陆有忠，张正奇，徐陈明

(宜春学院 科学与工程技术学院，江西 宜春 336000)

土是地壳表层母岩经受强烈风化(生物、物理和化学)作用的产物，是各种土粒(矿物颗粒)的集合体[1]。颗粒本身强度远大于颗粒间的胶结强度，或无胶结。土区别于其他固体介质相的主要特征是土的碎散和多孔，在一般情况下，土颗粒间有大量孔隙，孔隙被水和空气填充。

各种工程建筑与土都有着十分密切的关系，土广泛分布于地壳表面，特别是被广泛地利用水工建筑中，如土被用作地基，在其上修建涵闸、坝堤、码头、桥梁、渡槽等建(构)筑物(称地基土)；如修筑土层堤坝、路基和其他土工建筑物时，土就被用作建筑材料(称土料)；土被用作建筑物周围的介质或护层，在其上修建运河、渠道、隧洞、地下厂房以及地下管道等。对于工程建筑的质量、性状，土的性质具有直接而又重大的影响。因此，研究土也直接关系到工程的安全使用和经济合理问题[2]。

在天然状态下，土一般由固体颗粒、水和空气三相所组成，称为三相系，三者之间的比例关系和相互作用，不仅反映出土的物理性质，也反映出构造的物理状态，影响着土的力学性质。

土非真正的连续体，其特性既不同于刚体，更不同于理想的弹性体或刚-塑性体，而具有压硬，剪胀或剪缩，时效，结构与触变等特殊的属性，其应性状受应力路径和历史的影响等，但某些参数与指标的定义多是基于线性变形理论。认识这些特殊性与差异，特别是对于重大工程，深入勘察场地，实地了解主要土层性状，分析场地中原始应力状态和应力历史，同时考虑工程施工过程中与竣工后可能造成应力场与边界条件等的不利变化，从而对试验提出相应的要求。必要时，尚应提出特殊试验的要求，并注意试验方法—计算公式—安全系数的配套使用[3-8]。

为了对宜春地区几处典型地块不同深度的土体进行比较准确的定名分类，土体的密度、含水率、孔隙比、等实验是进行判断的重要工作。密度主要有天然密度，相对密度、干密度，饱和密度，浮密度等等[1]。这次实验主要研究天然密度、干密度、饱和密度。为了使土样的定名更准确，孔隙比是需要参照的另外一个参数。传统测量土的孔隙比的方法有三种，气压比重法、吸水法、容重换算法[2]。其中气压比重法是利用boyle—Mariotteshen定理[8]，用环刀选取土样后，置于109℃烘干箱中24小时，随后送入气压比重计的气囊中抽气，将抽出的气体与大气压强之差在玻璃管连通器中直接显示可转化为孔隙率，再通过孔隙率与孔隙比的关系，算出对应的孔隙比。但是此种方法耗时较长，通过考虑各种因素，研究小组决定采用的是第2种方法—吸水法。

1 土样选取与密度测定

此次实验所用几种土样取自宜春地区不同地块不同深度，为了获得精确结果并进行准确的定名，整个实验过程中，尽量保持研究土样不受扰动，分别对它们进行编号(图1)。

图1 实验取土(原始土样，非扰动)

(1)原理

土的密度是指土单位体积的质量，用ρ表示，试验中单位取g/cm3。根据所取土样的外观特点，天然密度的测定采用环刀法。环刀法是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与体积之比即为土的密度。

(2)所用仪器

①环刀：内径6～8 cm，高2～3 cm。

②精密电子秤：称量500 g，分度值0.01 g。

③其它：切土刀、钢丝锯、凡士林等。

其次，这支40mm F1.4 DG HSM |Art镜头是适马第一支为了达到电影镜头所追求的视角和性能标准而开发的Art系列镜头。这支镜头使用三枚FLD萤级低色散镜片和三枚SLD特殊低色散镜片，最大限度地校正了轴向色差和倍率色差。大光圈下即可在焦平面上呈现清晰的成像效果，与柔和的焦外虚化部分相比，可以更好地突出主体。畸变被控制在1%或以下，彗形像差也得到了良好的校正。

(3)操作步骤

①量测环刀：取出环刀，称出环刀的质量，并涂一薄层凡士林。

②切取土样：将环刀的刀口向下放在土样上，然后用切土刀将土样削成略大于环刀直

径的土柱，将环刀垂直下压，边压边削使土样上端伸出环刀为止，然后将环刀两端的余土削平。

③土样称量：擦净环刀外壁，称出环刀和土的质量。

(4)试验注意事项

①称取环刀前，把土样削平并擦净环刀外壁；

②如果使用电子天平称重则必须预热，称重时精确至小数点后二位。

(5)计算公式

按下列计算土的天然密度：

(1)

式中：ρ—密度，计算至0.01g/cm3，m—湿土质量，g，m1—环刀加土的质量，g，m2—环刀质量，g，V—环刀容积，cm3。

试验需进行3次平行测定，其平行差值≤0.03g/cm3，取其算术平均值。

干密度的测得是用烘干箱，将烘干箱温度调至109℃，然后将上述标准试样放入24小时，然后测出此时的土体质量，利用公式算出土的含水率(三次平行测定获得最终数据)，最后再利用公式

ρd=ρ/(1+w)

(2)

式中ρd—干密度，ρ—天然密度，w—含水率。本次实验测量土样的比重方法是，首先将上述土样放入烘干箱中，调节烘干箱的温度为109℃，烘干时间是24小时，测得此时的干土的质量为S(g)，并准备一个标准带玻璃盖子的罐子，质量J(g)，往这个玻璃杯中加满水测出此时玻璃杯与水的质量J+W(g)，利用公式

(3)

在公式(3)中Gs代表的是土样的比重。对于土样空隙比的测定，这次采用的是吸水法，首先将实样土样放到环刀中，注意保持土样图面与环刀水平，然后将土样和环刀一起放到含水的容器中，其水面高度不高于环刀高度，经24小时浸泡后，进行称重，然后放到109℃的烘箱中烘干24小时，称重烘干后的土样，进而算出容积饱和含水率。

通过比较上述土样的实验数据，可以对这些土样进行定名，见下表。

表1 七种土样实验数据

2 结果与分析

图2 土样天然密度、干密度、饱和密度/(g/cm3)

图2表明了上述几种土样的密度数值大小。饱和密度表明了土体孔隙全部充满水时单位土体体积的质量，而干密度指的是土的孔隙中完全没有水时的密度，因此也间接的反映的土的孔隙比。通过天然密度与干密度这两个实验数据也可以间接知道土样的含水量的情况。

图3表明土样5、土样6的含水最多，其次是土样3、土样4的含水量，土样7的含水最少。

图3 土样比重、土样孔隙比、含水量/%

图4 土样1的颗粒级配累计曲线/mm

图4表明了在上述粒径分布曲线小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径，即可以从图中可以读出为土样1的有效粒径的大小。

图5 土样2的颗粒级配累计曲线/mm

图5表明了在上述粒径分布曲线小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径，即可以从图中可以读出为土样2的有效粒径的大小。

图6 土样3的颗粒级配累计曲线/mm

图6表明了在上述粒径分布曲线小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径，即可以从图中可以读出为土样3的有效粒径的大小。

图7 土样4的颗粒级配累计曲线/mm

图7表明了在上述粒径分布曲线小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径，即可以从图中可以读出为土样4的有效粒径的大小。

图8 土样5的颗粒级配累计曲线/mm

图8表明了在上述粒径分布曲线小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径，即可以从图中可以读出为土样5的有效粒径的大小。

图9 土样6的颗粒级配累计曲线/mm

图9表明了在上述粒径分布曲线小于该粒径的土含量占总土质量的10%的粒径，即可以从图9中读出土样6的有效粒径的大小。

图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9是我们本次所采用土样样本的粒径级配曲线，从图中我们可以得出上述土样样本的有效粒径。

3 结论

不同种类的土它们之间的密度、孔隙比、含水量都是不同的，这也是本实验根据密度、孔隙比、含水量来对土体命名的理论基础。江西宜春地区的气候属于中亚热带季风气候，由于自然因素的形成宜春地区表面的自然土主要是以红壤居多，砂土、粉土和粘土也是宜春地区常见的几种土壤，本次收集的土样中，土样3和土样4都是取样于宜春地区地底下20米处，而石灰岩、页岩、大理岩是宜春地区地下几种常见的土样。因此我们给出了表2中的几种土样的密度、孔隙比的参考值。

表1是实验土样的密度、含水量、孔隙比的具体值，由表2内容查找可知土样一为粉土，土样2，土样7为粉质粘土，土样3，土样4都为泥质页岩，土样5和土样6都为碳质页岩。

表2 土的定名

图10 土样7的颗粒级配累计曲线/mm

图11 不同土样的有效粒径的对比/mm

完成了对上述土样的命名，还需要研究各种土样渗透系数的大小，了解各种土样抗渗性的强弱。图10为上述几种原始土样的颗粒级配曲线的对比图，从图10中可以清楚的看出它们之间有效粒径的大小关系。通过得出上述土体的有效粒径就可以利用相关公式推出渗透系数。通过计算可知粉土的渗透系数为K=1.94×10-7m/s，粉质黏土的渗透系数为K=1.69×10-8m/s、泥质页岩的渗透系数为K=5.29×10-8m/s、碳质页岩的渗透系数为K=1.69×10-8m/s。渗透系数越大，抗渗性就越弱，在工程建设中为保证工程的安全性需要对基层土进行地基处理，如果基层土是渗透系数较大的土体就不适合作为地基土或者需要对其进行特殊的地基加固处理。对于本次实验中的粉土、粉质黏土、泥质页岩、碳质页岩的几种土样来说粉土的渗透系数最大，所以在实际建设活动中如果某个建筑物的地基土质是粉土，不建议粉土作为地基土来进行建筑活动的。而对于粉质黏土、碳质页岩来说它的渗透系数相对来说较小，如果建筑的地基土为碳质页岩，需要对其进行特殊的地基加固处理。