土的工程性質(zhì)

　　土是連續(xù)、堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，在原地殘留或經(jīng)過不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中形成的堆積物。土是由顆粒(固相)、水溶液(液相)和氣(氣相)所組成的三相體系。組成土的固體顆粒礦物有原生礦物、不溶于水的次生礦物、可溶鹽類、易分解的礦物以及有機(jī)質(zhì)。各種土的顆粒大小和礦物成分差別很大，土的三相問的數(shù)量比例也不盡相同，而且土粒與其孔隙水溶液及環(huán)境水之間又有復(fù)雜的物理化學(xué)作用。

　　1.土的孔隙比和含水量

　　土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，反映天然土層的密實(shí)程度，一般孔隙比小于0.6的是密實(shí)的低壓縮性土，大于1.0的土是疏松的高壓縮性土。天然土層的含水量變化范圍很大，一般干的粗砂土，其值接近于0，而飽和砂土可達(dá)35%;堅(jiān)硬的黏性土含水量為20%～30%，而飽和狀態(tài)的軟黏性土(如淤泥)可達(dá)60%以上。一般而言，土的含水量增大時(shí)，其強(qiáng)度就降低。土的飽和度是土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，飽和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80%是飽水狀態(tài)。

　　碎石土和砂土為無黏性土，緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)。顆粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性質(zhì)受含水量的影響特別大。當(dāng)含水量很小時(shí)，黏性土比較堅(jiān)硬，處于固體狀態(tài)，具有較大的力學(xué)強(qiáng)度。隨著土中含水量的增大，土逐漸變軟，并在外力作用下可任意改變形狀，即土處于可塑狀態(tài)。若再繼續(xù)增大土的含水量，土變得愈來愈軟弱，甚至不能保持一定的形狀，呈現(xiàn)流塑或流動(dòng)狀態(tài)。黏性土這種因含水量變化而表現(xiàn)出的各種不同物理狀態(tài)，稱為土的稠度。黏性土能在一定的含水量范圍內(nèi)呈現(xiàn)出可塑性，這是黏性土區(qū)別于砂土和碎石土的一大特性，據(jù)此特點(diǎn)，黏性土也可稱為塑性土。土的可塑性是指土在外力作用下可以形成任意形狀而不裂縫，且當(dāng)外力解除后仍可保持既得形狀的性能。隨著含水量的變化，黏性土由一種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，對應(yīng)于轉(zhuǎn)變點(diǎn)的含水量稱為界限含水量，也稱為稠度界限，是黏性土的重要特性指標(biāo)，對黏性土的工程性質(zhì)評(píng)價(jià)及分類等有重要意義。黏性土的界限含水量，有縮限、塑限和液限。半固態(tài)黏性土隨水分蒸發(fā)體積逐漸縮小，直到體積不再縮小時(shí)的界限含水量叫縮限，體積不再隨水分蒸發(fā)而縮小的狀態(tài)為固態(tài)。半固態(tài)黏性土隨含水量增加轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量叫塑限，也稱塑性下限。由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流塑、流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量叫液限。液限和塑限的差值稱為塑性指數(shù)，它表示黏性土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。塑性指數(shù)愈大，可塑性就愈強(qiáng)。黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，稱為液限指數(shù)。液限指數(shù)愈大，土質(zhì)愈軟。

　　2.土的力學(xué)性質(zhì)

　　土的力學(xué)性質(zhì)主要是壓縮性和抗剪強(qiáng)度。土的壓縮性是土在壓力作用下體積縮小的特性。在荷載作用下，透水性大的飽和無黏性土，其壓縮過程在短時(shí)間內(nèi)就可以結(jié)束。然而，黏性土的透水性低，其壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間要比砂土長得多，其固結(jié)變形往往需要幾年甚至幾十年。在土的自重或外荷載作用下，土體中某一個(gè)曲面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力值達(dá)到了土對剪切破壞的極限抗力時(shí)，土體就會(huì)沿著該曲面發(fā)生相對滑移而失穩(wěn)。土對剪切破壞的極限抗力稱為土的抗剪強(qiáng)度。

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