土石方工程与地基处理2土的工程性质及分类

ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong水工程施工ShuiGongChengShiGong第一章土石方工程与地基处理ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong五、土的工程分类在建筑工程中，常把土作为建筑物地基，因此需要对土进行分类。我国《建筑地基基础规范》（JGJ79-91）规定：粗粒土按颗粒级配分类，细粒土按塑性指数分类。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong1、碎石土是粒径大于2mm的颗粒超过总重50%的土。碎石土根据颗粒级配及形状分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾，其分类标准如表所示。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong碎石土的分类表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的颗粒超过全重的50%卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%圆砾角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于2mm的颗粒超过全重的50%ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong2、砂土砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。砂土按颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂和粉砂。其分类标准见表1-7。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong砂土分类表1-7土的名称颗粒级配砾砂粒径大于2mm的颗粒占全重25%～50%粗砂粒径大于0.5mm的颗粒占全重50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒占全重50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒占全重85%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒占全重50%ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong3、粉土粉土是指塑性指数Ip小于或等于10，而粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土。粉土含有较多粒径为0.05～0.0005mm的粉粒，其工程性质介乎粘性土和砂土之间。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong4、粘性土粘性土是指塑性指数Ip大于10的土。这种土含有大量的粘粒（0.005mm颗粒）。其工程性质不仅与粒度成分和粘土矿物的亲水性等有关，而且与成因类型及沉积环境等因素有关。粘性土按塑性指数Ip分为粉质粘土和粘土，其分类标准见表1-8。粘性土按塑性指数分类表1-8土的名称粉质粘土粘土塑性指数10-1717ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong5、人工填土由于人类活动而形成的堆积物，分为素填土、杂填土、冲填土。土的名称组成物质素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土杂填土含有建筑垃圾，工业废料、生活垃圾等杂物的填土冲填土由水力冲填泥砂形成的填土ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong六、土的压实性压实是指用机械的方法，如静力的、振动的、冲击的设备使土密实的，压实可以认为是由于排除空气使土的孔隙减少。（每增加1个大气压，水的密度增加二万分之一）。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong最优含水量：在一定的压实能量下使土最容易密实，并能达到最大密实度时的含水量，称为最优含水量，用wop表示。相对应的干密度称最大干密度，以ρmax表示。绘制干密度ρd和含水量w的关系曲线，称为击实曲线。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong对同一种土，若改变击实能量，则曲线的基本形态不变，如图1-6所示，但位置却发生移动，随着击实能量的增大，曲线向斜上方移动，也即加大击实能量，最大干密度增大，最优含水量却减小。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong当无击实试验资料时，最大干密度可按下式计算：sopswddwd01.01maxShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong式中ρdmax——压实填土最大干密度；η——经验系数，粘土取0.95，粉质粘土取0.96，粉土取0.97；ρw——水的密度；ds——土粒相对密度；wop——最优含水量（%），可按当地经验或取wp+2，粉土取14～18。当压实填土为碎石或卵石时，基最大干密度可取2.0～2.2t/m3。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong压实系数λc：施工时所控制的土的干密度ρd与最大干密度ρdmax之比称为压实系数λc。压实系数：0.94～0.96以上。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong七、土的力学性质（一）土的压缩性地基土在压力作用下体积减少的性质，称为土的压缩性。土的压缩性，从土的组成来说，不外乎是孔隙中水和气体体积的减小和固体颗粒的变形。研究表明：在压力变化不大的情况（一般在1００～６００kPa之间），颗粒和水的压缩量与土的总压缩量之比是很微小的，可以忽略不计。所以可以说，土体的压缩是由于其中孔隙体积的减小。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong１、压缩试验和压缩曲线室内压缩试验，用侧限压缩仪来进行。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong通过压缩试验，可以得到表示土的孔隙比e与压力p关系的压缩曲线。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGonge-p曲线在压力p1、p2变化不大的情况下，其对应的曲线段，可近似看作直线，这段直线的斜率tanx，称为土的压缩系数a。单位是ＭＰａ-1，式中的负号表示孔隙比随压力的增大而减小。12212121tanppeeppeepexaShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong压缩系数：是评价地基土压缩性高低的重要指标之一。从曲线上看它不是一个常量，而与所取的p1、p2大小有关。在工程实践中，通常以p1=100kPa和p2=200kPa求出的压缩系数a1-2来评价土的压缩性高低。当a1-20.1Mpa-1时，属低压缩性土；0.1MPa-1≤a1-20.5Mpa-1时，属中压缩性土；a1-2≥0.5Mpa-1时，属高压缩性土。ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong2、压缩模量Es通过压缩曲线，还可求得土的另一压缩性指标——压缩模量Es。它的定义是：土在完全侧限条件下，竖向附加应力σz与相应竖向应变εz的比值。即：因∴zzEs12ppz1211eeezaeEs11ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong除应用压缩系灵敏a判断土的压缩性外，实用上亦应用压缩模量Es判断土的压缩性，Es值越小，压缩性越高。为便于应用，工程上用压力100kPa至200kPa间的压缩模量区分土的压缩性：高压缩性土中压缩性土低压缩性土MPaEsl42MPaEMPasl1542MPaEMPasl40152ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong（二）土的抗剪强度土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的能力。1、直接剪切试验ShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGong利用直接剪切仪确定土的抗剪强度，如图1-9所示，土样放在面积为A的剪力盒内，受垂直压力N和水平力T的作用，此时在土样内产生法向应力σ：而在剪切面上产生剪应力τ：ANATShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongShuiGongChengShiGongτ随T的增大而增大。但T在一定限值内并不会导致土样剪切破坏，这是因为在剪切面上产生的剪应力小于土的抗剪强度时，土样就不会被剪坏。当T