非黏性土

根據粒度成分將土劃分為非粘性土和粘性土兩大類。非粘性土中密度的作用最大，它直接影響土的透水性和強度。非粘性土的承載能力取決於密實度。非粘性土一般分為三種。

基本介紹

• 中文名：非粘性土
• 外文名：frictional soil
• 相關：粘性土
• 主要性質：密度決定

概念

土分為非粘性土和粘性土，其中非粘性土的粒度遠大於粘性土的粒度。一般的礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂都屬於非粘性土。

非粘性土的承載能力

無粘性土中密度的作用最大，它直接影響土的透水性和強度，粘性土中，聯結形式是最根本的(其次才是密度)，具體表現在含水量不同而反映出的不同稠度，決定著土的力學性質。從1974年頒發的《工業與民用建築地基基礎設計規範》中亦可看出：無粘性土地基承載力取決於密實度(圖1)，而一般粘性土則取決於稠度和孔隙比(圖2)。

圖1 非粘性土

圖2 粘性土

粘性土和無粘性土的特點及肉眼鑑定

現將一般無粘性土和粘性土的不同特點及肉眼鑑定的主要特徵和方法，綜合歸納如圖3。圖4可供鑑定砂土密度參考。

圖3 一般粘性土和非粘性土的特點

圖4

非粘性土分類

為便於討論，我們認定三種類型的非粘性上。第一種土，基本上由足夠強度的中等顆粒或所受應力足夠小的顆粒所組成，以致顆粒破斷在土的性能中不占主要地位。第二種是基本上由大顆粒構成的土，例如填石的情況，並受到高應力，以致體積變化主要由顆粒破斷決定。第三種包括可能液化或被空氣潤滑的細顆粒材料，如粉砂。

乾的非粘性土

第一種乾的非粘性土的性狀可以用“臨界孔隙比”一詞來描述。這個術語是卡薩格蘭德(Casagrande，1936)提出的。它表示極限孔隙比。在此比值以上土剪下變形時體積趨於縮小，而在比值以下材料顯示出膨脹的傾向。有人證明， (Whiteman and Healy，1962)臨界孔隙比是側限壓力的遞減函式，又是剪下應變的遞增函式。剪下應變對臨界孔隙比的影響是使得所有非粘性土在足夠大的應變時趨乾膨脹。圖5顯示這些變數的典型關係。

圖5

在對地震問題有意義的速度的範圍內，加荷速度對於乾的非粘性土的應力—應變關係的影響是不重要的，假定條件是土孔隙中的空氣在壓力下不會有明顯的變化。 實際上，自破壞時間為幾分鐘的量級變為千分之幾秒的量級，使內摩擦角的增加也不會超過大約一度(Whitman and Healy，1962)。對於我們所考慮的土，孔隙壓力不占重要地位.

反覆交替荷載最後在所有非粘性土中引起體積減小。這對於乾的或部分飽和材料並不特別重要。

飽和的非粘性土

如果孔隙水能以足夠高的速度在材料中流進流出，不致產生明顯的孔隙壓力，這些土的性狀與部分飽和非粘性土在定性上沒有什麼差別。問題只是選擇適當的參數值。

另一極端的情況是不排水的、重複荷載下的三軸試驗。為了描述在這些條件下土的性能，希德和李(Seed and Lee，1966)以及李和希德(Lee and Seed，1967)對初始、部分和全部液化加以區別。直到某些循環，每一循環產生的應變很小(小於百分之一)，但循環孔隙壓力顯示累積增加。在某些循環之後，當偏離應力為零的孔隙壓力變成等於側限應力，以致有效應力降到零。上述著者稱此為初始液化。此後應變隨循環次數迅速增加。在偏離應力更大的範圍內孔隙壓力等於側限壓力。這時稱砂處於部分液化狀態。當循環應變達到20%，我們就說砂已經全部液化。圖6說明了兩種不同相對密度砂的過程。這種現象是由於法向應力轉換為超孔隙水壓力，以致喪失顆粒間的壓力而造成的。

圖6

對非粘性土不排水的土樣試驗表明，無論什麼材料密度，在足夠次數的荷載重複後，最後還是會發生部分和全部液化。只有在密實材料中會經過部分液化；而散砂，舉例來說，就直接從滿剪下強度到全部液化。

“足夠的循環次數”這個詞，根據不同的相對密度具有完全不同的意義。對於非常鬆散材料，它表示約不多於6個循環。對於非常密實的土樣，它表示要反覆施加剪力至少幾百次。

顆粒間側限壓力對出現部分或全部液化的影響，看來在定性上和它對交替應力下乾的非粘性材料體積變化的影響非常相似。平均或靜力剪下的影響需要進一步研究，但大概不太重要。