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土是地壳表层岩石经受物理、化学和生物风化作用后所产生的碎散矿物颗粒与水、空气的集合体,通常,土颗粒之间有大量的孔隙,而孔隙中通常有水和空气。颗粒间的联结力远比颗粒本身强度小,有的颗粒间甚至没有联结,所以多孔性和散体性是土最基本的结果特征。
一、地下土的组成
土是由固体颗粒、水、气体组成的三相体,土的三相比例不同,土的性质不同,就土的三相结构做如下的分析:
1、土的固体颗粒
按照土的成因,土的矿物成分分为原生矿物(石英、长石、云母等)、次生矿物(蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物)、有机质三类。土的矿物颗粒是构成土的骨架的基本物质,其固体颗粒的矿物成分、粒径大小、形态与级配是影响土的物理力学性能的重要因素。土颗粒的大小与土的工程性质有密切的关系,土粒径发生变化,其主要性质也发生变化(土的粒径从大到小,则土的可塑性从无到有,粘性从无到有,透水性从大到小)。
2、土中的水
土中的水按照其性质可分为结合水和自由水。结合水是由土粒表面的电分子引力吸附的土中水,随着距离的增大,吸附力减弱,结合水又可分为强结合水和若结合水两类。
强结合水又称吸着水,存在于固定层,紧靠土粒表面,吸附力极高,厚度极薄,不能传递静水压力,性质接近固态,弱结合水也叫薄膜水,存在于扩散层,位于强结合水外围,厚度比强结合水大,受到分子间的引力小,呈粘滞体状态,不能传递静水压力,不能自由流动,弱结合水的存在是使粘性土具有可塑性的原因,土工试验室中不能测定出结合水的含量。
自由水在土粒电场范围以外,受重力作用,能传递静水压力和溶解盐类,温度低于零摄氏度时才结冰,自由水又分为重力水和毛细水,是决定土工试验物理指标的主要因素,测定土壤中的含水率和界限含水率的主要因素。通常土中自由水含量增高则土的含水率随之增高,土的工程力学性质会随之降低,压缩性会增大。
3、土中气体
土中气体存在于土中孔隙中未被水占据的部分,在粗粒土中常见到与大气相连的空气,它对土的力学性质影响不大,在细粒土中常存在与大气相隔绝的封闭气泡,能增加土的弹性,降低土的渗透性。当土中的水占据了全部孔隙的位置,则这个土中气体的含量为零,此种土只有土粒骨架和水组成的两项体。土中气体的含量越低则土的饱和度越高,土中水的含量越高,土的饱和度越高。
二、土的工程分类
土的分类由土工试验室按照土工试验方法标准经过对土的物理、力学、化学试验分析所得。
1.根据国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)的分类,土按照颗粒级配和塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土、黏性土。
(1、)碎石土为粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%的土,其中碎石土根据粒径不同又分为飘石/块石(粒径>200mm的颗粒质量超过总质量的50%)、卵石/碎石(粒径>20mm,的颗粒质量超过总质量的50%)、圆砾/角砾(粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%),碎石土室内土工试验主要通过筛析法进行分类定名,筛析法就是将土样风干、分散后置于标准土壤筛上振荡15-20min,分别称出留在各个粒径筛之上的土质量,即可求得各粒组的相对含量,依照规范要求即可做出碎石土的分类定名。
(2、)砂土为粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50%、粒径大于0.075mm的顆粒质量超过50%的土。砂土根据粒径不同又分为砾砂(粒径>2mm的颗粒质量为25%~50%)、粗砂(粒径>0.5mm的颗粒质量为50%)、中砂(粒径>0.25mm的颗粒质量为50%)、细砂(粒径>0.075mm的颗粒质量为85%)、粉砂(粒径>0.075mm的颗粒质量为50%)定名时根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定,砂土的室内分类方法依然为筛析法。
(3、)粉土为粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%,且塑性指数等于或小于10的土,粉土的颗粒粒径含量的确定方法室内土工试验采用密度计发进行确认,塑性指数确定时液限采用76g瓦式圆锥仪入土深度10mm为准,塑限以搓条法为准。
(4、)黏性土为塑性指数大于10的土,其中粘性土又分为粉质粘土(10<塑性指数和粘土<17)和粘土(塑性指数>17)两类,室内试验主要通过测量土的液限和塑限,塑性指数确定时液限采用76g瓦式圆锥仪入土深度10mm为准,塑限以搓条法为准。
2、按照土的工程特性分类可把土可把具有一定工程区域或意义上具有特殊成分、状态和结构特性的土称特殊性土,根据工程特性分为失陷性土、红粘土、软土(淤泥质土和淤泥)冻土、膨胀土、盐渍土、混合土、填土和污染土。云南地区可见软土、混合土、填土、污染土。
3、按照有机质含量分类,土和分为无机土(5%<有机质含量)、有机质土(5%<有机质含量<10%)、泥炭质土(10%<有机质含量<60%)、泥炭(60%<有机质含量),有机质含量室内试验通过测定烧灼矢量测定。云南地区多可见有机是类土,有机质类土多表现为不良地基土,因其空隙比大、密度小、含水率高等性质多表现高压缩性土,也可见少许空隙比大、密度小、含水率高但压缩性小的有机质土,数据以试验所得为准。
土的物理、力学、化学性质都来源于三相结构体(固体颗粒、水、空气),其中土的矿物成分和孔隙比起主导影响因素。
(作者单位:云南木盛和岩土工程有限公司)
一、地下土的组成
土是由固体颗粒、水、气体组成的三相体,土的三相比例不同,土的性质不同,就土的三相结构做如下的分析:
1、土的固体颗粒
按照土的成因,土的矿物成分分为原生矿物(石英、长石、云母等)、次生矿物(蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物)、有机质三类。土的矿物颗粒是构成土的骨架的基本物质,其固体颗粒的矿物成分、粒径大小、形态与级配是影响土的物理力学性能的重要因素。土颗粒的大小与土的工程性质有密切的关系,土粒径发生变化,其主要性质也发生变化(土的粒径从大到小,则土的可塑性从无到有,粘性从无到有,透水性从大到小)。
2、土中的水
土中的水按照其性质可分为结合水和自由水。结合水是由土粒表面的电分子引力吸附的土中水,随着距离的增大,吸附力减弱,结合水又可分为强结合水和若结合水两类。
强结合水又称吸着水,存在于固定层,紧靠土粒表面,吸附力极高,厚度极薄,不能传递静水压力,性质接近固态,弱结合水也叫薄膜水,存在于扩散层,位于强结合水外围,厚度比强结合水大,受到分子间的引力小,呈粘滞体状态,不能传递静水压力,不能自由流动,弱结合水的存在是使粘性土具有可塑性的原因,土工试验室中不能测定出结合水的含量。
自由水在土粒电场范围以外,受重力作用,能传递静水压力和溶解盐类,温度低于零摄氏度时才结冰,自由水又分为重力水和毛细水,是决定土工试验物理指标的主要因素,测定土壤中的含水率和界限含水率的主要因素。通常土中自由水含量增高则土的含水率随之增高,土的工程力学性质会随之降低,压缩性会增大。
3、土中气体
土中气体存在于土中孔隙中未被水占据的部分,在粗粒土中常见到与大气相连的空气,它对土的力学性质影响不大,在细粒土中常存在与大气相隔绝的封闭气泡,能增加土的弹性,降低土的渗透性。当土中的水占据了全部孔隙的位置,则这个土中气体的含量为零,此种土只有土粒骨架和水组成的两项体。土中气体的含量越低则土的饱和度越高,土中水的含量越高,土的饱和度越高。
二、土的工程分类
土的分类由土工试验室按照土工试验方法标准经过对土的物理、力学、化学试验分析所得。
1.根据国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)的分类,土按照颗粒级配和塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土、黏性土。
(1、)碎石土为粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%的土,其中碎石土根据粒径不同又分为飘石/块石(粒径>200mm的颗粒质量超过总质量的50%)、卵石/碎石(粒径>20mm,的颗粒质量超过总质量的50%)、圆砾/角砾(粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%),碎石土室内土工试验主要通过筛析法进行分类定名,筛析法就是将土样风干、分散后置于标准土壤筛上振荡15-20min,分别称出留在各个粒径筛之上的土质量,即可求得各粒组的相对含量,依照规范要求即可做出碎石土的分类定名。
(2、)砂土为粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50%、粒径大于0.075mm的顆粒质量超过50%的土。砂土根据粒径不同又分为砾砂(粒径>2mm的颗粒质量为25%~50%)、粗砂(粒径>0.5mm的颗粒质量为50%)、中砂(粒径>0.25mm的颗粒质量为50%)、细砂(粒径>0.075mm的颗粒质量为85%)、粉砂(粒径>0.075mm的颗粒质量为50%)定名时根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定,砂土的室内分类方法依然为筛析法。
(3、)粉土为粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%,且塑性指数等于或小于10的土,粉土的颗粒粒径含量的确定方法室内土工试验采用密度计发进行确认,塑性指数确定时液限采用76g瓦式圆锥仪入土深度10mm为准,塑限以搓条法为准。
(4、)黏性土为塑性指数大于10的土,其中粘性土又分为粉质粘土(10<塑性指数和粘土<17)和粘土(塑性指数>17)两类,室内试验主要通过测量土的液限和塑限,塑性指数确定时液限采用76g瓦式圆锥仪入土深度10mm为准,塑限以搓条法为准。
2、按照土的工程特性分类可把土可把具有一定工程区域或意义上具有特殊成分、状态和结构特性的土称特殊性土,根据工程特性分为失陷性土、红粘土、软土(淤泥质土和淤泥)冻土、膨胀土、盐渍土、混合土、填土和污染土。云南地区可见软土、混合土、填土、污染土。
3、按照有机质含量分类,土和分为无机土(5%<有机质含量)、有机质土(5%<有机质含量<10%)、泥炭质土(10%<有机质含量<60%)、泥炭(60%<有机质含量),有机质含量室内试验通过测定烧灼矢量测定。云南地区多可见有机是类土,有机质类土多表现为不良地基土,因其空隙比大、密度小、含水率高等性质多表现高压缩性土,也可见少许空隙比大、密度小、含水率高但压缩性小的有机质土,数据以试验所得为准。
土的物理、力学、化学性质都来源于三相结构体(固体颗粒、水、空气),其中土的矿物成分和孔隙比起主导影响因素。
(作者单位:云南木盛和岩土工程有限公司)