1.2土的物理性质指标与测定.doc

第1章 土的性质及工程分类 本章学习目标 了解土的三相组成和土的结构对土工程性质的影响。 了解土的渗透性。 掌握土的物理性质指标和物理状态指标，能进行土的工程分类。 1.1 土的三相组成与结构 土是由岩石经风化(物理风化、化学风化、生物风化)生成的松散堆积物。它的物质成分包括构成土骨架的固体颗粒及填充在孔隙中的水和气体。一般情况下，土是由固体颗粒(固相)、水(液相)和气体(气相)所组成的，故称为三相体系。但在特殊条件下，土可能由二相组成，如干土(固体+气体)和饱和土(固体+液体)。土中的三相比例不同，土的物理状态和工程性质也随之各异。因此，要研究土的工程性质就必须了解土的组成与结构。 1.1.1 土的固体颗粒 土的固体颗粒是土的三相组成中的骨架，是决定土的工程性质的主要因素。它的矿物成分、颗粒大小、形状与级配是影响土的物理性质的重要因素。 1. 土的矿物成分 土粒中的矿物成分分为以下两类。 1) 原生矿物 由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同，这种矿物称为原生矿物。常见的原生矿物有石英、长石、云母等，它们的性质较稳定。碎石土和砂土主要由原生矿物组成。 2) 次生矿物 水溶液、大气及有机物的化学作用或生物化学作用不仅破坏了岩石的结构，而且使其生成一种很细小的新的矿物，这种矿物称为次生矿物，其主要是黏土矿物。常见的黏土矿物有蒙脱石、伊利石和高岭石三种。由于黏土矿物颗粒很细(粒径d0.005mm)，颗粒的比表面积(单位体积或单位质量的颗粒的总表面积)很大，所以颗粒表面具有很强的与水作用的能力。土中含黏土矿物越多，则土的黏性、塑性和膨胀性也越大。 2. 土的颗粒大小、形状与级配 1) 粒组划分 土颗粒的大小与土的性质有密切关系。土的粒径发生变化，其主要性质也相应发生变化。例如，土的粒径从大到小，则可塑性从无到有，黏性从无到有，透水性从大到小。工程上将各种不同的土颗粒按性质相近的原则划分为若干组，称为粒组。按照《土的工程分类标准》(GB/T 50145—2007)，土粒粒组的划分见表1.1。 表1.1 土粒粒组的划分 粒 组 颗粒名称 粒径范围/mm 一般特征 巨粒 漂石或块石 200 透水性大，无黏性，无毛细水 卵石或碎石 60(20)～200 透水性大，无黏性，无毛细水 粗粒 砾粒 (圆砾或角砾) 2～60(20) 透水性大，无黏性，毛细水上升高度不超过粒径 砂粒 0.075～2 易透水，当混入云母等杂物时透水性减小，而压缩性增加；无黏性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大 细粒 粉粒 0.005～0.075 透水性小；湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干时稍收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象 黏粒 0.005 透水性很小；湿时有黏性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，且速度较慢 注：表中( )内数字取自《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001) (2009年版)中“3.3土的分类与鉴定”。 2) 颗粒级配 自然界中的天然土往往由多个粒组组成。土的颗粒有粗有细，土粒的大小及组成情况通常以各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总质量的百分数)来表示，称为土的颗粒级配。颗粒级配分析方法，可通过颗粒分析试验得到。工程上常采用筛析法和密度计法两种试验。筛析法适用于粒径d0.075mm且d≤60mm的土。试验时将风干、分散的试样放入一套从上到下、筛孔由粗到细排列的标准分析筛(筛孔直径分别为60mm，40mm，20mm，10mm，5mm，2.0mm，1mm，0.5mm，0.25mm，0.075mm)进行筛分，称出留在各个筛孔上的颗粒重量，便可计得相应的各粒组的相对含量。密度计法适用于粒径d0.075mm的土，该法根据土粒的直径不同，在水中沉降速度也不同的关系测得(详见《土工试验方法标准》(GB/T 50123—1999))。 根据土的颗粒分析试验结果，绘制土的颗粒级配曲线，如图1.1所示，纵坐标表示小于(或大于)某粒径的土重含量百分比，横坐标表示粒径(宜用对数坐标)。 如曲线平缓，表示粒径相差悬殊，粒径不均匀，较大颗粒间的孔隙被较小的颗粒所填充，土的密实度较好，称为级配良好的土；反之，曲线很陡，表示粒径均匀，即级配不好。 工程上常用不均匀系数和曲率系数两个指标定量反映土的级配特征。  图1.1 颗粒级配曲线 不均匀系数： (1-1) 曲率系数： ? (1-2) 式中：——有效粒径，表示小于某粒径的土粒质量占土总质量为10%时的粒径； ——限制粒径，表示小于某粒