土的物理性质与工程分类.doc

土的物理性质与工程分类第二章土的物理性质与工程分类自然界中土的性质是千变万化的, 在工程实际中具有意义的往往是固、液、气三相的比例关系, 相互作用以及在外力作用下所表现出来的一系列性质。土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液二相相互作用表现出来的性质。前者称为土的基本物理性质, 主要研究土的密实程度和干湿状况; 后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及透水性等。土的物理性质在一定程度上决定了它的力学性质,其指标在工程计算中常被直接应用。土的工程分类是岩土工程学中重要的基础理论课题。对种类繁多、性质各异的土, 按一定的原则, 进行分门别类, 给出合适的名称, 可以概略评价土的工程性质。第一节土的基本物理性质土的三相组成实际上是混合分布的, 为了使三相比例关系形象化和阐述方便,将它们分别集中起来画出土的三相示意图(图 2-1 )。图 2-1 土的三相示意图 V- 土的总体积, cm3 ; m- 土的总质量, g; Vs- 土中固体颗粒实体的体积, cm3 ; ms- 土的固体颗粒质量, g; Vv- 土中孔隙体积, cm3 ; mw- 土中液体的质量, g; Vw- 土中液体的体积, cm3 ; ma- 土中空气的质量,( ma=0 ); Va- 土中气体的体积, cm3 。一、土粒密度土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比,即单位体积土粒的质量。( g/cm3 ) ( 2-1 ) 土粒密度大小决定于土粒的矿物成分, 与土的孔隙大小和含水多少无关,它的数值一般在 ~ 之间(表 2-1 )。一情况下, 随有机质含量增多而减小, 随铁镁质矿物增多而增大。它是土中各种矿物密度的加权平均值。表 2-1 各种主要类型土的土粒密度土的种类砾类土砂类土粉土粉质粘土粘土土粒密度( g/cm3 ) 常见值 ~ ~ ~ ~ ~ 平均值 土粒度密度是实测指标, 可在实验室内直接测定。该指标一方面可以间接地说明土中矿物成分特征,另一方面主要用来计算其他指标。二、土的密度与重度土的密度是指土的总质量与总体积之比, 即单位体积土的质量, 其单位是 g/cm3 , 根据土所处的状态不同, 土的密度可分为如下几种情况: (一)天然密度天然状态下单位体积土的质量,称天然密度,即: ( g/cm3 ) ( 2-2 ) 天然密度的大小取决于矿物成分、孔隙大小和含水情况, 综合反映了土的物质组成和结构特征。土越密实, 含水量越高, 则天然密度就越大,反之就越小。由于自然界土的松密程度与含水量变化较大, 故天然密度变化较大,一般值为 ~ ,小于土粒密度值, 它是一个实测指标。(二)干密度土的孔隙中完全没有水时的密度, 称土的干密度, 指单位体积干土的质量,即( g/cm3 )( 2-3 ) 干密度与土中含水多少无关, 只取决于土的矿物成分和孔隙性。对于某一种土来说, 矿物成分是固定的, 土的密度大小只取决土的孔隙性, 所以干密度能说明土的密实程度。其值越大越密实,反之越疏松。干密度可以实测,但一般用其他指标计算求得,土的干密度一般在 ~ 之间。(三)饱和密度土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度,是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量,即( g/cm3 )( 2-4 ) 式中:为水的密度( g/cm3 ),常近似取 。工程实际中, 常将土的密度换算成土的重度(), 重度等于密度乘以重力加速度 g,即( kN/m3 )( 2-5 ) 式中的重力加速度常近似取 10m/s2, 当= ,则=10kN/m3 。与天然密度、干密度、饱和密度对应的重度分别称之为天然重度()、干重度()及饱和重度( )。另外,处于地下水位以下的土层,如果土层是透水的,此时土受水的浮力作用,土的实际重量将减小,那么这种处于地水位以下的有效重度常特称为土的浮重度( ′)即( kN/m3 )( 2-6 ) 浮重度等于土的饱和重度减去水的重度(),即: ( 2-7 ) 对于同一种土来讲, 土的天然重度、干重度、饱和重度、浮重度在数值上有如下关系: 三、土的含水性土的含水性指土中含水情况, 说明土的干湿程度, 有含水量与饱和度两个指标。(一) 含水量土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比, 以百分数表示, 又称土的含水率。( 2-8 ) 一般所说的含水量指的是天然含水量, 土的含水量由于土层所处自然条件( 如水的补给、气候、离地下水位的距离等), 土层的结构构造(松密程度) 以及沉积历史等的不同, 其数值相差较大。如近代沉积的三角洲软粘土或湖相粘土,含水量可达 100