《土力学》学习笔记（3）——土的物理性质与工程分类

本帖最后由 一介书生第二 于 2014-6-13 11:10 编辑

1、土的物理性质概说

土作为一种物质实体，具有其一定的物理性质。土的物理性质有一部分与其他工程材料相同或比较类似，如密度、重度等，但有一部分则只有土才具备，比如如界限含水量（率）、饱和度、灵敏度、触变性等。这当然是由土的微观特性所决定的。土与一般的固体介质不同，是一种三相体，即固相——土颗粒，液相——土中水，气相——土中气体。

土可以粗略地分成无黏性土与黏性土两大类，其主要区别在于是否具有黏性，而这与其颗粒中黏粒含量的多少相关，其分界粒径为0.075mm。如下表所示：

无黏性土与黏性土的工程性质相差很多，其适用条件也有很多不同。其中，无黏性土的密实度，黏性土的含水量，对各自的工程性质影响很大。

衡量无黏性土密实度的主要指标是相对密实度与标贯锤击数。从理论上讲，相对密度是一个比较完善的判别无黏性土密实状态的指标，综合反映了土的颗粒形状、颗粒级配等特征，但由于准确地测定孔隙比上存在的困难，在实际工程中应用并不广泛，更多地是采用标准贯入试验或静力触探试验来现场判定无黏性土的密实状态。无黏性土密实度划分如下表：

衡量黏性土含水量的主要指标为界限含水量，包括液限、塑限和缩限，并以塑性指数与液性指数来表征黏性土的可塑性及软硬状态。塑性指数也是对黏性土进行分类的主要依据。黏性土的状态划分及分类列如下表：

黏性土还具有两个独特的性质：灵敏度和触变性。

天然状态下的粘性土通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响即为灵敏度，它表示黏土对扰动重塑作用敏感的一种特征量度。对高灵敏度地基，在施工中应注意保护基坑或基槽，尽量减少对坑底土结构的扰动。

饱和黏性土的结构在受到扰动后其强度会降低，但当扰动停止后并静置若干时间，土粒间的联结会逐渐得到部分恢复，其强度也会有所提高，这种性质被称为土的触变性。在进行预制桩的静载试验时，有间隙时间的要求，就是考虑了黏性土的这种触变性。

除了一般的黏性土与无黏性土分类外，还有一些特殊类型的土，可称之为“特殊土”，如膨胀土、湿陷性黄土、红黏土、冻土、淤泥，等等。从土的物理性质上讲，就是其胀缩性、湿陷性与冻胀性的表现，当然还与含水量有很大的关系。因篇幅所限，在此不再细说。

2 、地质勘察报告中对土的描述

我们在阅读地质勘察报告时都看过对土层物理力学性质的描述，在此不妨摘录两段：

（1）粉质粘土：棕灰、黄灰色，硬可塑状，中压缩性，饱和，成份以粘、粉粒为主，稍具铁锰质渲染，无摇振反应，干强度、韧性中等，切面稍有光泽，表部有20cm左右耕植土，含少量植物根茎，强度偏低，土质均匀性及强度均匀性一般。该层在河流部位缺失，厚度1.70～2.90m。

（2）-1砂质粉土：灰色，饱和，稍密，中等压缩性；以粉粒为主，含云母片，摇振反应迅速，干强度、韧性低，切面无光泽，土质均匀性及强度均匀性一般～偏差。该层全场分布，分布厚度2.90～4.80m。

其中的（1）、（2）-1分别指土层1、土层2的第1亚层。在描述上有土的色泽、密实情况、压缩状态、强度等。其中的部分描述属于野外鉴别的成果，如色泽、摇振反应等；而强度、均匀性等则需要通过土工试验（如强度试验、颗粒分析等）来进行判定。

阅读地质勘察报告是进行具体设计的必要前提。在某些参数的取用上，有时不能全盘照搬报告上的相关数据，而需要通过一定的分析。当感觉存在问题时，应及时与勘察人员联系，分析存在问题的原因，探讨更为合理的方法，这样做是对设计有利的。

还有一种情况，就是报告中的参数与实际工程的区别。如对某种土而言，当其处于水上与水下时，其力学参数（主要是内摩擦角与黏聚力）是有所不同的，这是因为土工试验是在室内做的，其提供的参数都是处于水上环境中的。因此，在实际应用中，对处于水下环境中的土，其参数值需要进行折减。比如将内摩擦角降低3～5度，黏聚力减少3～5 kPa，等等，这是与实际情况相符合的。

3 、关于土的工程分类与定名

关于土的分类不同的行业有所区别，但在大的框架上基本类似，分为巨粒土（如块石等）、粗粒土（如砾石等）、细粒土（如砂、黏土等）三个大类。常见的标准有：《土的工程分类标准（GB/T 50145—2007）》，《建筑地基基础设计规范（GB 50007—2011）》，《公路桥涵地基与基础设计规范（JTG E40—2007）》，等等。

在土的分类定名上，需要分清其名称中的修饰用语，如粉质黏土与黏质粉土就属于两种不同的土。其判断方式是由后向前看，位于最后的名称是主要成分，前面的则是修饰成分。如粉质黏土属于黏土，但含有粉粒；黏质粉土属于粉土，但含有黏粒。又如淤泥质粉质黏土属于黏土，但不只含有粉粒，还含有一定数量的淤泥，其工程性质比粉质黏土要差。

再举一个例子，某水库工程地勘报告中对土层的描述为：含粉质粘土卵砾石填筑土、含砾粉质粘土填筑土、含粉质粘土卵砾石、粉质粘土夹碎石，等等，那么这些属于黏性土还是非黏性土？从通用方式看，含粉质粘土卵砾石填筑土、含粉质粘土卵砾石应为非黏性土，即在卵砾石中夹有粉质粘土；含砾粉质粘土填筑土、粉质粘土夹碎石则为黏土（或粉质黏土），即在粉质黏土中夹有砾石或碎石。

其实，不同的行业在土的分类定名上会有所差异，这就需要结合自己所从事的行业来选择相应的方法。

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