巖土基礎知識
土是巖石經風化(物理、化學、生物風化)作用后,再經其他各種外力地質作用(如搬運、沉積)的產物。是由固體顆粒、水和空氣組成的三相體。
土的三相組成示意圖
V-土的總體積;Va-土的氣體體積;Vw-土中水體積;Vs-土粒體積;Vv-土中空隙體積,Vv= Vw+Va;mw-土中水質量;ms-土粒質量;m-土的總質量,m= ms+mw
一、土的組成
1. 固相-即土的顆粒,它的礦物成分、顆粒大小、形狀和級配影響土的物理力學性質。
(1)土的粒組,將土的顆粒按適當粒徑范圍分組,使各組內土粒大小、性質大體相近。劃分粒組的分界尺寸,稱為界限粒徑。我國按界限粒徑200、20、2、0.05和0.005(單位為㎜)把土粒分為六組:漂石(塊石)、卵石、圓礫、砂粒、粉粒和粘粒
(2)土的級配,即土中各粒組的相對含量(各粒組質量占全部粒組質量的百分比),用級配累計曲線表示。
(3)土的結構,指土粒及其集合體的大小、形狀、相互排列與聯結等綜合特征。有三種:單粒結構(顆粒較大),如砂粒、碎石;蜂窩結構(顆粒較細),如粉粒;絮狀結構,如粘粒。
2.液相-即土中的水。可以呈固態(冰)、液態(水)、氣態(水蒸氣)存在于土中。從水膜理論的角度來看,水的分類如下:(1)結合水(2)自由水。
3.氣相-既是土中的氣,分為通暢氣和封閉氣。
二、土的基本物理性質
土的基本物理性質指標反映土的物質組成和結構特征,表明土的密實程度與干濕狀態,它取決于土粒、水和氣體三相基本組成在質量和體積間的相互比例關系,土的物理性質包括:密度、含水性、孔隙性。
土的密度決定于土粒排列的緊密程度、土粒礦物的密度及孔隙中充水的數量;土的含水性與土層所處的自然環境及水文地質條件有關,是隨著孔隙水中水分的數量而變化的;土的孔隙性直接反映土的結構,而土的結構又與土粒和水的相互作用有關。
三、巖土分類:
作為建筑地基的巖土,可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土,每個大類又細分為若干小類。
(1)巖石應為顆粒間牢固聯結,呈整體或具有節理裂隙的巖體。巖石的堅硬程度應根據巖塊的單軸抗壓強度?rk按規范分為堅硬巖、較堅硬巖、較軟巖、軟巖和極軟巖。
(2)碎石土為粒徑大于2㎜的顆粒含量超過全重50%的土。碎石土可為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫。碎石土的密實度,可分為松散、稍密、中密和密實。
(3)砂土為粒徑大于2㎜的顆粒含量不超過全重50%、粒徑大于0.075㎜的顆粒超過全重50%的土。砂土可分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂。砂土的密實度,可分為松散、稍密、中密和密實。
(4)粘性土為塑性指數IP大于10的土,可分為粘土、粉質粘土。粘性土的狀態,可分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑。
(5)粉土為介于砂土與粘性土之間,塑性指標IP≤10且粒徑大于0.075㎜的顆粒含量不超過全重50%的土。
此外,特殊土是指某些具有特殊物質成分和結構,而工程性質也較特殊的土。特殊土的種類較多,工程中常遇到的主要有淤泥類土、膨脹土、紅土、人工填土和凍土。
(6)人工填土根據其組成和成因,可分為素填土、壓實填土、雜填土、沖填土。素填土為由碎石土、砂土、粉土、粘性土等組成的填土。經過壓實或夯實的素填土為壓實填土。雜填土為含有建筑垃圾、工業廢料、生活垃圾等雜物的填土。沖填土為由水力沖填泥砂形成的填土。
(7)淤泥為在靜水或緩慢的流水環境中沉積,并經生物化學作用形成,其天然含水量大于液限、天然孔隙比大于或等于1.5的粘性土。當天然含水量大于液限而天然孔隙比小于1.5但大于或等于1.0的粘性土或粉土為淤泥質土。
(8)紅粘土為碳酸鹽巖系的巖石經紅土化作用形成的高塑性粘土。其液限一般大于50。紅粘土經再搬運后仍保留其基本特征,其液限大于45的土為次生紅粘土。
(9)膨脹土為土中粘粒成分主要由親水性礦物組成,同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性,其自由膨脹率大于或等于40%的粘性土。濕陷性土為侵水后產生附加沉降,其濕陷系數大于或等于0.015的土。
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