第2章 土的物理性质及工程分类
1. 岩石有哪几种风化
风化作用: 物理作用：岩石产生量的变化
化学作用，生物作用 岩石产生质的变化
南瓜加工
2. 土的三相组成是什么
土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。 ⑴原生矿物——由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同，包括：单矿物颗粒——一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与辉石等，砂土多为单矿物颗粒；多矿物颗粒——一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒。
⑵次生矿物——母岩岩屑经化学风化，改变原来的成份，成为一种颗粒很细的新矿物，主要是粘土矿物。粘土矿物的粒径d<0.005mm,肉眼看不清，电子显微镜下为鳞片状。
⑶腐植质
4. 利用土颗粒的级配指标及级配曲线判断土的级配状态
一 土的固体颗粒 ·
土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。
(一) 土的颗粒级配
在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。
土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。
将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
根据界限粒径200、20、2、0．05和0．005mm把土粒分为六大粒组：漂石<块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。
土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百分数)来表示，称为土的颗粒级配。
颗粒分析试验：筛分法；密度计法,移液管法
根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图1—10所示的颗粒级配累积曲线
由曲线的坡度可判断土的均匀程度
有效粒径；限定粒径。
5. 土的结构分有哪几种
⑴定义——土颗粒之间的相互排列和联结形式称为土的结构。
⑵种类——土的结构分为下列三种：
① 单粒结构——凡粗颗粒土(如卵石和砂土)，在沉积过程中，每一个颗粒在自重作用下单
独下沉并达到稳定状态。
② 蜂窝结构——当土颗粒较细(粒径在0.02mm～0.002mm)时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，因土粒之间的分子引力大于土粒自重，则下沉的土粒被吸引不再下沉。依次一粒粒被吸引，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。
③ 絮状结构（二级蜂窝结构）——那些粒径极细的粘土颗粒(粒径小于0.005mm)在水中长期悬浮，这种土粒在水中运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链环状的土集粒，质量增大而下沉，当一个小链环碰到另一小链环时相互吸引，不断扩大形成大链环，称为絮状结构。因小链环中已有孔隙，大链环中又有更大的孔隙，形象地称为二级蜂窝结构。
6. 土的构造常有哪几种
⑴定义——同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。
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称为土的构造，土的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土的构造的另一特征是土的裂隙性。
⑵种类——土的构造常见的有下列几种：
① 层状构造——土层由不同的颜或不同的粒径的土组成层理，一层一层互相平行。为细粒土的一个重要特征。
② 分散构造——土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵石层为分散构造。
③ 结核状构造——在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，如含块石的粉质粘土、含砾石的粘土等，均属结核状构造。
④裂隙状构造——土体中有很多不连续的小裂隙，某些硬塑或坚硬状态的粘土为此种构造。
7. 某砂土天然孔隙比e=0.71，经试验emax=0.85，emin=0.60，求该土相对密实度，并判断该土密实状态。
8. 某粘性土的原状土样的无侧限抗压强度145kPa，该重塑土样的无侧限抗压强度65kPa。求灵敏度St，并土样灵敏度状态。
[例2.1] 已知某试样ρ＝1.80g/cm3，Gs=2.70，W=18.0%，求其余6个物理性质指标。
①绘制三相草图
②令V＝1cm3。(也可令Vs=1cm3)
③已知ρ＝m/v=1.80g/cm3 故m=1.80g
④已知 w＝mw/ms=0.18, ∴mw=0.18ms
又知 mw+ms=1.80g (ma=0) ∴ms=1.80/1.18=1.525g
故mw=m-ms=1.80g-1.525g=0.275g
⑤Vw=0.275cm3
⑥已知Gs=ms/Vs=2.70 ,∴ Vs=ms/2.70=1.525g/2.70=0.565cm3
⑦Vv=V-Vs=1-0.565=0.435cm3
⑧Va=Vv-Vw=0.453-0.275=0.16cm3
⑨据各指标的表达式可得：
e=Vv/Vs=0.435/0.565=0.77
n=Vv/V=0.435=43.5%
Sr=Vw/Vv=0.275/0.435=0.632
ρd=ms/V≈1.53g/cm3 γd=15.3kN/m3
ρsat=(mw+ms+Vaρw)/V=1.80+0.16=1.96
γsat=19.6kN/m3
ρ’=ρsat-ρw=1.96-1.0=0.96g/cm3
γ’=γsat-γw=19.6-10=9.6kN/m3
课堂练习
1. 已知某试样ρ＝1.90g/cm3，Gs=2.70，W=18.0%，求其余6个物理性质指标。变压器油泵
2. 某土样wL=32.6%,wP=15.4%，w=22.5%，求该土塑性指数、液性指数。
3.土粒的主要矿物成分有哪些，那种粘土矿物亲水性最强，那种粘土矿物亲水性最弱。
蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）
伊里石：亲水性中等
高岭石：亲水性差
⑴原生矿物——由岩石经物理风化而成，其成分与母岩相同，包括：单矿物颗粒——一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与辉石等，砂土多为单矿物颗粒；多矿物颗粒——一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒。
⑵次生矿物——母岩岩屑经化学风化，改变原来的成份，成为一种颗粒很细的新矿物，主要是粘土矿物。粘土矿物的粒径d<0.005mm,肉眼看不清，电子显微镜下为鳞片状。
⑶腐植质
1.渗流模型的平均流速与真实流速哪个大？为什么？
渗流模型的平均流速
A——整个过水断面m2 g——渗流流量m3/s。
真实流速
△ A——整个过水断面A中孔隙面积。△A＜A
2.什么是临界水力坡度？
当向上的渗透力克服了向下的重力时，土体发生浮起或受到破坏，即流土。此时土体处于流土的临界状态时的水力坡度icr.
3.达西定律的适用范围？
达西定律由砂土实验得到的，后推广到其他土体中。如：粘土中
研究表明，有些情况不一定附合达西定律。
1.砂土、粘土中渗流速度很小，附合达西定律；
2.粗粒石(砾、卵石)：孔隙较大，i较小时，为层流附合达西定律；
当i较大时，v↑，v—i呈非线性变化，达西定律不再适用。
3. 少数粘土：实验表明，渗流存在一个起始水力梯
4.什么是流土和管涌及防治措施
1. 流土
非粘性土中流土表现为颗粒的同时运动，如泉眼、砂沸、土体翻滚等最终被渗流托起；在粘性土中，表现为土块隆起，膨胀、浮动、断裂等险情。
2. 管涌
在渗流作用下，土中的细颗粒通过骨架孔隙通道随渗流水从内部逐渐向外流失形成管状通道的现象
管涌防治措施：
1.改变水力条件, 降低土层内部和渗流逸出处的渗透坡降。如上游做防渗铺盖或打板桩等；
2.改变几何条件, 在渗流逸出部位铺设层间关系满足要求的反滤层, 是防止管涌破坏的有效措施。
流土防治措施：
防治流土的关键在于控制渗流逸出处的水力坡降, 基本措施是确保实际的逸出坡降不超过允
许坡降。防止流土一般可从下两方面采取措施:
（1） 减少或消除基坑内外地下水的水头差——基坑外井点降水；
（2） 增长渗流路径——防渗帷幕（打板桩）等；
（压力容器制造3） 在向上渗流出口处地表用材料覆盖压重。
5.流网的基本要求
由流线和等势线组成的网格叫流网
基本要求
1. 正交性：流线与等势线必须正交
2. 各个网格的长宽比c应为常数。取c=1，即为曲边正方形
3. 在边界上满足流场边界条件要求，保证解的唯一性。
6.达西定律
⏹ 达西通过砂土的渗透试验，发现地下水运动的规律，称为达西定律。
⏹ 实验开始摇盘机t秒，接水量为Q立方米，每秒渗流量：
⏹ 等式两边同除A，即：
⏹ —水力梯度，也叫水力坡度。
⏹ k——渗透系数，k表示i=1时渗流速度
课堂练习
1.水在土的孔隙中流动形式有哪几种？
水在土的孔隙中流动，其形式可以分为：
层流：水的流速很慢，认为相邻两个水分子运动轨迹相互平行而不混掺。
紊流：紊流与层流的意义相反。
2.土中水渗流模型应附合那些条件？
①.渗流路径简化为直线，只考虑主流方向。
②.不考虑土颗粒影响，认为整个空间均为渗流所充满A。
渗流模型应附合三个条件：
⏹ 同一过水断面，模型的渗流量与真实的相同；
按摩靠背⏹ 任一截面上，模型的渗流压力与真实的相等；
⏹ 相同的体积内，模型的渗流阻力与真实的相等。
例题：求5m深处土的自重应力
练习题
1.基本概念：自重应力、附加应力、基地压力。
自重应力：地基中源于土体自身重量的应力。
基底压力：建筑物的荷载通过基础传递给地基，在基础底面与地基之间产生的接触应力。
附加应力：建筑物的荷载在土体中产生的在原有应力基础上的应力的增量
2.土中应力计算基本假设与实际差别。
①. 基本假定：
• 视地基土为均匀的、连续的、各向同性的半无限体；
• 该假定与实际有差别，但计算结果能满足工程要求。
②. 假定与实际有差别：
• Ⅰ.土的分散性、土的三相体不是连续介质，土颗粒尺寸与基础尺寸比可忽略分散性的影响，认为是连续的；
• Ⅱ.土是非均质体和非理想弹性体。土不是均质体、各向不完全同性，是弹塑性体。但土中应力较低，应力—应变近似直线关系，可按弹性体计算。
铭板
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