四、土的工程性质

　　土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。土是由颗粒（固相）、水溶液（液相）和气（气相）所组成的三相体系。组成土的固体颗粒矿物有原生矿物、不溶于水的次生矿物、可溶盐类、易分解的矿物以及有机质。各种土的颗粒大小和矿物成分差别很大，土的三相问的数量比例也不尽相同，而且土粒与其孔隙水溶液及环境水之间又有复杂的物理化学作用。

　　1．土的孔隙比和含水量

　　土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，反映天然土层的密实程度，一般孔隙比小于0.6的是密实的低压缩性土，大于1.0的土是疏松的高压缩性土。天然土层的含水量变化范围很大，一般干的粗砂土，其值接近于0，而饱和砂土可达35％；坚硬的黏性土含水量为20％～30％，而饱和状态的软黏性土（如淤泥）可达60％以上。一般而言，土的含水量增大时，其强度就降低。土的饱和度是土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，饱和度Sr越大，表明土孔隙中充水愈多。Sr80％是饱水状态。

　　碎石土和砂土为无黏性土，紧密状态是判定其工程性质的重要指标。颗粒小于粉砂的是黏性土，黏性土的工程性质受含水量的影响特别大。当含水量很小时，黏性土比较坚硬，处于固体状态，具有较大的力学强度。随着土中含水量的增大，土逐渐变软，并在外力作用下可任意改变形状，即土处于可塑状态。若再继续增大土的含水量，土变得愈来愈软弱，甚至不能保持一定的形状，呈现流塑或流动状态。黏性土这种因含水量变化而表现出的各种不同物理状态，称为土的稠度。黏性土能在一定的含水量范围内呈现出可塑性，这是黏性土区别于砂土和碎石土的一大特性，据此特点，黏性土也可称为塑性土。土的可塑性是指土在外力作用下可以形成任意形状而不裂缝，且当外力解除后仍可保持既得形状的性能。随着含水量的变化，黏性土由一种稠度状态转变为另一种状态，对应于转变点的含水量称为界限含水量，也称为稠度界限，是黏性土的重要特性指标，对黏性土的工程性质评价及分类等有重要意义。黏性土的界限含水量，有缩限、塑限和液限。半固态黏性土随水分蒸发体积逐渐缩小，直到体积不再缩小时的界限含水量叫缩限，体积不再随水分蒸发而缩小的状态为固态。半固态黏性土随含水量增加转到可塑状态的界限含水量叫塑限，也称塑性下限。由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量叫液限。液限和塑限的差值称为塑性指数，它表示黏性土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大，可塑性就愈强。黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，称为液限指数。液限指数愈大，土质愈软。

　　2．土的力学性质

　　土的力学性质主要是压缩性和抗剪强度。土的压缩性是土在压力作用下体积缩小的特性。在荷载作用下，透水性大的饱和无黏性土，其压缩过程在短时间内就可以结束。然而，黏性土的透水性低，其压缩稳定所需的时间要比砂土长得多，其固结变形往往需要几年甚至几十年。在土的自重或外荷载作用下，土体中某一个曲面上产生的剪应力值达到了土对剪切破坏的极限抗力时，土体就会沿着该曲面发生相对滑移而失稳。土对剪切破坏的极限抗力称为土的抗剪强度。

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