验成果可用表或粒径级配曲线表示。,3、土的粒径级配,用粒径级配曲线表示试样颗粒组成情况是一种比较完善的方法，它能表示土的粒径分布和级配。纵坐标表示小于某粒径的土的含量(以质量的百分比表示)，横坐标表示粒径。由于土的

14、粒径相差悬殊，采用对数表示，可以把粒径相差几千、几万倍的颗粒的含量表达得更清楚一些。,3、土的粒径级配,由曲线的坡度陡缓可大致判断土的均匀程度。如曲线较陡，则表示颗粒大小相差不多，土粒较均匀；反之，曲线平缓，则表示粒径相差悬殊，土粒级配良好。,粒径级配曲线上：纵坐标为10%所对应的粒径d10称为有效粒径；60%对应的粒径d60称为限定粒径；d60与d10的比值称为不均匀系数Cu,即 Cu= d60 /d10 （2.1）,不均匀系数Cu为表示土的颗粒组成的重要特征。当Cu很小时曲线很陡，表示土均匀；当Cu很大时曲线平缓，表示土的级配良好。,Cu= d60 /d10 (2.1),3、土的粒径级配,

15、曲率系数Cc为表示土颗粒组成的又一特征。,一般按经验把Cu5的土看作是均粒土，属级配不良；Cu10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),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.,1、结合水,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

16、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。,1、结合水,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，

17、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。,2、自由水,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

18、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56m，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。,2、自由水,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

19、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。,3、气态水,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、固态水,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：,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、自由气体,2、封闭气泡,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

20、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

21、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。,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。,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、土的密度和土的重力密度,表达式,(2.3),常见值(1.62.2)g/cm3，(1622)kN/m3,

22、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。,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、土粒比重Gs(ds),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。,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、土的含水量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

23、铁锅炒干法,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、土的孔隙比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。,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、土的孔隙度(孔隙率)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。,物理意义土的饱和度表示水在孔隙中的充满的程度。,1、含水量w,表达式,(2.8),常见值 Sr=01。,确定方法 根据、

24、Gs与W实测值计算而得。,2、土的饱和度Sr,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,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、土的干密度d和土的干重度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

25、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。,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、土的饱和密度sat和饱和重度sat,表达式,常见值 sat =（1.82.3）g/cm3, sat=（1823）kN/m3,(2.10),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、有效密度

26、(浮密度)和有效重度(浮重度),表达式,常见值 =（0.81.3）g/cm3, =（813）kN/m3,satd satd w1g/cm3 w10KN/m3 g10m/s2,(2.11),4、各密度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。,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=0.1

27、8ms 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,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/V1.53

28、g/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/m3,1、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：,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),(5),(6),(7),(8),砂土、碎石土统称

29、为无粘性土，均为单粒结构，它们最主要的物理状态指标为密实度。无粘性土的密实度对其工程性质有重要的影响。,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。,工程中以什么作为划分密实度的标准呢？,1、用孔隙比e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。,1、用孔隙比e为标准,优点 用一个e即可判别砂土的密实度，应用方

30、便。同一种土，密砂的孔隙比e1,松砂的孔隙比e2,则必然e1e2.,缺点： 用一个指标e,无法反映土的粒径级配因素。例如，两种级配不同的砂，一种颗粒均匀的密砂，其孔隙比为e1，另一种级配良好的松砂，孔隙比为e2，结果e1e2,即密砂孔隙比反而大于松砂的孔隙比。,2、用相对密度Dr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

31、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),2、用相对密度Dr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。,3、以标准贯入试验锤击数N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 N

32、10 稍密 10N15 中密 15N30 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、碎石土的密实度,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，d0.005mm，细土粒周围形成

33、电场，电分子力吸引水分子定向排列，形成粘结水膜。土粒与土中水作用很显著，关系极密切。 例如，同一种粘性土，当w小时，土呈半固体坚硬状态；当w适当增加，土粒间距离加大，土呈现可塑状态；如w再增加，土中出现较多的自由水时，粘性土变成液体流动状态。如图2.10所示。,粘性土随着w不断增加，土的状态变化为固态半固态可塑状态液体状态，相应的f0450KPaf045kPa，也即f0相差10倍以上。,由此可见，粘性土最主要的物理特征并非e、Dr，而是土粒与土中水相互作用产生的稠度（即软硬程度） 粘性土的稠度，反映土粒之间的连结强度随着含水量高低而变化的性质。粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为界

34、限含水量。界限含水量对粘性土的分类及其工程性质的评价有着十分重要的意义。,当土处于固态和半固态时，土较坚硬，统称坚硬状态。半固态与固态的区别在于：半固态时随着土中水的蒸发，土的体积缩小，而固态时尽管土中水继续蒸发，但土体积已不再缩小。,定义粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量称为液限wL。,1、液限wL(%),测定方法,锥式液限仪76克圆锥体，若约经15秒锥体进入土中10mm,此时的含水量为液限。,碟式液限仪将碟子抬高10mm，连续下落25次，如土槽合拢长度为13mm,此时的含水量为液限。,定义粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水量称为塑限wP,2、塑限wP(%),测定方法,滚搓法,液、塑限联合测

35、定法,制备3个不同含水量的试样，测定圆锥仪在5秒时的下沉深度，测定此时的含水量，在双对数坐标纸上绘出圆锥下沉深度和含水量的关系直线。深度10mm，对应的含水量为液限，2mm对应的含水量为塑限。,定义粘性土呈半固态与固态之间的分界含水量称为缩限wS。,3、缩限wS(%),测定方法,用收缩皿法，用收缩皿或环刀盛满含水量为液限的试样，放在室内逐渐晾干，至试样的颜色变淡时，放入烘箱中烘至恒重，测定烘干后收缩体积和干土重，从而求得缩限。,定义粘性土与粉土的液限与塑限的差值，去掉百分数，称塑性指数，记为IP。,4、塑性指数IP,测定方法,细颗粒土体处于可塑状态下，含水量变化的最大距间。一种土的wL与wP之

36、间的范围大，即IP大，表明该土能吸附结合水多，但仍处于可塑状态，亦即该土粘粒含量高或矿物成分吸水能力强。,IP（wL-wP）100 (2.13) 例，某土样wL=32.6%,wP=15.4%，则IP17.2，而非17.2%,IP（wL-wP）100 (2.13),工程应用,用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。,定义粘性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值和液限与塑限差值之比，称液性指数，记为IL。即：,5、液性指数IL,物理意义 液性指数又称相对稠度，是将土的天然含水量w与wL及wP相比较，以表明w是靠近wL还是靠近wP，反映土的软硬不同。,工程应用 据液性指数IL大小不同,可将粘性土分

37、为5 种软硬不同的状态。,(2.14),坚硬 IL0 硬塑 0 IL0.25 可塑 0.25IL0.75 软塑 0.75IL1.0 流塑 IL1.0,5、液性指数IL,工程应用,(2.14),IL01之间为塑态，分为4等分，靠近坚硬的为硬塑，靠近流塑的为软塑，中间的为可塑状态。,当wwL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wwP时,公式（2.14）分子为负值，IL0，土呈坚硬状态。,定义粘性土的塑性指数与土中胶粒（d0.002mm的颗粒）含量百分数的比值。称为活动度A，即：,6、活动度A,物理

38、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：,式中 m土中胶粒（d0.002mm）含量百分数。,(2.15),A1.25 活动粘土,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、灵敏度St,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 q

39、u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),7、灵敏度St,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。,1、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

40、定名，是十分必要的。,2、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。,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fr30Mpa者，为软质岩石，如页岩、粘土岩等。,2、分类,按风化程度分 微风化岩质新鲜，表面稍有风化迹象。 中等

41、风化结构和构造层理清晰，岩体被节理、裂隙分割成块状（20cm50mm），裂隙中充填少量风化物。锤击声脆，且不易击碎。用镐难挖掘，岩心钻方可钻进。 强风化结构和构造层理不甚清晰，矿物成分已显著变化。岩体被节理、裂隙分割成碎石状（2cm20cm）,碎石用手可以折断。用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进。,3、工程性质,微风化的硬质岩石，为最优良的地基。 强风化的软质岩石工程性质差，这类地基的承载力不如一般卵石地基的承载力高。,1、定义土的粒径d2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土。,2、分类依据根据土的粒径级配中各粒组的含量和颗粒形状两者进行分类定名。,常见的碎石土，强度大，压缩性小，渗透性大，为

42、优良地基。,3、定名,4、工程性质,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、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、中砂为优良地基；稍密状态的砾砂、粗砂、中砂为良好地基。 粉砂与细砂要具体分析：密实状态时为良好地基；饱和疏松状态时为不良地基。,3、定名按土的粒径由大到小分为5种砂土，即砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂，见表2.4。,4、工程性质,1、定义塑性指数IP10，且d0.075mm的颗粒含量不超过总质量50%的土称为粉土。,2、定名其工程性质介于砂土与粘性土之间，新列为一大类。 若干省市的规范中，将粉土细分为砂质粉土与粘质粉土两种。如北京市标准：IP7，称为砂质粉土，7IP10，称为粘质粉土,3、密实度粉土的密实度以孔隙比有关，一般e0.9时，为稍密，强度较低，属软弱地基；0.90e0.75，为中密；e0.75，为密实，其强度高，属良好的天然地基。,4、工程性质 密实的粉土为