土的工程地质性质有哪些
❶ 工程地质包括哪些内容(土力学地基基础第四版)
工程地质研究的主内容有:确定岩土组分、组织结构(微观结构)、物理、化学与力学性质(特别是强度及应变)及其对建筑工程稳定性的影响,进行岩土工程地质分类,提出改良岩土的建筑性能的方法;研究由于人类工程活动的影响而破坏的自然环境的平衡,以及自然发生的崩塌、滑坡、泥石流及地震等物理地质作用对工程建筑的危害及其预测、评价和防治措施;研究解决各类工程建筑中的地基稳定性,如边坡、路基、坝基、桥墩、硐室,以及黄土的湿陷、岩石的裂隙的破坏等,制定一套科学的勘察程序、方法和手段,直接为各类工程的设计、施工提供地质依据;研究建筑场区地下水运动规律及其对工程建筑的影响,制定必要的利用和防护方案;研究区域工程地质条件的特征,预报人类工程活动对其影响而产生的变化,作出区域稳定性评价,进行工程地质分区和编图。随着大规模工程建设的发展,其研究领域日益扩大。除了岩土学和工程动力地质学、专门工程地质学和区域工程地质学外,一些新的分支学科正在逐渐形成,如矿山工程地质学、海洋工程地质学、城市工程地质及环境工程地质学、工程地震学。
1工程地质与岩土工程的区别
工程地质是研究与工程建设有关地质问题的科学(张咸恭等著《中国工程地质学》)。工程地质学的应用性很强,各种工程的规划、设计、施工和运行都要做工程地质研究,才能使工程与地质相互协调,既保证工程的安全可靠、经济合理、正常运行,又保证地质环境不因工程建设而恶化,造成对工程本身或地质环境的危害。工程地质学研究的内容有:土体工程地质研究、岩体工程地质研究、工程动力地质作用与地质灾害的研究、工程地质勘察理论与技术方法的研究、区域工程地质研究、环境工程地质研究等。
岩土工程是土木工程中涉及岩石和土的利用、处理或改良的科学技术(国家标准《岩土工程基本术语标准》)。岩土工程的理论基础主要是工程地质学、岩石力学和土力学;研究内容涉及岩土体作为工程的承载体、作为工程荷载、作为工程材料、作为传导介质或环境介质等诸多方面;包括岩土工程的勘察、设计、施工、检测和监测等等。
由此可见,工程地质是地质学的一个分支,其本质是一门应用科学;岩土工程是土木工程的一个分支,其本质是一种工程技术。从事工程地质工作的是地质专家(地质师),侧重于地质现象、地质成因和演化、地质规律、地质与工程相互作用的研究;从事岩土工程的是工程师,关心的是如何根据工程目标和地质条件,建造满足使用要求和安全要求的工程或工程的一部分,解决工程建设中的岩土技术问题。
2工程地质与岩土工程的关系
虽然工程地质与岩土工程分属地质学和土木工程,但关系非常密切,这是不言而喻的。有人说:工程地质是岩土工程的基础,岩土工程是工程地质的延伸,是有一定道理的。
工程地质学的产生源于土木工程的需要,作为土木工程分支的岩土工程,是以传统的力学理论为基础发展起来的。但单纯的力学计算不能解决实际问题,从一开始就和工程地质结下了不解之缘。与结构工程比较,结构工程面临的是混凝土、钢材等人工制造的材料,材质相对均匀,材料和结构都是工程师自己选定或设计的,可控的。计算条件十分明确,因而建立在材料力学、结构力学基础上的计算是可信的。而岩土材料,无论性能或结构,都是自然形成,都是经过了漫长的地质历史时期,在多种复杂地质作用下的产物,对其材质和结构,工程师不能任意选用和控制,只能通过勘察查明,而实际上又不可能完全查清。岩土工程师不敢相信单纯的计算结果,单纯的计算是不可靠的,原因就在于工程地质条件的不确知性和岩土参数的不确定性,不同程度地存在计算条件的模糊性和信息的不完全性。因而虽然土力学、岩石力学、计算技术取得了长足进步,并在岩土工程设计中发挥了重要作用,但由于计算假定、计算模式、计算方法、计算参数等与实际之间存在很多不一致,计算结果总是与工程实际有相当大的差别,需要进行综合判断。
❷ 一、什么是工程地质条件,包括哪些方面
工程地质条件是指对工程建筑有影响的各种地质因素的总称。主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造、地震、水文地质、天然建筑材料以及岩溶、滑坡、崩坍、砂土液化、地基变形等不良物理地质现象。
工程地质条件即工程活动的地质环境,可理解为工程建筑物所在地区地质环境各项因素的综合。一般认为它包括岩土(岩石和土)的类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质条件、地表地质作用和天然建筑材料等。
岩土的类型及其工程性质
这是最基本的工程地质因素,包括它们的成因、时代、岩性、产状、成岩作用特点、变质程度、风化特征、软弱夹层和接触带以及物理力学性质等。
地质构造
地质构造是工程地质工作研究的基本对象,包括褶皱、断层、节理构造的分布和特征。地质构造,特别是形成时代新、规模大的优势断裂,对地震等灾害具有控制作用,因而对建筑物的安全稳定、沉降变形等具有重要意义。
水文地质条件
这是重要的工程地质因素,地下水是降低岩、土体稳定性的重要因素,又在某些情况下对建筑物的某些部位(如基础)发生侵蚀作用,影响建筑物的安全。它包括地下水的成因、埋藏、分布、动态和水质等。
地表地质作用
是现代地表地质作用的反映,与建筑区地形、气候、岩性、构造、地下水和地表水作用密切相关,主要包括滑坡、崩塌、岩溶、泥石流、风沙移动、河流冲刷与沉积等等,对评价建筑物的稳定性和预测工程地质条件的变化意义重大。
地形地貌
地形是指地表高低起伏状况、山坡陡缓程度与沟谷宽窄及形态特征等,地貌则说明地形形成的原因、过程和时代。平原区、丘陵区和山岳地区的地形起伏、土层厚薄和基岩出露情况、地下水埋藏特征和地表地质作用现象都具有不同的特征,这些因素都直接影响到建筑场地和线路的选择。
天然建筑材料
工程中常用的天然建筑材料主要有:粘性土料、砂性土、砂卵砾石料、碎石、块石石料等,在大型土木及水利工程中,天然建筑材料的量、质及开采运输条件等,直接关系到场址选择、工程造价、工期长短等,因此,它也是工程地质条件评价的重要内容,有时甚至可以成为选择工程建筑物类型的决定性因素。
(2)土的工程地质性质有哪些扩展阅读:
这些主要工程地质条件又分为场地地质和地基两个方面。在不同勘察阶段,对这两个方面的侧重应有所不同,但不能偏废,如在选址和初步勘察阶段,勘察工作侧重在场地地质,同时也对地基进行一定的研究。在详勘阶段则多侧重地基问题,但也要对场地地质作必要的调查研究工作。
自然条件是因地而异的,建筑物类型和性质也各不相同,因而在不同的情况下作为重点研究对象的工程地质条件也是因地因工程而异,如在山区建筑,与场地稳定性有密切关系的地质现象(地层褶皱、断裂、滑坡、岩溶等)往往是重要的地质条件;
对地下建筑来说,地质构造对建筑物的稳定性有很大影响,而岩石产状、断层、节理和破碎带的性质与分布等是重要的地质条件。
工程地质条件的好坏是对建筑地区,场址选择,建筑总平面布置,以及主要建筑物地基基础工程的设计与施工都有密切关系和影响,必须在工程建筑设计前将该地区的工程地质条件预先查明。
❸ 土方工程中的土按工程性质分为那几种
一类土(松软土):砂、略有粘性的砂土、腐植土及疏松的种植土、内泥炭;
二类土(普通容土):潮湿的黏土和黄土、软的盐土和碱土、含有碎石卵石及建筑材料碎宵的堆积土和种植土;
三类土(坚土):中等密实的粘性土或黄土、含有碎石卵石即建筑材料碎宵的潮湿粘性土或黄土;
四类土(沙砾坚土):坚硬密实粘性土或黄土、硬化的重盐土、含有碎石卵石或体积在10%-30%重量在2.5公斤以下石块的中等密实的粘性土或黄土 。
拓展资料
土方工程是冶金业的术语,地形是骨架,没有一定的工程规模,就显不出它的主导地位。上海植物园,园址是龙华苗圃,地面很低,平均标高只有3.8~4.0m,地下水位较高,0.8M左右,为满足不同植物生态习性的要求,需要创造不同植物生长要求的地形空间,就要进行挖湖堆山,地形处理,创造植物旱生、湿生、水生的生态环境。
❹ 什么是土土的基本性质是什么土与其他工程材料相比有何特性
①土与岩石一样来是自然历史产物源。土的性质由其地质成因、形成时间、地点、环境、方式,以及后生演化和现时产出的条件决定。如干旱区形成的黄土,湿热区形成的红土,静水区形成的淤泥,它们在性质上截然有别。
②土是由固、液、气体多相组成的体系。固相是土的主要成分,称为土的骨架。土颗粒间的孔隙可被液体或气体充填。完全被水充满时,形成二相体系的饱水土,性质柔软;完全被气体充满时,则形成二相体系的干土,其性质有的松散,有的坚硬。土的孔隙中有液、气体共存时,则形成湿土,其性质介于饱水土和干土之间,属三相体系。土中各相系组成的质和量,以及它们之间的相互作用是控制土的工程性质的主要因素。
③土是分散体系。根据土颗粒的大小(分散程度),土可分为粗分散体系(粒径大于2微米),细分散体系(粒径2~0.1微米),胶体体系(粒径0.1~0.01微米),分子体系(粒径小于0.01微米)。土的工程性质随着分散程度的变化而改变。
④土是多矿物组合体。一种土含有5~10种或更多的矿物,其中次生矿物是主要成分。土遇水产生胶体化学特性,土粒间形成受结合水控制的特殊联结。这是促使粘土产生复杂性质的根本原因。
❺ 中国湿陷性黄土的工程地质性质
一、前言
中国湿陷性黄土就其工程地质性质而言,可分为高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土两类。前者分布于高原(或台塬高地),为晚更新世马兰黄土,属于风积成因;后者分布在河谷,为全新世冲积黄土。
二、高原湿陷性黄土
在黄土高原地带,虽然工业建筑较少,但民用建筑、生土建筑和窑洞建筑却很多,因此,对于高原湿陷性黄土的工程地质性质进行试验研究是很有必要的。现将有关资料叙述如下。
1.颗粒成分
颗粒成分是决定黄土的工程地质性质的基本因素之一,特别是粘土成分。从分布在不同地区的资料(表1)来看,高原湿陷性黄土的颗粒成分是有区域性变化的,粘土颗粒由西而东、由北而南逐渐增加。
表1 高原湿陷性黄土的颗粒成分
2.物理性质
物理性质是工程地质性质中的一个重要组成部分,是工程措施的直接指标。现从分布在不同地区的资料(表2)来看,高原湿陷性黄土的物理性质也是有区域性变化的,如含水量和容重等存在由西而东、由北而南的变化趋势。但某些指标,如孔隙比等差别不大。
表2 高原湿陷性黄土的物理性质
续表
3.湿陷特征
湿陷性是黄土独特的工程地质性质,是评价黄土地基的重要依据,随着实际资料的积累,目前可获得如下的认识。
1)在平面分布上,由表3中得知,高原湿陷性黄土的相对湿陷系数值是存在着明显的区域性变化的,并且有由西而东、由北而南、从大变小的趋势。
表3 高原湿陷性黄土的相对湿陷系数
2)垂直剖面上,由表3和图1中得知,相对湿陷系数值是随深度增加而减小的,一般在近地表为最大,往下就反复地变小,至一定的深度时,湿陷性基本消失,而过渡到非湿陷性土层。这个消失的深度界限,是随地区的不同而不同的,明显地反映了区域性的差异。但总的看来,这个界限一般在10~16m的深度内。建立这个概念,对地基的评价是非常重要的,因为在高原区,黄土层的厚度很大,常达百米以上,过去曾有人认为,黄土层的厚度与湿陷层的厚度是等同的,现在看来,这是不正确的。
三、河谷湿陷性黄土
工业与民用建筑广泛坐落在黄土河谷平原地带,这里是建筑部门的研究重点,我们曾对分布在不同地区具有代表性的重工业城市开始了调查和试验工作,现简述如下。
1.试验场地的简况
试验场地地质地貌简况示于表4。
表4 试验场地的地质地貌简况
续表
图1 相对湿陷系数随深度变化图
1—太原;2—乾县;3—兰州
2.物质成分
(1)颗粒成分
颗粒成分所采取的分析方法是密度计法,其结果列于表5。
表5 河谷湿陷性黄土的颗粒成分
从表5中可以获得这样的认识,就大范围而言,分布在河谷平原的湿陷性黄土,其粘土的含量与高原湿陷性黄土的分布规律一样,存在着由西而东、由北而南逐渐增加的总趋势。
(2)粘土矿物成分
从粘土矿物成分的分析资料(表6)来看,3个场地黄土的粘土矿物,主要都是伊利石,但其含量各地不同。这从粘土矿物的化学分析中也得到反映。
表6 河谷湿陷性黄土的粘土矿物成分
(3)化学成分
化学成分的分析结果及其特征,可从表7中看出如下几点:
1)化学成分在这3个场地是有差别的,尤其对黄土工程地质性质有重大影响的易溶盐、中溶盐和交换容量等有较大差别。
2)易溶盐的含盐量,以兰州为最大,其次是西安,再次是太原,同时兰州含有大量的易溶性的硫酸根离子,而西安和太原则含量微弱;再以介质溶液的pH 值来看,兰州较西安和太原为小,故兰州为硫酸盐型的黄土,而西安和太原为碳酸盐型的黄土。
3)中溶盐(石膏)在兰州的黄土中含量较多,而在西安和太原的黄土中就没有。
表7 河谷湿陷性黄土的化学成分
3.物理力学性质
物理力学性质的特征见表8、表9。
表8 河谷湿陷性黄土的物理性质
表9 河谷湿陷性黄土的力学性质
1)在物理指标中,含水量等存在着较大的区域性差异,且一般有由西而东、由北而南、从小变大的趋势。但孔隙比等,在某几个地方又基本上是相似的。
2)在力学指标中,凝聚力、内摩擦角的区域性变化较小,但野外的形变模量变化范围很大。
4.湿陷特征
近些年来,对湿陷性的认识有了新的发展,除了相对湿陷系数这个指标外,还新添了湿陷起始压力的指标。
(1)相对湿陷系数
1)在平面分布上:从表10中得知,河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数与高原上的湿陷性黄土一样,也存在着区域性变化和一般的由西而东、由北而南、从大变小的趋势。
2)在垂直剖面上:由表10和图2中得知,河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数与高原上的湿陷性黄土一样也存在着随深度增大而减小的规律。一般在地表为最大,往下就反复地变小,至一定深度时,湿陷性就要消失。湿陷性消失的深度是有区域特征的,具有西深而东浅的变化趋势,但总的看,它一般都消失在地表下10~15m的深度内。
表10 河谷湿陷性黄土的相对湿陷系数
图2 相对湿陷系数随深度变化图
1—太原;2—兰州;3—西安
(2)湿陷起始压力
湿陷起始压力,在我国已发展成为一个有实用意义的力学指标。从表11来看,它也存在着显著的区域性特征,并也有一般的由西而东、由北而南、从小变大的趋势。
表11 灌谷湿陷性黄土的湿陷起始压力
四、几点认识
1)高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土,在不同地区内,其工程地质性质具有区域性的差异。且在区域性的基础上,大致都存在着由西而东、由北而南的方向性变化趋势。
2)高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土,在同一地区内的工程地质性质是存在着类别上的差异的。
3)不同地区的高原湿陷性黄土和河谷湿陷性黄土的工程地质性质是既存在类别上的差异,又存在区域上的差异的。
4)在区域性的差异上,河谷湿陷性黄土远较高原湿陷性黄土的差异要大。这是由于前者的沉积环境远比后者的沉积环境复杂。
5)我国湿陷性黄土的工程地质性质是存在着方向性和地区性的变化特征的,这是由于各地在黄土堆积时的古地理、古气候、沉积环境、发育历史及人类活动等因素的不同所致。因此,在建筑时,要区别对待,因地制宜。
6)在反映方向性和区域性的差异上,若简单地以物理力学性质或以单一指标去了解,则这种内在的方向性或区域性规律就难于识别,只有把这种因素中的各个特征指标联系起来,作出综合的工程地质性质的评价,才能把握其规律。因为黄土是自然作用的产物,它一方面是具有一定物理力学性质,一定的物质成分和组织结构的自然体系;另一方面又是在地质历史过程中形成,且在天然和人为因素影响下,不断改变的自然地质体。这种以黄土的形成、发展,以及相互联系的全面观点所揭露出的我国湿陷性黄土的区域性和方向性的规律,对于今后的科学研究和生产实践,将会起到重要的作用。
参考文献
刘东生,张宗祜.1962.中国的黄土.地质学报,42(1)
刘东生等.1965.中国的黄土堆积.北京:科学出版社
张宗祜.1962.中国黄土类土湿陷性及渗透性基本特征.中国地质,(12)
(本文原载:《中国第四纪研究》,1985年,第六卷,第二期,139~145页)
❻ 土的工程特性有哪些
1.土的物理性质 :除土的粒径级配外,土中各个组成部分(固相、液相、气相)之间的比例,将影响到土的物理性质,如单位体积重 γ,含水量w,孔隙比e,饱和度sr和孔隙度n等。
2.土的压缩和固结性质 :土在荷载作用下其体积将发生压缩,测定土的压缩特性可分析工程建筑物的地基沉降和土体变形。饱和粘土的压缩时间决定于土中孔隙水排出的快慢。逐渐完成土压缩的过程,即土中孔隙水受压而排出土体之外,同时导致孔隙压力消失的过程称土的固结或渗压。
3.土的流变性质 :土工建筑物的变形和稳定是时间的函数。
4.土的强度性质 :通常指土体抵抗剪切破坏的能力,它是土基承载力、土压和边坡稳定计算中的重要指标之一。它和土的类型、密度、含水量和受力条件等因素有关。
5.土的压实性质 :对土进行人工压实可提高强度、降低压缩性和渗透性。土的压实程度与压实功能、压实方法和含水量有关。
6.土的动力性质 :土在岩爆、动力基础或地震等动力作用下的变形和强度特性与静荷载下有明显不同。土的动力性质主要指模量、阻尼、振动压密、动强度等,它与应变幅度的大小有关。
(6)土的工程地质性质有哪些扩展阅读:
对土进行人工压实可提高强度、降低压缩性和渗透性。土的压实程度与压实功能、压实方法和含水量有关。当压实方法和功能不变时,土的干容重随含水量的增加而增加,达到最大值后,再增加含水量,其干容重将逐渐下降。
对应于最大干容重时的含水量称最佳含水量。压实功能不增大而仅增加压实次数或碾压次数所能提高土的压实度有一定限度,超过该限度再增加压实或碾压次数则无效果。填筑土堤,在最佳含水量附近可用最小的功能达到最大的干容重,因而要在室内通过压实试验确定填料的最佳含水量和最大干容重(见路基填土压实)。
但压实的方法也影响压实效果,对非粘性土,振动捣实的效果优于碾压;对粘土则反之。研究土的压实性能,可选择最合适的压实机具。为改善土的压实性能,可铺撒少量添加剂。中国古代已盛行掺加生石灰来改善土的压实性能。此外,人工控制填料的级配,也可达到改善压实性能的目的。
土的变形和强度是土的最重要的工程性质。60年代以前,在工程上通常分别确定土的变形和强度指标,不考虑强度与变形间的相互影响。因为土的应力-应变关系是非线性的并具有弹塑性、 甚至粘弹塑性特征,而当时的计算技术,尚无法进行分析。
❼ 简述湿陷性黄土的基本工程地质性质
陷性黄土是一复种特殊性质制的土,其土质较均匀、结构疏松、孔隙发育。在未受水浸湿时,一般强度较高,压缩性较小。当在一定压力下受水浸湿,土结构会迅速破坏,产生较大附加下沉,强度迅速降低。故在湿陷性黄土场地上进行建设,应根据建筑物的重要性、地基受水浸湿可能性的大小和在使用期间对不均匀沉降限制的严格程度,采取以地基处理为主的综合措施,防止地基湿陷对建筑产生危害
❽ 黄土工程地质性质的介绍
黄土工程地质性质(engineering geological property of loess)是指与黄土分布区工程建设施工及建筑物稳定条件密切相关的回黄土的特殊性答质,如黄土的湿陷性、压缩性、抗剪强度等。
❾ 软土具有哪些工程性质
第二章 软土及其复工程地质特制征
第2.0.1条 软土的判别应符合下列要求:
一、外观以灰色为主的细粒土;
二、天然含水量大于或等于液限;
三、天然孔隙比大于或等于1.0。
第2.0.2条 软土的工程性质特点是高压缩性,低强度,高灵敏度和低透水性。在较大的地震力作用下易出现震陷。
第2.0.3条 软土层具有良好的层理,在互层中伴随有少数较密实的颗粒较粗的粉土或砂层,成为软土层中的变异土层。
第2.0.4条 我国软土的主要分布区,按工程性质结合自然地质地理环境,可划分为三个地区,即沿秦岭走向向东至连云港以北的海边一线,作为Ⅰ、Ⅱ地区的界线;沿苗岭、南岭走向向东至莆田的海边一线,作为Ⅱ、Ⅲ地区的界线(附录一)。这一分区可作为区划、规划和勘察的前期工作使用。
❿ 土的主要工程性质有什么
土的工程性质是在设计和建造各种工程建筑物时所必须掌握的天然土体或填筑土料的工程特性。
不同类别的工程,对 土的物理和力学性质的研究重点和深度都各自不同。对沉降限制严格的建筑物,需要详细掌握土和土层的压缩固结特性;天然斜坡或人工边坡工程,需要有可靠的土抗剪强度指标;土作为填筑材料时,其粒径级配和压密击实性质是主要参数。
土的形成年代和成因对土的工程性质有很大影响,不同成因类型的土,其力学性质会有很大差别(见土和土体)。各种特殊土(黄土、软土、膨胀土、多年冻土、盐渍土和红粘土等)又各有其独特的工程性质。 除土的粒径级配外,土中各个组成部分(固相、液相、气相)之间的比例,将影响到土的物理性质,如单位体积重,含水量,孔隙比,饱和度和孔隙度等。
粘性土中含水量的变化,还能使土的状态发生改变,阿太堡最早提出将土的状态分为坚硬、可塑和流动三种,并提出了测定区分三种状态的界限含水量的方法。从流动转到可塑状态的界限含水量称液性界限;从可塑转到坚硬状态时的界限含水量称塑性界限。两者之间的差值称土的塑性指数,它反映了土的可塑状态的范围。
拓展资料
土的界限含水量和土中粘粒含量、粘土矿物的种类有密切关系。为反映天然粘性土的状态,常用液性指数,它等于天然含水量和塑性界限的差值(-)与其塑性 指数的比值。≤0时,土处于坚硬状态;>1时,为流动状态,0≤≤1时,为可塑状态。
砂土的密实状态是决定砂土力学性质的重要因素之一,用相对密度表示:=( -)/( - )。为天然状态时孔隙比, 为砂土最松状态时的孔隙比, 则为最密状态时的孔隙比。≈1时,最密实;≈0时,最松散。
土的压缩和固结性质 土在荷载作用下其体积将发生压缩,测定土的压缩特性可分析工程建筑物的地基沉降和土体变形。饱和粘土的压缩时间决定于土中孔隙水排出的快慢。逐渐完成土压缩的过程,即土中孔隙水受压而排出土体之外,同时导致孔隙压力消失的过程称土的固结或渗压。
K.泰尔扎吉最早提出计算土固结过程的一维固结理论,并指出某些 粘土中超静孔隙水压力完全消失后,土还可能继续压缩,称次固结。产生次固结的原因一般认为是土的结构变形。反映土固结快慢的指标是固结系数,土层的水平向固结系数和垂直向的不一定相同。
土的压缩量还和它的应力历史有关。土层在其堆积历史上曾受过的最大有效固结压力称先期固结压力。它与现今作用的有效覆盖压力相同时,土层为正常固结土;若先期固结压力大于现今的覆盖压力,则为超固结土;反之则为欠固结土。对于超固结土,外加荷载小于其先期固结压力时,土层的压缩很微小,外加荷载一旦超过先期固结压力,土的变形将显著增大。
土的强度性质 通常指土体抵抗剪切破坏的能力,它是土基承载力、土压和边坡稳定计算中的重要指标之一。它和土的类型、密度、含水量和受力条件等因素有关。饱和或干砂或砂砾的强度表现为颗粒接触面上的摩阻力,它与作用在接触面的上法向有效应力σ和砂的内摩擦角有关,即=σtg。纯粘性土的不排水抗剪强度仅表现为内聚力,而与法向应力无关,即=。
一般土则既有内聚力又有摩阻力,即=+σtg。式中的和不是常量而是变量,不仅决定于土的基本状态,还和外加荷载速率、外加荷载条件、应力路线等有关。饱和土中的孔隙为水充满,受外加荷载作用时,控制土体强度的不是其所受的总应力σ,而是有效应力σ′(即总应力与孔隙压力μ之差):σ′=σ-μ。
因而强度试验的条件不同,所得的强度指标亦异。试验时,不允许土样排水所得到的是土的总强度指标;如允许完全排水则得到的是土的有效强度指标。理论上用有效应力和有效强度指标进行工程计算较为合适,但正确判别实际工程土体中的孔隙水压水较困难,因而目前生产上仍多用总强度原理和总强度指标。
土体的强度还因其沉积条件的影响而存在各向异性。 土的流变性质土工建筑物的变形和稳定是时间的函数。有些人工边坡在建成后数年甚至数十年才发生坍滑,挡土墙后的土压力也会随时间而增大等,都与土的流变性质有关。
土的流变特性主要表现为:①常荷载下变形随时间而逐渐增长的蠕变特性;②应变一定时,应力随时间而逐渐减小的应力松弛现象;③强度随时间而逐渐降低的现象,即长期强度问题。三者是互相联系的。作用在土体上的荷载超过某一限值时,土体的变形速率将从等速转变至加速而导致蠕变破坏,作用应力愈大,变形速率愈大,达到破坏的时间愈短。通过试验可确定变形速率与达到破坏的时间的经验关系,并用以预估滑坡的破坏时间。
产生蠕变破坏的限界荷载小于常规试验时土的破坏强度。从长期稳定性要求,采用的土体强度应小于室内试验值。土体强度随时间而降低的原因,当然不只限于蠕变的影响。土的蠕变变形因修建挡土墙或其他建筑物而被阻止时,作用在建筑物上的土压力就随时间逐渐增大。
土的压实性质 对土进行人工压实可提高强度、降低压缩性和渗透性。土的压实程度与压实功能、压实方法和含水量有关。当压实方法和功能不变时,土的干容重随含水量的增加而增加,达到最大值后,再增加含水量,其干容重将逐渐下降。
对应于最大干容重时的含水量称最佳含水量。压实功能不增大而仅增加压实次数或碾压次数所能提高土的压实度有一定限度,超过该限度再增加压实或碾压次数则无效果。填筑土堤,在最佳含水量附近可用最小的功能达到最大的干容重,因而要在室内通过压实试验确定填料的最佳含水量和最大干容重(见路基填土压实)。
但压实的方法也影响压实效果,对非粘性土,振动捣实的效果优于碾压;对粘土则反之。研究土的压实性能,可选择最合适的压实机具。为改善土的压实性能,可铺撒少量添加剂。中国古代已盛行掺加生石灰来改善土的压实性能。
此外,人工控制填料的级配,也可达到改善压实性能的目的。 土的应力-应变关系 土的变形和强度是土的最重要的工程性质。60年代以前,在工程上通常分别确定土的变形和强度指标,不考虑强度与变形间的相互影响。因为土的应力-应变关系是非线性的并具有弹塑性、 甚至粘弹塑性特征,而当时的计算技术,尚无法进行分析。
随着计算机和数值分析法的普及,已可能把土的应力-应变关系纳入土工建筑物的分析计算中。正常固结粘土和松砂的剪应力和轴向应变的曲线呈双曲线型,在整个剪切过程中,土的体积发生收缩,这类土具有应变硬化的特性。 超固结粘土和密实砂的应力-应变曲线则有峰值,其后应变再增大时,则土的强度下降,最后达稳定值。
剪切过程中,土的体积先有轻微压缩,随后即不断膨胀,这类土具有应变软化的特征。为了使用数学方程描述各类土的应力-应变特性,现已有各种非线性弹性、弹塑性和粘弹塑性模型。利用这些模型和数值分析法,可以分析一些复杂边界条件和不均质土体的变形和稳定问题。但是这些模型中所对应的土的参数,目前尚难正确测定,土体的原始应力状态也难确定,因而还难于在工程中普遍应用。 土的动力性质 土在岩爆、动力基础或地震等动力作用下的变形和强度特性与静荷载下有明显不同。
土的动力性质主要指模量、阻尼、振动压密、动强度等,它与应变幅度的大小有关。应变幅度增大(<10),土的动剪切模量减小,而阻尼比例则增大。土的动模量和阻尼是动力机器基础和抗震设计的重要参数,可在室内或现场测试。1964年日本新潟大地震,大面积砂土液化造成大量建筑物的破坏,推动了对饱和砂土液化特性的研究。
液化的主要机理是土的有效强度在动荷载作用下瞬时消失,导致土体结构失稳。一般松的粉细砂最容易发生液化,但砂的结构和地层的应力历史也有一定的影响。具有内聚力的粘性土一般不发生 液化现象。 黄土的工程性质 一般分为新黄土和老黄土两大类,其性质也有显著差异(见黄土地区筑路、路基设计)。
软土的工程性质 软土一般指压缩性大和强度低的饱和粘性土,多分布在江、河、海洋沿岸、内陆湖、塘、盆地和多雨的山间洼地。软土的孔隙比一般大于1.0,天然含水量常高出其液限,不排水抗剪强度很低,压缩性很高,因而常需加固处理。最简单的方法是预压加固法(见预压法)。软土强度的增加有赖于孔隙压力的消失,因而在地基中设置砂井以加快软土中水的排出,这是最常用的加固方法之一。
预压加固过程中通过观测地基中孔隙水压力的消失来控制加压,这是保证施工安全和效率的有效方法。此外,也可用碎石桩(见振冲法)和生石灰桩等加固软土地基。 膨胀土的工程性质 粘土中的粘土矿物(主要是蒙脱石),当遇水或失水时,将发生膨胀或收缩,引起整个土体的大量胀缩变形,给建筑物带来损害(见膨胀土地基)。
多年冻土的工程性质 高纬度或高海拔地区,气温寒冷,土中水分全年处于冻结状态且延续三年以上不融化冻土称多年冻土。冻土地带表层土随季节气温变化有冻融交替的变化,季节冻融层的下限即为多年冻土的上限,上限的变化对建筑物的变形和稳定有重大影响(见冻土 地基、多年冻土地区 筑路)。
盐渍土的工程性质见盐渍土地区筑路。 红粘土的工程性质 热带和亚热带温湿气候条件下由石灰岩、白云石、玄武岩等类岩石风化形成的残积粘性土。粘土矿物主要是高岭石,其活动性低。中国红粘土的特点一般是天然含水量高、孔隙比大,液限和塑性指数高,但抗水性强,压缩性较低,抗剪强度也较高,可用作土坝填料。