土是由固体颗粒、水和气体三部分所组成的三相体系。
固体部分构成土的骨架。土骨架间布满相互贯通的孔隙:
饱和土——孔隙完全被水充满
非饱和土——孔隙一部分被水占据,另一部分被气体占据
干土——孔隙完全充满气体
固体颗粒
固体颗粒构成土骨架,它对土的物理力学性质起到决定性的作用。
主要研究固体颗粒的粒径级配(粒径大小及不同尺寸颗粒在土中所占的百分比)、矿物成分和颗粒形状。
土颗粒的大小通常以粒径表示,工程上按粒径大小分组,称为粒组(即某一级粒径的变化范围)。
实际上,土常是各种不同大小颗粒的混合物:
无黏性土(粗粒土)——以砾石和砂粒为主的土
黏性土(细粒土)——以粉粒和黏粒为主的土
土中各粒组的相对含量就称为土的粒径级配。
工程中,实用的粒径级配分析方法有筛分法和水分法。
筛分法——适用于土粒径大于0.075mm的部分。
水分法——适用于土粒径小于0.075mm的部分。
粒径级配累积曲线
横坐标:土颗粒的直径(mm),由于土中粒径相差甚大,且细粒土含量对土的性质影响很大,需详细表示,所以粒径的坐标通常取为对数坐标。
纵坐标:小于某粒径的土颗粒累积含量(%)
土的粗细常用平均粒径表示——土中大于此粒径和小于此粒径的土的含量均占50%
土颗粒的均匀程度和分布连续性程度,通过以下三种粒径表示:
——小于此种粒径的土颗粒质量占土颗粒总质量的10%(有效粒径)
——小于此种粒径的土颗粒质量占土颗粒总质量的30%
——小于此种粒径的土颗粒质量占土颗粒总质量的60%(控制粒径)
土的不均匀系数:
越大,表示土越不均匀,即粗颗粒和细颗粒的大小相差悬殊。
的土称为不均匀土,反之均匀土。
粒径级配曲线不连续,曲线上某一位置出现水平段(该范围所包含的粒组含量为0),水平段范围较大,这种土的组成特征是颗粒粗的很粗,细的很细。
土的粒径级配累积曲线的斜率是否连续可用曲率系数表示:
当级配连续时,的范围约为1~3,此外的均表示不良级配的土。
土中缺少的中间粒径大于连续级配曲线的时,曲率系数变小,反之变大。
从工程观点看,土的级配不均匀,且级配曲线连续,称为级配良好的土。
岩土工程中,应根据工程的需要选择土的级配。级配良好的土经压实后,容易得到较高干密度和较好的力学特性,适用于填方工程。级配均匀的土孔隙较多较大,有较好的渗透性,可用于排水结构物和反滤层中。