- 1 -土的类型及其特征岩石经过风化、剥蚀、沉积等过程后，所形成的各种疏松沉积物，在建筑工程上称之为“土” ，这是狭义的概念，广义的概念是将整体岩石包括在内。但一般都使用土的狭义概念。建筑工程中将土（岩石除外）分为几大类：碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。碎石土和砂土统称为无粘性土。土的结构：土粒或土粒集合体的大小、形状、相互排列与联接等综合特征土的结构可分为三种基本类型：单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。土的构造：同一土层中颗粒或颗粒集合体相互间的位置与充填空间的特点。土的构造大体分为：层状构造、分散构造、裂隙状构造、结核状构造。由地层中取出的土样，如能保持原有的结构及含水量不变，则称为原状土样。如土样的结构、构造已受到人为的破坏或水分发生变化，则称为扰动土或非原状土。扰动土与具有相同密度与含水量的原状土相比，其力学性质往往变坏。土的性质受结构扰动的影响而改变的特性，称为土的结构性。粘性土是具有结构性的土，而砂土和碎石土则一般不具有结构性。粘性土的结构性的强弱用灵敏度 St 来表示：S t=qu/q0qu原状土的无侧限抗压强度，即单轴受压得抗压强度（kPa）q0具有与原状土相同密度和含水量并彻底破坏其结构的重塑土的无侧限抗压强度（kPa）按灵敏度的大小，粘性土可分为：低灵敏 St=1-2 中灵敏 St=2-4 高灵敏 St4在一般情况下，土是由三相组成的：固相 矿物颗粒和有机质；液相 水溶液；气相 空气。矿物颗粒构成土的骨架，空气与水则填充骨架间的孔隙。土的性质取决于各相的特性及其相对含量与相互作用。矿物颗粒集合体的形式对土性的影响可以从颗粒级配、矿物成分等方面来看。颗粒级配：为了便于研究，将土粒按大小及性质的不同，划分成若干粒组。颗粒越小，与水的相互作用就越强烈。土中所含的各个粒组的相对含量不同，表现出来的土的性质也就不同。工程中常用粒径有筛分法（适用于粒径大于 0.074mm 的土）与 比重计法（适用于粒径小于0.074mm 的土）两种。如土中同时含有大于和小于 0.074mm 的土粒，则两种方法并用。不均匀系数 Ku=d60/d10 d60限定粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的 60% d10有效粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的 60% 工程上把 Ku10 的土看作级配良好，土中的大孔隙可为细颗粒所填充，因而适于作填方土料及混凝土工程的砂石料。土粒的矿物成分：碎石土中粗大颗粒，其矿物成分与母岩相同。砂粒主要矿物成分是原生的石英、长石、云母。粉粒则可由次生的石英、钙和镁的碳酸盐构成。粘粒则主要由粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶盐组成。粘土矿物分三大组：高岭石组、伊利石组和蒙脱石组。土中水的存在形态：固态的冰，气态的水蒸气，液态的水，矿物颗粒晶格中的结晶水。土中液态水分为：结合水（强结合水 又称 吸附水、弱结合水 又称 扩散层水） 、自由水。土中气体：土中与大气连通的气体对土的性质无影响，如为封闭气泡，则在受力时有弹性变形，卸荷后又恢复。气泡使土的压缩性增加，透水性减少。土的物理性质指标：- 2 -1.土的重度 ：土在天然状态下单位体积的重量，单位 kN/m3 或 g/cm32.土粒的相对密度 ds：土粒重量与同体积的 4时的水的重量之比3.土的含水量 ：土中水的重量与土颗粒重量的比值4.土的孔隙比 e 及孔隙率 n 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积的比值 土的孔隙率是孔隙体积与土总体积之比5.土的饱和度 Sr：土的饱和度表示土孔隙内充水的程度，即土中水的体积与孔隙体积的比值岩石和土的分类方法很多，在建筑工程中，着眼于土的工程性质（特别是强度与变形特性）及其与地质成因的关系来进行分类。 作为建筑物的地基有岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土等六类。岩石：颗粒间牢固联接，呈整体或具有节理裂隙的岩体。按坚固性，视其饱和单轴抗压强度，岩石分为硬质岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩等五类。岩石可划分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎等五个完整性等级。完整性指数为岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方，应选具代表性岩体、岩块进行测定。岩石的风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化、全风化等五个风化等级。碎石土：粒径大于 2mm 的颗粒含量超过全重 50%的土称为碎石土，根据颗粒级配及形状可分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。碎石土的密实度，可分为密实、中密、稍密和松散四种状态。砂类土：粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过全重 50%，粒径大于 0.075mm 的颗粒超过全重50%的土。砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砂土的密实度可分为松散、稍密、中密、密实。粘性土：是指塑性指数 Ip 大于 10 的土。可分为粘土、粉质粘土。粘性土的状态，分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。地基基础规范中还未一些有特殊性的粘性土下了定义，包括：淤泥及淤泥质土、红粘土、膨胀土。粉土：介于砂土与粘性土之间，塑性指数 Ip10 且粒径大于 0.075mm 的颗粒含量不超过全重 50%的土。可分为：粘质粉土 、砂质粉土。 人工填土 ：分为素填土、压实填土、杂填土、冲填土。湿陷性土：指为浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于 0.015 的土。岩石的工程特性：岩石种类繁多，工程性质极为多样。岩石的工程性质应从其坚硬性、完整性、风化程度及有无其他特殊工程性质方面进行考察。 岩石的承载力既决定于岩石强度，又取决于其风化及完整程度。坚硬岩、较硬岩、较软岩一般均属较好的地基，特别是坚硬岩与较硬岩。但最需注意的是软岩与极软岩，因为常有特殊的工程性质，如：泥岩具有很高的遇水膨胀性；片岩的各向异性特别显著；有的第三纪砂岩则遇水崩解；有的岩体开挖时很硬，暴露后逐渐崩解。岩石的坚硬程度是由岩石的成因类型和风化程度这两个因素决定的。并由岩石试件的室内饱和单轴抗压强度标准值 frk 来判定其具体类别。但 frk 代表小体积试件的强度。对完整、较完整和较破碎的岩石地基，可根据岩体的完整程度，将乘以 0.50.1 的折减系数后，作为承载力特征值采用。 对破碎与极破碎的岩石则由地区经验或直接在现场进行静载荷试验确定，这是风化与完整程度的影响均可含在静载试验结果中反映，不需单独考虑。碎石土的工程特性：碎石土的土粒粗大，其工程特性主要取决于土的密实度，而与水的关系不大。土粒本身的风化程度对其强度有影响，风化易碎的颗粒组成的土的强度与压缩性将比有坚实颗粒的土降低。孔隙中有粘性土充填物多对强度有不良影响，因为粘性土填充- 3 -物可降低大土粒间的摩擦力，增加对水的亲和性。一般碎石土在静载下抗压缩性较高，产生的沉降不大，通常可视为低压缩性土，但在动荷载（地震、机械振动等）下中等密度以下的碎石土的压缩性提高，可能产生有害的震陷。砂土的工程特性：砂土成分中缺乏粘土矿物，与水的亲和力不大，不具有粘性与可塑性。砂土结构是单粒结构。松砂的孔隙多，结构不稳定，在荷载下，特别是动荷载作用下能产生较大的沉降。中密与密室的砂土则是较好的地基，强度高而压缩性小。衡量砂土工程性质的最主要指标为砂土的密实度，确定砂土密实度的方法主要有两种，一种是直接用孔隙比 e 来划分，另一种是用土的相对密实度 Dr 来划分。砂土透水性远比粘性土高，因而是很好的含水层，如果抽取地下水，则应在砂、卵石层中抽取。饱和松砂土在振动或地震作用下，土中孔隙水压易上升，甚至使土的自重压力抵消，土粒处于失重状态，随水流动，即为液化。粘性土的特性：主要是由于土中的粘粒和胶粒与水之间的相互作用产生的。由于细小颗粒有着巨大的表面能，虽然它们在土中的总重量有时并不大（例如 3%） ，但对土的性质却起着不可忽视的影响。粒径小于 0.001mm 的颗粒在化学上叫胶体粒子，简称胶粒 。对土而言，粒径小于 0.005mm的土粒，在化学性质上已具有胶粒颗粒或者类似胶体颗粒的特性。表现于下列诸方面：颗粒表面双电层的形成、电渗与电泳、吸附现场、离子交换作用、胶粒的聚沉（凝聚） 。 粘性土的塑性：随着粘性土中水分的含量增加，粘性土可呈现出：固态、半固态、塑性状态（又分硬塑、可塑与软塑）与流塑状态。土由流动状变成塑态的界限含水量叫塑性上限含水量，简称液限；由塑态变成半固态的界限含水量叫塑性下限含水量，简称塑限；由半固态转为固态的界限含水量叫缩限。 塑性指数：液限与塑限的差值称为塑性指数（I p） ，I p=wl-wp塑性指数愈大，表示土的可塑性范围愈大，土中所能含有的结合水愈多，土与水的作用愈强烈。塑性指数是粘性土的重要土性指标，以塑性指数进行粘性土的分类。液性指数：亦陈稠度，是表示土的软硬或稀稠状况指标。I L=(w-wp)/Ip w-土的天然含水量，用绝对值，不带%土的粘性按其来源分为三种：原始粘聚力、加固粘聚力、毛细粘聚力。粘性土的触变性：饱和粘性土受到外因的干扰，如电场作用、加荷、强力扰动、振动等因素的干扰，则饱和土的结构破坏，强度会降低。土的年代越迟，土的密度越差，则降低越多。当干扰因素消失后，土的强度会慢慢恢复，但不能完全恢复。这种粘性土的特性称为触变性。 土在冻结时体积增大的现场称为冻胀。粘性土都有遇水膨胀、干燥收缩的特征，但表现的强烈程度并不一致。土的收缩是由于土粒间的结合水膜变薄所致。收缩时除了土体积缩小外，还会由于收缩的不均匀而产生裂缝。粘性土遇水后另一现象是土的崩解。在建筑工程中有时要进行填土，有的房屋要建在填土上，故对填土的密实度应有一定的要求。控制填土质量的指标是土的干重度 rd。土的渗透性及渗流土是一种三相组成的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。在饱和土中，水充满整个孔隙，当土中不同位置存在水位差时，土中水就会在水位能量作用下，从水位高（即能量高）的位置向水位低（即能量低）的位置流动。液体（如土中水）从物质微孔（如土体孔隙）中透过的现象称为渗透。土体具有被液体（如土中水）透过的性质称为土的渗透性或透水性。土力学中主要课题：土的渗透性、土的强度、土的变形特性。- 4 -土的渗透性研究包括三个方面：渗流量问题、渗透破坏问题、渗流控制问题。达西定律：V=k i 渗透系数 k 是反映土的渗透能力的定量指标，也是渗流计算时必须用到的一个基本参数。它只能通过实验直接测定。测定方法可以分为室内渗透实验和现场实验两大类。室内渗透实验，从实验原理上大体可分为常水头法和变水头法两种。现场实验，常用现场井孔抽水实验或井孔注水实验的方法。影响渗透系数的主要因素有：土的粒度成分、土的密实度、土的饱和度、土的结构、水的温度、土的构造。平面稳定渗流的基本方程式：拉普拉斯方程。渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类：一是由于渗流力的作用，使土体颗粒流失或局部土体产生移动，导致土体变形甚至失稳，主要表现为流砂和管涌；二是由于渗流作用，使水压力或浮力发生变化，导致土体或结构失稳，表现为岸坡滑动或挡土墙等构筑物整体失稳。单位体积土颗粒所受到的渗流作用力称为渗流力或动水力。渗流力是一种体积力，渗流力的大小和水力梯度成正比，其方向与渗流方向一致。流砂现象（或流土现象）：在向上的渗流力作用下，粒间有效应力为零时，颗粒群发生悬浮、移动的现象。使土开始发生流砂现象时的水力梯度称为临界水力梯度 icr在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中移动，以至流失；随着土的孔隙不断扩大，渗透速度不断增加，较粗的颗粒也相继被水流逐渐带走，最终导致土体内形成贯通的渗流管道，造成土体塌陷，这种现象称为管涌。在自然界中，在一定条件下同样会发生上述渗透破坏作用，为了与人类工程活动所引起的管涌相区别，称为潜蚀。潜蚀作用有机械的和化学的两种。机械潜蚀是指渗流的机械力将细土粒冲走而形成了洞穴；化学潜蚀是指水流溶解了土中的易溶盐或胶结物使土变松散，细土被水冲走而形成洞穴。防治管涌现场，一般可以从下列两个方面采取措施：改变几何条件，在渗流逸出部位铺设反滤层是防止管涌破坏的有效措施；改变水力条件，降低水力梯度，如打板桩。土中应力土体在自身重力