第一章土壤的物理机械性质土壤是工程机械的作业对象或支撑基础，大部分工程机械都要与土壤和地面发生联系，在现代机器与地面的相互作用已经发展成为工程力学的一个新的分支，即地面力学。地面力学主要研究机器与其工作地面或土壤之间的相互作用过程，故又叫土壤—系统力学，它应用力学原理和土壤工程实验技术研究土的专门性技术学科，它以力学和工程地质学为基础，对土的物理力学性质进行研究，为各项工程服务，如铁道工程、路桥工程等。工程机械只有和地面相互作用，才能完成其功能，车辆在地面行驶要靠土体支撑，要借助土的反力来发挥推进力。举例：牵引力的产生。§1土壤的物理机械性质§1.1土的形成与结构一、土的形成土是经岩石风化作用后，以不同的搬运方式，在不同的地点堆积下来的自然历史产物，同时在搬运和堆积过程中风化仍在继续，而且是经过多次的搬运和堆积的，由于风化、剥蚀、搬运和沉积等成土过程各环节的交错反复，成土的自然地理环境的复杂多样性，使土的类型和性质千差万别。但是凡在大致相同的地质年代及相似的沉积条件下形成的堆积物，其成分及性质相近。§1.2土的组成工程中所研究的土并不是土的颗粒，而是松散堆积物的整体。土是由不同的相所构成的多相体系，矿物颗粒组成土的骨架，其间有孔隙，若孔隙中同时存在着水和气体，则土是三相的，土粒、水和气体分别称为土的固相、液相和气相。有时土粒间的孔隙完全被水充满，则形成饱和土，则土是两相的，即只有固相和液相。当土粒中的孔隙只存在着空气时，即形成无水的干土，也是两相的。一、土的固体颗粒土的骨架是由各种不同尺寸的土粒组成，自然界的土粒大小很不均匀，碎石颗粒的直径可达10cm以上，而在平静水中缓慢沉积的细微粘土颗粒的直径只有万分之一mm，不同大小的土粒在土中的相对含量是决定土的工程性质的重要指标之一，因此，首先按土粒的直径大小进行归并与分类，将土粒分成若干粒组，每一粒组具有一定的土粒直径变化范围，按此范围将土进行分类。表1—1土的粒组划分颗粒名称粒径（mm）砾石（浑圆或圆棱）或角砾（尖棱）（土中不具有毛细力，土粒间不存在相互的连接）大20~10中10~4小4~2砂粒（土中存在毛细力，但不具备粘聚性，遇水不膨胀）大2~0.5中0.5~0.25小0.25~0.05粉粒（土粒具有粘聚性，但随着水分的减少，连接力减弱）0.05~0.005粘土粒（具有很大的粘聚性，并遇水膨胀且干燥收缩显著，土会随着水分的减少而更坚硬）小于0.005二、土的级配实际的土多是不同粒度土粒的混合物，这种混合土的性质取决于不同粒度颗粒的相对含量。确定土粒组相对含量的方法，叫颗粒分析实验。工程中实用的颗粒分析方法有筛分法和比重计法两种。筛分法适用于粒径大于0.1mm以上的土壤；比重计法适用于粒径小于0.1mm的土。如果土中同时含有大于和小于0.1mm的土粒时，则两种方法并用。筛分法：实验时，采用一套标准筛，各筛的筛孔自上而下分别为10、5、2、1、0.5、0.25、0.1mm，上加顶盖，下加底盘，叠在一起，将干土样放入第一层筛中，用摇筛机振荡，使细土粒通过筛孔漏下，称出存留在每层筛子和底盘上的土粒重量，就可以计算出某一直径的土颗粒占总重量的百分比。对于颗粒细微的粘土，由于无法制作相应的细筛，同时也不能使彼此连接很紧的土粒全部分散开来，故不能采用筛分法。对此，可用水将土粒彼此分散，制成悬液，然后根据不同粒径的土粒在静止水中下沉的速度不同的原理，来测定各粒组的百分含量。1、概念：土的级配：土的各级土粒组合情况，用其含量的百分数表示，称为土的颗粒级配。2、表示方法：土的级配常以颗粒级配曲线表示。如图所示，纵坐标表示小于（大于）某一粒径的土粒占土样总量的百分数；横坐标表示颗粒直径。级配曲线可反映以下内容：（1）粒组范围及土的级配；（2）颗粒分布情况；当曲线平缓时，说明土中大的及小的颗粒都有，颗粒不均匀，即各级粒组搭配良好，称为级配良好的土；当曲线较陡时，表示土中颗粒直径范围较小，颗粒均匀，属于级配不好的土。3、土的不均匀系数：颗粒分布均匀程度通常用不均匀系数CU来表示，即：CU＝d60/d10式中：d60——限定粒径，对应...
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