Ⅰ 土壤最重要的物理化學性質有哪些這些性質取決於土壤的哪些特徵結構和成分
礦物質土壤礦物質是岩石經過風化作用形成的不同大小的礦物顆粒(砂粒、土粒和膠粒)。土壤礦物質種類很多,化學組成復雜,它直接影響土壤的物理、化學性質,是作物養分的重要來源之一。
有機質
有機質含量的多少是衡量土壤肥力高低的一個重要標志,它和礦物質緊密地結合在一起。在一般耕地耕層中有機質含量只佔土壤乾重的0.5-2.5%,耕層以下更少,但它的作用卻很大,群眾常把含有機質較多的土壤稱為「油土」。土壤有機質按其分解程度分為新鮮有機質、半分解有機質和腐殖質。腐殖質是指新鮮有機質經過微生物分解轉化所形成的黑色膠體物質,一般占土壤有機質總量的85—90%以上。
Ⅱ 土的工程特性有哪些
1.土的物理性質 :除土的粒徑級配外,土中各個組成部分(固相、液相、氣相)之間的比例,將影響到土的物理性質,如單位體積重 γ,含水量w,孔隙比e,飽和度sr和孔隙度n等。
2.土的壓縮和固結性質 :土在荷載作用下其體積將發生壓縮,測定土的壓縮特性可分析工程建築物的地基沉降和土體變形。飽和粘土的壓縮時間決定於土中孔隙水排出的快慢。逐漸完成土壓縮的過程,即土中孔隙水受壓而排出土體之外,同時導致孔隙壓力消失的過程稱土的固結或滲壓。
3.土的流變性質 :土工建築物的變形和穩定是時間的函數。
4.土的強度性質 :通常指土體抵抗剪切破壞的能力,它是土基承載力、土壓和邊坡穩定計算中的重要指標之一。它和土的類型、密度、含水量和受力條件等因素有關。
5.土的壓實性質 :對土進行人工壓實可提高強度、降低壓縮性和滲透性。土的壓實程度與壓實功能、壓實方法和含水量有關。
6.土的動力性質 :土在岩爆、動力基礎或地震等動力作用喚旅嘩下的變形和強度特性與靜荷載下有明顯不同。土的動力性質主要指模量、阻尼、振動壓密、動強度等,它與應變幅度的大小有關。
(2)土體有哪些物理特新擴展閱讀:
對土進行人工壓實可提高強度、降低壓縮性和滲透性。土的壓實程度與壓實功能、壓實方法和含水量有關。當壓實方法和功能不變時,土的干容重隨含水量的增加而增加,達到最大值後,再增加含水量,其干容重將逐漸下降。
對應於最大幹容重時的含水量稱最佳含水量。壓實功能不增大而僅增加壓實次數或碾壓次數所能提高土的壓實度有一定限度,超過該限度再增加壓實或碾壓次數則無效果。填築土堤,在最佳含水量附近可用最小的功能達到最大的干容重,因而要在室內通過壓實試驗確定填料的最佳含水量和最大幹容重(見路基填土壓實)。
但壓實的方法也影和行響壓實效果,對非粘性土,振動搗實的效果優於碾壓;對粘土則反之。研究土的壓實性能,可選擇最合適的壓實機具。為改善土的壓實性能,可鋪撒少量添加劑。中國古代已盛行摻加生石灰來改善土的壓實性能。此外,人工控制填料的級配,也可達到改善壓實性能的目的。
土的變形鎮讓和強度是土的最重要的工程性質。60年代以前,在工程上通常分別確定土的變形和強度指標,不考慮強度與變形間的相互影響。因為土的應力-應變關系是非線性的並具有彈塑性、 甚至粘彈塑性特徵,而當時的計算技術,尚無法進行分析。
Ⅲ 粘性土的物理特徵有哪些和黏性土的區別是什麼
塑性指數Ip=WL-Wp塑性指數是液限和塑限的差值,實際上反映了土在可塑狀態范圍內的含水量變化。如果土顆粒越戲,黏粒含量越高,土能夠結合水的能力就越強,液限就越大,從而塑性指數就越大。所以塑性指數這個指標可以反映粘性土的性質。因此工程可以根據塑性指數的大小,對於粘性土進行分類。當塑性指數Ip>17時,為粘土當塑性指數101.0時,為流塑狀態
「黏」是「粘」異體字,粘性土與黏性土沒區別,哪個都對,粘性土用得多。
飽和和非飽和是針對土的含水量而言的。飽和土是指含水量已經達到極限,再也加不進更多水的土,典型例子是淤泥。非飽和土指的就是含水量沒有達到襪中極限,還能滲入更多水分的土。通常土體的飽和土會影響到土的力學性質,對建築規劃意義重大,所以進行土建之前要先做土力學性質試驗。
目前市面上最先進土工試驗儀器是英國GDS品牌,飽和土及非飽和土試驗告昌山儀器都有,例如三軸儀、動三軸、固結儀、剪下試驗儀器、空心圓柱、共振柱等。GDS在國內有120多個使用者,歐美大地獨家代理,售後很不錯。
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1、土的結構也沒有定義為顯微結構。你說的絮狀、蜂窩是顯微鏡下的觀察,而野外描述是肉眼的觀察。(1)對土的初步判斷,粘性還是砂土、Q4還是Q3,這些無不與對土的緊密程度、包含物等這些結構特徵緊密相關。(2)土是大自然的產物,不是人造的均勻體,除了共性還有很多特性。例如,土可分為層、亞層。亞層之下也還會有層狀結構,這都需要描述來補。2、野外的描述是對岩土體材料判斷的第一手資料,雖然當時工具有限。就像相親,有相當一部分是初次見面就見光死的。3、詳細、客觀迅中的描述對進一步的室內試驗有指導意義。 比如,判斷室內試驗指標是否與之呼應等。
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1776年庫倫土壓力理論的基本假定是:
1、牆背面填土為均質的無黏性散粒體;
2、當牆體產生位移或變形後,牆背面填土中形成滑裂土體,滑裂土體被視為剛體;
3、滑動面為一個通過牆踵的平面,滑動面上的摩擦力是均勻分布的;
4、填土表面為水平或傾斜面;
5、擋土牆為一平面,也是一個滑動面,填土與牆面之間存在摩擦力,摩擦力沿牆面的分布是均勻的;
6、土壓力問題是一個二維問題(平面問題),可以取單位牆長來計算。
注意:最原始的1776年的庫侖土壓力理論,只能計算無黏性土的土壓力,但是通過對原始的庫侖土壓力理論進行改進,改進後的庫侖土壓力理論,已經可以計算黏性土的土壓力了,改進後的計算公式非常復雜,《建築邊坡工程技術規范》GB50330-2013第6.2.3條的公式就是改進後的庫侖土壓力計算公式。
有區別,粘性土顆粒細,孔隙小而多,透水性弱,具膨脹、收縮特性,力學性質隨含水量大小而變化。粘性土具有粘聚力,其抗剪強度由兩部分組成:粘聚力和摩擦力。而非粘性土不具有粘聚力,其抗剪強度由摩擦力提供。
簡述砂土、粉土、粘土的工程性質。
砂土:無塑性,但透水性良好,毛細水上升高度很小,具有較大的摩擦系數,修建的路基,強度高,水穩定性好,不膨脹,是良好修築路基的材料。但黏結性小,易於鬆散,容易產生較深車轍;
粉性土:干時雖然有黏結性,但易被壓碎,揚塵大,遇水時,易成流體狀態,毛細水上升高度大,在季節性冰凍地區容易造成凍脹、春時翻漿,是最差的築路材料;
粘性土:透水性差,粘聚力大,干時堅硬。具有較大的可塑性,黏結性和膨脹性, 毛細管現象也很顯著,用來修築路基,比粉土好,但不如砂土。如在適當的含水量下充分壓實和有良好的排水裝置,築成的路基也能獲得穩定。
粘性土的結構包括土團粒或顆粒的幾何排列(即組構)及粒間結合力兩個方面。目前還不能對土的結構作定量分析,也不能直接用到土力學計算中去。但是它有助於闡明土的工程性質的作用機理,解釋某些特殊土的性狀,預測土在外界因素作用下的變化規律,對工程作出最後判斷,進而採取工程措施。 最早注意到土的結構性的是太沙基,他在1925年就提出了蜂窩狀結構,用以說明在水中沉積的粘土的不穩定的凝聚結構。以後又發展到卡片或書本式結構。這些都是以單個顆粒的
土的工程分類 土的工程分類是把不同的土分別安排到各個具有相近性質的組合中去,其目的是為了人們有可能根據 同類土已知的性質去評價其工程特性,或為工程師提供一個可供採用的描述與評價土的方法。
粘性土
粘性土(cohesive soil),指的是含粘土粒較多,透水性較小的土。其壓實後水穩性好,強度較高,毛細作用大。
其顆粒細,孔隙小而多,透水性弱,具膨脹、收縮特性,力學性質隨含水量大小而變化。
工程上應根據塑性指數分為粉質粘土和粘土,塑性指數大於10,且小於等於17的土,應定名為粉質粘土,塑性指數大於17的土應定名為粘土。
土質學術語,具有粒間連結的細粒土。
顆粒細,孔隙小而多,透水性弱,具膨脹、收縮特性,力學性質隨含水量大小而變化。
一般按粘粒(粒徑小於0.005毫米)含量多少分為三類:
(1)粘土,粘粒含量大於30%;
(2)亞粘土(亦稱「粉質粘土」),粘粒含量在10%~30%之間;
(3)亞砂土,粘粒含量3%~10%。
按塑性指數劃分:
(1)粘土,塑性指數大於17;
(2)亞粘土,塑性指數為10~17;
(3)輕亞粘土(亦稱亞砂土),塑性指數為3~10。
常作為建築物地基或用作堤壩、路堤填土材料。
Ⅳ 地基土的物理性質和工程分類情況
(一)土的物理、力學性質
土的物理性質
土的物理性質是表明物理狀態的一些性質;它反映的是土的輕重、干濕和松密。
2.土的力學性質
土在外力作用下所表現的性質,稱土的力學性質。它主要包括土在穩定荷載(靜荷載)作用下的土的滲透性和壓縮性以及抗剪性,黏性土的動力壓實性以及流變性。
(1)土的滲透性
土的滲透性在水力坡度(水壓差)的作用下,水穿過土體的能力。水在土中的滲流有時會使土體發生變形或破壞,這種現象稱滲透變形,它包括流土和管涌兩大基本類型。
土的基本物理指標
Ⅳ 岩土體的一些基本物理、熱物理性質
1.岩石的主要物理性質
天然岩石受地質環境的制約,常常表現為不均一性和各向異性的特點,在分析判別岩石的熱物理性質時岩石的物理性質是基礎。
(1)比重:岩石的固體顆粒重量與其同體積水在4℃時的重量之比稱為岩石的比重(Δ)。
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式中:W——絕對乾燥時岩石的重量;
Vs——岩石乾燥重為W時其中固體顆粒的體積;
rω——水在4℃時的容重。
(2)容重:
岩石單位體積的重量稱為容重,容重在不同的含水狀態分為干容重、天然容重和飽和容重三種。
常用干容重(rd)作為容重的評價指標(單位:kg/m3):
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式中:V——岩石體積;
G——岩石的重量。
(3)孔隙度:
岩石的孔隙體積與岩石的總體積的百分率(n):
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式中:Vδ——岩石孔隙體積;
V——岩石總體積。
(4)孔隙比:
岩石中孔隙體積和岩石固體顆粒體積之比稱孔隙比(ξ)。孔隙比ξ可由孔隙度直接計算求得:
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2.土的主要物理性質
(1)土的重量和含水量:常常要測試土的比重△s,天然容重γ,干容重rd和天然含水量ω。
(2)土的顆粒組分。
(3)土的水理性質:土與水相互作用顯示的一系列性質,包括土的塑性、膨脹性、收縮性等。
表1-1碎石土分類
表1-2砂土與粘性土分類
註:①對砂土定名時,應根據粒徑分組,從大到小由最先符合者確定;當其粒徑小於0.005mm的顆粒含量超過全重的10%時,按混合土定名,如「含粘性土細砂」等。
② 砂質粉土的工程性質接近粉砂。
③ 粘質粉土的定名(或Ip<12的低塑性土),當按Ip定名與顆分定名有矛盾時,應以顆分定名為准。
④ 塑性指數的確定,液限以76g圓錐儀入土深度10mm為准;塑限以搓條法為准。
⑤對有機質含量Q>5%的土,可定名為:5%<Q≤10%時,定為有機質土;10%<Q≤60%時,定名為泥炭質土;Q>60%時,定名為泥炭土。
一般來講,影響岩石物理性質的因素有兩大類:①內部因素;②外部因素。內部因素是指岩石的礦物成分、結構構造以及孔隙充填物的物理性質。外部因素主要是指岩石所處環境的溫度、壓力、埋深等。
3.岩石的主要熱物理性質
目前,關於岩土體的熱物理性質的研究尚缺乏系統的資料,通常由岩石的熱物理性質代替,而岩土體通常比單一岩石要復雜得多。在地殼岩石的各種熱物理性質中,最重要的是岩石的導熱系數或熱導率(λ)、岩石熱阻系數或熱阻率(ξ)、岩石比熱(C)、岩石熱容量(Cp)及岩石溫度傳導系數或熱擴散系數(a)。
(1)岩石的導熱系數或熱導率(λ)。
表示岩石導熱能力的大小,即沿熱流傳遞的方向單位長度(l)上溫度(e)降低一度時單位時間(T)內通過單位面積(s)的熱量(Q)。按傅里葉定律,在熱流量一定的條件下,通過熱傳導作用所流經的物質的熱導率與溫度梯度成反比,可用下式表示:
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岩石的熱導率[λ,W/m·℃]在數值上等於單位溫度梯度下,單位導熱面積上的導熱速率。它表徵物質導熱能力的大小(熱阻力的倒數),通常用實驗測定。
岩石的熱導率取決於岩石的成分、結構、濕度、溫度及壓力等條件,即熱導率是密度、溫度、壓力等的函數,其表達式為λ=λ(ρ,t,P……)。
一般情況下,岩石的熱導率隨壓力、密度、濕度的加大而增高,隨溫度的增高而減小,但地殼上部的溫度和壓力對岩石的熱導率的影響極小。除礦物成分外,岩石的孔隙度和濕度對其熱導率有較大影響,一般隨孔隙度的增加而降低,隨濕度的增加而增加。對於各向同性的均質材料來說,熱導率可以用一個單一的數值來表徵;對於各向異性的岩石而言,不同方向的熱導率差別較大,在從事淺層地溫能資源開發利用過程中,第四系鬆散沉積物各向異性的特點應引起足夠重視。
在緻密的岩石中,造岩礦物的性質對岩石的熱導率起主要控製作用,如果岩石中具有高熱導率的礦物含量越高,岩石的熱導率也越高。近年來,為計算大地熱流值,世界各地岩石熱導率的實測數據日益增多,緻密堅硬的岩石一般在實驗室測量,而鬆散層沉積物主要是深海沉積及湖底沉積,多為就地測量。土壤熱導率(λ)大小同樣由土壤組成成分和比例決定。土壤水分熱導率居中,土壤空氣熱導率最小,土壤固體導熱率最大。
在所有的固體中,金屬是最好的導熱體。一般對純金屬熱導率是溫度的函數,用λ=λ(t)表示,並且隨溫度的升高熱導率降低。對於金屬液體,熱導率也是隨溫度的升高熱導率降低。
對於非金屬的熱導率可以表述為是組成、結構、密度、溫度、壓力等的函數,表示為λ=λ(組成,結構,密度,溫度t、壓強P……)。一般情況下,非金屬的熱導率隨溫度的升高和壓力的提高而增大。
對大多數均質的固體,熱導率與溫度成線性關系:
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式中:λ——t℃值;
αt——溫度系數,金屬為負,非金屬為正;
λ0——0℃值。
應予指出,在熱傳導過程中,物體內不同位置的溫度各不相同,因而熱導率也不同,在工程計算中,熱導率可取平均溫度下的數值,視作常數。
液體的導熱系數一般0.1~0.7W/(m·℃),隨溫度升高而降低。氣體的導熱系數真空最小,是良好的絕熱體,有利於保溫,絕熱,如熱水瓶夾層抽真空保溫。再如非金屬保溫材料,空氣夾層的雙層玻璃,彈松的棉被等具有良好的保溫功能的實質是含有大量的空氣。氣體的導熱系數隨氣體密度和溫度的升高而增大。在相當大的壓強范圍內(P>2000at或p<20mmHg),壓強對導熱系數無明顯影響。
綜上所述,金屬的熱導率值最大,非金屬次之,液體的較小,氣體的最小,常見的岩石熱導率值可從手冊中查得。
(2)岩石熱阻系數或熱阻率(ξ)
是岩石導熱系數或熱導率的倒數(單位:m·℃/W),即
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由傅里葉熱傳導方程可推出以下關系式:
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當熱流(q)不變時,地溫梯度(ΔT/ΔZ)與熱阻率(ξ)成正比。
岩石熱阻率一般呈現如下規律:隨著岩石密度的增大(隨著埋深加大,同一類沉積物的密度會變大),岩石和某些礦層的熱阻減小;岩石熱阻隨總濕度的增加而減小,其原因是水的熱阻(2.00)大大小於空氣的熱阻(46.00),由於干岩石孔隙中充滿著空氣,故熱阻大,對未膠結的鬆散岩石,當濕度增加到20%~40%時,熱阻大致可降低6~7倍;岩石熱阻隨著岩石透水性的增強而顯著減小,因含水層中熱的傳遞方式除傳導作用外,還有對流現象發生;在具有層狀構造的岩石中,可以觀測到各向異性現象,即沿層理方向的熱阻比垂直於層理方向的熱阻要低;岩石熱阻隨溫度增高而略微增大。
(3)岩石比熱(C):加熱一千克物質使其上升攝氏一度時所需的熱量,即
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式中:C——岩石的比熱,J/g·℃;
ΔQ——加熱p克物質溫度升高△t時所需要的熱量(J/g·℃)與容重(kg/m3)的乘積,即
Cp=C·ρ
Cp單位為J/m3·℃。大部分岩石和有用礦物的比熱,其變化范圍都不大,一般介於0.59~2.1J/g·℃之間。由於水的比熱較大(15℃時為4.2J/g·℃),因此,隨著岩石濕度的增加,其比熱也有所增加。沉積岩如粘土、頁岩、砂岩、灰岩等在自然埋藏條件下,一般都具有很大的濕度,其比熱稍大於結晶岩,前者為0.8~1.0J/g·℃,後者為0.63~0.84J/g·℃。
土壤的熱容量(Cv)分重量熱容量和容積熱容量。氣象常用容積熱容量。1g物質溫度升高(或降低)1℃所吸收(放出)的熱量,稱重量熱容量(J/g·℃);1cm3的物質溫度升高(或降低)1℃所吸收(放出)的熱量,稱容積熱容量(J/cm3·℃)。
土壤的熱容量大小由土壤組成成分和比例決定。土壤水分熱容量最大,溫度不易升、降,如潮濕土壤。土壤空氣熱容量最小,溫度易升、降,如乾燥土壤。土壤固體熱容量,居中。
(4)岩石溫度傳導系數或導溫率(a):又稱熱擴散系數,表示在非穩定熱態下岩石單位體積在單位時間內溫度的變化,即岩層中溫度傳播的速度,其關系式如下:
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式中:a——岩石溫度傳導系數,m2/h;
λ——岩石熱導率,J/m·℃;
ξ——岩石熱阻率,m·℃/W;
C——岩石比熱,J/g·℃;
ρ——岩石的容重,g/m3;
Cp——岩石的單位熱容量,J/m3·℃。
岩石溫度傳導系數或溫度傳導率是一個綜合性參數,主要反映岩石的熱慣性特徵,在分析鑽孔內溫度平衡的形成條件和用人工場方法研究鑽孔剖面時具有重要意義。岩石溫度傳導系數主要與岩石的熱阻及其容重有關,並與它們成反比關系。同時,岩石溫度傳導系數隨岩石濕度增加而增加,隨溫度的增高而略微減小。對層狀岩石來說具有各向異性特點,岩石溫度傳導系數順岩石層理方向比垂直層理方向要高。
綜上所述,為了獲得有關地球溫度場的量的相關參數,除在野外進行地溫、熱傳導等測量、採取原狀樣品外,還必須開展實驗室工作,以測定岩石熱導率、比熱及溫度傳導系數等熱物理性質。
Ⅵ 黏性土可呈現出哪些物理狀態請畫圖表示黏性土物理狀態與含水率的關系。
粘土的塑液限統稱界限含水率,我們假定一種粘土的塑限是30%,液限是42%,那麼當土樣的含水率小於30%是土體處於半固體狀態,當其值在30%-42%之間時,土體處於塑性狀態
像橡皮泥一樣,當然其值越大,塑性越好,而當其值大於42%時,土體將由於含過多水量,土體中結合水飽和,出現了自由水
因此土體在過多的水量情況下,處於流動狀態。