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土质学与土力学课件系列第一章土的物理性质及工程分类

主要内容?土的三相组成?土的颗粒特征?土的结构?土作为三相体的比例指标?粘性土的界限?砂土的密实度

第一节土的三相组成土由固相、液相和气相三相组成，物质成分非常复杂。?固相：土的固相物质分无机矿物颗粒及有机质，它们组成土的骨架。其固体颗粒的详细组成如下图所示。

石英长石原生矿物次生矿物云母∶矿物质有机质粘土矿物固体成份FeO23AlO23SiO2碳酸盐

有机质主要是腐殖质矿物，其次是动植物残骸体及有机残余物。?液相:土的液相是土孔隙中存在的水，一般看成中性，无色、无味、无臭，实质上土中水溶液是成分复杂的电解质水溶液。在土中水以HO分子形式存在如下图所示。2强结合水结合水弱结合水土中的水毛细水自由水重力水

当土粒与水相互作用时，土粒会吸附一部分水分子，在土粒表面形成一定厚度的水膜，由于受表面引力作用，而不服从静水力学规律，结合水的密度，粘滞度均比一般正常水为高，冰点比O℃低。在结合水膜以外的水，为正常的液态水溶液，它受重力的控制而流动，能传递静水压力，为自由水。自由水又分为毛细水和重力水。毛细水除受重力作用外，还受毛细表面张力引起的毛细作用支配，毛细水上升的高度取决于毛细管的直径，毛细水对公路路基的干湿状态及冻害有重要影响。重力水为只受重力控制的自由水，它不受表面张力的影响，它在重力或压力差作用下会在土中渗透。除了以上介绍的水的状态外，还可能有气态水，即呈蒸汽态水，以及固态水，即冰态的水。

?气相:土的气相是孔隙中存在空气，主要有CO2、O2、N2，其存在形式分为连通和不连通，不连通的对工程的影响比较大，属非饱和土力学的研究范围，是目前正在研究的热点内容。

第二节土的颗粒特征一、土粒大小及粒组划分土粒大小是描述土的最直观和最简单的标准。对于立方体和浑圆球体的土粒，可直接量测，立方体的边长或圆柱体的直径，来描述土粒的大小。常用的分析方法有两种，对于大于0.075mm的土粒常采用筛分析方法，而对于小于0.075mm的土粒则用沉降分析方法。沉降分析的方法：土粒大小即相当与实际土粒有相同沉降速度的理想圆球体的直径。天然土体土粒大小变化很大，1×10-6mm~几米大小。土料的大小称为粒度，把大小相近的土粒合并成一组，称粒组，分界线是人为确定的。我国采用粗粒组划分办法，分为六大粒组，其分界粒径为200，20，2，1/20，1/200mm，根据需要再划分为若干亚组。划分粒组有两种方式：

?任意划分的方式，即按一定比例递减关系划分粒组的界限值。?考虑土粒性质变化的方式，使划分的粒组界限值与粒组性质的变化相适应。二、粒度成分及其表示方法土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（%），它可用来描述土的各种不同粒径土粒的分布特征。常用的粒度成分的表示方法有表格法（如表1-1）、累计曲线（图1-4）及三角形坐标法。

土的粒度成分表1-1粒组（mm）粒度成分（以百分计）土样a土样b25.020.012.38.0土样c10～55～23.12～16.01～0.514.441.526.09.00.5～0.250.25～0.100.10～0.050.05～0.010.01～0.0050.005～0.002＜0.0026.24.98.04.614.437.611.118.910.08.14.25.21.5

图1-4

图1-5

根据粒径级配曲线可以得到以下指标?平均粒径d：通过率是50%时的粒径。它表示了试料中粒50径大小的中间值,所以,称为平均粒径。?有效粒径d：通过率是10%时的粒径，是试料中所含细粒10土大小程度的指标。通过该指标可知固结至某种程度的土的孔隙中，比土粒平均粒径d小的细粒土的大小程度，所50以d可用于推定含砂量较多的土的渗透系数[表示土中水流10过的难易程度的系数]。同理，可得d和d见图1-5。3060?不均匀系数C：uCu=d/d6010

该指标表示了颗粒累积曲线的倾斜度，C值大，叫做级配u良好，C值小叫做级配不良。级配良好的土，土颗粒大小u相间，在压实的时候容易压实，所以叫做极配良好。乒乓球的不均匀系数C=1，是级配最差的例子。u?曲率系数Cc:C=(d*d)/(d*d)c30301060该值表示了累积曲线的平滑程度，C值接近于1，曲线平c滑，表示土中含有大小不同的土颗粒。通常C≥10，uC=1—3的土是级配良好的土。c

三角形坐标法是由等边三角形组成，几何上已知三角形内一点，到三个边的距离之和为一常数，即h+h+h=H,其中，123h——粘土颗粒的含量1h——砂土颗粒的含量2h——粉土颗粒的含量3根据该点在三角形的位置，确定土的名称、性质。

三、粒度成分分析方法土的颗粒级配由颗粒级配实验求出。在颗