土建知识第二章.doc

土的物理性质及工程分类 2．1．1 土的生成 2．1 土的生成与特性 前面已经阐明土是由岩石，经物理化学风化、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，风化作用有下列三种： (1)物理风化 岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，发生不均匀膨胀 缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化作用，只改变颗粒的大小与形状， 不改变原来的矿物成分，称为物理风化。 由物理风化生成的土为粗粒土，如块碎石、砾石和砂土等，这种土总称无 粘性土。 (2)化学风化 岩石的碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质相接触时，逐渐发生化学变化， 原来组成矿物的成分发生了改变，产生一种新的成分——次生矿物。这类风 化称为化学风化。 经化学风化生成的土为细粒土，具有粘结力，如粘土与粉质粘土，。总称 粘性土。 (3)生物风化 由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化，例如：长在岩石缝隙 中的树，因树根伸展使岩石缝隙扩展开裂。而人们开采矿山、石材，修铁路打 隧道，劈山修公路等活动形成的土，其矿物成分没有变化。 2．1．2 土的结构和构造 1．土的结构 1)定义 土颗粒之间的相互排列和联结形式称为土的结构。 2)种类 土的结构分为下列三种： (1)单粒结构 凡粗颗粒土(如卵石和砂土等)，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，如图2．1(a)所示。 (2)蜂窝结构 当土颗粒较细(粒径在0．O 2 mm以下)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．如图2．1(b)所示。 (3)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O．00 5 mm)在水中长期悬浮，这种土粒在水中运动．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状，称为絮状结构。因小链环中已有孔隙，大链环中又有更大孔隙，形象地称为二级蜂窝结构，此种絮状结构在海积粘土中常见，如图2．1(c)所示。 图2．1 土的结构 3)工程性质 以上三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可以用作天然地基。 2．土的构造 1)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。 2)种类 士的构造常见的有下列几种： （1）层状构造 (2)分散构造 土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵自层为分散构造。 (3)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，均属结构状构造。 (4)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。 3)工程性质 通常分散构造的工程性质最好。结核状构造工程性质好坏取决于细粒土部分。裂隙状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质差。 2．1．3 土的工程特性 土与其他连续介质的建筑材料相比，具有下列三个显著的工程特性： (1)压缩性高 反映材料压缩性高低的指标弹性模量E(土称变形模量)，随着材料性质不同而有极大的差别，例如： 钢材 E1=2．1 X 105 MPa； C20混凝土 E2=2．6 X104MPa； 卵石 E3=40～5 0 MPa； 饱和细砂 E4=8～16 MPa。 由此可知：E1≥4200E3，E2﹥ 1600 E4。 当应力数值相同，材料厚度一样时，卵石的压缩性为钢材压缩性的数千倍；饱和细砂的压缩性为C2 0混凝土的压缩性的数千倍，这足以证明土的压缩性极高。软塑或流塑状态的粘性土往往比饱和细砂的压缩性还要高很多。 (2)强度低 土的强度特指抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。 无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦；粘性土的强度除摩擦力外，还有粘聚力。无论摩擦力还是粘聚力，均远远小于建筑材料本身的强度，因此，土的强度比其他建筑材料(如钢材、混凝土等)都低得多。 (3)透水性大 材料的透水性可以用实验来说明：将一小杯水倒在木板上可以保留很长时问，说明木材透水性小。如将水倒在混凝土地板上，也可保留一段时间。若将水倒在室外土地上，则发现水很快不见了，这是由于土体中固体矿物颗粒之间具有许多透水的孔隙。因此土的透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗颗粒的卵石