1.1.3 土的工程性质

土一般由土颗粒（固相）、水（液相）和空气（气相）三部分组成，这三部分之间的比例关系随着周围条件的变化而变化，三者相互间比例不同，反映出土的物理状态不同，如稍湿或很湿，密实、稍密或松散。这些指标是最基本的物理性质指标，对评价土的工程性质、进行土的工程分类具有重要意义。土的三相物质是混合分布的，为阐述方便，一般用三相图（见图1.1.3）表示。在三相图中，把水的固体颗粒、水、空气各自划分开。

1．土的可松性与可松性系数

天然土经开挖后，其体积因松散而增加，虽经振动夯实，仍然不能完全复原，这种现象称为土的可松性。土的可松性用可松性系数表示，即

最初可松性系数：

最后可松性系数：

式中：KS、K′S——土的最初、最后可松性系数；

V1——土在自然状态下的体积（m3）；

V2——土挖后的松散状态下的体积（m3）；

V3——土经压（夯）实后的体积（m3）。

可松性系数对土方的调配、土方运输计算都有影响。各类土的可松性系数见表11-1。

2．土的天然含水量与固体

在天然状态下，土中水的质量与固体颗粒质量之比的百分率叫土的天然含水量，反映了土的干湿程度，用ω表示。即

式中：mw——土中水的质量（kg）；

ms——土中固体颗粒的质量（kg）。

3．土的天然密度和干密度

土在天然状态下单位体积的质量，叫土的天然密度（简称密度）。一般黏土的密度为1800～2000kg/m3，砂土的密度为1600～2000kg/m3。土的密度ρ按下式计算：

式中：m——土的总质量（kg）；

V——土的体积（m3）。

干密度ρd是土的固体颗粒重量与总体积的比值，用下式表示：

各种类型土的干密度值见表11-4。

4．土的孔隙比和孔隙率

孔隙比和孔隙率反映了土的密实程度。孔隙比和孔隙率越小，土越密实。

孔隙比e是土的孔隙体积Vv与固体体积Vs的比值，用下式表示：

孔隙率n是土的孔隙体积Vv与总体积V的比值，用下式表示：

孔隙比和孔隙率之间的关系：

5．土的渗透系数

土的渗透系数表示单位时间内水穿透土层的能力，单位以m/d表示，即水每天穿透土层的深度。

根据土的渗透系数不同，可分为透水性土（如砂土）和不透水性土（如黏土）。土的透水性影响施工降水与排水速度，一般土的渗透系数见表11-5。

6．摩擦系数和黏结力

摩擦系数和黏结力是土的两个重要力学性质。摩擦是由于土的固体颗粒间相互位移而产生的阻力，黏结则表示颗粒间的凝聚能力。一般讲，黏土的黏结力大而摩擦系数小，砂土则摩擦系数大而黏结力小。因此，在土方施工时，填方或挖方的边坡砂土放坡大，而黏性土放坡小。

【知识拓展】

湿陷性黄土：

这种土也叫“大孔土”，在遇水后，土的结构被迅速破坏，产生严重变形，强度大大降低。主要分布在陕西、山西、甘肃、宁夏、青海、河北、河南等地区，新疆、山东、辽宁等地的局部地区也有发现。

湿陷性黄土的颜色与普通黄土相似，呈褐黄或灰黄色，天然状态下用肉眼可见到较大孔隙和生物形成的管状孔隙。土块浸入水中，会冒出大量气泡并迅速崩解，但在干燥时，其强度则较大，挖土时能保持直立的土壁。在施工中如用湿陷性黄土做天然地基时，应避免地基被水浸泡，做好防水和排水工作，要保证各种地下管道的质量，避免漏水。

膨胀土：

在我国西南和中南地区常有膨胀土分布。膨胀土的外观近似黏土，一般强度较大，压缩性小。干燥时坚硬，易脆裂，手感比黏土滑润，无颗粒，干旱时有明显的竖向裂缝和水平开裂，裂缝平滑且有蜡样光泽，浸水后，裂缝回缩或闭合。此种土具有遇水膨胀、失水收缩的特性，会造成基础位移、地面开裂，甚至发生建筑物破坏。因此，采用膨胀土作为天然地基时，施工中要注意防水，严禁基槽和基坑灌水，也不能让土曝晒，尽可能保持天然湿度。