土的物理性質(zhì)和壓實(shí)機(jī)理

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1、第一章土的物理性質(zhì)和壓實(shí)機(jī)理土的物理性質(zhì)是土的最基本的性質(zhì)，隨著土的組成的不同和三項(xiàng)比例指標(biāo)的不同，土表現(xiàn)出不同的物理性質(zhì)，比如：土的干濕、輕重、松密和軟硬等。而土的這些物理性質(zhì)某種程度上又確定了土的工程性質(zhì)。比如：松散、濕軟地層，土的強(qiáng)度低、壓縮性大；反之，強(qiáng)度大、地基承載力高、壓縮性??；土顆粒大（無粘性土），地層的滲透性大，地基穩(wěn)定性好、承載力大；土顆粒細(xì)（粘性土），則地層的滲透性小，地基穩(wěn)定性差；土顆粒大小不均勻（級配好）則土在動荷載作用下，易于壓實(shí)。因此，本章詳細(xì)介紹了構(gòu)成土的形成和組成，定性、定量地描述土的物質(zhì)組成以及密實(shí)性對工

2、程性質(zhì)的影響。其中主要包括土的三相組成分析、土的三相比例指標(biāo)的定義、粘性土的界限含水量、砂土的密實(shí)度、常規(guī)土工實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法、地基土的工程分類方法和土的壓實(shí)特性等。這些內(nèi)容是學(xué)習(xí)土力學(xué)所必需的基本知識，是評價(jià)土的工程性質(zhì)、分析與解決土的工程技術(shù)問題的基礎(chǔ)。1.1土的形成及顆粒特征一土的形成地球表面的整體巖石，在大氣中經(jīng)受長期的風(fēng)化、剝蝕后形成形狀不同、大小不一的顆粒，這些顆粒在不同的自然環(huán)境下的堆積，或經(jīng)搬運(yùn)和沉積而形成的沉積物，當(dāng)沉積年代不長，即沉積顆粒在壓緊硬結(jié)成巖石之前的一種松散物質(zhì)，即形成了土。土的是一種集合體。土粒之間的孔隙中包

3、含著水和氣體，因此，土是一種三相體。巖石和土在不同的風(fēng)化作用下形成不同性質(zhì)的土。風(fēng)化作用主要有物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。(1)物理風(fēng)化：巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度的變化，不均勻的膨脹與收縮破碎，或者運(yùn)動過程中因碰撞和摩擦破碎。只改變顆粒的大小和形狀，不改變礦物顆粒的成分稱為物理風(fēng)化。只經(jīng)過物理風(fēng)化形成的土是無粘性土，一般也稱為原生礦物。(2)化學(xué)風(fēng)化：母巖表面破碎的顆粒受環(huán)境因素的作用而產(chǎn)生一系列的化學(xué)變化，改變了原來礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物——次生礦物。經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的土為細(xì)粒土，具有粘結(jié)力，成分最主要是粘土顆粒以

4、及大量的可溶性鹽類。(3)生物風(fēng)化：由植物、動物和人類活動對巖體的破壞稱生物風(fēng)化。其礦物成分沒有發(fā)生變化。二土的三相組成土是由固體、液體、氣體三部分組成的三相體系。固體部分為土粒，由礦物顆?；蛴袡C(jī)質(zhì)組成，構(gòu)成土的骨架。骨架間有許多孔隙，可為水和氣所填充。這三個(gè)-1-組成部分本身的性質(zhì)以及它們之間的比例關(guān)系和相互作用決定土的物理性質(zhì)。土的三相組成比例并不是恒定的，它隨著環(huán)境的變化而變化。土的三相組成比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異，例如：固體＋氣體（液體＝0）為干土。此時(shí)粘土呈堅(jiān)硬狀態(tài)，砂土呈松散狀態(tài)。固體+氣體＋液體為濕土，是一種非

5、飽和土，此時(shí)粘土多為可塑狀態(tài)。固體＋液體（氣體＝0）為飽和土。此時(shí)粉細(xì)砂或粉土遇強(qiáng)烈地震，可能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞；粘土地基受建筑荷載作用發(fā)生沉降需十幾年才能穩(wěn)定。(一)固體礦物顆粒土的固體礦物顆粒是土的三相組成中的主體是決定土的工程性質(zhì)的主要成分。固體礦物顆粒的礦物成分、大小、形狀和組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的主要因素。1.土粒的成分土粒的礦物成分可分為原生礦物和次生礦物。一般粗顆粒的礫石、砂等都是由原生礦物構(gòu)成。成分與母巖相同，性質(zhì)比較穩(wěn)定，由其工程性質(zhì)表現(xiàn)為無粘性、透水性較大、壓縮性較低，常見的如石英、長石和云母等。次生礦

6、物主要是粘土礦物，其成分與母巖完全不同。其性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的親水性，遇水易膨脹。常見的粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石。其物理性質(zhì)見表1.1。表1.1主要粘土礦物的物理性質(zhì)直徑厚度比表面積液限塑性指數(shù)粘土礦物形狀2μmm/gWlIp30A°150～700100～650蒙脫石薄片狀0.1～1800200～300A°100～12050～65伊利石板狀0.1～2800.05～2μm5020高嶺石六角形板狀0.3～415圖1.2、1.3分別表示粘土礦物晶片結(jié)構(gòu)及常見粘土的基本構(gòu)造單元（晶胞）和晶體構(gòu)造。由圖可知，蒙脫石結(jié)構(gòu)單元連接較弱，親水

7、性最大，具有較強(qiáng)的吸水膨脹和失水收縮的特性。伊利石親水性低于蒙脫石。高嶺石結(jié)構(gòu)單元的相互聯(lián)結(jié)力較強(qiáng)，水分子不能進(jìn)入。因此高嶺石的親水性最小2.顆粒級配顆粒的大小通常用粒徑來表示。土粒的粒徑變化時(shí)，土的性質(zhì)也相應(yīng)地發(fā)生變化。工程上將各種不同的土粒，按粒徑范圍的大小分組，即某一級粒徑的變化范圍，稱為粒組。土的各粒組的相對含量就稱為土的顆粒級配。常用的土的顆粒級配的表示方法有表格法、級配曲線法和三角坐標(biāo)法。1）表格法：是以列表形式直接表達(dá)各粒組情況。詳見表1.4表1.4土粒粒組劃分粒組名稱粒徑范圍／mm一般特征-2-漂石、塊石顆粒>200透水性

8、很大，無粘性，無毛細(xì)水卵石、碎石顆粒200～20粗20～10透水性大，無粘性，毛細(xì)水上升高度圓礫、角礫顆不超過粒徑大小中10～5粒細(xì)5～2易透水，當(dāng)混有云母等雜質(zhì)時(shí)透水性粗2～0.5減小，而壓