土的工程性质及影响因素
(一)土的密度(容重)
土的密度是指土单位体积的质量。它是土的基本物理指标之一,也是对土的工程性质进行描述的重要指标之一,是对土进行室内试验、现场测试及质量控制所必须测定的。对土的密度(天然容重)一般用环刀法、蜡封法或灌沙法进行测定。压实土的密度一般在1.69~1.88 g/cm3之间。
(二)土的强度
土是由不同的颗粒或团粒堆集而成的松散介质体系,颗粒本身的强度要大于颗粒之间的联结强度,土体的强度取决于颗粒之间的联结强度,土的强度一般用黏聚力c及内摩擦角φ来表示。对土的强度进行测试可通过土的直接剪切试验、三轴压缩试验、无侧限抗压强度试验来进行。因为土的结构性状对土的强度有明显影响,因此同样的土质在不同状态(如孔隙比、含水量时)强度不同,原状土试样与扰动土试样的强度也不同。
1.路基土的相对含水量
土的相对含水量是土的天然含水量与土的液限的比值。
2.路基土干湿类型
路基干湿类型划分为四类:干燥、中湿、潮湿、过湿。
(三)土的变形性及土基回弹模量
路基土在应力作用下所呈现的变形特性同理想的线性弹性材料有很大区别,在一次荷载作用下表现出的变形模量并不是常数,而具有非线性的特性。土基在重复荷载作用下,塑性变形逐渐积累,随着作用次数的增加,土基内的累积变形逐渐增大,但变形累积速度随作用次数的增加而减缓。
(四)土的湿化
黏性土块浸入水中时,由于土块表面首先吸水膨胀,土内产生不均匀应力及胶结物的溶解,使土的结构逐渐遭受破坏,因而引起土块部分或全部崩解成小块。这种现象一般称为土的湿化性。
(五)土的毛细管水上升高度
土内颗粒间微细的孔隙相互贯通,形成了无数的毛细管孔道,存在于其中的水分附着于管壁(颗粒),并产生了表面张力。此张力沿重力作用的反方向,使得毛细管内的水柱上升,直至上升的水柱重量与表面张力的作用平衡时才停止。此时水柱的高度称为毛细水上升高度。
(六)土的渗透性
土的渗透为水流通过多孔介质的现象。若土中渗透水流属于层流,则渗透速度与水力坡度成正比;水力坡度等于1时的渗透速度称为土的渗透系数。
1.基本概念
(1)渗流
水与其他液体一样,当其中某两点具有不同的压力时即发生流动,此种流动发生在土的孔隙中即成为渗流。
(2)水头
水中某点所受压力常以与此压力相当的水柱高度来表示,即单位面积上水柱的重量与该压力相等。此水柱高度称为水头,水中任意两点间存在水头差时,就要产生渗流。
(3)层流与紊流
水在流动时,其中任意质点的运动轨迹称为流线,如各流线互不相交,则称为层流;反之,如流线相交,则水中出现漩涡,使水流形成不规则状态,则称为紊流。土中的渗流一般情况下皆以层流出现,而紊流只有在均匀的粗砾卵石中才能产生。(https://www.daowen.com)
2.影响渗透系数的因素
(1)水的黏滞度
水在土中的渗流速度与水的密度及黏滞度有关,而水的黏滞度及密度与温度有关。一般水的密度随温度变化很小,可略去不计。
(2)土中封闭气体
当土孔隙中存在密闭气泡时,会阻塞水的渗流,从而降低土的渗透性。
(3)土的结构
原状土和扰动土的渗透系数一般不相同。天然沉积而具有构造性的黏性土,由于颗粒排列的影响,常在不同的方向具有不同的透水性。如黄土及黄土状土,因具有垂直方向的大孔隙和节理,故在垂直方向的渗透系数一般均大于水平方向的渗透系数。
(4)土的颗粒组成及矿物成分
土的渗透系数随着土粒的增大而提高。黏性土中含有亲水性较大的黏土矿物(如蒙脱土)或有机质时,由于它们具有很大的膨胀性,就会大大降低土的渗透性。
(七)土的压实性
1.基本理论
压实就是用机械的方法,使土的密度增大、孔隙率减小,从而使土的内摩阻力和黏聚力增加,土的工程性质得到改善。土体的压实过程就是使得孔隙率减小、干密度增加的过程。
2.影响土体压实的因素
(1)含水量
在一定压实功下,土体随含水量不同达到的干密度不同,存在某一最佳含水量,在此最佳含水量下,土体达到的干密度最大。
(2)压实功能
使用相同的压实方法,压实功能变大,则压实后的最大干密度变大,最佳含水量变小。当土的含水量固定时,土体的干密度随压实功能的增大而增加,且两者之间大体上是半对数关系。压实曲线的“最佳点”连线一般处于饱和度(Sr)为80%~90%之间。
(3)土的种类
在压实功能相同的条件下,土的塑性指数越大,其最佳含水量就越大,而最大干密度则越小。越是颗粒级配好的土,越能用低的含水量获得大的干密度。
填方土料含水量大小,直接影响到碾压或夯实遍数和碾压或夯实质量。重要土工构筑物在填筑之前应预做试验。一般以手握成团、落地开花为宜。当土料含水量过大,可通过晒干、风干、换土或掺入干土、吸水性材料等方法处理。过干时则应洒水润湿,补充水分量。
3.土的击实试验
土能达到的最大干容重由室内试验确定。需要说明的是,过去土的最大干容重按轻型击实试验的方法确定,现在对于公路路基土最大干密度的确定按重型击实试验的方法确定。