【正文】 即：
。 土的密度 （ 1） 天然密度 ? ：天然狀態(tài)下，土單位體積的質(zhì)量，單位為 g/ cm179。 土的含水量一般用“烘干法”測(cè)定 。一般干的粗砂土，其值接近于零，而飽和砂土，可達(dá) 40%；堅(jiān)硬的粘性土的含水量約小于 30%，而飽和狀態(tài)的軟粘性土 (如淤泥 )，則可達(dá) 60%或更大。 土的含水量 ? 土中含水的質(zhì)量與 土粒質(zhì)量之比，稱為土的含水量，以百分?jǐn)?shù)計(jì)，即： (書 15 頁(yè) 15) 含水量 ? 是標(biāo)志土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。將置于比重瓶?jī)?nèi)的土樣在 105110℃ 下烘干后冷卻至室溫用精密天平測(cè)其質(zhì)量，用排水法測(cè)得土粒體積，并求得同體積 4℃ 純水的質(zhì)量，土粒質(zhì)量與其比值就是土粒比重。同一種類的土，其比重變化幅度很小。 實(shí)用上，土粒比重在數(shù)值上就等于土粒密度，但前者無(wú)因次。 1w? =純水在 4℃時(shí)的密度 (單位體積的質(zhì)量 )，等于 1g/ cm179。 圖 210 土的三相組成示意圖 圖中符號(hào)的意義如下： sm — 土粒質(zhì)量； wm — 土中水質(zhì)量； m — 土的總質(zhì)量， m = sm + wm ； sV — 土粒體積； wV — 土中水體積； aV — 土中氣體積； vV — 土中孔隙體積， vV = wV + aV ； V — 土的總體積， V = sV + wV + aV 土粒比重 (土粒相對(duì)密度 ) sd 土粒質(zhì)量與同體積的 4℃時(shí)純水的質(zhì)量之比，稱為土粒比重 (無(wú)量綱 )，即： (書中第 15 頁(yè) 23) 式中 s? — 土粒密度 (g/cm179。 土的三相比例指標(biāo)是其物理性質(zhì)的反映，但與其力學(xué)性質(zhì)有內(nèi)在聯(lián)系，顯然固相成分的比例越高，其壓縮性越小，抗剪強(qiáng)度越大，承載力越高。這些指標(biāo)隨著土體所處的條件的變化而改變，如地下水位的升高或降低，土中水的含量也相應(yīng)增大或減??；密實(shí)的土，其氣相和液相占據(jù)的孔隙體積少。表示土的三相組成部分質(zhì)量、體積之間的比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)。 23 土的三相比例指標(biāo) 自然界中的土體結(jié)構(gòu)組成十分復(fù)雜，為了分析問題方便，將其看成是三相，簡(jiǎn)化成一般的物理模型進(jìn)行分析。這些構(gòu)造特征都造成土的不均勻性。當(dāng)粘粒在海水中沉積時(shí)，由于水中鹽類的離子濃度很大，減少了顆粒間的排斥力，所以土的結(jié)構(gòu)是面 — 邊接觸的絮狀結(jié)構(gòu)。 （ a）邊對(duì)面（ b）面對(duì)面 圖 29 粘粒的接觸方式 粘土的性質(zhì)主要取決于集粒間的相互聯(lián)系與排列。粘粒能夠在水中長(zhǎng)期懸浮，不因自 重而下沉。 蜂窩結(jié)構(gòu)是主要由粉粒 ()組成的土的結(jié)構(gòu)形式。 呈緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，由于其土粒排列緊密，在動(dòng)、靜荷載作用下都不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，所以強(qiáng)度較大，壓縮性較小，是較為良好的天然地基。因其顆粒較大，土粒間的分子吸引力相對(duì)很小，所以顆粒間幾乎沒有聯(lián)結(jié)，至于未充滿孔隙的水分只可能使其具有微弱的毛細(xì)水聯(lián)結(jié)。 單粒結(jié)構(gòu)是由粗大土粒在水或空氣中下沉而形成的。 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀，相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜 合特征。在細(xì)粒土中則常存在與大氣隔絕的封閉氣泡，使土在外力作用下的彈性變形增加，透水性減小。 土中氣 土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。當(dāng)土層解凍時(shí)，土中積聚的冰晶體融化，土體隨之下陷，即出現(xiàn)融陷現(xiàn)象。當(dāng)大氣負(fù)溫傳入土中時(shí)，土中的自由水首先凍結(jié)成冰晶體，弱結(jié)合水的最外層也開始凍結(jié)，使冰晶體逐漸擴(kuò)大，于是冰晶體周圍土粒的結(jié)合水膜變薄，土粒產(chǎn)生剩余的分子引力，另外，由于結(jié)合水膜的變薄，使得水膜中的離子濃度增加，產(chǎn)生了 滲附壓力，在這兩種引力的作用下，下臥未凍區(qū)水膜較厚處的弱結(jié)合水便被上吸到水膜較薄的凍結(jié)區(qū)，并參與凍結(jié)，使凍結(jié)區(qū)的冰晶體增大，而不平衡引力卻繼續(xù)存在。土體發(fā)生凍脹的機(jī)理，主要是由于土層在凍結(jié)時(shí)，周圍未凍區(qū)土中的水分向凍結(jié)區(qū)遷移，集聚所致。當(dāng)?shù)貙訙?度降至攝氏零度以下，土體便會(huì)因土中水凍結(jié)而形成凍土。土中毛細(xì)水的上升高度可用試驗(yàn)方法測(cè)定。在工程中，要注意毛細(xì)上升水的上升高度和速度，因?yàn)槊?xì)水的上升對(duì)于建筑物地下部分的防潮措施和地基土的浸濕和凍脹等有重要影響。 在施工現(xiàn)場(chǎng)常常可以看到稍 濕狀態(tài)的砂堆，能保持垂直陡壁達(dá)幾十厘米高而不坍落，就是因?yàn)樯傲ｉg具有毛細(xì)粘聚力的緣故。毛細(xì)水存在于地下水位以上的透水層中。重力水對(duì)土中的應(yīng)力狀態(tài)和開挖基槽、基坑以及修筑地下構(gòu)筑物時(shí)所應(yīng)采取的排水、防水措施有重要的影響。 自由水按其移動(dòng)所受作用力的不同，可以分為重力水和毛細(xì)水。 自由水是存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的水。砂土比表面較小，幾乎不具可塑性，而粘性土的比表面較大，其可塑性范圍就大。 它仍然不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近的較 薄的水膜緩慢轉(zhuǎn)移。粘土中只含有強(qiáng)結(jié)合水時(shí)，呈固體狀態(tài)，磨碎后則呈粉末狀態(tài)。土粒愈細(xì)，土的比表面愈大，則最大吸著度就愈大。冰點(diǎn)為 78℃，具有極大的粘滯度、彈性和抗剪強(qiáng)度。 它的特征是：沒有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力，只有吸熱變成蒸汽時(shí)才能移動(dòng) 。強(qiáng)結(jié)合水是相當(dāng)于反離子層的內(nèi)層 (固定層 )中的水，而弱結(jié)合水則相當(dāng)于擴(kuò)散層中的水。 從上述雙電層的概念可知，反離子層中的結(jié)合水分子和交換離子，愈靠近土粒表面，則排列得愈緊密和整齊，活動(dòng)性也愈小。固定層和擴(kuò)散層中所含的陽(yáng)離子 (反離子 )與土粒表面負(fù)電荷一起即構(gòu)成雙電層 水溶液中的反離子 (陽(yáng)離子 )的原子價(jià)愈高，它與土粒之間的靜電引力愈強(qiáng)，則擴(kuò)散層厚度愈薄。在最靠近土粒表面處，靜電引力最強(qiáng)，把水化離子和極性水分子牢固地吸附在顆粒表面上形成固定層。因?yàn)樗肿邮菢O性分子 (氫原子端顯正電荷，氧原子端顯負(fù)電荷 )，它被土粒表面電荷或水溶液中離子電荷的吸引而定向排列 (第 12 頁(yè) 圖16)。 這種電分子吸引力高達(dá)幾千到幾萬(wàn)個(gè)大氣壓，使水分子和土粒表面牢固地粘結(jié)在一起。 存在于土中的液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水兩大類： 實(shí)驗(yàn)表明，極細(xì)的土粒表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場(chǎng)，由于水分子是極性分子，即一端為正電荷，另一端顯負(fù)電荷，在土粒電場(chǎng)范圍內(nèi)的水分子和陽(yáng)離子一起吸附在土粒表面而定 向排列形成一層薄的水膜，這層水就稱為結(jié)合水。從土的工程性質(zhì)上分析，可以把礦物內(nèi)部結(jié)合水當(dāng)作礦物顆粒的一部分。研究土中水，必須考慮到水的存在狀態(tài)及其與土粒的相互作用。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)三種形態(tài)。 土中的水和氣 土中水 土中水是土的液體相組成部分。土中膠態(tài)腐殖質(zhì)的顆粒更小，能吸附大量水分子 (親水性強(qiáng) )。 除粘土礦物外，粘粒組中還包括有氫氧化物和腐殖質(zhì)等膠態(tài)物質(zhì)。 104 cm1? 。 104 cm178。= 6cm1? 若將 lcm179。比表面為 6cm178。例如一個(gè)棱邊為 lcm 的立方體顆粒，其體積為 lcm179。 由于粘土礦物是很細(xì)小的扁平顆粒，顆粒表面具有很強(qiáng)的與水相互作用的能力，表面積愈大，這種能力就愈強(qiáng)。這種晶胞一面露出氫氧基，另一面則露出氧原子。 高嶺石的結(jié)構(gòu)單元是由一層鋁氫氧晶片和一層硅氧晶片組成的晶胞。 伊里石的結(jié)構(gòu)單元類似于蒙脫石，所不同的是 Si— O四面體中的 Si?4 可以被 A1?3 、 Fe?3 所取代，因而在相鄰晶胞間將出現(xiàn)若干一價(jià)正離子 (K? )以補(bǔ)償晶胞中正電荷的不足。由于晶胞的兩個(gè)面都是氧原子，其間沒有氫鍵，因此聯(lián)結(jié)很弱，水分子可以進(jìn)入晶胞之間，從而改變晶胞之間的距離，甚至達(dá)到完全分散到單晶胞為止。其中主要有 蒙脫石，伊里石和高嶺石三類。一種是硅氧晶片，它的基本單元是 Si— O四面體，另一種是鋁氫氧晶片，它的基本單元是 A1— OH 八面體。粘土礦物的顆粒很微小，在電子顯微鏡下觀察到的形狀為鱗片狀或片狀，經(jīng) X 射線分析證明其內(nèi)部具有層狀晶體構(gòu)造。 粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和 MgCO3 、 CaCO3 等難溶鹽的顆粒。 砂粒大部分是母巖中的單礦物顆粒，如石英、長(zhǎng)石和云母等。 不同的礦物成分對(duì)土的性質(zhì)有著不同的影響，其中以細(xì)粒組的礦物成分尤為重要。對(duì)于級(jí)配良好的土，較粗顆粒間的孔隙被較細(xì)的顆粒所填充，因而土的密實(shí)度較好，相應(yīng)的地基土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性也較好，透水性和壓縮性也較小，可用作堤壩或其他土建工程的填方土料。一般認(rèn)為： 礫類土或砂類土同時(shí)滿足 uK ≥ 5和 cK =1～ 3 兩個(gè)條件時(shí)，則定名為良好級(jí)配礫或良好級(jí)配砂。 在一般情況下，工程上把 uK 5 的土看作是均粒土，屬級(jí)配不良， uK 10 的土，屬級(jí)配良好。 uK 越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級(jí)配越良好，作為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)度。當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 60％時(shí)，該粒徑稱為限定粒徑用 60d 表示。 小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為 10％時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑 10d 。由曲線的坡度可以大致判斷土的均勻程度。 其橫坐標(biāo)表示粒徑（因?yàn)橥亮Ａ较嗖畛Ｔ诎俦?，千倍以上，所以宜采用?duì)數(shù)坐標(biāo)表示）。實(shí)際上，土粒并不是球體顆粒，因此用理論公式求得的粒徑并不是實(shí)際的土粒尺寸，而是 與實(shí)際土粒在液體中有相同沉降速度的理想球體的直徑 (稱為水力直徑 )。試驗(yàn)時(shí)將風(fēng)干、分散的代表性土樣通過(guò)一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩 (例如 、 、 、)（見第 10 頁(yè)圖 1－ 4） ，稱出留在各個(gè)篩子上的土重，即可求得各個(gè)粒組的相對(duì)含量。 土的顆粒 級(jí)配是通過(guò)土的顆粒大小分析試驗(yàn)測(cè)定的。 目前土的粒組劃分方法并不完全一致，第 10 頁(yè)表 1－ 1 提供的是一種常用的土粒粒組的劃分方法，表中 根據(jù)界限粒徑 200、 和 把土粒分為六大粒組：漂石 (塊石 )顆粒、卵石 (碎石 )顆粒、圓礫 (角礫 )顆粒、砂粒，粉粒及粘粒。各個(gè)粒組隨著分界尺寸的不同而呈現(xiàn)出一定質(zhì)的變化。自然界中的土粒，大小懸殊、性質(zhì)各異，直徑變化幅度（從數(shù)米的漂石到萬(wàn)分之幾毫米的膠粒）很大，土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化，例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無(wú)粘性變化到有粘性。土粒的組合情況就是大大小小土粒含量的相對(duì)數(shù)量關(guān)系。 粗大土粒往往是巖石經(jīng)物理風(fēng)化作用形成的碎屑，或是巖石中未產(chǎn)生化學(xué)變化的礦物顆粒，如石英和長(zhǎng)石等，而細(xì)小土粒主要是化學(xué)風(fēng)化作 用形成的次生礦物和生成過(guò)程中混入的有機(jī)物質(zhì)。土中不同大小顆粒的組合，也就是各種不同粒徑的顆粒在土中的相對(duì)含量，稱土的顆粒組成；組成土中各種土粒的礦物種類及其相對(duì)含量稱土的礦物組成。這些固體相的物質(zhì)稱為 土粒 ，是土中最穩(wěn)定、變化最小的成分。 167。 土的力學(xué)性質(zhì)包括土的壓縮性（第 3 章）、土的抗剪性（第 4 章）、土的擊實(shí)性三部分內(nèi)容。 土的性質(zhì)主要是指土的物理力學(xué)性質(zhì)，包括物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。土的物理性質(zhì)又在一定程度上決定了它的力學(xué)性質(zhì)，所以物理性質(zhì)是土的最基本的工程特性。所以，要研究土的性質(zhì)就必須了解土的三相組成以及在天然狀態(tài)下土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等特征。因此， 土是由顆粒 (固相 )、水 (液相 )和氣 (氣相 )所組成的三相體系。作為建筑物地基的土，是土力學(xué)研究的主要對(duì)象。 在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，由于各種內(nèi)力和外力地質(zhì)作用形成了許多類型的巖石和土。 三、本章內(nèi)容： 167。 一般掌握內(nèi)容 1．土的三相組成、形態(tài)和構(gòu)造特征。界限含水量的概念，塑限、液限、縮限的定義及測(cè)量方法。碎石類土密實(shí)度的劃分方法。砂土密實(shí)度按孔隙比、相對(duì)密實(shí)度、標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) N的劃分方法。 3．利用土的三相草圖和換算公式進(jìn)行土的各種物理指標(biāo)的換算。 第 2 章 土的物理性質(zhì)及工程分類 一、知識(shí)點(diǎn)： 概述 土的組成 土的固體顆粒 土中的水和氣 土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的三相比例指標(biāo) 指標(biāo)的定義 指標(biāo)的換算 無(wú)粘性土的密實(shí)度 粘性土的水理性質(zhì) 粘性土的界限含水量 粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 粘性土的靈敏度和觸變性 土的壓實(shí)原理 地基土 (巖 )的分類 巖石的工程分類 無(wú)粘性土分類 粉土分類 粘性土分類 特殊土分類 細(xì)粒土按塑性圖分類 二、考試內(nèi)容： 重點(diǎn)掌握內(nèi)容 1．土的各物理性質(zhì)指標(biāo)的定義、表達(dá)式及其在工程上的實(shí)際應(yīng)用。 增長(zhǎng)滲流路徑，例如沿坑壁打入深度超過(guò)坑底的板樁，其長(zhǎng)度足以使受保護(hù)土體內(nèi)的水頭梯度小于臨危梯度。 題型：概念題 題目：流砂現(xiàn)象 答案及分析：當(dāng)自下而上的動(dòng)水力等于土的有效重度 時(shí)，土粒之間將毫無(wú)壓力，土粒處于懸浮狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為流砂。 特別值得注意的是：從現(xiàn)場(chǎng)取得的土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定的滲透系數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況差異很大，往往相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這主要與土的結(jié)構(gòu)的破壞有關(guān)。為了使?jié)B流模型在滲流特性上與真實(shí)的滲流相一致，它還應(yīng)該符合以下要求： (a)在同一過(guò)水?dāng)嗝妫瑵B流模型的流量等于真實(shí)滲流的流量； (b)在任一界面上，滲流模型的壓力與真實(shí)滲流的壓力相等； (c)在相同體積內(nèi)，滲流模型所受到的阻力與真實(shí)滲流所受到的阻力相