33、土壤与岩石工程特性解析

土壤与岩石工程特性解析

1. 土壤基本特性

土壤由颗粒集合体组成，颗粒间存在孔隙，包含固体、水和空气三相。三相的质量和体积相互关系对定义土壤特性很重要。
- 孔隙比与孔隙率 ：孔隙比（$e$）是孔隙体积与固体体积之比；孔隙率是孔隙体积占土壤总体积的百分比。两者都反映了土壤样品中孔隙体积的相对比例。
- 含水量与饱和度 ：含水量以土壤样品中固体物质质量的百分比表示，对土壤工程行为起关键作用。饱和度表示孔隙中水的相对体积百分比。
- 单位重量、比重与密度 ：单位重量是单位体积的质量；比重是土壤颗粒质量与等体积水质量之比；密度是质量与体积之比，包括干密度、堆积密度、饱和密度和淹没密度等。粗粒土的相对密度$D_r$计算公式为：$D_r = \frac{e_{max} - e}{e_{max} - e_{min}}$，其中$e$是天然孔隙比，$e_{max}$是最大孔隙比，$e_{min}$是最小孔隙比。
- 颗粒大小分布 ：通过筛分和沉降两种方法确定，结果以不同粒径等级的重量百分比表示，绘制累积曲线可直观展示颗粒大小分布，曲线斜率反映分选程度。
- 阿特伯格界限 ：细粒土根据含水量可处于固态、半固态、塑性和液态四种状态，对应界限分别为缩限（SL）、塑限（PL）和液限（LL）。液限与塑限的差值为塑性指数（PI），反映材料处于塑性状态的含水量范围。细粒土的活性定义为塑性指数除以小于0.002mm颗粒的质量百分比，可分为不活跃、正常和活跃等等级。此外，还有液性指数和一致性指数用于描述土壤特性。 <