土力学摘要3--土的工程分类

前篇：https://www.bilibili.com/read/cv690293/

我们先介绍几种与土性质相关的“临界”含水量：

收缩极限（shrinkage limit）：由干土加水至此极限过程中，土体积基本不变；

塑性极限（plastic limit）ωp：认为土体恰好表现出塑性的最低含水量（即低于之认为土体无塑性）。具体试验判断为将土体搓成1/8英寸的小条刚好碎掉；

液性极限（liquid limit）ωl：认为土体恰好表现出塑性的最高含水量（即高于之认为土体无塑性）；或理解为土体恰好表现出液性的最低含水量。具体试验判断见下文；

塑性指数（plasticity index）Ip：液限与塑限之差。表示土体具有塑性的含水量范围。Ip=ωl-ωp。

将土的塑性指数与液限点在如图所示的表上：

落于哪个区域会对判断土的分类有影响。具体见下。其中U线为观察到的土体都不能超过的极限线；A线称Atterburg limit，可以认为高于之为粘土，低于之为泥沙。

液限的试验判断

液限具体试验判断常用Casagrande法：

我们将土样装入如图装置的“小碗”中，抹平后用图2中类似冰淇淋小勺的工具将土样从正中划出一道口子。然后转动手柄，使得小碗与底座撞击（小碗会随手柄转动而先被抬起再落下并与底座发生碰撞）。如果在撞击25次时土体被划出的口子刚好“被振得”闭合，这样土的含水量认为刚好处于液限。

以上与其说是试验操作，不如说是定义。因为实际很难做到恰好25次使口子闭合。所以实际常用“连线读点”法：近似认为含水量和撞击次数的对数呈线性关系。由此做若干组试验，画出如下图线：

并从横轴25次读出其所对应含水量，将其取作液限。

土的分类

最常用的分类系统为“土统一分类系统”USCS（unified soil classification system）。我们介绍一下每个种类所代表的含义。

统一分类系统一般由两个字母构成。首字母表示土体的主体成分：

G-砾石；S-沙；M-泥沙；C-粘土。如果其中有机物含量达到一定比例，我们记为O（organic）。

次字母表示这种土的性质。对于粗粒土，我们关心其级配：

P-级配不好；W-级配良好。

有时粗粒土为主的土，由于其中有不可忽略的细粒土成分，因此也可用M和C去“修饰”此土。

对于细粒土，我们关心其塑性：

L-低塑性；H-高塑性。注意有机物一般具有塑性，因此后一个字母也取L或H。

有些粗粒土会使用“双重分类”——在“常规”双字母后再加一组双字母。如SW-SC。

具体判断土种类的方法有一系列标准步骤，如判断砾石/沙含量、判断细粒土含量、查看落在Casagrande塑性图表（图1）的哪个位置、计算Cc与Cu（见上节）等。具体分支此处不表。

参考资料：

以色列理工学院“Geomechanics”内容，“גאומכניקה”内容；

杨百翰大学“Elementary Soil Mechanics”内容。