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岩土工程性质

??一、引言

岩土工程性质是指岩土体作为工程建筑地基、建筑场地或建筑材料时所表现出的各种特性，它直接关系到工程的稳定性、安全性和经济性。了解岩土工程性质对于合理选择工程场地、设计基础形式、评估工程风险以及采取有效的地基处理措施等方面都具有至关重要的意义。本文将详细阐述岩土的各种工程性质，包括物理性质、水理性质和力学性质等，并介绍一些常见的测试方法和指标。

二、岩土的物理性质

（一）粒度成分

岩土的粒度成分是指土中不同粒径颗粒的含量和比例关系。根据颗粒大小，可将土粒分为巨粒组、粗粒组和细粒组。

1.巨粒组

粒径大于200mm的颗粒为漂石（块石），粒径在200～60mm之间的为卵石（碎石）。巨粒在土中含量较少时，对土的性质影响较小；但含量较多时，会显著改变土的工程性质，如透水性极大，强度较高等。

2.粗粒组

粒径在60～2mm之间的为砾粒，粒径在2～0.075mm之间的为砂粒。粗粒土的透水性较强，内摩擦角较大，工程性质主要取决于颗粒的级配和形状。级配良好的粗粒土，其颗粒之间相互填充，孔隙率较小，强度较高；而级配不良的粗粒土，孔隙较大，透水性更强。

3.细粒组

粒径小于0.075mm的颗粒为粉粒和黏粒。细粒土具有较大的比表面积，颗粒间的吸引力较强，透水性较弱，压缩性较高，抗剪强度较低。其中，黏粒含量较多的黏土具有明显的塑性和黏性，而粉粒含量较多的粉土则介于砂土和黏土之间。

（二）密度

岩土的密度反映了岩土体的质量分布情况，主要有天然密度、干密度和饱和密度等指标。

1.天然密度（ρ）

指岩土在天然状态下单位体积的质量，计算公式为ρ=m/V，式中m为岩土的质量，V为岩土的天然体积。天然密度的大小与岩土的矿物成分、孔隙率等因素有关。

2.干密度（ρd）

指岩土在烘干状态下单位体积的质量，即ρd=ms/V，其中ms为岩土中固体颗粒的质量。干密度反映了岩土中固体颗粒的紧密程度，是衡量填土压实质量的重要指标。

3.饱和密度（ρsat）

指岩土孔隙全部被水充满时的密度，计算公式为ρsat=（ms+Vvρw）/V，其中Vv为孔隙体积，ρw为水的密度。饱和密度常用于计算地基的沉降和土压力等问题。

（三）含水量

含水量（w）是指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，用百分数表示，即w=mw/ms×100%。含水量对土的工程性质有显著影响，如含水量增加会使土的强度降低、压缩性增大、透水性减小等。根据含水量的不同，土可处于不同的物理状态，如固态、半固态、可塑状态和流动状态。

（四）孔隙比和孔隙率

1.孔隙比（e）

指土中孔隙体积与固体颗粒体积之比，即e=Vv/Vs。孔隙比反映了土的孔隙大小和多少，是衡量土的密实程度的重要指标之一。孔隙比越小，土越密实，强度越高，压缩性越小。

2.孔隙率（n）

指土中孔隙体积与总体积之比，即n=Vv/V×100%。孔隙率与孔隙比类似，也用于表示土的密实程度，但孔隙率更直观地反映了土中孔隙的相对含量。

三、岩土的水理性质

（一）吸水性

岩土的吸水性是指岩土吸收和保持水分的能力，常用吸水率和饱和吸水率来表示。

1.吸水率（w0）

指岩土在常压下吸入水的质量与烘干岩土质量之比，即w0=（m1ms）/ms×100%，式中m1为岩土吸水后的质量。吸水率主要取决于岩土的孔隙大小和数量，孔隙率越大，吸水率越高。

2.饱和吸水率（ws）

指岩土在高压或真空条件下吸入水的质量与烘干岩土质量之比。饱和吸水率反映了岩土在充分吸水后的吸水能力，对于评估岩土的抗冻性等有重要意义。

（二）透水性

透水性是指岩土允许水透过的能力，用渗透系数（k）来表示。渗透系数的大小与岩土的粒度成分、孔隙率、孔隙连通性等因素有关。粗粒土的渗透系数较大，如砂土的渗透系数可达10^2～10^3cm/s；而细粒土的渗透系数较小，如黏土的渗透系数一般小于10^7cm/s。在工程中，透水性对于地基排水、地下水流动以及基坑降水等问题都有着重要影响。

（三）软化性

岩土的软化性是指岩土在水的作用下强度降低的性质。对于一些亲水性较强的黏土矿物，当含水量增加时，颗粒表面的结合水膜增厚，颗粒间的连接力减弱，导致土的强度降低。软化系数（η）是衡量岩土软化性的指标，η=qs/q，其中qs为饱水状态下岩土的抗压强度，q为干燥状态下岩土的抗压强度。软化系数越接近1，岩土的抗软化能力越强。

（四）抗冻性

抗冻性是指岩土抵抗冻融破坏的能力。在寒冷地区，岩土中的水分冻结后体积膨胀，会导致岩土结构破坏，强度降低。岩土的抗冻性与含水量、孔隙率、颗粒级配等因素有关。常用抗冻等级来表示岩土的抗冻性，抗冻等级是根据冻融循环次数后岩土的强度损失率和