结构
粗粒土一般是单粒的结构。由于粗粒土中颗粒的大小可以相差很大,小的颗粒填补了大颗粒所形成的孔隙,级配良好的粗粒土比级配均匀的粗粒土密度更高。另一方面,形状不规则的颗粒可以使密度降低、孔隙更大。即使是由均匀圆球组成的“土”,它们在空间的排列方式不同,也会造成不同的松密状态和不同力学性质。图1表示了几种不同颗粒的空间排列方式。不同排列方式会使粗粒十在密度、渗透性、强度、压缩性、各向异性等方面表现出很大的差异。
尽管除了云母等矿物之外,大多数非粘土矿物的颗粒都呈粒状。但它们又不是各方向尺度都相等的,多少呈椭球形、扁平形,甚至针、片状。粗颗粒的长宽比L/W的频率分布是表示其颗粒分布的一个重要指标。以蒙特雷0号砂为例,这是一种分选很好的河砂,主要由石英和少量的长石组成。即使如此,它仍有50%以上的颗粒的轴长比(即长轴与短轴之比)大于1.39。这对于大多数砂土和粉土是有代表性的。在重力场中,土颗粒,特别是粗粒土,在沉积过程中的定向作用是很突出的。可以用颗粒的长轴与空间某一方向(如水平方向)的夹角表示这种空间定向作用。
如图2(a)表示颗粒的长轴与水平方向夹角为(5),图2(b)表示的是一种平均轴长比为1.64的均匀细砂的矽角分布频率柱状图。试样是轻轻敲击圆筒形刚性制样模而成的。这个图反映出土颗粒具有强烈的空间定向作用,亦即颗粒的长轴更倾向于水平方向排列。用砂雨法制成的试样会表现更强的空间定向作用。当粗粒上中含有一定比例的粘土或其胶结物质时,粗粒土还会被粘结而形成不同的集合形式。1
分类的要素粗粒土指碎石类土和砂土的总称,粗粒土分类是以其颗粒组成及颗粒特征为主要依据。
按颗粒大小划分粒组,然后按不同粒组的百分比含量作为划分粗粒土土类的主要指标;其次按颗粒的磨圆度来进一步划分亚类;有时尚需视含细粒土的类别及含量来进一步划分。
按土类划分准则我国现行标准采用两种不同的准则:一种是按粒组的相对比例来定名;另一种是按大于某个粒组界限粒径的颗粒总质量超过某一百分比来定名。《土分类标准》(GBJ 145—90)采用前一种准则,它将大于60mm的粒组统称为巨粒,将小于等于0.075mm的粒组统称为细粒,将砾粒组和砂粒组统称为粗粒,然后比较这两个粒组,砾粒组质量多于总质量的50%的土称为砾类土;砾粒组质量少于或等于总质量的50%的土称为砂类土。《岩土工程勘察规范》(GB 50021—94)则采用后一种准则,例如它将粒径大于200mm的颗粒超过全重的50%称为漂石或块石。
颗粒的磨圆度《岩土工程勘察规范》(GB 50021—94)把颗粒形状以圆形及亚圆形为主的分别称为漂石、卵石或圆砾;而以棱角形为主的则称为块石、碎石或角砾。《铁路路基设计规范》(TBJ 1一85),《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ 013—86)和《建筑地基基础设计规范》(GBJ7—89)都作了相同的分类规定。但在《土的分类标准》(GBJ 145—90)中对颗粒的磨圆度并没有作出任何规定。
细粒土的含有情况《土的分类标准》(GBJ 145—90)对砾类土和砂类土中细粒土的含量和性质都作了明确的规定,并在土的名称上加以区别。细粒土含量少于5%时,在定名时不冠以细粒土的前辍、直称砾或砂;当细粒含量为5%到15%时则不管细粒土是粘土还是粉土,统称为含细粒土砾或含细粒土砂;如细粒含量超过15%,则视细粒土是粘土或者是粉土,称为粘土质砾、粘土质砂、粉土质砾或粉土质砂。
《岩土工程勘察规范》(GB 50021--94)并不以细粒土的含量来分类,而只在砂土分类时规定,当砂土中小于0.075mm的土的塑性指数大于10时,定名时应冠以含粘性土,如含粘性土粗砂等。2
关于粗粒土分类的规定(1)巨粒土和含巨粒的土应按下列规定划分:
1)试样中巨粒组质量多于总质量的50%的土称巨粒土;
2)试样中巨粒组质量为总质量的15%~50%的土称巨粒混合土。
3)试样中巨粒组质量少于总质量的15%的土,可扣除巨粒,按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。
注:当散布在土内的巨粒,其体积对土的总体性状有影响时,可不扣除巨粒,按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名,并应予以注明。
(2)巨粒土和含巨粒的土分类定名,应符合表中的规定。2
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