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土力学第二章土力学第二章2.1 概述概述 土作为建筑物地基的主体, 显然是土力学研究的主要对象。 那么，什么是土？那么，什么是土？ 简言之，土是岩石风化后的产物土是岩石风化后的产物，是岩石经过外力地质作用而形成的碎散颗粒的集合体。 土既然是散碎颗粒的集合体，颗粒间必然存在着孔隙，而孔隙中也必然包含着水或空气。因此，土是由土颗粒（固相）、水（液相）、和空气（气相）组成的三相体。 显然，要研究土的性质就必须研究土的生成、组成及物理性质。而首先必须从研究土的成因着手。 从强度上看：残积土强度最大，沼泽土强度最差。 我省（杭州、萧山、宁波、温州）土一般属于滨海、湖泊、三角洲混合沉积土。 土的生成并非一日之功，而必须经过漫长的年代。土的生成并非一日之功，而必须经过漫长的年代。 地质年代地质年代地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的世代段落。分为绝对的绝对的和相对的相对的，后者应用相对较多。 地球的形成至今大约60亿年。 相对地质年代相对地质年代根据古生物的演化和岩层形成的顺序，将地壳历史划分成的一些自然时段，共划分为五大代：太古代、元古代、古五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代生代、中生代、新生代。 代又分为纪，纪又分为若干世和期，即代代纪纪世世期期。 每一地质年代每一地质年代中都划分有相应的地层地层，依次为界界系系统统阶阶（层）（层）。 在新生代中最新近的一个纪段称为第四纪，我们现在所见的土就是在这一地质年代生成且尚未胶结成岩的，距今约1百万年。第四纪地质年代的细分第四纪地质年代的细分纪（系）世（统）距今年代（百万年）第四纪（系）Q全新世（统）Qh或Q40.025更新世（统）QP晚更新世（上更新统）Q30.150中更新世（中更新统）Q20.500早更新世（下更新统）Q11.000因此，我们现在所见的土可称为第四纪沉积物（层）我们现在所见的土可称为第四纪沉积物（层）。 需要指出： 岩石经风化而成土，土也可经压实固结、脱水、胶结硬化而成为岩石（沉积岩），即 岩石土。风化压实固结、胶结硬化 当然这需要漫长的年代（以百万年计）。 土与岩石的相互转化，虽然过程缓慢，但循环往复、永不休止土与岩石的相互转化，虽然过程缓慢，但循环往复、永不休止。这就是大自然演化的辩证法这就是大自然演化的辩证法。2.2.2 土的组成土的组成 1. 土中的固体颗粒土中的固体颗粒 土中的固体颗粒（简称土粒土粒）是土的主要组成部分，是土的骨架。 土颗粒的大小、形状、矿物成分及组成情况是决定土的物理力学性质的主要因素。 （1）土的颗粒级配）土的颗粒级配 土是由大小不同的土粒组成的；随着颗粒的变化，土的性质将发生变化；例如：随着粒径的变细，土的性质由无粘性变为粘性。 因此需区分土颗粒的大小和特征。为此, 常将其划分为不同的粒组(表2-1)。 粒组粒组粒径界于一定范围内的土粒的集合。 共分6组（表表2-1）：漂石（或块石）颗粒（200mm）；卵石（或碎石）颗粒；圆砾（或角砾）颗粒；砂粒；粉粒；粘粒（0.1mm：将风干、分散的土通过一套孔径不 同的标准筛 (孔径为0.075、0.1、0.25、20mm), 然后称 出留在各筛子上的土重，然后算出占总重的百分数。比重计法比重计法：适用于粒径200透水性大，无粘性，无毛细水卵石或碎石颗粒20060圆砾或角砾颗粒粗6020透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小中205细52砂粒粗20.5易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加，无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大中0.50.25细0.250.1极细0.10.075粉粒粗0.0750.01透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩，毛细水上升高度较大，极易出现冻胀现象细0.010.005粘粒0.005透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度大，但速度较慢表表2-1 土粒粒组的划分土粒粒组的划分图图2-1 颗粒级配曲线颗粒级配曲线 颗粒级配曲线颗粒级配曲线以土中所含小于某粒径的土重含量（）为纵坐标，以土粒粒径（对数）为横坐标绘制的曲线。 该曲线越平缓，表示该土所含土粒粒径相差越悬殊，土粒越不均匀，级配越好。则土的密实度越大，压缩性越小，土越好。 从该曲线可得：有效粒径d1 0；限定粒径d6 0；不均匀系数 Cu= d60 / d10 ；曲率系数Cc=d302/（d60 d10） 一般情况：Cu 10的土，属级配良好。 对砾类土或砂类土： Cu 5且Cc=13，定名为良好级配砾或良好级配砂。 （2）土粒的矿物成分）土粒的矿物成分 矿物地壳中天然生成的自然元素或化合物，也是构成岩石的基本元素或化合物。 土的矿物成分组成土中固体颗粒的矿物类型、结构等。 了解土粒的矿物成分，对认识土性十分重要。有机质有机质：未分解的动植物残体；半分解的泥碳；全分解的腐殖质 矿物质矿物质固体颗粒固体颗粒原生矿物原生矿物：石英、云母、长石等次生矿物次生矿物：粘土矿物；可溶盐（NaCl、CaCO3等）；无 定形氧化物胶体 原生矿物原生矿物（非粘土矿物）：由岩石物理风化而成，与母岩的矿物成分相同，如石英、云母、长石等，以石英含量最多（因其不易化学风化）。 残积土、无粘性土一般均由此组成。 次生矿物次生矿物：由原生矿物进一步化学风化而成。如粘土矿物。 粘土矿物是构成粘土的主要矿物。 构成粘土矿物的两种晶片构成粘土矿物的两种晶片：硅氧晶片、铝氢氧晶片（如图2-2）。图图2-2 粘土矿物晶片示意图粘土矿物晶片示意图 两种基本晶片的不同组合就构成了不同的粘土矿物，主要有：蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石。（图23） 特点特点：扁平晶体结构（很薄,10-10m）；颗粒表面积大，具有很强的与水相互作用的能与水相互作用的能力力。 亲水性亲水性：蒙脱石（亲水性好）伊利石高岭石（亲水性差）图2-3 粘土矿物构造单位示意图(a) 蒙脱石 (b) 伊利石 (c) 高岭石 粘土矿物的带电性粘土矿物的带电性（1809年实验，图2-4）： 粘土颗粒(带负电荷)在电场作用下向阳极移动（水变混）电泳电泳 水分子在电场作用下向负极移动（水面升高）电渗电渗电动现象电泳：土粒电渗：水图图2-4 粘土膏的电渗、电泳试验粘土膏的电渗、电泳试验2. 土中水土中水 结合水土中水液态水固态水：矿物晶体内的结合水（结晶水），矿物的一部分，呈固态。自由水强结合水：紧靠土颗粒表面弱结合水：紧靠强结合水外围重力水：能形成水压力并能在土中流动的水，位 于地下水位以下毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自 由水，存在于地下水位以上的透水层中。气态水：土中气的一部分由于电分子引力作用而紧密吸附于土粒表面的水 结合水结合水的形成机理： 土颗粒土颗粒表面：负电荷；水分子水分子：极性分子H+、OH-; 水溶液中带阳水溶液中带阳离子离子：Na，Ca等。 土颗粒表面负电荷围绕土粒形成电场，在电场作用范围内的水分子和水溶液中的阳离子吸附于土粒表面（水分子作定向排列于土粒周围，阳离子受静电引力（电分子力）作用）。 离土粒越近，电分子力越大，从而形成紧密吸附于土粒表面的固固定层定层（强结合水强结合水）和在固定层外围的扩散层扩散层(弱结合水弱结合水)，如图2-6。双电层双电层固定层和扩散层中所含的阳离子土粒表面的负电荷 图2-6 结合水中的水分子定向排列示意图粘土固体状态粘土固体状态粘土可塑状态粘土可塑状态3. 土中气体土中气体 土中气占据了土中未被水占领的孔隙。 自由气体与大气连通、不影响土质，常存在于粗粒土中。 封闭气体与大气隔绝，增加土的弹性，减少土的透水性。 可燃气体由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有机土中。 2.3 土的物理性质指标土的物理性质指标 上节对土的三相组成从定性上作了介绍，本节拟进一步对土的三相组成作定量上的分析，即分析土三相组成部分的质量和体积之间的比例关系。 土的物理性质指标土的物理性质指标表示土中三相比例关系的一些物理量，可分为如下两类： 必须通过实验测定的指标必须通过实验测定的指标即：土粒比重（土粒相对密度）、含水量、密度可根据已测指标推算的指标可根据已测指标推算的指标如:孔隙比、孔隙率、饱和度等物理性质指标 为了便于计算，用图2-5所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系。mw：土中水质量m：土的总质量， m=ms +mwVw：土中水体积mma=0mwms质量体积气水土粒VaVwVsVvV图图2-5 土的三相组成示意图土的三相组成示意图ms：土粒质量ma：土中气质量Vs：土粒体积Va：土中气体积V：土的总体积 V= Vv+ VsVv：土中孔隙体积 Vv= Va+ Vw 1. 土粒比重（土粒相对密度）土粒比重（土粒相对密度）ds 土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比，即： 其中： 土粒密度土粒密度，g/cm3； 4时纯水的密度，1 g/cm3或1 t/m3； 天然水密度，1g/cm3。 土粒比重取决于矿物成分。 一般土：2.62.8；有机质土：2.42.5；泥炭土：1.51.8。参见表2-2。 在实验室内用“比重瓶法比重瓶法”测定。wswswsssVmd11sssVm1ww土的名称砂土粉土粘性土粘质粉土粘土土粒比重2.652.692.702.712.722.732.742.76表表2-2 土粒比重参考值土粒比重参考值2. 土的含水量（率）土的含水量（率）w 土中所含水的质量与土粒质量之比，以百分数计，即： 一般，土的含水量越大，其强度越低。 粗砂的含水量接近于零，淤泥可达60。 一般用“烘干法烘干法”测定。%100swmmw3. 土的密度土的密度 （又称天然密度）（又称天然密度） 天然状态下土单位体积的质量，g/cm3或t/m3 粘性土： ；砂土： ； 腐质土： 。 一般用 “环刀法环刀法” 测定。Vm30 . 28 . 1cmg30 . 26 . 1cmg37 . 15 . 1cmg 4. 土的干密度土的干密度 、饱和密度、饱和密度 、有效密度、有效密度 干密度干密度： ，土单位体积中固体颗粒部分的质量。（工程上用作评定土体密实度，控制填土工程的施工质量） 饱和密度饱和密度： ，土孔隙中充满水时土体的单位体积质量。 有效密度有效密度： ，单位土体中土粒的有效质量（在地下水位以下，扣除浮力后单位土体积中土粒的质量）。dsatVmsdVVmwvssatwsatwssVVm 与五种密度五种密度相应，土有五种重度五种重度（即重力密度，kN/m3）： 土粒重度土粒重度： ； 湿重度（又称天然重度）湿重度（又称天然重度）： 干重度干重度： 饱和重度饱和重度： 有效重度有效重度： 。 其中， 水（天然）重度（10 kN/m3）；g=9.807 m/s2, 重力加速度。 一般， ；gssggddgsatsatwsatggwwdsatdsat 5. 土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比和孔隙率 孔隙比孔隙比： ，土中孔隙体积与土粒体积之比（无量纲）。 用于评价土的密实度和压缩性：e 1.0疏松、高压缩性。 孔隙率孔隙率： ，土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数表示。 6. 土的饱和度土的饱和度 土中被水充满的孔隙体积与总孔隙体积之比，以百分数表示。 干土Sr = 0；饱和土Sr = 100%。svVVe %100VVnv%100vwrVVS7. 指标的换算指标的换算 上述指标只有土粒比重ds、含水量w、土密度三个指标可通过试验测定，其他指标则可由它们导出。常用图2-6（土的三相物理指标换算图）进行各指标间关系的推导和换算。 令Vs = 1，则Vv = e， V = 1+e， ， 孔隙比孔隙比 e 的推导的推导： 因为： 所以：wswsssddVmwsswwdwmmedwVmws1)1 (wedVmwssd111)1 (1wsdwsdwde图图2-6 土的三相物理指标换算图土的三相物理指标换算图 其他指标的推导其他指标的推导： 对于饱和土： 综上可见，土的三相物理指标共土的三相物理指标共15个个（ , w, e, n, Sr , 五种密度，五种重度）。 各指标的关系见表2-3。eedVVmwswvssat1)(edwswsat1) 1(eeVVnv1ewdVmVVSsvwwvwrsrwdeS ; 1sd2.4 无粘性土的物理性质无粘性土的物理性质 无粘性土主要是指砂土和碎石土，其工程性质与其密实度密实度密切相关。密实度越大，土的强度越大。因此，密实度是反映无粘性土工程性质的密实度是反映无粘性土工程性质的主要指标主要指标。 评判无粘性土的密实度有以下方法： 1. 根据相对密实度 判别 e无粘性土的天然孔隙比； emax无粘性土的最大孔隙比（松砂器法） emin无粘性土的最小孔隙比（振击法） 密实(1Dr0.67)；中密(0.67Dr0.33)；松散(0.33Dr0)。 该法适用于透水性好的无粘性土，如纯砂、纯砾。（见表2-4）rDmaxmaxmin(0 1)reeDee按相对密实度Dr密实度密实的中等密实的松散的指标1Dr0.670.67Dr0.330.33Dr0按孔隙比e中密稍密砾砂、粗砂、中砂e 0.600.60e0.750.75e 0.85细砂、粉砂e 0.700.70e0.850.85e 0.95表表2-4 砂类土的密实度划分标准砂类土的密实度划分标准 2. 根据天然孔隙比判别 e 越小，土越密实。一般，e 0.85时属松散。 该法适用于砂土，但不能考虑矿物成分、级配等对密实度的影响。（见表2-4） 3. 根据原位标准贯入等试验判别，如表2-5 密实（N 30）、中密（15N30）、稍密（10N15）、松散（N10）按标准贯入锤击数N密实度N10松散10N15稍密15N30中密N 30 密实表表2-5 按标准贯入锤击数按标准贯入锤击数N判别砂土密实度判别砂土密实度4. 根据野外方法鉴别（针对碎石类土） 肉眼观察、挖、钻等（见表2-6）。密实度骨架颗粒含量和排列可挖性可钻性密实骨架颗粒含量大于总重的70%，呈交错排列，连续接触锹、镐挖掘困难，用撬棍方能松动；井壁一般较稳定钻进极困难；冲击钻探时，钻杆、吊锤跳动剧烈；孔壁较稳定中密骨架颗粒含量等于总重的60%70%，呈交错排列，大部分接触锹、镐可挖掘；井壁有掉块现象；从井壁取出大颗粒处，能保持颗粒凹面形状钻进较困难；冲击钻探时，钻杆、吊锤跳动不剧烈；孔壁有坍塌现象稍密骨架颗粒含量小于总重的60%，排列混乱，大部分不接触锹可挖掘；井壁易坍塌；从井壁取出大颗粒后，充填物砂土立即坍落钻进较容易；冲击钻探时，钻杆稍有跳动；孔壁易坍塌表表2-6 碎石类土密实度野外鉴别方法碎石类土密实度野外鉴别方法2.5 粘性土的物理性质粘性土的物理性质2.5.1 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量2.5.2 粘性土的塑性指数和液性指数粘性土的塑性指数和液性指数2.5.3 粘性土的活动性指数粘性土的活动性指数A 2.5.1 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量 粘性土的特性主要由粘粒与水之间的相互作用产生，故含水量含水量对其物理状态和工程性质有重要影响。 对同一种粘性土，当含水量小于某限度时，土中水均为结合水（薄膜水），它们将土颗粒牢牢粘结（依靠电分子引力）在一起，故土呈固态或半固态固态或半固态，强度很大；随着含水量的增加，水膜增厚，土粒间距离增大，相互粘结力变弱，土就成为可塑状态可塑状态（可用外力塑成任意形状而不发生裂纹，并当外力移去后能保持既得形状。如同橡皮泥）；当含水量继续增大，土中自由水增多，土粒被自由水分隔，自由水曾至一定量时，土即呈流态流态，强度急剧下降。 因此，随着土中水的不断增加，土的状态逐渐由固态或半固态变为液态，强度不断下降。 为区分和标志土的状态，常用界限含水量界限含水量。 界限含水量界限含水量粘性土由一种状态转变过渡到另一种状态的分界含水量。阿 太 堡 界 限阿 太 堡 界 限(Atterberg limits)液限液限(WL , Liquid Limit)：土由可塑状态变到流动状态的界限含水量；土处于可塑状态的最大含水量，稍大即流态；塑限塑限(WP , Plastic Limit)：土由半固态变为可塑状态的界限含水量；土处于可塑状态的最小含水量，稍小即半固态；缩限缩限(WS , Shrinkage Limit)：土由固态变为半固态的界限含水量；土处于半固态的最小含水量，稍小即为固态。 于是粘性土的物理状态和含水量关系可由下图表示：pppLpLIWWWWWWI图图2-7 粘性土的物理状态和含水量的关系粘性土的物理状态和含水量的关系0LI固态半固态 可塑状态 流动状态 缩限Ws 塑限Wp 液限 WL0含水量 0LI01LI 1LI1LI WL和和WP的测定方法的测定方法：WL：锥式液限仪（中国） （图2-8） 碟式液限仪（美、日）（图2-9）传统法现行法：光电式液、塑联合测定仪测定方法WP：搓条法（手工）：粘土在毛玻璃上搓至3mm出现裂纹时的含水量 图图2-8 锥式液限仪锥式液限仪 图图2-9 碟式液限仪碟式液限仪2.5.2 粘性土的塑性指数和液性指粘性土的塑性指数和液性指数数 塑性指数塑性指数IP表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 IP = WL - WP（省去%） IP 越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。 土颗粒越细，粘粒含量越高，土能吸附的结合水量越多，则IP 越大。粘土矿物蒙脱石含量越高， IP 越大。 IP 在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种主要因素，故常用于对粘性土进行分类。 液性指数液性指数IL表示粘性土软硬程度的一个指标表示粘性土软硬程度的一个指标。pppLpLIWWWWWWI由此可见：当0 W WP，IL 0，土处于固态或半固态 当WP W WL，0 WL ， IL 1，土处于流态故可根据 IL 的大小评判土的软硬程度，分为如下5种（表2-7）：状态坚硬硬塑可塑软塑流塑液性指数IL 00IL0.250.25IL0.750.75 1.0表表2-7 粘性土软硬状态的划分粘性土软硬状态的划分2.5.3 粘性土的活动性指数粘性土的活动性指数A 由于粘性土中所含矿物的胶体活动性， IP 相同的土也有可能性质差别很大。为此定义活动性指数以予区别。 其中，m为粘粒（0.002mm的颗粒）含量百分比。 A0.75 不活动性粘性土 0.75A1.25 活动性粘性土mIAp2.6 土的结构性土的结构性 研究表明，同一种土，原状土与重塑土的性质有很大差别，甚至用不同方法制备的重塑土样，尽管组成一样，密度控制也一样，性质也有所区别。这就是说，土的组成和物理性状不是决定土性质的全部因素，土的结构性对土的性质也有很大的影响。这种土的性质受结构这种土的性质受结构扰动影响而改变的特性称为土的结构性扰动影响而改变的特性称为土的结构性。天然土的结构性是普遍存在的，它是土形成存在的条件的反映，与成因类型密切相关，因此，在研究土力学问题时，必须考虑土的结构性。2.6.1 土的结构和构造土的结构和构造 土的结构土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。分为三种基本类型： 单粒结构单粒结构：粒径较大的土粒沉积时所形成。无粘性土所具有的结构。（图2-10）图图2-10 土的单粒结构土的单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构：粒径在0.0750.005mm内的土粒沉积时形成的蜂窝状结构（图2-11）。（土粒间吸引力大于重力，土粒停留在最初的接触点不再下沉而形成此结构） 絮状结构絮状结构：粒径小于0.005mm的粘粒沉积时所形成的结构（图2-12）。 （粘粒凝聚成絮状的集合体再下沉） 图图2-11 土的峰窝结构图土的峰窝结构图 2-12 土的絮状结构土的絮状结构 土的构造土的构造是指在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。 土的构造主要特征土的构造主要特征：成层性（即层理构造）、裂隙性、不均匀性（例如含腐殖质、贝壳等），后两者对工程明显不利。2.6.2 粘性土的灵敏度和触变性粘性土的灵敏度和触变性 天然生成的粘性土一般均具有一定的结构性（土粒之间的胶结物质以及土粒、离子、水分子组成的平衡体系），在外部因素的干扰下，会遭到破坏，从而使土的强度降低、压缩性增大。 灵敏度灵敏度衡量土的结构破坏对强度影响的一个指标: St = qu / qu 其中， qu是原状土试样的无侧限抗压强度（kPa），由无侧限抗压强无侧限抗压强度试验度试验测定； qu是重塑土试样（与原状土试样尺寸、密度、含水量均相同）的无侧限抗压强度（kPa）。饱和粘性土低灵敏：1 St 2 中灵敏：2 4 St 越高，表示土的结构性越强，受扰动后土的强度降低越多，施工时越应减少对其扰动。 土的强度会因受到扰动而降低，但扰动停止后，强度又会随时间逐渐恢复，这种性质就称为土的触变性土的触变性。 粘性土的触变性粘性土的触变性粘性土结构受到扰动后强度明显降低，而当静置后，强度又随时间恢复的现象。 这是由于土粒、离子、水分子体系随时间又逐渐趋于新的平衡状态的缘故。 例：打桩使桩侧土受到强烈扰动而强度降低，但桩打好后，由于土的触变性，土的强度会逐步恢复，桩承载力逐渐提高。故打桩应一鼓作气，否则停的时间越长，再打入就越难。2.7 土的压实性土的压实性 在建造路堤、土坝等时，常需要填土。为增强土的密实度，降低其透水性和压缩性，常采用分层压实的办法来加以处理。 压实性压实性土体在外部压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生相对位移，使土中的孔隙减少，密度增加，强度提高的特性。 实践表明：细粒土和粗粒土的压实性不同。压实细粒土宜用夯击压实细粒土宜用夯击或碾压机具；压实粗粒土宜用振动机具或碾压机具；压实粗粒土宜用振动机具。2.7.1 细粒土的压实性细粒土的压实性 土过湿过干都难以充分压实。过湿，则土中自由水过多，夯实或碾压时水难以从孔隙中排出，阻止颗粒的靠拢，从而会出现软弹现象（俗称橡皮土）。过干，则土中主要是强结合水，颗粒间引力大，阻止颗粒的移动。 只有当含水量适当时，压实效果才会好。常用室内击实试验击实试验确定最优含水量。 最优含水量最优含水量（wop）：一定的压实能量下一定的压实能量下使土最容易压实且能达到最大密实度时的含水量。由室内击实试验测得。 最大干密度最大干密度（dmax）：与wop 相应的干密度。dmax 越大，e 越小。 击实试验击实试验：对同一种土配制若干份不同含水量的试样，用同样的压实能量分别对每一份试样进行击实，测定各试样相应的含水量w和干密度d，然后绘制含水量与干密度关系曲线，即得压实曲线压实曲线（图2-13），曲线峰值点对应的即为最优含水量wop和最大干密度dmax 。图图2-13 含水量干密度曲线含水量干密度曲线 从压实曲线可见：当含水量较低时，干密度随w增大而增大，即压实效果提高；但当w wop时，干密度随w增大而减少，即压实效果下降。故压实效果随含水量的变化而变化。 试验表明试验表明： wop wP+2；土中的粘土矿物愈多， wop 越大。 wop及dmax均与压实能量有关。当压实能量较小 （如人力夯），要求土粒间有较多的水分使其润滑， 因此wop 较大，而dmax 较小；反之，则wop 小，而 dmax 大。故当填土压实程度不足时，可改用压实能 量大的机械进行压实。 颗粒级配越好，压实效果越好。 土压实到dmax时，其饱和度一般为80。 理论饱和曲线理论饱和曲线：土处于饱和状态下的干密度d与含水量w的关系曲线。 由Sr = 100%，e = wds，可得理论饱和曲线理论饱和曲线方程方程为： 因此，压实曲线只能位于理论饱和曲线的下方，不可能与之相交。 采用室内击实试验室内击实试验来模拟现场压实现场压实是半经验法。为便于工地现场压实质量控制，工程上常采用压实度Dc 来控制： Dc 值越接近1，则表示对压实质量要求越高。对高速公路主要受力层，要求Dc 值达0.95；对I、II级土石坝，Dc 值应达0.950.98。wsswsdwdded11maxddcD2.7.2 粗粒土的压实性粗粒土的压实性 砂和砂砾等粗粒土的压实性也与含水量有关，不过不存在最优含水量。一般在完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到较大的干密度。而在潮湿状态，由于毛细压力增大了粒间阻力，粗粒土不易压实，压实干密度较小。 粗砂在含水量为45左右，中砂在含水量为7左右时，压实干密度最小，见图2-14。因此，无粘性土的压实过程需要不断洒水。 粗粒土的压实标准，通常用相对密实度 Dr 控制。一般要求相对密实度达到0.70以上; 在地震高烈度区, 相对密度还应提高。图图2-14 粗粒土的击实曲线粗粒土的击实曲线2.8 土的工程分类土的工程分类 土工程分类的实际意义：土工程分类的实际意义： 据分类名称可大致判断土的工程性质等，并对地基的性状作出相应评价。 2.8.1 工程分类原则工程分类原则 国内外目前尚无统一的土分类标准，不同部门的分类方法也不同。但一般应遵循下列原则： 1工程特性差异的原则。即划分的土类之间应有质或量的显著差别。 2以成因和地质年代为基础的原则。因为土的性质受之控制。 3分类指标易测定的原则。即分类采用的指标既要综合反映土的主要性质，又要易测。 土的工程分类体系，目前国内外主要有两种： 1建筑工程系统的分类体系：侧重于把土作为建筑地基和环境，以原状土为主要对象。例如我国国家标准建筑地基基础设计规建筑地基基础设计规范范、岩土工程勘察规范以及英国基础试验规程（CP2004，1972）的分类等。 2材料系统的分类体系：侧重于把土作为建筑材料，用于路、坝等工程，以扰动土为主要对象。例如我国国家标准土的分类标准、水电部SD128-84分类法、公路路基土分类法和美国材料协会的土质统一分类法（ASTM，1969）等。2.8.2 我国土的工程分类我国土的工程分类 我国土的工程分类法可分为2大类，其中第1类较为常用。 1建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）和岩土工程勘察规范（GB50021-2001）的分类 主要按土的工程性质（强度与变形特征）及地质成因的关系分： （1）按沉积年代：老沉积土（第四纪晚更新世Q3及以前沉积的土，一般呈超固结状态，具较高的结构强度）、一般沉积土（第四纪全新世Q4前沉积的土）、新沉积土（ Q4 以来沉积的土, 一般呈欠压密状态，结构强度较低）。 （2）按地质成因：残积土、坡积土、洪积土、冲积土等。分类名称 有机质含量 Wu /现场鉴别特征说明无机土Wu5%有机质土5 % WuwL，1.0ewL ，e 1.5时称淤泥泥炭质土10%Wu60%深灰或黑色，有腥臭味，能看到未完全分解的植物结构，浸水体胀，易崩解，有植物残渣浮于水中，干缩现象明显 根据地区特点和需要可按Wu细分为： 弱泥炭质土：10%Wu25% 中泥炭质土：25%Wu40% 强泥炭质土：40%60 %除有泥炭质土特征外，结构松散，土质很轻，暗无光泽，干缩现象极为明显表表2-8 土按有机质含量分类土按有机质含量分类（3）按有机质含量：无机土、有机质土、泥炭质土、泥炭，见表2-8。 （4）按颗粒级配、塑性指数：碎石土（见表2-9）、砂土、粉土、粘性土。 （5）按特殊性质：一般土、特殊土。粉土粉土：d 0.075mm的颗粒含量小于等于50全重且IP10的土 分为砂质粉土（d0.005mm 10%）、粘质粉土（ d10%）粘性土粘性土：IP10的土 按沉积年代分为老粘性土、一般粘性土、新近沉积的粘性土 ( 欠固 结)；按IP分为：粉质粘土（1017) 表2-11地基土（工程分类）碎石土碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50的土 分为：漂、块石；卵、砾石；圆、角砾（表2-9）。粒组含量由大 至小以最符合者确定特殊土特殊土：特殊地理环境(区域)或人为条件下形成的具有特殊性质的土。需进 行人工处理加固方可用作地基。砂土砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50且粒径大于0.075mm的 颗粒超过全重50的土 分为砾砂、粗、中、细砂、粉砂（表2-10）土的名称颗粒形状粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒含量超过全重50卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于20mm的颗粒含量超过全重50圆砾角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主料径大于2mm的颗粒含量超过全重50表表2-9 碎石土的分类碎石土的分类土的名称颗粒级配土的名称粒组含量砾砂粒径大于2mm的颗粒含量占全重2550%细砂粒径大于0.075mm的颗粒含量占全重85粗砂粒径大于0.5mm的颗粒含量占全重50%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒含量占全重50中砂粒径大于0.25mm的颗粒含量占全重50%表表2-10 砂土的分类砂土的分类表表2-11 粘性土的分类粘性土的分类土的名称颗粒级配粘土IP 17粉质粘土10 1），含水量高（w wL）、压缩性高（a1-2 0.5MPa-1）、渗透性低、强度低、灵敏度高。包括： 淤泥淤泥：e 1.5，w wL的粘性土 淤泥质土淤泥质土： 1 e wL 的粘性土 有机质土有机质土：有机质含量超过5的土 泥炭泥炭：有机质含量大于60的土 （2）人工填土人工填土:人类活动所形成的土。 a. 素填土素填土：碎石、砂或粉土、粘性土等组成的填土，压实则 称压实填土。 b. 杂填土杂填土：含建筑、生活垃圾、工业废料等杂物的填土。 c. 冲填土冲填土：水力冲填泥砂形成的填土（如开挖河道、竣疏运 河等形成）在静水或缓慢流水中沉积、并经生物化学作用 （3）其他其他： 湿陷性土湿陷性土（黄土）：遇水浸湿后即下陷。 膨胀土膨胀土：由亲水性粘土矿物（蒙、伊为主）组成；吸水膨胀、失水收缩。 多年冻土多年冻土：冰冻三年以上，冻胀、融陷。等等。 2土的分类标准（GBJ145-90）的分类 该分类体系源于美国 Cassagrande（1948）, 流行于欧美。我国自20世纪七、八十年代才进行研究并制定了土的分类标准。 其主要特点是将土粒划分为巨类土、粗粒土、细粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土，并根据细粒含量和级配好坏细分；细粒土则按塑性图细分。作业：作业：2.12-2.16