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土的工程地質性質有哪些

發布時間: 2021-02-14 21:53:52

工程地質包括哪些內容(土力學地基基礎第四版)

工程地質研究的主內容有:確定岩土組分、組織結構(微觀結構)、物理、化學與力學性質(特別是強度及應變)及其對建築工程穩定性的影響,進行岩土工程地質分類,提出改良岩土的建築性能的方法;研究由於人類工程活動的影響而破壞的自然環境的平衡,以及自然發生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地質作用對工程建築的危害及其預測、評價和防治措施;研究解決各類工程建築中的地基穩定性,如邊坡、路基、壩基、橋墩、硐室,以及黃土的濕陷、岩石的裂隙的破壞等,制定一套科學的勘察程序、方法和手段,直接為各類工程的設計、施工提供地質依據;研究建築場區地下水運動規律及其對工程建築的影響,制定必要的利用和防護方案;研究區域工程地質條件的特徵,預報人類工程活動對其影響而產生的變化,作出區域穩定性評價,進行工程地質分區和編圖。隨著大規模工程建設的發展,其研究領域日益擴大。除了岩土學和工程動力地質學、專門工程地質學和區域工程地質學外,一些新的分支學科正在逐漸形成,如礦山工程地質學、海洋工程地質學、城市工程地質及環境工程地質學、工程地震學。

1工程地質與岩土工程的區別
工程地質是研究與工程建設有關地質問題的科學(張咸恭等著《中國工程地質學》)。工程地質學的應用性很強,各種工程的規劃、設計、施工和運行都要做工程地質研究,才能使工程與地質相互協調,既保證工程的安全可靠、經濟合理、正常運行,又保證地質環境不因工程建設而惡化,造成對工程本身或地質環境的危害。工程地質學研究的內容有:土體工程地質研究、岩體工程地質研究、工程動力地質作用與地質災害的研究、工程地質勘察理論與技術方法的研究、區域工程地質研究、環境工程地質研究等。
岩土工程是土木工程中涉及岩石和土的利用、處理或改良的科學技術(國家標准《岩土工程基本術語標准》)。岩土工程的理論基礎主要是工程地質學、岩石力學和土力學;研究內容涉及岩土體作為工程的承載體、作為工程荷載、作為工程材料、作為傳導介質或環境介質等諸多方面;包括岩土工程的勘察、設計、施工、檢測和監測等等。
由此可見,工程地質是地質學的一個分支,其本質是一門應用科學;岩土工程是土木工程的一個分支,其本質是一種工程技術。從事工程地質工作的是地質專家(地質師),側重於地質現象、地質成因和演化、地質規律、地質與工程相互作用的研究;從事岩土工程的是工程師,關心的是如何根據工程目標和地質條件,建造滿足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解決工程建設中的岩土技術問題。

2工程地質與岩土工程的關系
雖然工程地質與岩土工程分屬地質學和土木工程,但關系非常密切,這是不言而喻的。有人說:工程地質是岩土工程的基礎,岩土工程是工程地質的延伸,是有一定道理的。
工程地質學的產生源於土木工程的需要,作為土木工程分支的岩土工程,是以傳統的力學理論為基礎發展起來的。但單純的力學計算不能解決實際問題,從一開始就和工程地質結下了不解之緣。與結構工程比較,結構工程面臨的是混凝土、鋼材等人工製造的材料,材質相對均勻,材料和結構都是工程師自己選定或設計的,可控的。計算條件十分明確,因而建立在材料力學、結構力學基礎上的計算是可信的。而岩土材料,無論性能或結構,都是自然形成,都是經過了漫長的地質歷史時期,在多種復雜地質作用下的產物,對其材質和結構,工程師不能任意選用和控制,只能通過勘察查明,而實際上又不可能完全查清。岩土工程師不敢相信單純的計算結果,單純的計算是不可靠的,原因就在於工程地質條件的不確知性和岩土參數的不確定性,不同程度地存在計算條件的模糊性和信息的不完全性。因而雖然土力學、岩石力學、計算技術取得了長足進步,並在岩土工程設計中發揮了重要作用,但由於計算假定、計算模式、計算方法、計算參數等與實際之間存在很多不一致,計算結果總是與工程實際有相當大的差別,需要進行綜合判斷。

❷ 一、什麼是工程地質條件,包括哪些方面

工程地質條件是指對工程建築有影響的各種地質因素的總稱。主要包括地形地貌、地層岩性、地質構造、地震、水文地質、天然建築材料以及岩溶、滑坡、崩坍、砂土液化、地基變形等不良物理地質現象。

工程地質條件即工程活動的地質環境,可理解為工程建築物所在地區地質環境各項因素的綜合。一般認為它包括岩土(岩石和土)的類型及其工程性質、地質構造、地形地貌、水文地質條件、地表地質作用和天然建築材料等。

岩土的類型及其工程性質

這是最基本的工程地質因素,包括它們的成因、時代、岩性、產狀、成岩作用特點、變質程度、風化特徵、軟弱夾層和接觸帶以及物理力學性質等。

地質構造

地質構造是工程地質工作研究的基本對象,包括褶皺、斷層、節理構造的分布和特徵。地質構造,特別是形成時代新、規模大的優勢斷裂,對地震等災害具有控製作用,因而對建築物的安全穩定、沉降變形等具有重要意義。

水文地質條件

這是重要的工程地質因素,地下水是降低岩、土體穩定性的重要因素,又在某些情況下對建築物的某些部位(如基礎)發生侵蝕作用,影響建築物的安全。它包括地下水的成因、埋藏、分布、動態和水質等。

地表地質作用

是現代地表地質作用的反映,與建築區地形、氣候、岩性、構造、地下水和地表水作用密切相關,主要包括滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、風沙移動、河流沖刷與沉積等等,對評價建築物的穩定性和預測工程地質條件的變化意義重大。

地形地貌

地形是指地表高低起伏狀況、山坡陡緩程度與溝谷寬窄及形態特徵等,地貌則說明地形形成的原因、過程和時代。平原區、丘陵區和山嶽地區的地形起伏、土層厚薄和基岩出露情況、地下水埋藏特徵和地表地質作用現象都具有不同的特徵,這些因素都直接影響到建築場地和線路的選擇。

天然建築材料

工程中常用的天然建築材料主要有:粘性土料、砂性土、砂卵礫石料、碎石、塊石石料等,在大型土木及水利工程中,天然建築材料的量、質及開采運輸條件等,直接關繫到場址選擇、工程造價、工期長短等,因此,它也是工程地質條件評價的重要內容,有時甚至可以成為選擇工程建築物類型的決定性因素。

(2)土的工程地質性質有哪些擴展閱讀:

這些主要工程地質條件又分為場地地質和地基兩個方面。在不同勘察階段,對這兩個方面的側重應有所不同,但不能偏廢,如在選址和初步勘察階段,勘察工作側重在場地地質,同時也對地基進行一定的研究。在詳勘階段則多側重地基問題,但也要對場地地質作必要的調查研究工作。

自然條件是因地而異的,建築物類型和性質也各不相同,因而在不同的情況下作為重點研究對象的工程地質條件也是因地因工程而異,如在山區建築,與場地穩定性有密切關系的地質現象(地層褶皺、斷裂、滑坡、岩溶等)往往是重要的地質條件;

對地下建築來說,地質構造對建築物的穩定性有很大影響,而岩石產狀、斷層、節理和破碎帶的性質與分布等是重要的地質條件。

工程地質條件的好壞是對建築地區,場址選擇,建築總平面布置,以及主要建築物地基基礎工程的設計與施工都有密切關系和影響,必須在工程建築設計前將該地區的工程地質條件預先查明。

❸ 土方工程中的土按工程性質分為那幾種

一類土(松軟土):砂、略有粘性的砂土、腐植土及疏鬆的種植土、內泥炭;

二類土(普通容土):潮濕的黏土和黃土、軟的鹽土和鹼土、含有碎石卵石及建築材料碎宵的堆積土和種植土;

三類土(堅土):中等密實的粘性土或黃土、含有碎石卵石即建築材料碎宵的潮濕粘性土或黃土;

四類土(沙礫堅土):堅硬密實粘性土或黃土、硬化的重鹽土、含有碎石卵石或體積在10%-30%重量在2.5公斤以下石塊的中等密實的粘性土或黃土 。

拓展資料

土方工程是冶金業的術語,地形是骨架,沒有一定的工程規模,就顯不出它的主導地位。上海植物園,園址是龍華苗圃,地面很低,平均標高只有3.8~4.0m,地下水位較高,0.8M左右,為滿足不同植物生態習性的要求,需要創造不同植物生長要求的地形空間,就要進行挖湖堆山,地形處理,創造植物旱生、濕生、水生的生態環境。

❹ 什麼是土土的基本性質是什麼土與其他工程材料相比有何特性

①土與岩石一樣來是自然歷史產物源。土的性質由其地質成因、形成時間、地點、環境、方式,以及後生演化和現時產出的條件決定。如乾旱區形成的黃土,濕熱區形成的紅土,靜水區形成的淤泥,它們在性質上截然有別。
②土是由固、液、氣體多相組成的體系。固相是土的主要成分,稱為土的骨架。土顆粒間的孔隙可被液體或氣體充填。完全被水充滿時,形成二相體系的飽水土,性質柔軟;完全被氣體充滿時,則形成二相體系的干土,其性質有的鬆散,有的堅硬。土的孔隙中有液、氣體共存時,則形成濕土,其性質介於飽水土和干土之間,屬三相體系。土中各相系組成的質和量,以及它們之間的相互作用是控制土的工程性質的主要因素。
③土是分散體系。根據土顆粒的大小(分散程度),土可分為粗分散體系(粒徑大於2微米),細分散體系(粒徑2~0.1微米),膠體體系(粒徑0.1~0.01微米),分子體系(粒徑小於0.01微米)。土的工程性質隨著分散程度的變化而改變。
④土是多礦物組合體。一種土含有5~10種或更多的礦物,其中次生礦物是主要成分。土遇水產生膠體化學特性,土粒間形成受結合水控制的特殊聯結。這是促使粘土產生復雜性質的根本原因。

❺ 中國濕陷性黃土的工程地質性質

一、前言

中國濕陷性黃土就其工程地質性質而言,可分為高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土兩類。前者分布於高原(或台塬高地),為晚更新世馬蘭黃土,屬於風積成因;後者分布在河谷,為全新世沖積黃土。

二、高原濕陷性黃土

在黃土高原地帶,雖然工業建築較少,但民用建築、生土建築和窯洞建築卻很多,因此,對於高原濕陷性黃土的工程地質性質進行試驗研究是很有必要的。現將有關資料敘述如下。

1.顆粒成分

顆粒成分是決定黃土的工程地質性質的基本因素之一,特別是粘土成分。從分布在不同地區的資料(表1)來看,高原濕陷性黃土的顆粒成分是有區域性變化的,粘土顆粒由西而東、由北而南逐漸增加。

表1 高原濕陷性黃土的顆粒成分

2.物理性質

物理性質是工程地質性質中的一個重要組成部分,是工程措施的直接指標。現從分布在不同地區的資料(表2)來看,高原濕陷性黃土的物理性質也是有區域性變化的,如含水量和容重等存在由西而東、由北而南的變化趨勢。但某些指標,如孔隙比等差別不大。

表2 高原濕陷性黃土的物理性質

續表

3.濕陷特徵

濕陷性是黃土獨特的工程地質性質,是評價黃土地基的重要依據,隨著實際資料的積累,目前可獲得如下的認識。

1)在平面分布上,由表3中得知,高原濕陷性黃土的相對濕陷系數值是存在著明顯的區域性變化的,並且有由西而東、由北而南、從大變小的趨勢。

表3 高原濕陷性黃土的相對濕陷系數

2)垂直剖面上,由表3和圖1中得知,相對濕陷系數值是隨深度增加而減小的,一般在近地表為最大,往下就反復地變小,至一定的深度時,濕陷性基本消失,而過渡到非濕陷性土層。這個消失的深度界限,是隨地區的不同而不同的,明顯地反映了區域性的差異。但總的看來,這個界限一般在10~16m的深度內。建立這個概念,對地基的評價是非常重要的,因為在高原區,黃土層的厚度很大,常達百米以上,過去曾有人認為,黃土層的厚度與濕陷層的厚度是等同的,現在看來,這是不正確的。

三、河谷濕陷性黃土

工業與民用建築廣泛坐落在黃土河谷平原地帶,這里是建築部門的研究重點,我們曾對分布在不同地區具有代表性的重工業城市開始了調查和試驗工作,現簡述如下。

1.試驗場地的簡況

試驗場地地質地貌簡況示於表4。

表4 試驗場地的地質地貌簡況

續表

圖1 相對濕陷系數隨深度變化圖

1—太原;2—乾縣;3—蘭州

2.物質成分

(1)顆粒成分

顆粒成分所採取的分析方法是密度計法,其結果列於表5。

表5 河谷濕陷性黃土的顆粒成分

從表5中可以獲得這樣的認識,就大范圍而言,分布在河谷平原的濕陷性黃土,其粘土的含量與高原濕陷性黃土的分布規律一樣,存在著由西而東、由北而南逐漸增加的總趨勢。

(2)粘土礦物成分

從粘土礦物成分的分析資料(表6)來看,3個場地黃土的粘土礦物,主要都是伊利石,但其含量各地不同。這從粘土礦物的化學分析中也得到反映。

表6 河谷濕陷性黃土的粘土礦物成分

(3)化學成分

化學成分的分析結果及其特徵,可從表7中看出如下幾點:

1)化學成分在這3個場地是有差別的,尤其對黃土工程地質性質有重大影響的易溶鹽、中溶鹽和交換容量等有較大差別。

2)易溶鹽的含鹽量,以蘭州為最大,其次是西安,再次是太原,同時蘭州含有大量的易溶性的硫酸根離子,而西安和太原則含量微弱;再以介質溶液的pH 值來看,蘭州較西安和太原為小,故蘭州為硫酸鹽型的黃土,而西安和太原為碳酸鹽型的黃土。

3)中溶鹽(石膏)在蘭州的黃土中含量較多,而在西安和太原的黃土中就沒有。

表7 河谷濕陷性黃土的化學成分

3.物理力學性質

物理力學性質的特徵見表8、表9。

表8 河谷濕陷性黃土的物理性質

表9 河谷濕陷性黃土的力學性質

1)在物理指標中,含水量等存在著較大的區域性差異,且一般有由西而東、由北而南、從小變大的趨勢。但孔隙比等,在某幾個地方又基本上是相似的。

2)在力學指標中,凝聚力、內摩擦角的區域性變化較小,但野外的形變模量變化范圍很大。

4.濕陷特徵

近些年來,對濕陷性的認識有了新的發展,除了相對濕陷系數這個指標外,還新添了濕陷起始壓力的指標。

(1)相對濕陷系數

1)在平面分布上:從表10中得知,河谷濕陷性黃土的相對濕陷系數與高原上的濕陷性黃土一樣,也存在著區域性變化和一般的由西而東、由北而南、從大變小的趨勢。

2)在垂直剖面上:由表10和圖2中得知,河谷濕陷性黃土的相對濕陷系數與高原上的濕陷性黃土一樣也存在著隨深度增大而減小的規律。一般在地表為最大,往下就反復地變小,至一定深度時,濕陷性就要消失。濕陷性消失的深度是有區域特徵的,具有西深而東淺的變化趨勢,但總的看,它一般都消失在地表下10~15m的深度內。

表10 河谷濕陷性黃土的相對濕陷系數

圖2 相對濕陷系數隨深度變化圖

1—太原;2—蘭州;3—西安

(2)濕陷起始壓力

濕陷起始壓力,在我國已發展成為一個有實用意義的力學指標。從表11來看,它也存在著顯著的區域性特徵,並也有一般的由西而東、由北而南、從小變大的趨勢。

表11 灌谷濕陷性黃土的濕陷起始壓力

四、幾點認識

1)高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土,在不同地區內,其工程地質性質具有區域性的差異。且在區域性的基礎上,大致都存在著由西而東、由北而南的方向性變化趨勢。

2)高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土,在同一地區內的工程地質性質是存在著類別上的差異的。

3)不同地區的高原濕陷性黃土和河谷濕陷性黃土的工程地質性質是既存在類別上的差異,又存在區域上的差異的。

4)在區域性的差異上,河谷濕陷性黃土遠較高原濕陷性黃土的差異要大。這是由於前者的沉積環境遠比後者的沉積環境復雜。

5)我國濕陷性黃土的工程地質性質是存在著方向性和地區性的變化特徵的,這是由於各地在黃土堆積時的古地理、古氣候、沉積環境、發育歷史及人類活動等因素的不同所致。因此,在建築時,要區別對待,因地制宜。

6)在反映方向性和區域性的差異上,若簡單地以物理力學性質或以單一指標去了解,則這種內在的方向性或區域性規律就難於識別,只有把這種因素中的各個特徵指標聯系起來,作出綜合的工程地質性質的評價,才能把握其規律。因為黃土是自然作用的產物,它一方面是具有一定物理力學性質,一定的物質成分和組織結構的自然體系;另一方面又是在地質歷史過程中形成,且在天然和人為因素影響下,不斷改變的自然地質體。這種以黃土的形成、發展,以及相互聯系的全面觀點所揭露出的我國濕陷性黃土的區域性和方向性的規律,對於今後的科學研究和生產實踐,將會起到重要的作用。

參考文獻

劉東生,張宗祜.1962.中國的黃土.地質學報,42(1)

劉東生等.1965.中國的黃土堆積.北京:科學出版社

張宗祜.1962.中國黃土類土濕陷性及滲透性基本特徵.中國地質,(12)

(本文原載:《中國第四紀研究》,1985年,第六卷,第二期,139~145頁)

❻ 土的工程特性有哪些

1.土的物理性質 :除土的粒徑級配外,土中各個組成部分(固相、液相、氣相)之間的比例,將影響到土的物理性質,如單位體積重 γ,含水量w,孔隙比e,飽和度sr和孔隙度n等。

2.土的壓縮和固結性質 :土在荷載作用下其體積將發生壓縮,測定土的壓縮特性可分析工程建築物的地基沉降和土體變形。飽和粘土的壓縮時間決定於土中孔隙水排出的快慢。逐漸完成土壓縮的過程,即土中孔隙水受壓而排出土體之外,同時導致孔隙壓力消失的過程稱土的固結或滲壓。

3.土的流變性質 :土工建築物的變形和穩定是時間的函數。

4.土的強度性質 :通常指土體抵抗剪切破壞的能力,它是土基承載力、土壓和邊坡穩定計算中的重要指標之一。它和土的類型、密度、含水量和受力條件等因素有關。

5.土的壓實性質 :對土進行人工壓實可提高強度、降低壓縮性和滲透性。土的壓實程度與壓實功能、壓實方法和含水量有關。

6.土的動力性質 :土在岩爆、動力基礎或地震等動力作用下的變形和強度特性與靜荷載下有明顯不同。土的動力性質主要指模量、阻尼、振動壓密、動強度等,它與應變幅度的大小有關。

(6)土的工程地質性質有哪些擴展閱讀:

對土進行人工壓實可提高強度、降低壓縮性和滲透性。土的壓實程度與壓實功能、壓實方法和含水量有關。當壓實方法和功能不變時,土的干容重隨含水量的增加而增加,達到最大值後,再增加含水量,其干容重將逐漸下降。

對應於最大幹容重時的含水量稱最佳含水量。壓實功能不增大而僅增加壓實次數或碾壓次數所能提高土的壓實度有一定限度,超過該限度再增加壓實或碾壓次數則無效果。填築土堤,在最佳含水量附近可用最小的功能達到最大的干容重,因而要在室內通過壓實試驗確定填料的最佳含水量和最大幹容重(見路基填土壓實)。

但壓實的方法也影響壓實效果,對非粘性土,振動搗實的效果優於碾壓;對粘土則反之。研究土的壓實性能,可選擇最合適的壓實機具。為改善土的壓實性能,可鋪撒少量添加劑。中國古代已盛行摻加生石灰來改善土的壓實性能。此外,人工控制填料的級配,也可達到改善壓實性能的目的。

土的變形和強度是土的最重要的工程性質。60年代以前,在工程上通常分別確定土的變形和強度指標,不考慮強度與變形間的相互影響。因為土的應力-應變關系是非線性的並具有彈塑性、 甚至粘彈塑性特徵,而當時的計算技術,尚無法進行分析。

❼ 簡述濕陷性黃土的基本工程地質性質

陷性黃土是一復種特殊性質制的土,其土質較均勻、結構疏鬆、孔隙發育。在未受水浸濕時,一般強度較高,壓縮性較小。當在一定壓力下受水浸濕,土結構會迅速破壞,產生較大附加下沉,強度迅速降低。故在濕陷性黃土場地上進行建設,應根據建築物的重要性、地基受水浸濕可能性的大小和在使用期間對不均勻沉降限制的嚴格程度,採取以地基處理為主的綜合措施,防止地基濕陷對建築產生危害

❽ 黃土工程地質性質的介紹

黃土工程地質性質(engineering geological property of loess)是指與黃土分布區工程建設施工及建築物穩定條件密切相關的回黃土的特殊性答質,如黃土的濕陷性、壓縮性、抗剪強度等。

❾ 軟土具有哪些工程性質

第二章 軟土及其復工程地質特製征

第2.0.1條 軟土的判別應符合下列要求:

一、外觀以灰色為主的細粒土;

二、天然含水量大於或等於液限;

三、天然孔隙比大於或等於1.0。

第2.0.2條 軟土的工程性質特點是高壓縮性,低強度,高靈敏度和低透水性。在較大的地震力作用下易出現震陷。

第2.0.3條 軟土層具有良好的層理,在互層中伴隨有少數較密實的顆粒較粗的粉土或砂層,成為軟土層中的變異土層。

第2.0.4條 我國軟土的主要分布區,按工程性質結合自然地質地理環境,可劃分為三個地區,即沿秦嶺走向向東至連雲港以北的海邊一線,作為Ⅰ、Ⅱ地區的界線;沿苗嶺、南嶺走向向東至莆田的海邊一線,作為Ⅱ、Ⅲ地區的界線(附錄一)。這一分區可作為區劃、規劃和勘察的前期工作使用。

❿ 土的主要工程性質有什麼

土的工程性質是在設計和建造各種工程建築物時所必須掌握的天然土體或填築土料的工程特性。

不同類別的工程,對 土的物理和力學性質的研究重點和深度都各自不同。對沉降限制嚴格的建築物,需要詳細掌握土和土層的壓縮固結特性;天然斜坡或人工邊坡工程,需要有可靠的土抗剪強度指標;土作為填築材料時,其粒徑級配和壓密擊實性質是主要參數。

土的形成年代和成因對土的工程性質有很大影響,不同成因類型的土,其力學性質會有很大差別(見土和土體)。各種特殊土(黃土、軟土、膨脹土、多年凍土、鹽漬土和紅粘土等)又各有其獨特的工程性質。 除土的粒徑級配外,土中各個組成部分(固相、液相、氣相)之間的比例,將影響到土的物理性質,如單位體積重,含水量,孔隙比,飽和度和孔隙度等。

粘性土中含水量的變化,還能使土的狀態發生改變,阿太堡最早提出將土的狀態分為堅硬、可塑和流動三種,並提出了測定區分三種狀態的界限含水量的方法。從流動轉到可塑狀態的界限含水量稱液性界限;從可塑轉到堅硬狀態時的界限含水量稱塑性界限。兩者之間的差值稱土的塑性指數,它反映了土的可塑狀態的范圍。

拓展資料

土的界限含水量和土中粘粒含量、粘土礦物的種類有密切關系。為反映天然粘性土的狀態,常用液性指數,它等於天然含水量和塑性界限的差值(-)與其塑性 指數的比值。≤0時,土處於堅硬狀態;>1時,為流動狀態,0≤≤1時,為可塑狀態。

砂土的密實狀態是決定砂土力學性質的重要因素之一,用相對密度表示:=( -)/( - )。為天然狀態時孔隙比, 為砂土最松狀態時的孔隙比, 則為最密狀態時的孔隙比。≈1時,最密實;≈0時,最鬆散。

土的壓縮和固結性質 土在荷載作用下其體積將發生壓縮,測定土的壓縮特性可分析工程建築物的地基沉降和土體變形。飽和粘土的壓縮時間決定於土中孔隙水排出的快慢。逐漸完成土壓縮的過程,即土中孔隙水受壓而排出土體之外,同時導致孔隙壓力消失的過程稱土的固結或滲壓。

K.泰爾扎吉最早提出計算土固結過程的一維固結理論,並指出某些 粘土中超靜孔隙水壓力完全消失後,土還可能繼續壓縮,稱次固結。產生次固結的原因一般認為是土的結構變形。反映土固結快慢的指標是固結系數,土層的水平向固結系數和垂直向的不一定相同。

土的壓縮量還和它的應力歷史有關。土層在其堆積歷史上曾受過的最大有效固結壓力稱先期固結壓力。它與現今作用的有效覆蓋壓力相同時,土層為正常固結土;若先期固結壓力大於現今的覆蓋壓力,則為超固結土;反之則為欠固結土。對於超固結土,外加荷載小於其先期固結壓力時,土層的壓縮很微小,外加荷載一旦超過先期固結壓力,土的變形將顯著增大。

土的強度性質 通常指土體抵抗剪切破壞的能力,它是土基承載力、土壓和邊坡穩定計算中的重要指標之一。它和土的類型、密度、含水量和受力條件等因素有關。飽和或干砂或砂礫的強度表現為顆粒接觸面上的摩阻力,它與作用在接觸面的上法向有效應力σ和砂的內摩擦角有關,即=σtg。純粘性土的不排水抗剪強度僅表現為內聚力,而與法向應力無關,即=。

一般土則既有內聚力又有摩阻力,即=+σtg。式中的和不是常量而是變數,不僅決定於土的基本狀態,還和外加荷載速率、外加荷載條件、應力路線等有關。飽和土中的孔隙為水充滿,受外加荷載作用時,控制土體強度的不是其所受的總應力σ,而是有效應力σ′(即總應力與孔隙壓力μ之差):σ′=σ-μ。

因而強度試驗的條件不同,所得的強度指標亦異。試驗時,不允許土樣排水所得到的是土的總強度指標;如允許完全排水則得到的是土的有效強度指標。理論上用有效應力和有效強度指標進行工程計算較為合適,但正確判別實際工程土體中的孔隙水壓水較困難,因而目前生產上仍多用總強度原理和總強度指標。

土體的強度還因其沉積條件的影響而存在各向異性。 土的流變性質土工建築物的變形和穩定是時間的函數。有些人工邊坡在建成後數年甚至數十年才發生坍滑,擋土牆後的土壓力也會隨時間而增大等,都與土的流變性質有關。

土的流變特性主要表現為:①常荷載下變形隨時間而逐漸增長的蠕變特性;②應變一定時,應力隨時間而逐漸減小的應力鬆弛現象;③強度隨時間而逐漸降低的現象,即長期強度問題。三者是互相聯系的。作用在土體上的荷載超過某一限值時,土體的變形速率將從等速轉變至加速而導致蠕變破壞,作用應力愈大,變形速率愈大,達到破壞的時間愈短。通過試驗可確定變形速率與達到破壞的時間的經驗關系,並用以預估滑坡的破壞時間。

產生蠕變破壞的限界荷載小於常規試驗時土的破壞強度。從長期穩定性要求,採用的土體強度應小於室內試驗值。土體強度隨時間而降低的原因,當然不只限於蠕變的影響。土的蠕變變形因修建擋土牆或其他建築物而被阻止時,作用在建築物上的土壓力就隨時間逐漸增大。

土的壓實性質 對土進行人工壓實可提高強度、降低壓縮性和滲透性。土的壓實程度與壓實功能、壓實方法和含水量有關。當壓實方法和功能不變時,土的干容重隨含水量的增加而增加,達到最大值後,再增加含水量,其干容重將逐漸下降。

對應於最大幹容重時的含水量稱最佳含水量。壓實功能不增大而僅增加壓實次數或碾壓次數所能提高土的壓實度有一定限度,超過該限度再增加壓實或碾壓次數則無效果。填築土堤,在最佳含水量附近可用最小的功能達到最大的干容重,因而要在室內通過壓實試驗確定填料的最佳含水量和最大幹容重(見路基填土壓實)。

但壓實的方法也影響壓實效果,對非粘性土,振動搗實的效果優於碾壓;對粘土則反之。研究土的壓實性能,可選擇最合適的壓實機具。為改善土的壓實性能,可鋪撒少量添加劑。中國古代已盛行摻加生石灰來改善土的壓實性能。

此外,人工控制填料的級配,也可達到改善壓實性能的目的。 土的應力-應變關系 土的變形和強度是土的最重要的工程性質。60年代以前,在工程上通常分別確定土的變形和強度指標,不考慮強度與變形間的相互影響。因為土的應力-應變關系是非線性的並具有彈塑性、 甚至粘彈塑性特徵,而當時的計算技術,尚無法進行分析。

隨著計算機和數值分析法的普及,已可能把土的應力-應變關系納入土工建築物的分析計算中。正常固結粘土和松砂的剪應力和軸向應變的曲線呈雙曲線型,在整個剪切過程中,土的體積發生收縮,這類土具有應變硬化的特性。 超固結粘土和密實砂的應力-應變曲線則有峰值,其後應變再增大時,則土的強度下降,最後達穩定值。

剪切過程中,土的體積先有輕微壓縮,隨後即不斷膨脹,這類土具有應變軟化的特徵。為了使用數學方程描述各類土的應力-應變特性,現已有各種非線性彈性、彈塑性和粘彈塑性模型。利用這些模型和數值分析法,可以分析一些復雜邊界條件和不均質土體的變形和穩定問題。但是這些模型中所對應的土的參數,目前尚難正確測定,土體的原始應力狀態也難確定,因而還難於在工程中普遍應用。 土的動力性質 土在岩爆、動力基礎或地震等動力作用下的變形和強度特性與靜荷載下有明顯不同。

土的動力性質主要指模量、阻尼、振動壓密、動強度等,它與應變幅度的大小有關。應變幅度增大(<10),土的動剪切模量減小,而阻尼比例則增大。土的動模量和阻尼是動力機器基礎和抗震設計的重要參數,可在室內或現場測試。1964年日本新潟大地震,大面積砂土液化造成大量建築物的破壞,推動了對飽和砂土液化特性的研究。

液化的主要機理是土的有效強度在動荷載作用下瞬時消失,導致土體結構失穩。一般松的粉細砂最容易發生液化,但砂的結構和地層的應力歷史也有一定的影響。具有內聚力的粘性土一般不發生 液化現象。 黃土的工程性質 一般分為新黃土和老黃土兩大類,其性質也有顯著差異(見黃土地區築路、路基設計)。

軟土的工程性質 軟土一般指壓縮性大和強度低的飽和粘性土,多分布在江、河、海洋沿岸、內陸湖、塘、盆地和多雨的山間窪地。軟土的孔隙比一般大於1.0,天然含水量常高出其液限,不排水抗剪強度很低,壓縮性很高,因而常需加固處理。最簡單的方法是預壓加固法(見預壓法)。軟土強度的增加有賴於孔隙壓力的消失,因而在地基中設置砂井以加快軟土中水的排出,這是最常用的加固方法之一。

預壓加固過程中通過觀測地基中孔隙水壓力的消失來控制加壓,這是保證施工安全和效率的有效方法。此外,也可用碎石樁(見振沖法)和生石灰樁等加固軟土地基。 膨脹土的工程性質 粘土中的粘土礦物(主要是蒙脫石),當遇水或失水時,將發生膨脹或收縮,引起整個土體的大量脹縮變形,給建築物帶來損害(見膨脹土地基)。

多年凍土的工程性質 高緯度或高海拔地區,氣溫寒冷,土中水分全年處於凍結狀態且延續三年以上不融化凍土稱多年凍土。凍土地帶表層土隨季節氣溫變化有凍融交替的變化,季節凍融層的下限即為多年凍土的上限,上限的變化對建築物的變形和穩定有重大影響(見凍土 地基、多年凍土地區 築路)。

鹽漬土的工程性質見鹽漬土地區築路。 紅粘土的工程性質 熱帶和亞熱帶溫濕氣候條件下由石灰岩、白雲石、玄武岩等類岩石風化形成的殘積粘性土。粘土礦物主要是高嶺石,其活動性低。中國紅粘土的特點一般是天然含水量高、孔隙比大,液限和塑性指數高,但抗水性強,壓縮性較低,抗剪強度也較高,可用作土壩填料。

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