第一章土的物理性质及工程分类第一章土的物理性质及工程分类 第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标 第三节土的物理状态指标第三节土的物理状态指标 第四节土的压实性与渗透性第四节土的压实性与渗透性 第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类 第六节岩土的野外鉴别方法第六节岩土的野外鉴别方法第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 一、土的成因一、土的成因 岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后，所形成的各岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后，所形成的各种疏松的沉积物，在建筑工程上都称之为种疏松的沉积物，在建筑工程上都称之为“土土”。这是土的。这是土的狭义概念。土的广义概念是将整体岩石也包括在内，但人们狭义概念。土的广义概念是将整体岩石也包括在内，但人们一一般都使用土的狭义概念。般都使用土的狭义概念。 风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动风化作用与气温变化、雨雪、山洪、风、空气、生物活动等等(也称为外力地质作用也称为外力地质作用)密切相关，一般分为物理风化、化密切相关，一般分为物理风化、化学风化和生物风化三种。由于气温变化，岩石胀缩开裂、崩学风化和生物风化三种。由于气温变化，岩石胀缩开裂、崩解为碎块的属于物理风化。这种风化作用只改变颗粒的大小解为碎块的属于物理风化。这种风化作用只改变颗粒的大小与形状，不改变矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿与形状，不改变矿物成分，形成的土颗粒较大，称为原生矿物。由于水溶液、大气等因素的影响，使岩石的矿物成分不物。由于水溶液、大气等因素的影响，使岩石的矿物成分不断溶解水化、氧化、碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化。断溶解水化、氧化、碳酸盐化引起岩石破碎的属于化学风化。这种风化作用使岩石的矿物成分发生改变，土的颗粒变得很这种风化作用使岩石的矿物成分发生改变，土的颗粒变得很细，称为次生矿物。由于动、植物的生长使岩石破碎的属于细，称为次生矿物。由于动、植物的生长使岩石破碎的属于生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作生物风化，这种风化作用具有物理风化和化学风化的双重作用。用。下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 由于成土过程各环节交错反复，成土的自然地理环境复杂多由于成土过程各环节交错反复，成土的自然地理环境复杂多样，因此，土的类型与性质是千差万别的。但是在大致相同样，因此，土的类型与性质是千差万别的。但是在大致相同的地质年代及相似的沉积条件下形成的堆积物往往在成分及的地质年代及相似的沉积条件下形成的堆积物往往在成分及性质卜是相沂的十的性质一方而取决干原始沉积条件所决宁性质卜是相沂的十的性质一方而取决干原始沉积条件所决宁的十粒成分、结构、石隙中水溶液的性质等，另一方面也取的十粒成分、结构、石隙中水溶液的性质等，另一方面也取决于沉积以后的经历，如沉积年代的长短、自然地理条件的决于沉积以后的经历，如沉积年代的长短、自然地理条件的变迁等都可引起原始沉积物的成分或性质的某些改变。一般变迁等都可引起原始沉积物的成分或性质的某些改变。一般沉积年代越为久远，上覆土层重量越大，土压得越密实，由沉积年代越为久远，上覆土层重量越大，土压得越密实，由孔隙水中析出的化学胶结物也就越多。因此，老土层比新土孔隙水中析出的化学胶结物也就越多。因此，老土层比新土层的强度、变形模量要高，甚至由散粒体经过成岩作用又变层的强度、变形模量要高，甚至由散粒体经过成岩作用又变成整体岩石，如砂土成为砂岩，黏土变成页岩等。日前所见成整体岩石，如砂土成为砂岩，黏土变成页岩等。日前所见到的土大都是第四纪沉积层，一般都呈松散状态。但第四纪到的土大都是第四纪沉积层，一般都呈松散状态。但第四纪是由距今一百万年前开始的一个相当长的时期，第四纪早期是由距今一百万年前开始的一个相当长的时期，第四纪早期沉积的土和近期沉积的土，在性质上就有着相当大的区别。沉积的土和近期沉积的土，在性质上就有着相当大的区别。这种影响，对钻性土尤为明显。这种影响，对钻性土尤为明显。 上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造建筑工程中将土建筑工程中将土(岩石除外岩石除外)分为儿大类，即碎石土、砂土、分为儿大类，即碎石土、砂土、粉土、黍占性土和人工填土。碎石和砂土统称为无钻性土。粉土、黍占性土和人工填土。碎石和砂土统称为无钻性土。粉土是既不同于钻性土，又有别于砂土，介乎二者之间的土。粉土是既不同于钻性土，又有别于砂土，介乎二者之间的土。不同的自然地理环境对土的性质也有很大影响。我国沿海地不同的自然地理环境对土的性质也有很大影响。我国沿海地区的软土、严寒地区的永冻土、西北地区的湿陷性黄土、西区的软土、严寒地区的永冻土、西北地区的湿陷性黄土、西南亚热带的红钻土等除具有一般土的共性外，还具有自己的南亚热带的红钻土等除具有一般土的共性外，还具有自己的特点。特点。 二、土的组成二、土的组成 土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。固体颗土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。固体颗粒构成土的骨架，是三相体系中的主体，水和气体填充土骨粒构成土的骨架，是三相体系中的主体，水和气体填充土骨架之间的空隙，土体三相组成中每一相的特性及三相比例关架之间的空隙，土体三相组成中每一相的特性及三相比例关系都对土的性质有显著影响。系都对土的性质有显著影响。 (一一)土的固体颗粒土的固体颗粒 1.土的粒径级配土的粒径级配上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造为厂便于研究，将土粒按大小及性质的不同，划分成若干粒为厂便于研究，将土粒按大小及性质的不同，划分成若干粒组。土的颗粒越小，与水的相互作用就越强烈。粗颗粒和水组。土的颗粒越小，与水的相互作用就越强烈。粗颗粒和水之间儿乎没有物理化学作用，而粒径小于之间儿乎没有物理化学作用，而粒径小于0. 005 mm的钻粒和的钻粒和胶粒就受水的强烈影响，遇水时出现钻性、可塑性、膨胀性胶粒就受水的强烈影响，遇水时出现钻性、可塑性、膨胀性等粗颗粒所不具有的诸种特性。很显然，土中所含的各个粒等粗颗粒所不具有的诸种特性。很显然，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。组的相对含量不同，表现出来的土的性质也就不同。工程中常用的粒径分析法有筛分法工程中常用的粒径分析法有筛分法(适用于粒径大于适用于粒径大于0. 074 mm的土的土)与比重计法与比重计法(适用于粒径小于适用于粒径小于0. 074 mm的土的土)两种。两种。如土中同时含有粒径大于和小于如土中同时含有粒径大于和小于0. 074 mm的土粒时，则两种的土粒时，则两种方法并用。方法并用。 颗粒分析的结果常用如颗粒分析的结果常用如图图1-1所示的粒径级配曲线表示。图所示的粒径级配曲线表示。图中的纵坐标表示小于某粒径的土粒占土总重的百分比，横坐中的纵坐标表示小于某粒径的土粒占土总重的百分比，横坐标表示粒径。粒径级配曲线可以对土的颗粒组成给以明确的标表示粒径。粒径级配曲线可以对土的颗粒组成给以明确的概貌，如由曲线概貌，如由曲线2可以看出，所试验的土样含劲粒可以看出，所试验的土样含劲粒44%，粉粒，粉粒36%，砂粒，砂粒20%。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 若级配曲线平缓，表示土中各种大小的土粒都有，颗粒不均若级配曲线平缓，表示土中各种大小的土粒都有，颗粒不均匀，级配良好匀，级配良好;曲线陡峻则表示土粒均匀，级配不好。具体可曲线陡峻则表示土粒均匀，级配不好。具体可用不均匀系数用不均匀系数K，来衡量。，来衡量。Ku=d60/d10 (1-1) 式中式中d60-限定粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的限定粒径，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有效粒径，土中小于该粒径的颗粒重占土总重的10%。 工程上把工程上把Ku5的土看做是级配均匀的土看做是级配均匀;Ku1010 的土看做是级的土看做是级配良好，土中的大孔隙可为细颗粒所填充，因而适于用作填配良好，土中的大孔隙可为细颗粒所填充，因而适于用作填方土料及混凝土工程的砂石料。方土料及混凝土工程的砂石料。 2.土粒的矿物成分土粒的矿物成分 土粒的矿物成分决定于母岩的矿物成分及风化作用。粗大土粒的矿物成分决定于母岩的矿物成分及风化作用。粗大的土粒往往是岩石经物理风化作用形成的原生矿物，其矿物的土粒往往是岩石经物理风化作用形成的原生矿物，其矿物成分与母岩相同，常见的如石英、长石、石母等，一般砾石、成分与母岩相同，常见的如石英、长石、石母等，一般砾石、砂等都属此类。这种矿物成分的性质较稳定，由其组成的土砂等都属此类。这种矿物成分的性质较稳定，由其组成的土表现出无钻性、透水性较大、压缩性较低等性质。表现出无钻性、透水性较大、压缩性较低等性质。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造细小的土粒主要是岩石经化学风化作用形成的次生矿物，其细小的土粒主要是岩石经化学风化作用形成的次生矿物，其矿物成分与母岩完全不同，如钻土矿物的蒙脱石、伊利石、矿物成分与母岩完全不同，如钻土矿物的蒙脱石、伊利石、高岭石等。次生矿物性质不稳定，具有较强的亲水性，遇水高岭石等。次生矿物性质不稳定，具有较强的亲水性，遇水膨胀，脱水收缩。上述三种钻土矿物的亲水性依次减弱，蒙膨胀，脱水收缩。上述三种钻土矿物的亲水性依次减弱，蒙脱石最强，伊利石次之，高岭石最弱。脱石最强，伊利石次之，高岭石最弱。 (二二)土中的水土中的水 1.结合水结合水 这部分水是借土粒的电分子引力吸附在土粒表面上的水，这部分水是借土粒的电分子引力吸附在土粒表面上的水，对土的工程性质影响极大。由于土粒与其周围介质对土的工程性质影响极大。由于土粒与其周围介质(包围它的包围它的气体或液体气体或液体)间发生物理化学变化，使土粒表面带电间发生物理化学变化，使土粒表面带电(多为负多为负电电)，并在周围的空间内形成电场，将介质中的水分子，并在周围的空间内形成电场，将介质中的水分子为极为极性分子，如性分子，如图图1-2 ( a)所示所示及游离阳离子吸附于表面，从而及游离阳离子吸附于表面，从而形成结合水膜，如形成结合水膜，如图图1-2 (b)所示。所示。 2.自由水自由水 这种水处于土粒的电分子吸力以外，受重力法则控制，不这种水处于土粒的电分子吸力以外，受重力法则控制，不能抗剪，密度在能抗剪，密度在1左右。左右。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造自由水又分两种自由水又分两种:位于地下水位以下的水叫重力水，因为它仅位于地下水位以下的水叫重力水，因为它仅受本身的重力作用而运动受本身的重力作用而运动;位于地下水位以上的水，除重力外位于地下水位以上的水，除重力外还受毛细作用，称为毛细水。土粒间的孔隙是互相连通的，还受毛细作用，称为毛细水。土粒间的孔隙是互相连通的，地下水沿着这个不规则的通道上升，形成土中的毛细水上升地下水沿着这个不规则的通道上升，形成土中的毛细水上升带。毛细水的上升高度带。毛细水的上升高度:碎石土一无碎石土一无(一般认为粒径大于一般认为粒径大于2 mm的土粒无毛细现象的土粒无毛细现象);砂土砂土2 m以下以下;粉土及黍占性土粉土及黍占性土2m以上。以上。 (三三)土中的气体土中的气体 土中的气体存在于土孔隙中未被水占据的部位。在粗粒的土中的气体存在于土孔隙中未被水占据的部位。在粗粒的沉积物中有与大气相联通的空气，它对土的力学性质影响不沉积物中有与大气相联通的空气，它对土的力学性质影响不大。在细粒土中则有与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作大。在细粒土中则有与大气隔绝的封闭气泡，使土在外力作用下的弹性变形增加，透水性减小。用下的弹性变形增加，透水性减小。 对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物(嫌气细菌嫌气细菌)的分解的分解作用，在土中蓄积厂某种可燃气体作用，在土中蓄积厂某种可燃气体(如硫化氢、甲烷等如硫化氢、甲烷等)，使，使土层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。土层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 三、土的结构和构造三、土的结构和构造 (一一)土的结构土的结构 1.单粒结构单粒结构 单粒结构单粒结构(图图1-3 )为碎石土和砂土的结构特征，这种结构是为碎石土和砂土的结构特征，这种结构是由土粒在水中或空气中自重下落堆积而成的。因土粒尺寸较由土粒在水中或空气中自重下落堆积而成的。因土粒尺寸较大，粒间的分子引力远小于土粒自重，故土粒间儿乎没有相大，粒间的分子引力远小于土粒自重，故土粒间儿乎没有相互联结的作用，是典型的散粒状物体，简称散体。单粒结构互联结的作用，是典型的散粒状物体，简称散体。单粒结构可分为疏松的与紧密的结构。可分为疏松的与紧密的结构。前者颗粒间的孔隙大，颗粒位置不稳定，不论在静载或动载前者颗粒间的孔隙大，颗粒位置不稳定，不论在静载或动载作用下都很容易错位，产生很大下沉，在振动作用下尤甚作用下都很容易错位，产生很大下沉，在振动作用下尤甚(体体积可减少积可减少20%)。因此疏松的单粒结构未经处理不宜作为地基。因此疏松的单粒结构未经处理不宜作为地基。紧密的单粒结构的颗粒排列已接近最稳定的位置，在动、静紧密的单粒结构的颗粒排列已接近最稳定的位置，在动、静荷载作用下均不会产生较大下沉，是比较理想的天然地基。荷载作用下均不会产生较大下沉，是比较理想的天然地基。 2.蜂窝结构蜂窝结构上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 蜂窝结构蜂窝结构(图图1-4)多为颗粒细小的钻性土所具有的结构形式，多为颗粒细小的钻性土所具有的结构形式，有时粉砂也可能有。据研究，粒径在有时粉砂也可能有。据研究，粒径在0. 002 0. 02 mm之间的之间的土粒在水中沉积时，基本是单个土粒下沉，在下沉途中碰上土粒在水中沉积时，基本是单个土粒下沉，在下沉途中碰上已沉积的土粒时，由于土粒间的相互分子引力对自重而言已已沉积的土粒时，由于土粒间的相互分子引力对自重而言已经足够大，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下降，而经足够大，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下降，而形成很大孔隙的蜂窝状结构。形成很大孔隙的蜂窝状结构。 3.絮状结构絮状结构 絮状结构絮状结构(图图1-5)是颗粒最细小的钻性土所特有的结构形式。是颗粒最细小的钻性土所特有的结构形式。粒径小于粒径小于0. 002 mm的土粒能够在水中长期悬浮，不因自重而的土粒能够在水中长期悬浮，不因自重而下沉。当在水中加人某些电解质后，颗粒间的排斥力削弱，下沉。当在水中加人某些电解质后，颗粒间的排斥力削弱，运动着的土粒凝聚成絮状物下沉，形成类似蜂窝而孔隙很大运动着的土粒凝聚成絮状物下沉，形成类似蜂窝而孔隙很大的结构，称为絮状结构。的结构，称为絮状结构。(二二)土的构造土的构造上一页 下一页返回第一节土的构成及其构造第一节土的构成及其构造 土的构造是指土体中各结构单元之间的关系，其主要特点是土的构造是指土体中各结构单元之间的关系，其主要特点是土的成层性和裂隙性。成层土的成层性和裂隙性。成层性是指土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、性是指土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小等不同，沿竖向呈现出颗粒大小等不同，沿竖向呈现出成层特征成层特征;裂隙性是指土体被许多不连续的小裂隙所分割，破裂隙性是指土体被许多不连续的小裂隙所分割，破坏厂土的整体性，强度低，渗坏厂土的整体性，强度低，渗透性高，工程性质差。有些坚硬和硬塑状态的钻性土具有此透性高，工程性质差。有些坚硬和硬塑状态的钻性土具有此种构造。种构造。 土的构造类型见土的构造类型见表表1-1。上一页 返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标 一、土的三相图一、土的三相图 土是固、液、气三相的分散系。土中三相组成的比例指标土是固、液、气三相的分散系。土中三相组成的比例指标反映着土的物理状态，如干燥或潮湿，疏松或紧密。这些指反映着土的物理状态，如干燥或潮湿，疏松或紧密。这些指标是最基本的物理性质指标，它们对于评价土的工程性质具标是最基本的物理性质指标，它们对于评价土的工程性质具有重要的意义。有重要的意义。 土的三相本来是混合分布的，但为厂阐述和标记的方便，将土的三相本来是混合分布的，但为厂阐述和标记的方便，将三相的各部分集合起来，画出土的三相示意图，如三相的各部分集合起来，画出土的三相示意图，如图图1-10所所示。示。 图中各符号意义为图中各符号意义为: V一土的总体积一土的总体积; Vs一土中固体颗粒的体积一土中固体颗粒的体积; Vv一土中孔隙的体积一土中孔隙的体积; Vw一土中水所占的体积一土中水所占的体积;下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标 Va一土中气体所占的体积一土中气体所占的体积; W一土的总重量一土的总重量; Ws一土中固体颗粒的重量一土中固体颗粒的重量; Ww一土中水的重量一土中水的重量; Wa一土中气体的重量一土中气体的重量(一般认为一般认为Wa =0)。 二、土的主要物理指标二、土的主要物理指标 (一一)土的饱和密度和饱和重度土的饱和密度和饱和重度 土的饱和密度是指当土的孔隙中充满水时，土中的固体颗粒和水土的饱和密度是指当土的孔隙中充满水时，土中的固体颗粒和水的质量之和与土样的总的质量之和与土样的总体积之比，用符号体积之比，用符号 表示表示: (1-2) 土的饱和重度为土的饱和重度为: (1-3)上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标式中式中 -土的饱和密度土的饱和密度; -土的饱和重度土的饱和重度; ms-固体部分质量，固体部分质量， g-重力加速度。重力加速度。 (二二)土的浮密度和浮重度土的浮密度和浮重度 地下水位以下的土，其固体颗粒受到重力水的浮力作用，地下水位以下的土，其固体颗粒受到重力水的浮力作用，去固体颗粒排开水的质量去固体颗粒排开水的质量(即扣去浮力即扣去浮力)与土样的总体积之比，与土样的总体积之比，称浮密度，用符号称浮密度，用符号 示示: (1-4) 土的浮重度为土的浮重度为: (1-5)从浮密度和浮重度的定义可知从浮密度和浮重度的定义可知: (1-6) (1-7)上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标 (三三)土的干密度和干重度土的干密度和干重度 土的干密度是土中的固体部分质量与土样总体积之比或土土的干密度是土中的固体部分质量与土样总体积之比或土单位体积内的干土质量，用符号单位体积内的干土质量，用符号 表示表示: (1-8)土的干重度为土的干重度为: (1-9)式中式中 -土的干密度土的干密度; -土的干重度。土的干重度。(四四)土粒相对密度土粒相对密度土粒相对密度是土粒质量与同体积的水土粒相对密度是土粒质量与同体积的水(在在4oC时时)的质量之比，的质量之比，用符号用符号ds表示表示: (1-10)上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标式中式中ms、 mw-固体、水的质量固体、水的质量;Vs-固体的体积固体的体积; -土粒密度土粒密度(在在4oC时时); -水的密度水的密度(在在4oC时时)。(五五)天然土的密度天然土的密度天然土的密度是土样的总质量与其总体积之比，用符号天然土的密度是土样的总质量与其总体积之比，用符号 表表示示: (1-11)m、V如如图图1-11所示。所示。 (1-12)上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标式中式中w-土的天然含水量土的天然含水量;e-土的孔隙比土的孔隙比;V-土样的总体积，土样的总体积，V=Vs十十Vv, Vv为土中孔隙的体积，为土中孔隙的体积， Vv = Vw十十Va, Vw、 Va分别为水、气体的体积分别为水、气体的体积;M-土样的总质量，土样的总质量，m=ms+mw+ma，其中，其中ms为固体的质量，为固体的质量，mw为水的质量，为水的质量，ma为气体的质量，为气体的质量，ma可忽略。可忽略。 其他符号意义同前。其他符号意义同前。 (六六)土的天然含水量土的天然含水量 在天然状态下，土中含水的质量在天然状态下，土中含水的质量(或重量或重量)与土粒的质量与土粒的质量(或重量或重量)之比，称为土的天然含水量，用符号二并用百分数之比，称为土的天然含水量，用符号二并用百分数表示表示: (1-13)式中，式中，ms-土中固体部分的质量土中固体部分的质量(重量重量)。上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标(七七)孔隙比孔隙比孔隙比是土中孔隙体积与固体颗粒体积之比，用符号孔隙比是土中孔隙体积与固体颗粒体积之比，用符号e表示，表示，e是一个正有理数是一个正有理数: (1-13)式中式中e-孔隙比孔隙比;Vv-孔隙体积孔隙体积;Vs-固体颗粒体积。固体颗粒体积。(八八)孔隙率孔隙率孔隙率是土中的孔隙体积与总体积之比，用符号孔隙率是土中的孔隙体积与总体积之比，用符号n表示表示: (1-14)上一页 下一页返回第二节土的物理性质指标第二节土的物理性质指标式中式中n-孔隙率孔隙率;Vv-孔隙体积孔隙体积;V-总体积。总体积。 三、土的三相物理性质指标三、土的三相物理性质指标 土的三相指标相互之间有一定的关系。只要知道其中某些土的三相指标相互之间有一定的关系。只要知道其中某些指标，通过简单的计算，就可以得到其他指标。上述各指标指标，通过简单的计算，就可以得到其他指标。上述各指标中，土粒相对密度中，土粒相对密度ds含水量含水量w、重度、重度 三个指标必须通过试三个指标必须通过试验测定，其他指标可由这三个指标换算得来。其换算方法可验测定，其他指标可由这三个指标换算得来。其换算方法可从土的三相比例指标换算图从土的三相比例指标换算图(图图1-12)来说明。令固体颗粒体来说明。令固体颗粒体积积Vs=1，根据定义即可得出，根据定义即可得出Vv=e, V=1十十e、 、 ， 。据此，。据此，可以导出各指标间的换算公式，见可以导出各指标间的换算公式，见表表1-2。上一页 返回第三节土的物理状态指标第三节土的物理状态指标 一、无猫性土一、无猫性土 无钻性土一般是指具有单粒结构的砂土与碎石土，土粒之无钻性土一般是指具有单粒结构的砂土与碎石土，土粒之间无钻结力，呈松散状态。它们的工程性质与其密实程度有间无钻结力，呈松散状态。它们的工程性质与其密实程度有关。密实状态时，结构稳定，强度较高，压缩性小，可作为关。密实状态时，结构稳定，强度较高，压缩性小，可作为良好的天然地基良好的天然地基;疏松状态时，则是不良地基。疏松状态时，则是不良地基。 (一一)砂土的密实度砂土的密实度 砂土的密实度通常采用相对密实度砂土的密实度通常采用相对密实度D来判别，其表达式为来判别，其表达式为: (1-16)式中式中e-砂土在天然状态下的孔隙比砂土在天然状态下的孔隙比;emax-砂土在最松散状态下的孔隙比，即最大孔隙比砂土在最松散状态下的孔隙比，即最大孔隙比;emin-砂土在最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比。砂土在最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比。 下一页返回第三节土的物理状态指标第三节土的物理状态指标由上式可以看出由上式可以看出:当当e= emin时，时，Dr=1,表示土处于最密实状态表示土处于最密实状态;当当e= emax时，时，Dr=0,表示土处于最松散状态。判定砂土密实表示土处于最松散状态。判定砂土密实度的标准如下度的标准如下:相对密实度从理论上讲是判定砂土密实度的好方法，但由于相对密实度从理论上讲是判定砂土密实度的好方法，但由于天然状态的。值不易测准、测定天然状态的。值不易测准、测定emax和和emin的误差较大等实的误差较大等实际困难，故在应用上存在许多问题。根据标准贯人试验锤击际困难，故在应用上存在许多问题。根据标准贯人试验锤击数数N来评定砂土的密实度来评定砂土的密实度(表表1-3 )。上一页 下一页返回第三节土的物理状态指标第三节土的物理状态指标 (二二)碎石土的密实度碎石土的密实度 碎石土的颗粒较粗，试验时不易取得原状土样，根据重型碎石土的颗粒较粗，试验时不易取得原状土样，根据重型圆锥动力触探锤击数圆锥动力触探锤击数N63.5可将碎石土的密实度划分为松散、可将碎石土的密实度划分为松散、稍密、中密和密实稍密、中密和密实(表表1-4)，也可根据野外鉴别方法确定其密，也可根据野外鉴别方法确定其密实度实度(表表1-5)。 二、黏性土二、黏性土黏性土的主要物理状态特征是指其软硬程度。由于钻性土的黏性土的主要物理状态特征是指其软硬程度。由于钻性土的主要成分是钻粒，土颗粒很细，土的比表面主要成分是钻粒，土颗粒很细，土的比表面(单位体积颗粒的单位体积颗粒的总表面积总表面积)大，与水相互作用的能力较强，故水对其工程性质大，与水相互作用的能力较强，故水对其工程性质影响较大。影响较大。黏性土的物理状态主要指标见黏性土的物理状态主要指标见表表1-6。上一页 返回第四节土的压实性与渗透性第四节土的压实性与渗透性 一、土的压实性一、土的压实性 (一一)土的压实性的概念土的压实性的概念 压实性是指采用人工或机械以夯、碾、振动等方式，对土压实性是指采用人工或机械以夯、碾、振动等方式，对土施加夯压能量，使土颗粒原有结构破坏，空隙减小，气体排施加夯压能量，使土颗粒原有结构破坏，空隙减小，气体排出，重新排列压实致密，从而得到新的结构强度。对于粗粒出，重新排列压实致密，从而得到新的结构强度。对于粗粒土，主要是增加了颗粒间的摩擦和咬合土，主要是增加了颗粒间的摩擦和咬合;对于细粒土，则有对于细粒土，则有效地增强了土粒间的分子引力。效地增强了土粒间的分子引力。 (二二)压实性侧定试验压实性侧定试验 在试验室进行击实试验是研究土压实性的基本方法。击实试在试验室进行击实试验是研究土压实性的基本方法。击实试验分轻型和重型两种，轻型击实试验适用于粒径小于验分轻型和重型两种，轻型击实试验适用于粒径小于5mm的的钻性土，重型击实试验适用于粒径不大于钻性土，重型击实试验适用于粒径不大于20mm的土。试验的土。试验时，将含水量为一定值的扰动土样分层装人击实筒中，每铺时，将含水量为一定值的扰动土样分层装人击实筒中，每铺一层后，均用击锤按规定的落距和击数锤击土样，直到被击一层后，均用击锤按规定的落距和击数锤击土样，直到被击实的土样实的土样(共共35层层)充满击实筒。由击实筒的体积和筒内击充满击实筒。由击实筒的体积和筒内击实土的总重量计算出湿密度实土的总重量计算出湿密度 ，再根据测定的含水量，再根据测定的含水量 ，即可算出干密度即可算出干密度 。下一页返回第四节土的压实性与渗透性第四节土的压实性与渗透性同一组同一组(通常为通常为5个个)不同含水量的同一种土样，分别按上述不同含水量的同一种土样，分别按上述方法进行试验，即可绘制一条击实曲线，如方法进行试验，即可绘制一条击实曲线，如图图1-13所示。由所示。由图可见，对某一土样，在一定的击实功能作用下，只有当土图可见，对某一土样，在一定的击实功能作用下，只有当土的含水量为某一适宜值时，土样才能达到最密实。击实曲线的含水量为某一适宜值时，土样才能达到最密实。击实曲线的极值为最大干密度脚的极值为最大干密度脚 ，相应的含水量即为最优含水，相应的含水量即为最优含水量量wop。 (三三)压实系数压实系数 在工程中，填土的质量标准常用压实系数来控制，压实系在工程中，填土的质量标准常用压实系数来控制，压实系数定义为工地压实达到的干密度数定义为工地压实达到的干密度 与击实试验所得到的与击实试验所得到的最大干密度最大干密度 之比，即之比，即 。压实系数愈接近。压实系数愈接近1,表明对压实质量的要求越高。表明对压实质量的要求越高。 (四四)影响因素影响因素 影响土压实性的因素很多，包括土的含水量、土类及级配、影响土压实性的因素很多，包括土的含水量、土类及级配、击实功能、毛细管压力、孔隙压力等，其中前三种是主要影击实功能、毛细管压力、孔隙压力等，其中前三种是主要影响因素。响因素。上一页 下一页返回第四节土的压实性与渗透性第四节土的压实性与渗透性 二、土的渗透性二、土的渗透性 (一一)土的渗透性的概念土的渗透性的概念 土的渗透性一般是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，土的渗透性一般是指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或称透水性。地下水的补给与排泄条件，以及在土中的渗透或称透水性。地下水的补给与排泄条件，以及在土中的渗透速度与土的渗透性有关。在计算地基沉降的速率和地下水涌速度与土的渗透性有关。在计算地基沉降的速率和地下水涌水量时都需要土的渗透性指标。水量时都需要土的渗透性指标。 (二二)渗透定律渗透定律 早在早在1856年，法国学者达西在稳定流和层流条件下，用饱年，法国学者达西在稳定流和层流条件下，用饱和粗颗粒土进行厂大量的渗透试验，测定水流通过试样单位和粗颗粒土进行厂大量的渗透试验，测定水流通过试样单位截面积的渗流量，获得厂渗流量与水力梯度的关系，从而得截面积的渗流量，获得厂渗流量与水力梯度的关系，从而得到厂渗流速度与水力梯度和土体渗透性质的基本规律，即达到厂渗流速度与水力梯度和土体渗透性质的基本规律，即达西渗透定律。西渗透定律。地下水在土中的渗透速度一般可按达西地下水在土中的渗透速度一般可按达西(Darcy)根据实验得到根据实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下的直线渗透定律计算，其公式如下(图图1-14 ) ,V=ki (1-17)上一页 下一页返回第四节土的压实性与渗透性第四节土的压实性与渗透性式中式中v-水在土中的渗透速度水在土中的渗透速度(cm/s)，它不是地下水的实际流，它不是地下水的实际流速，而是在一单位时间速，而是在一单位时间(S)内流过一单位土截面内流过一单位土截面(cm2)的水量的水量(cm3);i-水力梯度，水力梯度， ，即土中，即土中A1和和A2两点的水头差两点的水头差(H1-H2)与两点间的流线长度与两点间的流线长度(L)之比之比;图中图中h1, h2为两点的压为两点的压头，头，z1、z2为位头，则为位头，则H1、H2为总水头为总水头; k-土的渗透系数土的渗透系数(cm/s)，与土的渗透性质有关的待定常数。，与土的渗透性质有关的待定常数。在式在式(1-17)中，当中，当i=1时，时，k=v，即土的渗透系数，其值等于，即土的渗透系数，其值等于水力梯度为水力梯度为1时的地下水渗透速度，时的地下水渗透速度，k值的大小反映厂土渗透值的大小反映厂土渗透性的强弱。性的强弱。土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。土的渗透系数可以通过室内渗透试验或现场抽水试验来测定。各种土的渗透系数变化范围参见各种土的渗透系数变化范围参见表表1-7。上一页 下一页返回第四节土的压实性与渗透性第四节土的压实性与渗透性 水在土体中渗流，渗透水流作用在土颗粒上的作用力称为渗水在土体中渗流，渗透水流作用在土颗粒上的作用力称为渗透力。当渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，使土体产透力。当渗透力较大时，就会引起土颗粒的移动，使土体产生变形，称为土的渗透变形。若渗透水流把土颗粒带出土体生变形，称为土的渗透变形。若渗透水流把土颗粒带出土体(如流砂、管涌等如流砂、管涌等)，造成土体的破坏，称为渗透破坏。这种，造成土体的破坏，称为渗透破坏。这种渗透现象会危及建筑物的安全与稳定，必须采取措施加以防渗透现象会危及建筑物的安全与稳定，必须采取措施加以防治。治。 (三三)影响因素影响因素 影响土的渗透性的因素除厂渗透水的密度和钻滞性等性质影响土的渗透性的因素除厂渗透水的密度和钻滞性等性质外，其他因素主要有土颗粒的大小和级配、孔隙比、矿物成外，其他因素主要有土颗粒的大小和级配、孔隙比、矿物成分、微观结构和宏观构造，这些因素在不同土类中有不同的分、微观结构和宏观构造，这些因素在不同土类中有不同的影响。粗粒土的渗透性主要取决于孔隙通道的截面积，细粒影响。粗粒土的渗透性主要取决于孔隙通道的截面积，细粒土的渗透性主要取决于钻土矿物表面的活性作用和原状土的土的渗透性主要取决于钻土矿物表面的活性作用和原状土的孔隙比大小。孔隙比大小。上一页 返回第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类 一、岩石和土的分类方法一、岩石和土的分类方法 岩石和土的分类方法很多，不同部门根据其不同的用途采岩石和土的分类方法很多，不同部门根据其不同的用途采用各自的分类方法。在建筑下程中，土是作为地基来承受建用各自的分类方法。在建筑下程中，土是作为地基来承受建筑物的荷载的，因此从土的工程性质筑物的荷载的，因此从土的工程性质(特别是强度与变形特性特别是强度与变形特性)及其与地质成因的关系的角度进行分类。及其与地质成因的关系的角度进行分类。 二、地基岩土的种类二、地基岩土的种类 (一一)岩石岩石 岩石岩石(基岩基岩)是指颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理、裂是指颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理、裂隙的岩体。岩石的分类见隙的岩体。岩石的分类见表表1-8。 (二二)碎石土碎石土 碎石土为粒径大于碎石土为粒径大于2 mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土。碎的土。碎石土可按石土可按表表1-12分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。 碎石土的密实度可根据圆锥动力触探锤击数按碎石土的密实度可根据圆锥动力触探锤击数按表表1-13或或表表1-14确定，表中的确定，表中的N63.5和和N120应按下述应按下述(1), (2)修正。修正。 下一页返回第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类(1)当采用重型圆锥动力触探确定碎石土密实度时，锤击数当采用重型圆锥动力触探确定碎石土密实度时，锤击数N63.5应按下式修正应按下式修正:N63.5 =a1. N63.5 (1-18)式中式中N63.5 -修正后的重型圆锥动力触探锤击数修正后的重型圆锥动力触探锤击数;a1 -修正系数修正系数;N63.5 -实测重型圆锥动力触探锤击数。实测重型圆锥动力触探锤击数。(2)当采用超重型圆锥动力触探确定碎石土密实度时，锤击数当采用超重型圆锥动力触探确定碎石土密实度时，锤击数N120 应按下式修正应按下式修正:N120 =a2. N120 (1-19)式中式中N120 -修正后的超重型圆锥动力触探锤击数修正后的超重型圆锥动力触探锤击数a2 -修正系数修正系数;N120 -实测超重型圆锥动力触探锤击数。实测超重型圆锥动力触探锤击数。上一页 下一页返回第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类 (三三)砂土砂土 砂土为粒径大于砂土为粒径大于2 mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%、粒径大、粒径大于于0. 075 mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%的土。砂土可按的土。砂土可按表表1-15分为分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。 砂土的密实度应根据标准贯人试验锤击数实测值砂土的密实度应根据标准贯人试验锤击数实测值:V划分为划分为密实、中密、稍密和松散，并应符合密实、中密、稍密和松散，并应符合表表1-16的规定。当用静的规定。当用静力触探探头阻力划分砂土密实度时，可根据当地经验确定。力触探探头阻力划分砂土密实度时，可根据当地经验确定。 (四四)粉土粉土 粉土为粒径大于粉土为粒径大于0. 075 mm的颗粒质量不超过总质量的的颗粒质量不超过总质量的50%，且塑性指数等于或小于，且塑性指数等于或小于10的土。的土。 粉土的密实度应根据孔隙比粉土的密实度应根据孔隙比e划分为密实、中密和稍密划分为密实、中密和稍密;其其湿度应根据含水量湿度应根据含水量w(%)划分为稍湿、湿、很湿。密实度和湿划分为稍湿、湿、很湿。密实度和湿度的划分应分别符合度的划分应分别符合表表1-17和和表表1-18的规定。的规定。(五五)黏性土黏性土上一页 下一页返回第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类黏性土为塑性指数黏性土为塑性指数IP大于大于10的土，可按的土，可按表表1-19分为钻土、粉质分为钻土、粉质钻土。钻土。黏性土的状态，可按黏性土的状态，可按表表1-20分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑。流塑。 (六六)人工填土人工填土 人工填土根据其组成和成因，可分为素填土、压实填土、人工填土根据其组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土、冲填土。杂填土、冲填土。 素填土为由碎石土、砂土、粉土、黍占性土等组成的填土。素填土为由碎石土、砂土、粉土、黍占性土等组成的填土。经过压实或夯实的素填土为压实填土。杂填土为含有建筑垃经过压实或夯实的素填土为压实填土。杂填土为含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。冲填土为由水力冲圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土。填泥砂形成的填土。 (七七)湿陷性土湿陷性土 湿陷性土为浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于湿陷性土为浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于0.015的土。的土。 上一页 下一页返回第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类三、岩石的分类三、岩石的分类 (一一)岩石的基本分类方法及内容岩石的基本分类方法及内容 岩石分类方法及内容见岩石分类方法及内容见表表1-8。(二二)岩体完整程度的定性分类岩体完整程度的定性分类岩体完整程度的定性分类见岩体完整程度的定性分类见表表1-9。(三三)岩石坚硬程度的定性分类及岩石基本质量等级分类岩石坚硬程度的定性分类及岩石基本质量等级分类岩石坚硬程度的定性分类见岩石坚硬程度的定性分类见表表1-10。岩石基本质量等级分类见岩石基本质量等级分类见表表1-11。四、碎石土的分类四、碎石土的分类(一一)碎石土的基本分类碎石土的基本分类碎石土的基本分类见碎石土的基本分类见表表1-12。(二二)碎石土密实度分类碎石土密实度分类上一页 下一页返回第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类1.碎石土密实度按碎石土密实度按N63.5分类分类碎石土密实度按碎石土密实度按N63.5分类见分类见表表1-13。2.碎石土密实度按碎石土密实度按N120分类分类碎石土密实度按碎石土密实度按N120分类见分类见表表1-14。五、砂土的分类五、砂土的分类(一一)砂土的基本种类砂土的基本种类砂土的基本种类见砂土的基本种类见表表1-15。(二二)砂土密实度分类砂土密实度分类砂土密实度分类见砂土密实度分类见表表1-16。六、粉土的分类六、粉土的分类上一页 下一页返回第五节地基岩土的工程分类第五节地基岩土的工程分类(一一)粉土密实度分类粉土密实度分类粉土密实度分类见粉土密实度分类见表表1-17。(二二)粉土湿度分类粉土湿度分类粉土湿度分类见粉土湿度分类见表表1-18。七、猫性土的分类与状态七、猫性土的分类与状态(一一)柔占性土的分类柔占性土的分类黍占性土的分类见黍占性土的分类见表表1-19。(二二)钻性土的状态钻性土的状态黍占性土的状态见黍占性土的状态见表表1-20。上一页 返回第六节岩土的野外鉴别方法第六节岩土的野外鉴别方法一、勃土、粉质勃土、粉土野外鉴别方法一、勃土、粉质勃土、粉土野外鉴别方法钻土、粉质钻土、粉土野外鉴别方法见钻土、粉质钻土、粉土野外鉴别方法见表表1-21。二、碎石土、砂土野外鉴别方法二、碎石土、砂土野外鉴别方法碎石土、砂土野外鉴别方法见碎石土、砂土野外鉴别方法见表表1-22。三、新近沉积猫性土野外鉴别方法三、新近沉积猫性土野外鉴别方法新近沉积钻性土野外鉴别方法见新近沉积钻性土野外鉴别方法见表表1-23。四、人工填土、淤泥、黄土、泥炭野外鉴别方法四、人工填土、淤泥、黄土、泥炭野外鉴别方法人工填土、淤泥、黄土、泥炭野外鉴别方法见人工填土、淤泥、黄土、泥炭野外鉴别方法见表表1-24。返回图图1-1粒径级配曲线粒径级配曲线返回图图1-2黏土矿物和水分子的相互作用黏土矿物和水分子的相互作用(a)极性水分子示意图极性水分子示意图;(b)土粒表面的结合水膜土粒表面的结合水膜返回图图1-3单粒结构示竟图单粒结构示竟图返回图图1-4蜂窝结构示竟图蜂窝结构示竟图返回图图1-5絮状结构示竟图絮状结构示竟图返回表表1-1土的构造类型土的构造类型类别内容层状构造 层状构造(图1-6) 也称为层理，是大部分细粒土的重要外观特征之一，土层表现为由不同细度与颜色的颗粒构成的薄层交叠而成.薄层的厚度可由零点几毫米至几毫米.成分上有细砂与黏土交互层或黏土交互层等，最常见的层理是水平层理(薄层互相平行，且平行于土层界面)，此外还有波状层理(薄层面呈现波状，总方向平行于层面)及斜层理(薄层倾斜，与土层界面有一交角)等分散构造 分散构浩(图1-7)指土层中各部分的土粒组合无明显差别，分布均匀，各部分的性质亦相近。各种经过分选的砂、砾石、卵石形成较大的埋藏厚度，无明显层次，都属于分散构造，分散构造的土比较接近理想的各向同性体裂隙状构造 裂隙状构造(图1-8)指裂隙中往往充填盐类沉淀，不少坚硬与硬塑状态的钻土具有此种构造。裂隙破坏土的整体性，裂隙面是土中的软弱结构面，沿裂隙面的抗剪强度很低而渗诱性很高，浸水以后裂缝张开，工程性质更差。结核状构造 结核状构造(图1-9)指在细粒土中明显掺有人颗粒或聚集的铁质、钙质集合体及贝壳等杂物例如.含砾石的冰碛黏土、含结核的黄土等均属此类。由于大颗粒或结核往往分散，故此类土的性质取决于细颗粒部分，但在取小型试样试验时应注意将结核与大颗粒剔除，以免影响成果的代表性。返回图图1-6层状构造示意图层状构造示意图返回图图1-7分散构造示章图分散构造示章图返回图图1-8裂隙状构造示竟图裂隙状构造示竟图返回图图1-9结核状构造示竟图结核状构造示竟图返回图图1-10土的三相示意图土的三相示意图返回图图1-11土样三相组成示意土样三相组成示意返回图图1-12土的三相物理性质指标换算土的三相物理性质指标换算图图返回表表1-2土的三相物理性质指标常用换土的三相物理性质指标常用换算公式算公式返回表表1-3砂土的密实度砂土的密实度返回表表1-4碎石土的密实度碎石土的密实度返回表表1-5碎石土密实度的野外鉴别方法碎石土密实度的野外鉴别方法返回表表1-6黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标返回图图1-13击实曲线击实曲线返回图图1-14水的渗透水的渗透返回表表1-7各种土的渗透系数参考值各种土的渗透系数参考值返回表表1-8岩石分类方法及内容岩石分类方法及内容返回表表1-9岩体完整程度的定性分类岩体完整程度的定性分类返回表表1-10岩石坚硬程度的定性分类岩石坚硬程度的定性分类返回表表1-11岩石基本质量等级分类岩石基本质量等级分类返回表表1-12碎石土的分类碎石土的分类返回表表1-13碎石土密实度按碎石土密实度按N63.5分类分类返回表表1-14碎石土密实度按碎石土密实度按N120分类分类返回表表1-15砂土的种类砂土的种类返回表表1-16砂土密实度分类砂土密实度分类返回表表1-17粉土密实度分类粉土密实度分类返回表表1-18粉土湿度分类粉土湿度分类返回表表1-19黏性土的分类黏性土的分类返回表表1-20黏性土的状态黏性土的状态返回表表1-21黏土、粉质黏土、粉土野外黏土、粉质黏土、粉土野外鉴别方法鉴别方法返回表表1-22碎石土、砂土野外鉴别方法碎石土、砂土野外鉴别方法返回表表1-23新近沉积黏性土野外鉴别方新近沉积黏性土野外鉴别方法法返回表表1-24人工填土、淤泥、黄土、泥人工填土、淤泥、黄土、泥炭野外鉴别方法炭野外鉴别方法返回