岩土工程师土力学与基础工程练习一

岩土工程师:土力学和基础工程练习1

1基本概念
土壤固相:土壤的固体物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土壤骨架的最基本物质。土壤中的无机矿物可分为原生矿物和次生矿物。
土壤的液相:土壤的液相是指存在于土壤孔隙中的水。它对亲水性矿物颗粒表面有复杂的物理和化学作用。根据水土相互作用的程度，土壤中的水可分为结合水和自由水。
结合水:指土壤颗粒表面水膜中的水，受表面重力控制，不遵守流体静力学定律，其冰点低于零度。结合水可分为强结合水和弱结合水。
自由水:包括毛细水和重力水。毛细水不仅受重力的影响，还受表面张力的控制，可以沿着土壤的细孔从地下水位上升到一定高度。重力水在重力或压力差的作用下可以渗透到土壤中，对土壤颗粒和结构有浮力作用。
土壤气相:指土壤孔隙中充满的气体，包括与大气相通和不相通两种。与大气相通的气体对土的工程性质影响不大。当土壤受到外力时，这种气体很快被挤出孔隙。然而，封闭气体对土的工程性质影响很大。在压力下，气体可以被压缩或溶解在水中，当压力降低时，气泡会恢复原状或重新释放出来。

【例1】概念解释
粘土矿物的主要成分有三种:蒙脱石、伊利石和高岭石。由于其亲水性不同，含量不同，土的工程性质也不同。

【例题2】塑性指数的物理意义及其影响因素。
塑性指数IP是指液限与塑限的差值，即土处于塑性状态时含水量的变化范围。可以看出，塑性指数越大，土体在塑性状态下的含水量范围越大。换句话说，塑性指数与土壤中结合水的可能含量有关，即与土壤颗粒组成、土壤颗粒的矿物组成、土壤中的离子组成和水的浓度等因素有关。
就土壤颗粒而言，土壤颗粒越细，细颗粒(粘粒)含量越高，比表面积和可能结合水含量越高，因此IP也会增加。从矿物成分来说，粘土矿物可能有大量的结合水(尤其是蒙脱石)，所以IP也大。从土壤中水的离子组成和浓度来看，当水中高价阳离子浓度增加时，吸附在土壤颗粒表面的抗衡离子层厚度变薄，结合水含量相应减少，IP也变小；相反，随着抗衡离子层中低价阳离子的增加，IP变大。

【例3】概念解释。
土的结构:土的结构是指土的物质组成(主要指土壤颗粒，包括孔隙)的空的相互排列和土壤颗粒之间连接特性的综合。它对土壤的物理力学性质有着重要的影响。土壤的结构，根据其颗粒的排列，包括单颗粒结构、团粒结构、絮凝结构等。土体结构形成过程中和形成后，当外界条件发生变化时(如荷载条件、湿度条件、温度条件或介质条件)，土体结构就会发生变化。
土的敏感性:原始含水量不变但天然结构被破坏的重塑土的强度低于天然结构原状土的强度，其比值可作为结构性指标，即敏感性。
[例4]三相指标之间的换算关系。
[例5]砂土相对密度的概念及应用。

例2
[例1]实验测得的原状土样的自然密度是多少？=1.7t/m3，含水量w = 25.2%，土壤颗粒比重Gs=2.72。试求土壤的孔隙比e，孔隙度n，饱和度Sr，干重？d、饱和严重程度？和sat的有效权重？？。
[解决方案]:(1)
(2)
(3)
(4)KN/m3
(5)KN/m3
(6)KN/m3

【例2】粘性土的天然含水量w = 35.2%，液限WL = 40%，塑限WP = 25%。试求土的塑性指数IP和液性指数IL，确定其状态。
[解]:IP = WL-WP = 40-25 = 15
IL = = 0.68
查表可知土为塑性。

【例3】从天然砂质土层中取得的样品，其含水量w = 11%，自然密度为？=1.70g/cm3，最小干密度为1.41g/cm3，干密度为1.75g/cm3。试着判断沙子的密实度。
[解决方案]已知？=1.70g/cm3，w = 11%，砂的自然干密度为:
？D= = =1.53 g/cm3
然后由？dmin = 1.41克/立方厘米，？Dmax =1.75g/cm3，可以得到
Dr= =0.4
因为1/3< Dr 3土的密实度

压实的机理:压实使土颗粒重新组合，相互挤压紧密，孔隙缩小，孔隙水排出，土的容重增加，形成一个紧密的整体。同时，内摩擦阻力和粘聚力大大增加，使土的强度和稳定性增强。同时，由于压实作用，土壤的透水性明显降低，毛细水效应减弱，因此其水稳定性也大大提高。因此，压实地基土并达到规定的密实度，是保证各级道路路基和建筑人工地基获得足够强度和稳定性的根本技术措施之一。
地基土的压实效果受多种因素影响。分类分析有内因和外因两个方面。内部因素主要包括土壤类型和含水量，外部因素主要包括压实能量、压实工具和压实方法。