土的物理性质和工程分类

这是一篇关于土的物理性质和工程分类的思维导图。《土力学简明教程》单仁亮，自我复习用，非常全面，可提供参考借鉴。

一、土的物理性质和工程分类

• 1.1土的形成
  • 土的概念
    • 地球表面的整体岩石经风化作用所形成的，覆盖在地球表面上碎散的，没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物
  • 土的形成
    • 风化作用
      • 物理风化
      • 化学风化
      • 生物风化
    • 搬运和沉积
      • 残积土
        • 颗粒表面粗糙、多棱角、粗细不均、无层理
      • 运积土
        • 颗粒比较圆滑（坡积土，洪积土，冲积土， 湖泊沼泽沉积土，海相沉积土，冰积土，风积土）
  • 土的主要物理特征
    • 碎散性
      • 土颗粒间存在孔隙，可以透气透水
    • 三相性
      • 固体颗粒、水和气体
    • 天然性
      • 非均匀性、各向异性、时空变异性
  • 土的工程特性
    • 压缩性高、抗剪强度低、透水性大
• 1.2土的三相组成
  • 饱和土：土体孔隙完全被水充满 干土：土体孔隙全部被气体充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在
  • 固体颗粒 （构成土骨架）
    • 颗粒级配 （土中各粒 组占土粒总 量的百分数）
      • 粒组划分
        • 巨 粒：d＞60mm；粗粒：0.075＜d≤60；细粒：d≤0.075 粗粒土（无黏性土）：砾石和砂粒为主 细粒土（黏性土）：粉粒和黏粒为主
        • 粗粒：0.075＜d≤60
        • 细粒：d≤0.075
      • 分析方法
        • 水分法、筛分法、激光粒度分析法
      • 级配曲线
        • 横坐标：粒径；纵坐标小于某粒径的土粒质量百分数 斜 率：某粒径范围内颗粒的含量（陡多缓少平无）
        • 特征粒径：d10有效粒径，d30连续粒径， d60限定粒径或控制粒径，d50平均粒径
        • 不均匀系数：Cu＝d60/d10；曲率系数：Cc＝（d30d30）/（d60d10）
        • 级配优劣的判定：Cu≥5且Cc＝1～3为级配良好
    • 土粒矿物成分 （矿物质和有机物）
      • 原生矿物
        • 石英、长石、云母
      • 次生矿物 （粘土矿 物、胶体 、可溶盐）
        • 高岭石：颗粒粗，亲水差
        • 蒙脱石：颗粒细，亲水强
        • 伊利石：介于两者之间
    • 颗粒形状和 比表面积
      • 原生矿物：颗粒粗，粒状 次生矿物：颗粒细，片状或针状
      • 比表面积：单位质量土颗粒拥有的总表面积
  • 土中水
    • 结晶水：土颗粒晶体格架内部（矿物内部的水）
    • 结合水
      • 强结合水：固定不可移动，密度大于1g/cm3，冰点零下几十度，温度略高于100℃时可蒸发
      • 弱结合水：为粘滞水膜，外力作用下可移动，不因重力而流动，有粘滞性
    • 自由水
      • 重力水：地下水位以下的透水土层中的水，重力作用下可移动
      • 毛细水：土体孔隙的毛细作用下上升至地下水位以上的水，受表面张力和重力
  • 土中气
    • 封闭气体
    • 自由气体
• 1.3土的结构与土体构造
  • 土的结构
    • 概念：土粒或土粒集合体在空间的排列和互相联结形式称为土的结构
    • 分类
      • 单粒状结构：单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。土粒之间没有联结存在，或联结非常6微弱。单粒结构的紧密程度取决于矿物成分、颗粒形状、粒度成分和级配的均匀程度。
      • 蜂窝状结构：蜂窝状结构是以粉粒为主的结构特征，粒径为0002~002mm的土粒在水中沉积时，基本上是单个颗粒下沉，在下沉过程中碰上已沉积的土粒时，土粒的引力相对自重足够大，则颗粒停留在最初的接触位置上不再下沉，形成大空隙的蜂窝状结构。
      • 絮状结构：絮状结构是黏性土颗粒特有的结构，悬浮在水中的黏土颗粒当介质发生变化时，土粒互相聚合，形成絮状物下沉，沉积为大孔隙的絮状结构。以上三种结构中，以密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝状结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低，压缩性高，不可用作天然地基。
  • 土的构造
    • 概念：同一土层中颗粒或颗粒结合体互相间的位置与充填空间情况称为土的构造
    • 分类
      • 层状构造：由不同颜色或粒径的土粒构成的一层一层的结构状态
      • 分散构造：土层中颗粒分布不均匀，性质相近
      • 裂隙状构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割，破坏了原状土整体性，使其工程性质变差
      • 结核状构造：细粒土中明显掺有粗颗粒或各种结核，该类土的主要性质取决于细粒土部分
• 1.6地基土的工程分类
  • 碎石土：粒径大于2mm的颗粒超过总质量50%的土
  • 砂土：粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50%，而粒径大于0.075mm的颗粒质量超过全重的50%的土
  • 粉土：介于砂土与黏性土之间，塑性指数Ip≤10且粒径大于0.075mm的颗粒之类不超过总质量50%的土。
  • 黏性土：塑性指数Ip＞10的细粒土（平均粒径＜0.075mm）。其中10＜Ip≤17的土称为粉质黏土；Ip＞17的土称为黏土。如黄土、软土、红黏土、冻土、膨胀性土等。
• 1.4土的三相比例指标
  • 三相草图
    • 图
    • 知三求六， 任一参数可假设为1
  • 土的三相物理指标
    • 三个基本指标
      • 土粒比重Gs
      • 土的含水量w
      • 土的密度ρ
    • 其他六个常用指标
      • 特定条件下的密度和重度
        • 干密度ρd，干重度γd
        • 饱和密度ρsat，饱和重度γsat
        • 有效密度ρ'，有效重度γ'
      • 土中孔隙含量的指标
        • 孔隙比e
        • 孔隙率n
      • 土中含水程度的指标
        • 饱和度Sr
        • 含水量w
      • 指标间的换算
• 1.5土的物理状态指标
  • 对于无黏性土，就是指它的密实程度 对于黏性土，指它的软硬程度
  • 无黏性土的密实程度
    • 概念：土的密实程度通常指单位体积土体中固体颗粒的含量
    • 密实程度的判定：相对密实度Dr 0＜Dr≤1/3松散，1/3＜Dr≤2/3中密，2/3＜Dr≤1密实
  • 黏性土的物理特征
    • 稠度：土的软硬程度或土在某一含水率下抵抗外力引起变形或破坏的能力
    • 分界含水量
      • 液限wL：土由塑性状态转变为液性状态（流动状态）时的含水率
      • 塑限wp：土从半固态进入塑性状态时的含水率
      • 缩限ws：黏性土呈现为半固状态与固态之间的的分界含水量
    • 液性指数和塑性指数
      • 液性指数
      • 塑性指数
    • 灵敏度与触变性
      • 灵敏度St：原状土样的单轴抗压强度与重塑土样的单轴抗压强度之比称为土的灵敏度
      • 触变性：结构受破坏，强度降低后的土，若静止不动，则土颗粒与水分子和离子会重新重组合排列，形成新的结构，强度将得到一定程度的恢复。这种在含水量和密度不变的条件下，土音重塑而软化，又因静置而逐渐硬化的性质称为土的触变性