土力學--物理性質(zhì)及分類

1、1土的物理性質(zhì)與工程分類2土的形成滲透特性滲透特性變形特性變形特性強度特性強度特性土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結構土的工程分類土的壓實性 決定影響如何獲得較好的土便于研究和應用3生物循環(huán)生物循環(huán)物理風化物理風化化學風化化學風化量變量變無粘性土無粘性土原生礦物原生礦物質(zhì)變質(zhì)變粘性土粘性土次生礦物次生礦物動植物的活動動植物的活動一. 風化有有 機機 質(zhì)質(zhì)巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運動或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎過程中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變

2、其礦物的化學成分，形成作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物新的礦物4二. 搬運與沉積殘積土殘積土無搬運運積土運積土有搬運土土質(zhì)質(zhì)較較好好殘積土殘積土強風化強風化弱風化弱風化微風化微風化母巖體母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細不均無層理母巖表層經(jīng)風化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運殘留在原地的堆積物風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物5運積土運積土有搬運風：風：風積土風積土重力重力: : 坡積土坡積土 流水流水: :洪積土洪積土沖積土沖積土湖泊沼澤沉積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物海相沉積物冰川冰川: : 冰積土冰積土土粒粗細不同，性質(zhì)不均勻土粒粗細不同，性質(zhì)不均勻

3、有分選性，近粗遠細有分選性，近粗遠細渾圓度分選性明顯，土層交迭渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機物淤泥，土性差含有機物淤泥，土性差顆粒細，表層松軟，土性差顆粒細，表層松軟，土性差土粒粗細變化較大，性質(zhì)不均勻土粒粗細變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理顆粒均勻，層厚而不具層理6土的三相組成土的三相組成氣相固相液相+構成土骨架，起決定作用構成土骨架，起決定作用重要影響重要影響土體次要作用次要作用7一. 固體顆粒物理狀態(tài)力學特性粒徑級配粒徑級配礦物成分礦物成分顆粒形狀顆粒形狀 81. 粒徑級配顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例狹義的粒徑級配影響土性的主因9顆粒大小粒組 按粗細進行分組，將粒徑接近

4、的歸成一類按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑d(mm)d(mm)礫石礫石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒膠粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗 中 細 粗 中 細 極細0.1粗粒粗粒細粒細粒10粒徑級配確定方法確定方法 篩分法：篩分法：適用于粗粒土適用于粗粒土 (0.1 mm) 水分法：水分法：適用于細粒土適用于細粒土 (0.1 mm)各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分數(shù)來表示各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分數(shù)來表示表述方法表述方法 粒徑級配累積曲線粒徑級配累積曲線11105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872100908070605040

5、3020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.010.005百分數(shù)百分數(shù)P(%)P(%)2613.510121009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲土的粒徑級配累積曲線線d60d50d10d30d60d10d30Cu

6、Cc0.33 0.005 0.063662.41特征粒徑特征粒徑: : d50 : 平均平均粒徑粒徑d60 : 控制控制粒徑粒徑d10 : 有效有效粒徑粒徑d30 不均勻程度不均勻程度：Cu = d60 / d10 連續(xù)程度連續(xù)程度: : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系數(shù)曲率系數(shù) 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu 5,級配不均勻粗細程度粗細程度： 用用d50 表示 131009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲土的粒徑級配累

7、積曲線線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率斜率: : 某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量 陡陡相應粒組質(zhì)量集中相應粒組質(zhì)量集中 緩緩-相應粒組含量少相應粒組含量少 平臺平臺-相應粒組缺乏相應粒組缺乏連續(xù)程度連續(xù)程度: : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系數(shù)曲率系數(shù)較大顆粒缺少較大顆粒缺少Cc 減小減小較小顆粒缺少較小顆粒缺少Cc 增大增大Cc = 1 3, 級配連續(xù)性好級配連續(xù)性好一. 固體顆粒1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類14粒徑級配粒

8、徑級配累積曲線及指標的用途粒徑級配累積曲線及指標的用途：1）粒組含量用于土的分類定名粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：用于判定土的不均勻程度： Cu 5, 不均勻土不均勻土； Cu 3 或 Cc 1,級配不連續(xù)土級配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu和和曲率系數(shù)曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：用于判定土的級配優(yōu)劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 級配級配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 1, 級配級配 不良的土不良的土152. 礦物成分原生礦物原生礦物 石英石英、長石長石、云母云母等次生礦物次生礦物 主要是主

9、要是粘土礦物，包括三種類型粘土礦物，包括三種類型 高嶺石高嶺石、伊里石伊里石、蒙脫石蒙脫石粘土礦物粘土礦物: :由硅片和鋁片構成的晶包所組合而成由硅片和鋁片構成的晶包所組合而成163. 顆粒形狀原生礦物原生礦物 圓狀、渾圓狀、棱角狀圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物次生礦物 針狀、片狀、扁平狀針狀、片狀、扁平狀17 結晶水結晶水 礦物內(nèi)部的水礦物內(nèi)部的水 結合水結合水 吸附在土顆粒表面的水吸附在土顆粒表面的水 自由水自由水 電場引力作用范圍之外的水電場引力作用范圍之外的水 土中冰土中冰 由自由水凍成，凍脹融陷由自由水凍成，凍脹融陷二. 土中水（液相）18三. 土中氣體v自由氣體：自由氣體：與大氣連通

10、，對土的性質(zhì)影響不大與大氣連通，對土的性質(zhì)影響不大v封閉氣體：封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道增加土的彈性；阻塞滲流通道1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類19土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標( (松松密程度、干濕程度、輕重程度密程度、干濕程度、輕重程度) )力學特力學特性性影響影響表表示示？20一. 物理性質(zhì)指標土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關系松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點: 指標概念簡單，數(shù)量很多要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、單位或量綱、常見值或范圍

11、、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法:三相草圖法21物理性質(zhì)指標物理性質(zhì)指標土的三個組成相的體積和質(zhì)量上土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關系的比例關系松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點特點: 指標概念簡單，數(shù)量很多指標概念簡單，數(shù)量很多要點：要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、名稱、概念或定義、符號、表達式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法基本方法:三相草圖法三相草圖法室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物

12、性指標的概念理解物性指標的概念其它常用的物理性質(zhì)指標其它常用的物理性質(zhì)指標v表示土中孔隙含量的指標表示土中孔隙含量的指標v表示土中含水程度的指標表示土中含水程度的指標v表示土的密度和容重的指標表示土的密度和容重的指標三相草圖可用于確定三相草圖可用于確定物性指標之間的關系物性指標之間的關系三相草圖法是求取物三相草圖法是求取物理性質(zhì)指標的簡單而理性質(zhì)指標的簡單而有效的方法有效的方法22e emaxmax與與e emin min ：最大與最小孔隙比最大與最小孔隙比1. 粗粒土的密實狀態(tài)粗粒土的密實狀態(tài)密實度密實度如何衡量如何衡量? ?單位體積中固體顆粒含量的多少單位體積中固體顆粒含量的多少 或或 孔

13、隙含量的多少孔隙含量的多少優(yōu)點：優(yōu)點：簡單方簡單方便便缺點：缺點：不能反映級配的影不能反映級配的影響響 只能用于同一種土只能用于同一種土對對策策相對密度相對密度minmaxmaxreeeeD 干容重干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n土的物理狀態(tài)指標判別標準：判別標準： D Dr r = 1 = 1 , , 最密狀態(tài)最密狀態(tài) D Dr r = 0 = 0 , , 最松狀態(tài)最松狀態(tài) D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松狀態(tài)疏松狀態(tài) 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密實狀態(tài)密實狀態(tài)粗粒土的密實狀態(tài)指標粗粒土的密實狀態(tài)指標23塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界

14、限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或固態(tài)或半固態(tài)半固態(tài)塑態(tài)塑態(tài) 流態(tài)流態(tài) 強結合水膜最大強結合水膜最大出現(xiàn)自由水出現(xiàn)自由水強結合水強結合水弱結合水弱結合水自由水自由水稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)含水量含水量土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)wplpIww 吸附弱結合吸附弱結合水的能力水的能力塑性指數(shù)塑性指數(shù)24相對稠度相對稠度pLlpwwIww 問題：僅適用于問題：僅適用于重塑土重塑土即使即使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指數(shù)液性指數(shù)對不同的粘土，對不同的粘土，wp、wl 大小不同大小不同定義：定義：wpwwlIL1堅硬狀堅硬狀態(tài)態(tài)可塑狀可塑狀態(tài)態(tài)流流 態(tài)態(tài)0.00 0.250

15、.25 - 0.750.75 1.00硬硬塑塑可可塑塑軟軟塑塑對同一種粘土，含水量可反映其稠度對同一種粘土，含水量可反映其稠度問題：問題：25plpIww 吸附弱結合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小吸附弱結合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小塑性指數(shù)塑性指數(shù)常作為細粒土工程分類的依據(jù)常作為細粒土工程分類的依據(jù)缺點缺點不能充分反映粘土顆粒含量不能充分反映粘土顆粒含量 不同的粘土礦物結合水的能力不不同的粘土礦物結合水的能力不同同活性指活性指數(shù)數(shù)002. 0ppIA p0.002: 粒徑小于粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比比A 1.25非

16、活性粘非活性粘土土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土二. 物理狀態(tài)指標1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類26粗粒土的密實狀態(tài)指標粗粒土的密實狀態(tài)指標: 相對密度相對密度Dr 小結粘性土的稠度狀態(tài)指標粘性土的稠度狀態(tài)指標: 液性指數(shù)液性指數(shù)IL引入引入定義定義判別標準判別標準稠度界限稠度界限稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)含水量含水量土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)塑性指數(shù)塑性指數(shù)液性指數(shù)液性指數(shù)引入引入定義定義判別標準判別標準粗粒土與粘性土為何采用粗粒土與粘性土為何采用不同的物理狀態(tài)指標？不同的物理狀態(tài)指標？反映土的細觀特點反映土的細觀特點與力學特性有更直接的聯(lián)系與力學特性有更直接的聯(lián)系便于量測便于量測

17、27目的：依據(jù)：建筑地基基礎設計規(guī)范-GB50007-2002分類法 土的工程分類土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的是將工程性質(zhì)相近的土歸為一類土歸為一類便于研究、交流及應用能反映土的物理力學性質(zhì)土的組成土的組成土的狀態(tài)土的狀態(tài)土的結構土的結構28建筑地基基礎設計規(guī)范-GB50007-2002分類法 土土巖石巖石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土29碎石土土的名稱土的名稱 顆粒形狀顆粒形狀 粒組含量粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質(zhì)量50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超過全質(zhì)

18、量50%粒徑大于2mm的顆粒超過全質(zhì)量50%30砂土土的名稱土的名稱 粒組含量粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25 - 50%礫砂粗砂中砂細砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量50%31粉土粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒的顆粒含量小于全質(zhì)量含量小于全質(zhì)量50%而塑而塑性指數(shù)性指數(shù)Ip10的土的土塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip10的土的土粘性土1017的土的土粘土粘土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土32壓實：壓實：指

19、通過夯打、振動、碾壓等，使土體變得密指通過夯打、振動、碾壓等，使土體變得密實、以提高土的強度、減小土的壓縮性和滲透性實、以提高土的強度、減小土的壓縮性和滲透性壓實性：指土在一定壓實能量作用下密度增長的特性研究擊實性的目的： 以最小的能量消耗獲得最大的壓實密度 擊實方法：室內(nèi)擊實試驗現(xiàn)場試驗: 夯打、振動、碾壓土的壓實性土的壓實性33一. 室內(nèi)擊實試驗 二. 細粒土的壓實性 三. 粗粒土的壓實性 34一. 室內(nèi)擊實試驗 試驗設備試驗設備 擊實筒擊實筒V=V=1000cm3；擊實錘擊實錘w=25牛頓牛頓 試驗條件試驗條件 土樣分層土樣分層n=3層；落高層；落高d=30cm；擊數(shù)擊數(shù)N=27/ /層層 擊實能量擊實能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 試驗方法試驗方法 對對=cosnst的土；分三層壓實；的土；分三層壓實； 測定擊實后的測定擊實后的、，算定算定d 注意注意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實儀寸的擊實儀土土35二. 細粒土的壓實性 1.1.擊實曲線擊實