第一節(jié) 土的物理性質(zhì)和工程分類(lèi)

　　一、土力學(xué)、地基和基礎(chǔ)的概念

　　土力學(xué)是用力學(xué)知識(shí)和土工測(cè)試技術(shù)，研究土的物理、力學(xué)性質(zhì)，研究土的變形及其強(qiáng)度規(guī)律的一門(mén)科學(xué)。

　　工程上所研究的土，可作為建筑環(huán)境(如地下工程周?chē)�的土介質(zhì))、建筑材料(如修筑路基和土壩的土料)和支承建筑物荷載的地基。

　　建筑物或構(gòu)筑物可分為上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)兩部分。下部結(jié)構(gòu)即基礎(chǔ)，其作用是支承上部結(jié)構(gòu)荷載，并將其傳給地基，見(jiàn)示意圖18-1。

　　二、土的生成和組成

　　(一)土的生成

　　土是巖石經(jīng)風(fēng)化(物理、化學(xué)、生物風(fēng)化)作用后，再經(jīng)其他各種外力地質(zhì)作用(如搬運(yùn)、沉積)的產(chǎn)物。是由固體顆粒、水和空氣組成的三相體，這三種成分混合分布。為研究方便，將三相體中的固體顆粒(簡(jiǎn)稱(chēng)為土粒)、水和氣體分別集中起來(lái)，

　　(二)土的組成及相關(guān)概念簡(jiǎn)述

　　1.固相——即土的顆粒，它的礦物成分、顆粒大小、形狀與級(jí)配影響土的物理力學(xué)性質(zhì)。

　　(1)土的粒組，將土中顆粒按適當(dāng)粒徑范圍分組，使各組內(nèi)土粒大小、性質(zhì)大體相近。劃分粒組的分界尺寸，稱(chēng)為界限粒徑。我國(guó)按界限粒徑200、20、2、0.05、和0.005(單位為mm)把土粒分為六組：漂石(塊石)、卵石、圓礫、砂粒、粉粒和粘粒。

　　(2)土的級(jí)配，即土中各粒組的相對(duì)含量(各粒組質(zhì)量占全部粒組質(zhì)量的百分比)，可通過(guò)顆粒分析試驗(yàn)測(cè)得，用級(jí)配累計(jì)曲線(xiàn)表示

　　(3)土的結(jié)構(gòu)，指土粒及其集合體的大小、形狀、相互排列與聯(lián)結(jié)等綜合特征。有三種：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)(顆粒較大)，如砂粒、碎石;蜂窩結(jié)構(gòu)(顆粒較細(xì))，如粉粒;絮狀結(jié)構(gòu)(顆粒極細(xì))，如粘粒。

　　(4)土的構(gòu)造，指物質(zhì)成分和顆粒大小等相近的各部分土層之間的相互聯(lián)系特點(diǎn)。主要有層理構(gòu)造(分水平、交錯(cuò)兩種)、裂隙構(gòu)造和分散構(gòu)造。

　　2.液相——即土中水�？梢猿使虘B(tài)(冰)、液態(tài)(水)、氣態(tài)(水蒸氣)存在于土中。從水膜理論的角度來(lái)看，水的分類(lèi)如下：

　　(1)結(jié)合水

　　強(qiáng)結(jié)合水(吸著水) 可塑狀態(tài)黏土僅含此水呈固態(tài)

　　弱結(jié)合水(薄膜水) 可塑狀態(tài)黏土多含此水，特別對(duì)黏性土的性質(zhì)影響大

　　地下水位以下透水層中的水

　　(2) 自由水

　　重力水 地下水位以下透水層中的水

　　毛細(xì)水 孔隙中的自由水，也能在地下水位以上存在

　　3.氣相一一即土中氣

　　通暢氣 與大氣相連，常存在于粗粒土中

　　封閉氣 封閉于孔隙中，常存在于細(xì)粒土中

　　三、土的三相比例指標(biāo)

　　(一)由試驗(yàn)直接測(cè)定的基本指標(biāo)

　　(二)換算的物理性質(zhì)指標(biāo)

　　四、黏性土的物理狀態(tài)指標(biāo)

　　(一)黏性土的狀態(tài)與界限含水率

　　1.界限含水率

　　黏性土由某一狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一狀態(tài)時(shí)的分界含水率，稱(chēng)為土的界限含水率。

　　2.液限和塑限

　　在國(guó)際上稱(chēng)為阿太堡界限(Atterberg Limit)，它們是黏性土的重要物理特性指標(biāo)。

　　液限：土由流動(dòng)狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界限含水率稱(chēng)為液限，以符號(hào)ωL表示。

　　塑限：土由可塑狀態(tài)變化到半固體狀態(tài)的界限含水率稱(chēng)為塑限，以符號(hào)ωp表示。

　　縮限：由半固體狀態(tài)變化到固體狀態(tài)的界限含水率稱(chēng)為縮限，以符號(hào)ωs表示，不常用。

　　六、1土的壓實(shí)性

　　有時(shí)建筑物建筑在填土上，為了提高填土的強(qiáng)度，增加土的密實(shí)度，降低其透水性和壓縮性，通常用分層壓實(shí)的辦法來(lái)處理地基。

　　實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)過(guò)濕的土進(jìn)行夯實(shí)或碾壓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象(俗稱(chēng)“橡皮土”)，此時(shí)土的密實(shí)度是不會(huì)增大的。對(duì)很干的土進(jìn)行夯實(shí)或碾壓，顯然也不能把土充分壓實(shí)。所以，要使

　　土的壓實(shí)效果最好，其含水率一定要適當(dāng)。在一定的壓實(shí)能量下使土最容易壓實(shí)，并能達(dá)到最大密實(shí)度時(shí)的含水率，稱(chēng)為土的最優(yōu)含水率(或稱(chēng)最佳含水率)，用叫ωop表示。相對(duì)應(yīng)的干重度叫做最大干重度，用γdmax表示。

　　土的最優(yōu)含水率可在試驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得。試驗(yàn)時(shí)將同一種土，配制成若干份不

　　同含水率的試樣，用同樣的壓實(shí)能量分別對(duì)每一份試樣進(jìn)行擊實(shí)[試驗(yàn)的儀器和方法見(jiàn)現(xiàn)行

　　《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123-1999)]，然后測(cè)定各試樣擊實(shí)后的含水率ω和干重度

　　γd從而繪制含水率與干重度關(guān)系嗌線(xiàn)(見(jiàn)圖18-5)，稱(chēng)為壓實(shí)曲線(xiàn)。從圖中可以知道，當(dāng)含水率較低時(shí)，隨著含水率的增大，土的干重度也逐漸增大，表明壓實(shí)效果逐步提高;當(dāng)含水率超過(guò)某一限值ωop時(shí)，干重度則隨著含水率增大而減小，即壓實(shí)效果下降。這說(shuō)明土的壓實(shí)效果隨含水率的變化而變化，并在擊實(shí)曲線(xiàn)上出現(xiàn)一個(gè)干重度峰值(即最大干重度γdmax)，相應(yīng)于這個(gè)峰值的含水率就是最優(yōu)含水率。