土的三相组成——固体颗粒

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)。

土的粒组化分

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d_{50} 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:

d_{10} ——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)

d_{30} ——小于此种粒径的土颗粒质量占土颗粒总质量的30%

d_{60} ——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C_{u} :        C_{u} =\frac{d_{60} }{d_{10} }

C_{u} 越大,表示土越不均匀,即粗颗粒和细颗粒的大小相差悬殊。

C_{u} >5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C_{c} 表示:C_{c} =\frac{d_{30}^2 }{d_{60}\times d_{10} }

当级配连续时,C_{c} 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d_{30} 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。

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