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1基本概念
土的固相：土的固相物質(zhì)包括無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架最基本的物質(zhì)。土中的無(wú)機(jī)礦物成分可以分為原生礦物和次生礦物兩大類。
土的液相：土的液相是指存在于土孔隙中的水。它和親水性的礦物顆粒表面有著復(fù)雜的物理化學(xué)作用。按照水與土相互作用程度的強(qiáng)弱，可將土中水分為結(jié)合水和自由水兩類。
結(jié)合水：指處于土顆粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點(diǎn)低于零度。結(jié)合水又可分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水。
自由水：包括毛細(xì)水和重力水。毛細(xì)水不僅受到重力的作用，還受到表面張力的支配，能沿著土的細(xì)孔隙從潛水面上升到一定的高度。重力水在重力或壓力差作用下能在土中滲流，對(duì)于土顆粒和結(jié)構(gòu)物都有浮力作用。
土的氣相：指充填在土的孔隙中的氣體，包括與大氣連通和不連通的兩類。與大氣連通的氣體對(duì)土的工程性質(zhì)沒有多大的影響，當(dāng)土受到外力作用時(shí)，這種氣體很快從孔隙中擠出;但是密閉的氣體對(duì)土的工程性質(zhì)有很大的影響，在壓力作用下這種氣體可被壓縮或溶解于水中，而當(dāng)壓力減小時(shí)，氣泡會(huì)恢復(fù)原狀或重新游離出來(lái)。
[例1] 概念解釋
組成粘性土礦物的三種主要成分：蒙脫石、伊利石、高嶺石。由于其親水性不同，當(dāng)其含量不同時(shí)土的工程性質(zhì)也就不同。
[例2] 塑性指數(shù)的物理意義及其影響因素。
塑性指數(shù)IP是指液限和塑限的差值，也就是土處在可塑狀態(tài)時(shí)含水量的變化范圍?？梢?，塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大。換句話說，塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的可能含量有關(guān)，亦即與土的顆粒組成，土粒的礦物成分以及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。
從土的顆粒來(lái)說，土粒越細(xì)、且細(xì)顆粒(粘粒)的含量越高，則其比表面和可能的結(jié)合水含量愈高，因而IP也隨之增大。從礦物成分來(lái)說，粘土礦物可能具有的結(jié)合水量大(其中尤以蒙脫石類土為)，因而IP也大。從土中水的離子成分和濃度來(lái)說，當(dāng)水中高價(jià)陽(yáng)離子的濃度增加時(shí)，土粒表面吸附的反離子層的厚度變薄，結(jié)合水含量相應(yīng)減少，IP也小;反之隨著反離子層中的低價(jià)陽(yáng)離子的增加，IP變大。
[例3] 概念解釋。
土的結(jié)構(gòu)性：土的結(jié)構(gòu)性是指土的物質(zhì)組成(主要指土粒，也包括孔隙)的空間相互排列，以及土粒間的聯(lián)結(jié)特征的綜合。它對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)有重要的影響。土的結(jié)構(gòu)，按其顆粒的排列方式有：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)、聚粒結(jié)構(gòu)、絮凝結(jié)構(gòu)等。土的結(jié)構(gòu)在形成過程中，以及形成之后，當(dāng)外界條件變化時(shí)(例如荷載條件、濕度條件、溫度條件或介質(zhì)條件的變化)，都會(huì)使土的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
土的靈敏度：保持原來(lái)含水量不變但天然結(jié)構(gòu)被破壞的重塑土的強(qiáng)度比保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土的強(qiáng)度低，其比值可作為結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)，即靈敏度。
[例4] 三相指標(biāo)之間的換算關(guān)系。
[例5] 砂土相對(duì)密度的概念和應(yīng)用。
2 例 題
[例1] 某原狀土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得天然密度?=1.7t/m3，含水量w=25.2%，土粒比重Gs=2.72。試求該土的孔隙比e、孔隙率n、飽和度Sr、干重度?d、飽和重度?sat和有效重度??。
[解]：(1)
(2)
(3)
(4) kN/m3
(5) kN/m3
(6) kN/m3
[例2] 某粘性土的天然含水量w=35.2%，液限wL=40%，塑限wP=25%，試求該土的塑性指數(shù)IP和液性指數(shù)IL，并確定該土的狀態(tài)。
[解]：IP=wL-wP=40-25=15
IL= = =0.68
查表可知該土的狀態(tài)為可塑狀態(tài)。
[例3] 從某天然砂土層中取得的試樣通過試驗(yàn)測(cè)得其含水率w=11%，天然密度?=1.70g/cm3，最小干密度為1.41g/cm3，干密度為1.75g/cm3，試判斷該砂土的密實(shí)程度。
[解] 已知?=1.70g/cm3，w=11%，可得該砂土的天然干密度為：
?d= = =1.53 g/cm3
再由?dmin=1.41g/cm3，?dmax =1.75g/cm3，可得
Dr= =0.4
由于1/3< Dr <2/3，所以該砂土層處于中密狀態(tài)。
3土的壓實(shí)性
壓實(shí)的機(jī)理：壓實(shí)使土顆粒重新組合，彼此擠緊，孔隙減少，孔隙水排出，土體的單位重量提高，形成密實(shí)的整體。同時(shí)，內(nèi)摩阻力和粘聚力大大增加，從而使土體強(qiáng)度增加，穩(wěn)定性增強(qiáng)。同時(shí)，因壓實(shí)使土體透水性明顯降低、毛細(xì)水作用減弱，因而其水穩(wěn)性也大大提高。因此，對(duì)地基土壓實(shí)并達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度，是保證各級(jí)道路路基和建筑人工地基獲得足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定性的根本技術(shù)措施之一。
地基土壓實(shí)的效果受很多因素影響，歸類分析有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因主要包括土質(zhì)類型和含水量，外因則主要包括壓實(shí)能量、壓實(shí)機(jī)具和壓實(shí)方法等。
1基本概念
土的固相：土的固相物質(zhì)包括無(wú)機(jī)礦物顆粒和有機(jī)質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架最基本的物質(zhì)。土中的無(wú)機(jī)礦物成分可以分為原生礦物和次生礦物兩大類。
土的液相：土的液相是指存在于土孔隙中的水。它和親水性的礦物顆粒表面有著復(fù)雜的物理化學(xué)作用。按照水與土相互作用程度的強(qiáng)弱，可將土中水分為結(jié)合水和自由水兩類。
結(jié)合水：指處于土顆粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點(diǎn)低于零度。結(jié)合水又可分為強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水。
自由水：包括毛細(xì)水和重力水。毛細(xì)水不僅受到重力的作用，還受到表面張力的支配，能沿著土的細(xì)孔隙從潛水面上升到一定的高度。重力水在重力或壓力差作用下能在土中滲流，對(duì)于土顆粒和結(jié)構(gòu)物都有浮力作用。
土的氣相：指充填在土的孔隙中的氣體，包括與大氣連通和不連通的兩類。與大氣連通的氣體對(duì)土的工程性質(zhì)沒有多大的影響，當(dāng)土受到外力作用時(shí)，這種氣體很快從孔隙中擠出;但是密閉的氣體對(duì)土的工程性質(zhì)有很大的影響，在壓力作用下這種氣體可被壓縮或溶解于水中，而當(dāng)壓力減小時(shí)，氣泡會(huì)恢復(fù)原狀或重新游離出來(lái)。
[例1] 概念解釋
組成粘性土礦物的三種主要成分：蒙脫石、伊利石、高嶺石。由于其親水性不同，當(dāng)其含量不同時(shí)土的工程性質(zhì)也就不同。
[例2] 塑性指數(shù)的物理意義及其影響因素。
塑性指數(shù)IP是指液限和塑限的差值，也就是土處在可塑狀態(tài)時(shí)含水量的變化范圍?？梢?，塑性指數(shù)愈大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也愈大。換句話說，塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的可能含量有關(guān)，亦即與土的顆粒組成，土粒的礦物成分以及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。
從土的顆粒來(lái)說，土粒越細(xì)、且細(xì)顆粒(粘粒)的含量越高，則其比表面和可能的結(jié)合水含量愈高，因而IP也隨之增大。從礦物成分來(lái)說，粘土礦物可能具有的結(jié)合水量大(其中尤以蒙脫石類土為)，因而IP也大。從土中水的離子成分和濃度來(lái)說，當(dāng)水中高價(jià)陽(yáng)離子的濃度增加時(shí)，土粒表面吸附的反離子層的厚度變薄，結(jié)合水含量相應(yīng)減少，IP也小;反之隨著反離子層中的低價(jià)陽(yáng)離子的增加，IP變大。
[例3] 概念解釋。
土的結(jié)構(gòu)性：土的結(jié)構(gòu)性是指土的物質(zhì)組成(主要指土粒，也包括孔隙)的空間相互排列，以及土粒間的聯(lián)結(jié)特征的綜合。它對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)有重要的影響。土的結(jié)構(gòu)，按其顆粒的排列方式有：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)、聚粒結(jié)構(gòu)、絮凝結(jié)構(gòu)等。土的結(jié)構(gòu)在形成過程中，以及形成之后，當(dāng)外界條件變化時(shí)(例如荷載條件、濕度條件、溫度條件或介質(zhì)條件的變化)，都會(huì)使土的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
土的靈敏度：保持原來(lái)含水量不變但天然結(jié)構(gòu)被破壞的重塑土的強(qiáng)度比保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土的強(qiáng)度低，其比值可作為結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)，即靈敏度。
[例4] 三相指標(biāo)之間的換算關(guān)系。
[例5] 砂土相對(duì)密度的概念和應(yīng)用。
2 例 題
[例1] 某原狀土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得天然密度?=1.7t/m3，含水量w=25.2%，土粒比重Gs=2.72。試求該土的孔隙比e、孔隙率n、飽和度Sr、干重度?d、飽和重度?sat和有效重度??。
[解]：(1)
(2)
(3)
(4) kN/m3
(5) kN/m3
(6) kN/m3
[例2] 某粘性土的天然含水量w=35.2%，液限wL=40%，塑限wP=25%，試求該土的塑性指數(shù)IP和液性指數(shù)IL，并確定該土的狀態(tài)。
[解]：IP=wL-wP=40-25=15
IL= = =0.68
查表可知該土的狀態(tài)為可塑狀態(tài)。
[例3] 從某天然砂土層中取得的試樣通過試驗(yàn)測(cè)得其含水率w=11%，天然密度?=1.70g/cm3，最小干密度為1.41g/cm3，干密度為1.75g/cm3，試判斷該砂土的密實(shí)程度。
[解] 已知?=1.70g/cm3，w=11%，可得該砂土的天然干密度為：
?d= = =1.53 g/cm3
再由?dmin=1.41g/cm3，?dmax =1.75g/cm3，可得
Dr= =0.4
由于1/3< Dr <2/3，所以該砂土層處于中密狀態(tài)。
3土的壓實(shí)性
壓實(shí)的機(jī)理：壓實(shí)使土顆粒重新組合，彼此擠緊，孔隙減少，孔隙水排出，土體的單位重量提高，形成密實(shí)的整體。同時(shí)，內(nèi)摩阻力和粘聚力大大增加，從而使土體強(qiáng)度增加，穩(wěn)定性增強(qiáng)。同時(shí)，因壓實(shí)使土體透水性明顯降低、毛細(xì)水作用減弱，因而其水穩(wěn)性也大大提高。因此，對(duì)地基土壓實(shí)并達(dá)到規(guī)定的密實(shí)度，是保證各級(jí)道路路基和建筑人工地基獲得足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定性的根本技術(shù)措施之一。
地基土壓實(shí)的效果受很多因素影響，歸類分析有內(nèi)因和外因兩個(gè)方面。內(nèi)因主要包括土質(zhì)類型和含水量，外因則主要包括壓實(shí)能量、壓實(shí)機(jī)具和壓實(shí)方法等。