第二章-土的物理性质与工程分类.ppt

1、土力学与地基基础Soil Mechanics and Foundation Engineering 第二章 土的物理性质与工程分类第一节 土的组成 第二节 土的物理性质指标 第三节 无黏性土的物理性质指标第四节 黏性土物理状态指标与物理特征 第五节 地基土的工程分类本章提要土是各种矿物颗粒的松散集合体。在天然状态下，土为三相系，即土是由固体颗粒、水和空气三相所组成。本章主要学习土的物质组成以及定性、定量描述其物质组成的方法，包括土的组成、土的结构构造、土的三相指标、无粘性土的密实度、粘性土的物理特征、土的工程分类等。这些内容不仅与土的力学性质发生联系，也可以评价土的工程性质，是学习土力学原理和

2、基础工程设计与施工技术，以及解决土的工程技术问题所必须的基本知识。学习目标土的物理性质指标是该课程最基本的内容，也是学习后几章的基础，土的类别和所处的状态是鉴别建筑物地基优劣的主要依据之一，也是选择基础方案和基础类型的主要依据之一。通过本章学习，要求了解土的组成，掌握土的物理性质指标，熟练掌握无粘性土和粘性土的物理性质，掌握土的工程分类原则，土的类别与其工程特性的关系。第一节 土的组成土粒土粒水水气气气相构成土骨架，起决定作用重要影响次要作用液相固相第一节 土的组成土是由固体颗粒、水和气体所组成的三相体系。分为饱和土、非饱和土、干土三类 当土骨架的孔隙完全被水充满时，这种土称为饱和土 有时一部

3、分被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土 有时可能完全充满气体，就称为干土 第一节 土的组成固体+气体 固体液体气体 固体液体 干土 湿土 饱和土 干粘土较硬干砂松散 粘土多为可塑状态 饱和粉细砂受震 动可能产生液化 矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 粒径级配粒径级配物理状态物理状态力学特性力学特性一、土的固体颗粒一、土的固体颗粒土中的固体颗粒（土粒）大小、形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理性质的重要因素。土颗粒大小不同，其性质也不同。颗粒大小通常以粒径表示。粒组：是某一级粒径的变化范围，或者为相邻两分界粒径之间性质相近的土粒。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。土粒粒组及粒组划分粒径级

4、配(1)漂石或块石组(2)卵石（碎石）组(3)砾石(4)砂粒组(5)粉粒组(6)粘粒组 筛分法 水分法 粗颗粒细颗粒粗粒土(无粘性土)特征细粒土(粘性土)特征孔隙大、透水性强，毛细上升，高度很小，既无可塑造性，也无胀缩性，压缩性极弱，强度较高。主要由原生矿物、次生矿物组成，孔隙很小，透水性极弱，毛细上升高度较高，有可塑性、胀缩性，强度较低。土粒粒组及粒组划分土的粒径级配,是指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示），它可以描述土中不同粒径土粒的分布特征。工程中实用的粒度成分分析方法有筛分法和水分法两种。粒度成分及粒度成分分析方法筛分法筛分法它是利用一套孔径大小它是利用一套孔径大小不

5、同的筛子，将事先称不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，过重量的烘干土样过筛，称留在各筛上的重量，称留在各筛上的重量，然后计算相应的百分数。然后计算相应的百分数。筛分法（d0.075mm的土）比重计法比重计法:利用不同大小的土粒在水中的沉降利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量速度不同来确定小于某粒径的土粒含量粒度成分表示方法常用的粒度成分表示方法有三种，即表格法、累计曲线法和三角坐标法。表格法：是以列表形式直接表达各粒组的相对含量，是一种十分方便的粒度成分分类方法。累计曲线法(grain-size accuulationcurve)：是一种图示方法，由于混合土中

6、所含粒组的粒径 往往相差很大，因此，粒径的坐标常取为对数坐标。累计曲线的横坐标表示土颗粒的直径，以mm表示；纵坐标为小于（或大于）某粒径土的累积含量，用百分比表示，见下图。颗粒粒径级配曲线颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比分比,横坐标表示土粒的粒径横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）对数坐标）粒度成分表示方法三角坐标法：也是一种图示法，它利用等边三角形内任意一点至三个边（h1、h2、h3）的垂直距离的总和恒等于三角形之高H的原理，用来表示组成土的三个粒组的相对含量，即图中的三个垂直距离可以确定一点的位置。三角坐标法只适用于划分为三个粒组的情况。例

7、如，当把黏性土划分为砂土、粉土和黏土粒组时，就可以用图2-2所示的三角坐标图来表示。粒度成分表示方法粒径级配表示方法三种方法的特点和适用条件如下：表格法，能清楚地用数量说明土样的各粒组含量，但对于大量土样之间的比较就显得过于冗长，且无直观概念，使用比较困难；累计曲线法能用一条曲线表示一种土的粒度成分，而且可以在一张图上同时表示多种土的粒度成分，能直观地比较其级配状况；三角坐标法能用一点表示一种土的粒度成分，在一张图上能同时表示许多种土的粒度成分，便于进行土料的级配设计，同时，由于三角坐标图中不同区域表示土的不同组成，因而还可以用来确定按粒度成分分类的土名。土的粒径级配累计曲线的应用 土的粒径级

8、配累计曲线是土工上最常用的曲线，从这曲线可以直接了解土的粗细、粒径分布的均匀程度和级配的优劣。粒径级配曲线的用途具体表现在如下两个方面：（1）观察土的组成情况从累计曲线中可以查得土的粒组范围及各粒组的相对含量，可用于粗粒土的分类并大致估计土的工程性质。（2）颗粒级配的描述工程上常用不均匀系数Cu描述颗粒级配的不均匀程度 曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况 d10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为10%、30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu5的土视为级配不良的土；Cu10的土视为级配良好的土 对于

9、砾类土或砂类土，同时满足Cu5和Cc=13时，定名为良好级配砂或良好级配砾 土的粒径级配累计曲线的应用粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土；Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土;4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级 配优劣：如果 Cu 5且 C c =1 3，级配 良好的土；如果 Cu 3 或 Cc 1g/cm1g/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100C100C时可蒸发时可蒸发弱结合水弱结合水 位于强结合水之外，电场引位于强

10、结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性结合水：是指附着于土粒表面的水，受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水，其冰点低于零度。自由水重力水 毛细水 指不受颗粒电场引力作用的 水 除存在于毛细水上升带内，也存在于非饱和土的较大孔隙中 存在于地下水位以上，受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水 自由水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管毛细水土中毛细现象 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水毛细水存在于地下水位以

11、上的透水土层中。毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水(与地下水无直接联系)和毛细上升水(与地下水相连)两种。毛细水沿着毛细弯液面的切线方向，将产生迫使相邻土粒挤紧的压力，这种压力称为毛细压力。当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。毛细水三、土中气土土中中气气体体气体来源气体分类(1)空气(2)生物化学作用(3)化学反应(1)吸附气体(2)溶解气体(3)密闭气体(4)自由气体 土中封闭气体的存在对土的性质有一定的影响，可使土的渗透性减小，弹性增大，并能拖延土受压缩后变形随时

12、间的发展过程。含气体的土称为非饱和土，非饱和土的工程性质研究已经成为土力学的一个新的分支。三、土中气四、土的结构和构造土的结构土颗粒之间的相互排列和连土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为土的结构。续形式，称为土的结构。单粒结构 蜂窝结构絮状结构 粗颗粒土，如卵石、砂等.密实的单粒结构土的工程性质最好 蜂窝状土工程性质较好 絮状结构土工程性质最差 四、土的结构和构造粗粒土：单粒结构粉土：蜂窝结构单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在不同，可分为自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件疏松状态和密实状态 蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不

13、再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 四、土的结构和构造絮状结构：黏土絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构 四、土的结构和构造土的构造同一土层中，土颗粒之间相互同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。关系的特征称为土的构造。层状构造 分散构造 结核状构造 裂隙状构造 土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地区的层理通常为水平层理。层状构造是细粒土的一个重要特征。土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造。在

14、细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛土等。土体中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。第二节 土的物理性质指标表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质最基本的物理性质指标，也是岩土工程勘察报告中不可缺少的基本内容。一、土的三相草图与三相指标定义图中符号的意义如下：V土的总体积；Vv土的孔隙部分体积；Vs土的固体颗粒实体的体积；Vw水的体积；Va气体体积；m土的总质量；mw水的质量；ms固体颗粒质量。在上述的这些量中，独立的有Vs、Vw、Va、mw、ms五个量。1cm3水的

15、质量等于lg，故在数值上Vwmw。二、土的三个基本物理试验与指标土的三个基本物理实验土的密度试验 土粒比重实验 土的含水量实验 测定量：土的密度测定量：土的密度定义：土单位体积的质量。定义：土单位体积的质量。测定方法：一般用测定方法：一般用“环刀法环刀法”测定。测定。常见值：常见值：1.601.602.20g2.20gcmcm3 3。测定量：土的相对密度（俗称比重）。测定量：土的相对密度（俗称比重）。定义：土粒密度（单位体积土粒的质定义：土粒密度（单位体积土粒的质量）与量）与44时纯水密度之比。时纯水密度之比。测定方法：测定方法：在实验室内测定方法：测定方法：在实验室内用比重瓶法测定用比重瓶法

16、测定 常见值：一般为常见值：一般为2.62.62.82.8；有机质为；有机质为2.42.42.52.5；泥炭土为；泥炭土为1.51.51.81.8 。定义：土中水的质量与土粒质量之比，定义：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数计。以百分数计。测定方法：一般用测定方法：一般用“烘干法烘干法”测定。测定。常见值：砂土为常见值：砂土为0 040%40%；黏性土为黏性土为202060%60%。环刀法“环刀法”测定，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内的土样质量，求得它与环刀容积之比值即为密度。土样烘箱（一）反映土松密程度

17、的指标 1土的孔隙比e 定义：土中孔隙体积与土粒体积之比。常见值：砂土为0.51.0；粘性土为0.51.2。工程应用：一般e1.0的土是疏松的高压缩性土。表达式：其它的物理指标 2.土的孔隙率n（%）定义：土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示。常见值：3050%孔隙比和孔隙率二者之间互换关系式：表达式：（二）反映土中含水程度的指标 1含水量（略）2.土的饱和度Sr定义：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分数计。常见值：01。完全干土，Sr=0；完全饱和土，Sr=1。工程应用：砂土以饱和度作为湿度划分的标准。表达式：砂土湿度状态砂土湿度状态稍湿稍湿很湿很湿饱和饱和饱和度饱和度Sr

18、（%）Sr505080（三）特定条件下土的重度与密度 1.干重度d（kN/m3）与干密度d（g/cm3）干重度：土粒重力与总体积之比，即干密度：土粒质量与总体积之比，即工程应用：在填土过程中（如填筑堤坝）用以评定填土的松密，以控制填土的施工质量。2.饱和重度sat（kN/m3）与饱和密度sat（g/cm3）饱和重度：孔隙中全部充满水的总重力与总体积之比，即饱和度为100%时土的重力密度，表达式为饱和密度：土中孔隙完全被水充满时的密度，其表达式为 3.有效重度（kN/m3）与有效密度（g/cm3）有效重度：又称浮重度，是土体淹没在水下时的有效重力与总体积之比，表达式为 饱和密度：又称浮密度，是土

19、粒质量与同体积水的质量之差与总体积之比，即换算公式取Vlcm3，或m1g，或Vs1cm3【例题2-2】某原状土样，经试验测得天然密度=1.67g/cm3，含水量W=12.9%，土粒相对密度ds=2.67，试求孔隙比e、孔隙率n和饱和度Sr。【解】本题可以有两种解法，一种方法是按表2-5中的换算公式计算；第二种方法是利用试验指标按定义分别求出三相物质的重力和体积，然后按定义计算。下面用第一种方法计算。1.无黏性土：一般是指砂（类）土和碎石（类）土。两大类土中缺乏黏土矿物，不具有可塑性，呈单粒结构。2.所谓物理状态，对于无黏性土是指土的密实程度，对于黏性土则是指土的软硬程度或称为土的稠度。第三节

20、无黏性土物理状态指标无粘性土的密实度以孔隙比孔隙比e为标准 相对密实度相对密实度Dr根据现场标准根据现场标准贯入试验判定贯入试验判定 土的密实度通常指单位体积土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。土颗粒含量多，中固体颗粒的含量。土颗粒含量多，土就密实，土颗粒含量少，土就密实，土颗粒含量少，土就越疏松。但没有考虑到粒径级土就越疏松。但没有考虑到粒径级配这一重要因素的影响配这一重要因素的影响 相对密实度（相对密度）是将现场土相对密实度（相对密度）是将现场土的孔隙比的孔隙比e e与该种土所能达到最密时与该种土所能达到最密时的孔隙比的孔隙比eminemin和最松时的孔隙比和最松时的孔隙比emaxe

21、max相对比的办法。相对比的办法。标准贯入试验是一种原位测试方法，标准贯入试验是一种原位测试方法，是用规定的锤重（是用规定的锤重（63.5kg63.5kg）和落距）和落距（76cm76cm）把标准贯入器（带有刃口）把标准贯入器（带有刃口的对口管，外径的对口管，外径50mm50mm，内径，内径35mm35mm）打入土中，记录贯入一定深打入土中，记录贯入一定深度（度（30cm30cm）所需的锤击数）所需的锤击数N N值值的原位测试方法。的原位测试方法。(1)孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散松散中密中密密实密实稍密稍密（2）相对密实度D r 定义：优点：计入

22、土的级配因素，理论上比较 完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin 的测定受人为的影响较大。第四节 黏性土物理状态指标与物理特征 一、黏性土的稠度状态与界限含水量（一）粘性土的稠度状态 1.黏性土最主要的物理状态特征是它的稠度。2.稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力。3.粘性土的稠度状态：含水量变化时，可使粘性土具有不同的稠度状态。含水量由大到小变化时，土由粘滞流动状态到可塑状态 到半固体到固体状态。详见下图 粘性土的状态转变过程（一）粘性土的稠度状态稠度状态之间的转变界限叫稠度界限。最早提出这种界限是瑞典农学家阿太堡，故也称阿太堡界限。用含水量表示，故又称界限

23、含水量。工程上常用的稠度界限有液性界限Wl和塑性界限Wp。液性界限（Wl）简称液限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的含水量。塑性界限（Wp）简称塑限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量。缩限（Ws）是半固态与固态的界限含水量。(二）粘性土的界限含水量测定方法：液塑限联合测定法液塑限联合测定法 wSWpWL液态液态固态固态塑态塑态半固态半固态0光电式液塑限联合测定仪二、塑性指数塑性指数与液性指数液性指数（一）塑性指数液限与塑限的差值（去掉百分号）称为塑性指数Ip，即 Ip=WlWp 例如，某土样，测得Wl=45%，Wp=30%，则Ip=WlWp=45-30=15，习惯上直接称塑性指

24、数为15，但不可以说塑性指数为0.15。在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类。（二）液性指数液性指数Il是粘性土天然含水量与塑限的差值和塑性指数之比，即:可塑状态的土的液性指数在0到1之间，液性指数越大，表示土越软；液性指数大于1的土处于流动状态；小于0的土处于固体状态或半固体状态。因此，可以利用液性指数Il作为黏性土的划分指标。Il值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬。三、反映黏性土结构特性的两种性质 （一）黏性土的灵敏度土的结构形成后就获得某种强度，且结构强度随时间而增长。在含水量不变化的条件下，将原状土捏碎，重新按原来的密度制备成重塑土样。由于原状结构彻底破坏，重塑土样的强度较之原状土样将有

25、明显降低。土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。土的灵敏度是指原状土样的单轴抗压强度（或称无侧限抗压强度）与重塑土样的单轴抗压强度之比，用St表示，即 St=qu/qu 式中，qu原状土样的单轴抗压强度；qu重塑土样的单轴抗压强度。黏性土的灵敏度 显然，结构性越强的土，灵敏度St越大。表2-8表示粘性土根据灵敏度的分类。土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越多，所以在基础施工时，应注意保护基槽，尽量减少土结构的扰动。当黏性土的结构受到扰动时，土的强度就降低，但静置一段时间，土的强度又逐渐增长，这种性质称为土的触变性。这是由于土粒、离子和水分子体系随时间而趋于新的平衡状

26、态之故。（二）黏性土的触变性 桩基监测的时效问题四、黏性土的胶体性质及对工程性质的影响（一）黏性土的胶体性质黏粒细小，比表面积大，是胶体分散体系的分散相。它与水溶液相互作用后，可使土具有一系列胶体化学特性，这些性质主要表现在如下方面：黏黏性性土土的的胶胶体体性性质质黏性土的电动特性黏性土的电动特性黏粒表面水黏粒表面水化膜的特性化膜的特性 黏粒的凝聚与胶溶黏粒的凝聚与胶溶土的触变与陈化土的触变与陈化18091809年莫斯科大学列伊斯（年莫斯科大学列伊斯（ReussReuss）教授所做的）教授所做的实验说明在电场中，土中的粘土颗粒泳向阳极，实验说明在电场中，土中的粘土颗粒泳向阳极，而水则渗向阴极。

27、前者称为电泳，后者称为电而水则渗向阴极。前者称为电泳，后者称为电渗。两种现象同时发生，称为电动特性，还说渗。两种现象同时发生，称为电动特性，还说明黏土颗粒带负电。明黏土颗粒带负电。黏性土的强度与变形，取决于土中水化膜的厚黏性土的强度与变形，取决于土中水化膜的厚薄。水化膜的厚度主要决定于结合水的多寡。薄。水化膜的厚度主要决定于结合水的多寡。弱结合水含量越多，水化膜越厚，粘滞性及强弱结合水含量越多，水化膜越厚，粘滞性及强度越小，土颗粒间越易于活动。度越小，土颗粒间越易于活动。凝聚与胶溶是土粒间引力和斥力相互作用的结凝聚与胶溶是土粒间引力和斥力相互作用的结果。土颗粒在水溶液中相互结合的作用称凝聚果。

28、土颗粒在水溶液中相互结合的作用称凝聚（又称聚沉），土颗粒在水溶液中相互分离的（又称聚沉），土颗粒在水溶液中相互分离的作用成为胶溶（又称稳定）。作用成为胶溶（又称稳定）。胶体在动力作用下常产生液化或由凝聚状态过渡胶体在动力作用下常产生液化或由凝聚状态过渡到胶溶或悬浮状态，当此外力停止后，又重新凝到胶溶或悬浮状态，当此外力停止后，又重新凝结，这种现象叫做土的触变。具有触变性的土，结，这种现象叫做土的触变。具有触变性的土，经过一定时间后就失去液化能力，失去原有的触经过一定时间后就失去液化能力，失去原有的触变性。这种变化是不可逆的，叫做变性。这种变化是不可逆的，叫做“陈化陈化”。黏黏性性土土的的胶胶体

29、体性性质质对对工工程程性性质质的的影影响响土在形成过程中的胶体土在形成过程中的胶体物理化学现象物理化学现象 对黏性土可塑性的影响对黏性土可塑性的影响 对土的触变性的影响对土的触变性的影响黏性土的胀缩性黏性土的胀缩性 土的结构和构造及物理力学性质与土土的结构和构造及物理力学性质与土在形成过程中的胶体物理化学作用有在形成过程中的胶体物理化学作用有 关关，这种作用是土的成分、环境介质这种作用是土的成分、环境介质 相互影响结果，实际中易形成盐渍地。相互影响结果，实际中易形成盐渍地。矿物成分、土粒的大小、水溶液的成分矿物成分、土粒的大小、水溶液的成分与浓度等都对土的可塑性有影响。与浓度等都对土的可塑性有

30、影响。黏性土亦有触变性黏性土亦有触变性，但这种触变性是，但这种触变性是完全可逆的，必须在钻探取土、施工完全可逆的，必须在钻探取土、施工开挖过程中注意保护土的结构不受扰开挖过程中注意保护土的结构不受扰动，一旦破坏了土的原状结构，强度动，一旦破坏了土的原状结构，强度降低且不可能恢复到天然强度。降低且不可能恢复到天然强度。黏性土的胀缩性是指粘性土吸水膨胀黏性土的胀缩性是指粘性土吸水膨胀，失水收缩这种在含水量变化时体积，失水收缩这种在含水量变化时体积变化的性质变化的性质，与矿物成分及离子成分与矿物成分及离子成分密切有关。密切有关。在在工工程程实实践践中中的的应应用用触变性质的利用触变性质的利用离子交换

31、性质的利用离子交换性质的利用电渗、电泳规律的电渗、电泳规律的利用利用 路基冻胀的机理分析路基冻胀的机理分析 1.触变性质的利用在工程实践中，常利用土的触变现象提高钻探及打桩的施工效率，或利用触变压密，提高桩的承载力，例如在沉井下沉或顶管顶进过程中，为了减小施工时的阻力，在井、管壁和土体之间注入用含蒙脱石为主的膨润土制备的触变泥浆，施工时在动力作用下泥浆呈胶溶状态，阻力很小；但施工结束以后由于强度的触变恢复，使沉井或顶管与土之间的摩阻力又能得到恢复，保证了结构的稳定性。2离子交换性质的利用在公路工程中，利用土的离子交换规律。采用在土中掺加高价电解质的方法稳定土，以改善粘性土的工程性质。例如，用石

32、灰稳定土就是利用石灰中的钙离子去置换土中的低价钠离子，产生凝聚以提高土的水稳定性。在土工试验中，为了制备可供粒度成分分析用的悬液，常在悬液中加一些氨水或偏磷酸钠等分散剂，使土粒周围的扩散层增厚以破坏粒团结构，并保持悬液的胶溶状态。3电渗、电泳规律的利用利用土的电渗规律，通过施加直流电场将粘土里的水分集中到阴极管附近，然后排除以降低粘土层中地下水位的方法称为电渗降水。同时用作阳极的铁棒或铝棒在电场作用下产生电解，提高了溶液中高价的铁离子或铝离子浓度以置换低价离子，产生凝聚以达到提高强度的目的，这种加固土的方法称为电动铁(铝)化法；如在阴极管中注入水玻璃，在阳极管中注入氯化钙溶液。在电场作用下带负

33、电荷的硅酸(水玻璃水解后的产物)离子渗向阳极，带正电荷的钙离子渗向阴极，两种离子在土中相遇，生成新的硅酸盐填充土的孔隙并把土粒胶结起来，同时钙离子也能置换土中的低价离子使黏性土得到加固，这种方法称为电动硅化法。粘性土的电动现象还可用于电渗沉桩，即利用正在下沉的桩作负极，使向负极电渗的水流降低桩的摩擦阻力，以提高施工效率。4路基冻胀的机理分析北方路基的冻胀和翻浆是道路工程的严重病害。土体发生冻胀的机理，主要是由于土层在冻结时周围未冻区土中水分向冻结区迁移和集聚的结果。由于结合水的过冷现象，即使地温在零度以下，结合水仍然处于液体状态，成为水分向冰晶体补充的通道；冰晶体附近的结合水膜因失水而使离子浓

34、度增大，与未冻结区的结合水膜中原来的离子浓度构成浓度差，浓度差形成的渗附压力驱使水化离子从离子浓度低处向高处渗流，源源不断地从未冻结区向冻结区补充水分。只要地下水位比较高且从地下水面至冻结区之间存在毛细通道，便具备了冻胀的地质条件，负温持续的时间愈长，冻胀就愈严重。对冻胀机理的正确分析为预防冻胀病害提供了理论依据和有针对性的处理方法。20世纪初期，瑞典土壤学家阿太堡提出了土的粒组划分方法和土的液限、塑限的测定方法，为近代土分类系统的形成奠定了基础。我国使用的土名和土的分类法并不统一，各个部门，使用各自制定的规范，世界上其它国家也是如此。我国目前建筑、水利、港工、公路各专业对土都有不同的分类方法

35、。第五节 地基土的工程分类 一、建筑地基基础设计规范分类法该规范把建筑物的地基土（包括岩石）分成六大类，即岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。从土力学的学科意义而言，整体岩石不属于土。碎石土和砂土属于粗粒土、粉土和粘性土属于细粒土。粗粒土按粒径级配分类，细粒土按塑性指数Ip分类。碎石土是指粒径大于2mm颗粒含量超过总质量50%的土；砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量的50%，而粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的50%的土；黏性土是指塑性指数Ip大于10的土；粉土的性质介于砂土与黏性土之间，塑性指数Ip10且粒径大于0.075mm的颗粒不超过总质量的50%的土。黏性土

36、是指塑性指数Ip大于10的土；建筑地基基础设计规范分类体系图 该分类方法的要点如下：1 先判定是有机土还是无机土；2若为无机土则可将其分为巨粒类土、粗粒类土和细粒土后再进行细粒分类。3对于巨粒类土和粗粒类土之砾类土和砂类土的详细定名如下表所示 4细粒土则根据塑性图（见下图）进行分类。二、水电部土工试验规程分类法我国采用的塑性图关 键 概 念土的颗粒级配；粒组；颗粒级配曲线；不均匀系数；孔隙比；孔隙率；含水量；饱和度；密度；干密度；饱和密度；天然重度；干重度；饱和重度；浮重度(有效重度)；相对密度；稠度；缩限；塑限；液限；塑性指数；液性指数；土的灵敏度；粘性土的触变性思 考 题2-1 不均匀系数

37、Cu的定义是什么？其意义何在？2-2 试比较土中各类水的特征，并分析它们对土的工程性质的影响。2-3 进行土的三相指标计算必须已知几个指标？为什么？2-4 土的三相比例指标有哪些？哪些可由实验直接测定？如何测定？2-5 说明土的、sat、d的物理概念，并比较、sat、d的数值的大小。2-6 两种土当其含水量相同时，其饱和度是否也相同？为什么？思 考 题2-7 试分析土的矿物成分和环境条件的变化对土的结构和工程性质的影响。2-8 比较孔隙比和相对密实度这两个指标作为砂土密实度评价指标的优点和缺点。2-9 既然可用含水量表示土中含水的多少，为什么还要引入液性指数来评价粘性土的软硬程度？2-10 何

38、为塑性指数？其数值大小与颗粒粗细有何关系？塑性指数大的土，具有哪些特点？何谓液性指数？如何应用液性指数来评价土的工程性质？液性指数大于1的粘性土，为什么还有一定的承载能力？2-11 黏性土的胶体性质有何工程意义。2-12 试比较塑性指数分类法和塑性图分类法，说明它们的区别和适用条件。典型计算例题 本章的计算题主要有如下类型：根据三相物理指标的换算公式求解各单个物理性质指标；确定土的物理状态；确定土的名称。要求记住各物理性质指标的定义式及主要换算关系式，评定土的物理状态的界限值，及各类土的定义，这样才能做好各种类型的计算题。【例题1-1】已知土粒比重为2.72，饱和度为37%，孔隙比为0.95，

39、为饱和度提高到90%时，每立方米的土应加多少水？【解】由Vv=eVs=V-Vs，每立方米土体的土粒体积为 Vs=V/(1+e)=1/(1+0.95)=0.513m Vv=eVs=0.950.513=0.487m 当Sr=37%时 Vw=SrVv=0.370.487=0.18m 当Sr=90%时 Vw=SrVv=0.90.487=0.438m Vw=0.4380.18=0.258m 故应加水 Ww=wVw=100.258=2.58 kN【例题1-2】已知两个土样的指标如下，试问下列说法正确与否，为什么？物理性质指标 土样A 土样B 液限Wl 30%9%塑限Wp 12%6%含水量W 15%6%土粒相对密度 2.70 2.68 饱和度Sr 100%100%(1)A土样中含有的粘粒比B土样多；(2)A土样的天然重度比B土样大；(3)A土样的干重度比B土样大；(4)A土样的孔隙比B土样大。(1)A土样中含有的粘粒比B土样多；【答】(1)正确 Ip=Wl-Wp (Ip)(Ip)A土样的粘粒多。(2)A土样的天然重度比B土样大；(2)不正确将已知数据代入，得 A=22.0kN/m3 B=24.5kN/m3(3)A土样的干重度比B土样大；(3)不正确得 =19.2=23.1(4)A土样的孔隙比B土样大。(4)正确 由 可得