土質(zhì)與公路建筑材料課件

1、土質(zhì)與公路主講教師：郭乙歷建筑材料2012年2月四川省交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)校單元一 土 質(zhì) 土的三項(xiàng)組成和粒度成分一 土的物理性質(zhì)及指標(biāo)二 黏性土的稠度與塑性三土的壓實(shí)性四 土的工程分類及野外鑒別五目 錄本章教學(xué)目的理解土的概念及土的三相組成的含義；掌握粒組劃分的原則、顆粒級(jí)配的測(cè)定方法和表示方法，以及如何判斷土的級(jí)配情況；掌握土的物理性質(zhì)及土的幾種密度；掌握黏性土的稠度與稠度指標(biāo)和擊實(shí)性與擊實(shí)規(guī)律；了解土類型及野外鑒別能力，掌握土的分類依據(jù)。 課題一 土的三相組成和粒度成分形成過(guò)程形成條件影響物理力學(xué)性質(zhì)土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積 風(fēng)化土地球巖石地球土的形成課題一

2、 土的三相組成和粒度成分氣相固相液相+構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體的組成次要作用課題一 土的三相組成和粒度成分什么是土？土是由地殼巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積，形成由固體礦物、液態(tài)水和氣體組成的一種集合體。土是由固相（固體顆粒）、液相（液態(tài)水）、氣相（氣體）組成的三相體系。 土的三相組成和及草圖固相：主要由礦物成分與有機(jī)質(zhì)成分組成。液相：指土中自由水，它填在顆粒間的孔隙率。氣相：指填充在土體孔隙率中的氣體。土的粒度成分一、粒組的劃分土的粒度是指顆粒的大小，通常以粒徑表示，以mm為單位。土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組就是一定的粒徑區(qū)段。 土的成分劃分礦物成分粒度成分化學(xué)成分粒組

3、劃分的原則1.符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個(gè)粒組的成分與性質(zhì)無(wú)質(zhì)的變化，具相同或相似的成分與性質(zhì)；2.與粒組的分析技術(shù)條件相適應(yīng)，即不同大小的土?？刹捎貌煌倪m用方法進(jìn)行分析；3.粒組界限值力求服從簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)規(guī)律。公路土工試驗(yàn)規(guī)程（JTG E40-2007)詳見粒料劃分表1-1表1-1 粒料劃分表粒組統(tǒng)稱粒組名稱粒徑d范圍（mm） 分析方法 主 要 特 征巨 粒漂石（塊石）粒 d200 直接測(cè)定 透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)毛細(xì)性。卵石（小塊石） 60d200 粗粒礫粒 粗20d60 篩分法 透水性大，壓縮性小，無(wú)粘性，有一定毛細(xì)性。中5d20細(xì)2d5砂粒 粗0.5d2

4、中0.25d0.5 細(xì)0.075d0.25 細(xì)粒粉粒 0.002d0.075 靜水沉降原理 透水性小，壓縮性中等，毛細(xì)上升高度大，微粘性。粘粒 d0.002透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性。粒度成分及粒度分析1、土的粒度成分指各種大小顆粒的相互比例關(guān)系（通常以占總質(zhì)量的百分比計(jì)）2、土的顆粒級(jí)配是指各顆粒之間的相互搭配關(guān)系。3、土的顆粒分析是用指定方法測(cè)定土的粒度成分的試驗(yàn)。4、顆粒級(jí)配的測(cè)定方法直接測(cè)定法（如篩分法、移液管法等）間接測(cè)定法（肉眼鑒定法、比重計(jì)法）目前我國(guó)常用的是：1、篩分法；2、靜水沉降法顆粒分析試驗(yàn)（篩分法）(T0115-93)本試驗(yàn)方法適用分析粒徑大于0.075的

5、土顆粒組成（大于60mm的粒徑不適用）。用一套標(biāo)土壤篩60-0.074mm孔徑不同的10層篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過(guò)質(zhì)量的烘干土樣過(guò)篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 。細(xì)篩：孔徑：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074粗篩：孔徑：100,80,60,40,20,10,5,21、篩分法顆粒分析試驗(yàn)（靜水沉降法）2、靜水沉降法大小不同的顆粒在靜水中沉降的速度不同，大快，小慢。經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，粒徑大于D的顆粒都沉淀到L深以下，吸出L段懸液烘干，即可得粒徑D的粒組累計(jì)質(zhì)量。1、表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百分含量)填在已制好的表

6、格內(nèi)。表1-2 顆粒分析成果表土樣 編號(hào)粒徑小于等于di的累計(jì)百分含量Pi（%）105210.50.250.100.750.010.0050.001A100959177327-B100735540362521181161C-100947640269顆粒級(jí)配的表示方法顆粒級(jí)配累計(jì)曲線（圖解法）圖1-1 圖的粒度成分累計(jì)曲線圖顆粒級(jí)配累計(jì)曲線（圖解法）圖1-2 圖的粒度成分累計(jì)曲線圖（數(shù)據(jù)P7頁(yè)1-4表）土的不均勻性系數(shù)和曲率系數(shù)1.土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10Cu5的土視為級(jí)配不良的均粒土，而Cu5的土稱為級(jí)配良好的非均粒土。2.土的曲率系數(shù)Cc當(dāng)同時(shí)滿足不均系數(shù)Cu5和曲線系數(shù)Cc=

7、13這兩個(gè)條件時(shí)，為級(jí)配連續(xù)良好的土； Cc 3時(shí)，級(jí)配不連續(xù)。思考題1.土的三相組成？2.何謂土粒粒組？土粒組如何劃分？3.什么是土的粒度成分（顆粒級(jí)配），工程中如何表示粒度成分？課題二 土的物理性質(zhì)及其指標(biāo) 三相組成的定性分析，進(jìn)一步對(duì)土的三相組成作定量上的分析，即分析土三相組成部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系。土的物理性質(zhì)指標(biāo)表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量，可分為如下兩類：通過(guò)試驗(yàn)直接測(cè)定：土的天然密度、含水量、土的相對(duì)密度以實(shí)際指標(biāo)為依據(jù)推導(dǎo)而出的指標(biāo)：如:干密度、孔隙比、孔隙率、飽和度等物理性質(zhì)指標(biāo)課題二 土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVvma土的物

8、理性質(zhì)是指：固相、液相、氣相在體積和質(zhì)量方面的相互配比的數(shù)值。（如下圖） 定義：土的相對(duì)密度:Gs指土在105110下烘干至恒重時(shí)的質(zhì)量與同體積4蒸餾水質(zhì)量的比值。 表達(dá)式：取值范圍：它的數(shù)值一般在2.602.80g/cm3之間一、土的質(zhì)量指標(biāo)(相對(duì)密度）測(cè)定方法：比重瓶法密度試驗(yàn)比重瓶法示意圖 m0 ms m1 m2 空瓶質(zhì)量 烘干土的質(zhì)量 瓶+水的質(zhì)量 瓶+土+水的質(zhì)量 m1+ms瓶+水（滿）的質(zhì)量+干土的質(zhì)量； m1+ms-m2與土粒體積相同的水的質(zhì)量。土的密度是指土的總質(zhì)量與總體積之比，即單位體積土的質(zhì)量，其單位是g/cm3。1、天然密度定義：天然狀態(tài)下單位體積土的質(zhì)量，稱天然密度，表

9、達(dá)式： （g/cm3）取值范圍：天然密度常見值為1.62.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一個(gè)實(shí)測(cè)指標(biāo)。一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）測(cè)定方法：環(huán)刀法密度試驗(yàn)環(huán)刀法示意圖環(huán)刀法試驗(yàn)一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）2、干密度定義：土的孔隙中完全沒(méi)有水時(shí)的密度，稱土的干密度，指單位體積干土的質(zhì)量。表達(dá)式： （g/cm3）取值范圍：干密度與土中含水多少無(wú)關(guān)，只取決于土的礦物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.41.7g/cm3之間。 3、飽和密度定義：土的孔隙完全被水充滿時(shí)的密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態(tài)水時(shí)單位體積土的質(zhì)量一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）表達(dá)式：取值范圍：1.8-2.3g/cm3

10、4、土的水下密度定義：在地下水位以下，土體受的浮力作用時(shí)，單位體積土體積中土粒的質(zhì)量扣除土體排開同體積水的質(zhì)量稱土的水下密度（或浸水密度）。表達(dá)式： 表達(dá)式幾種不同土的關(guān)系： 二、土的含水性指標(biāo)（一）土的含水率w土的含水率，曾稱為含水量，定義為土中水的質(zhì)量與土粒的質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為： 測(cè)定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100105常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。二、土的含水性指標(biāo)（二）土的飽和含水率wg定義為：土中中的空隙全部被充滿水，達(dá)到飽和時(shí)的含水率，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為： 二、土的含水性指標(biāo)（三）土的飽和度Sr定義：土孔隙中所

11、含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分?jǐn)?shù)表示。 取值飽和度可以說(shuō)明土孔隙中充水的程度，其數(shù)值為0100%。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。工程實(shí)際中，按飽和度大小常將砂類土劃分為如下三種含水狀況： Sr80% 飽和的三、土的空隙性指標(biāo)（一）土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示，其表達(dá)式為： （二）土的孔隙率n定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比，或單位體積內(nèi)孔隙的體積，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為： 土中存在著許多空隙及其所具有這些特性，稱為空隙性三、土的空隙性指標(biāo)孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則 可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為

12、（1e），于是有： 或三、土的空隙性指標(biāo)砂土的密實(shí)程度還可用相對(duì)密度（Dr）來(lái)表示。 Dr=0時(shí)，土處于最疏松狀態(tài)；Dr=1時(shí)，土處于最密實(shí)狀態(tài)。（三）、砂類土的相對(duì)密度三、土的空隙性指標(biāo)天然狀態(tài)砂土的密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N63.5密實(shí)度N63.510松散10N63.515稍密1530密實(shí)三、土的空隙性指標(biāo)土粒密度、天然密度、含水量是三個(gè)基本實(shí)測(cè)指標(biāo)、即通過(guò)試驗(yàn)直接測(cè)定。六個(gè)換算指標(biāo)的換算方法：1、數(shù)學(xué)演算法【例】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質(zhì)量為108g，將其烘干后稱得質(zhì)量為96.43g，根據(jù)試驗(yàn)得到的土粒比重Gs為2.7，試求試樣的天然密度、干密度、飽和密度、含水率

13、、孔隙比和飽和度？三、計(jì)算題【解】（1）已知V60cm3，m=108g，則由式（P9頁(yè)1-6）天然密度得： =mV=108 60=1.8g/cm3（2）已知干土粒的質(zhì)量ms=96.43g，則 土中水的含量ms=mms=10896.43=11.57g按式（P10頁(yè)1-11）土的天然含水率 w=mwms10011.5796.43100=12%（3）干密度d=msV=96.4360=1.61g/cm3 三、計(jì)算題（4）已知土粒的相對(duì)密度Gs=2.7，飽和密度f(wàn)=（ms+Vnw）V=(1.8(2.7-1)(2.7(1+12%)+1=2.01(g/cm3)（5）飽和度Sr=（Gsw）（Gs（1+w）-）

14、100=（2.71.812%）（2.7（1+12%）-1.8）10048%（6）空隙比e=（Gs（1+w）-1=（2.7（1+12%）1.8-1=0.68思考題1.某土樣體積為80cm3，經(jīng)測(cè)定，土粒相對(duì)密度為2.72，土樣的質(zhì)量為154g，烘干質(zhì)量為140g，該土樣的天然密度、干密度、飽和含水率、孔隙率各是多少？（P18頁(yè)練習(xí)4題）課題三 黏土的稠度與塑性粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相互作用后所表現(xiàn)出來(lái)的物理性質(zhì)。 一、粘性土的稠度狀態(tài)（三種）稠度狀態(tài)半固態(tài)固態(tài)塑態(tài)液態(tài)課題三 黏土的稠度與塑性 固態(tài)：含水量相對(duì)較少，粒間主要為強(qiáng)結(jié)合水連結(jié)，連結(jié)牢固，土質(zhì)堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高，不能揉塑變形，形狀

15、大小固定。課題三 黏土的稠度與塑性 塑態(tài)：含水量較固態(tài)為大，粒間主要為弱結(jié)合水連結(jié)，在外力作用下容易產(chǎn)生變形，可揉塑成任意形狀不破裂、無(wú)裂紋，去掉外力后不能恢復(fù)原狀。課題三 黏土的稠度與塑性 流態(tài)：含水量繼續(xù)增加，粒間主要為液態(tài)水占據(jù)，連接極微弱，幾乎喪失抵抗外力的能力，強(qiáng)度極低，不能維持一定的形狀，土體呈泥漿狀，受重力作用即可流動(dòng)。0固態(tài)塑態(tài)流態(tài)如何定量判斷粘性土的稠度狀態(tài)？二、界限含水量稠度界限土從某種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)的界限含水量稱為稠度界限，又稱為Atterberg界限。工程上常用的有塑限P和液限L塑限：土從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗軕B(tài)時(shí)的界限含水量，簡(jiǎn)稱塑限P液限：土從塑態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的界

16、限含水量，簡(jiǎn)稱液限L 0固態(tài)塑態(tài)液態(tài)塑限P液限L搓條法測(cè)定塑限將粘性土在毛玻璃上用手搓成直徑為3mm的土條時(shí)若恰好開始出現(xiàn)裂縫，此時(shí)的含水量就是塑限。錐式液限儀法測(cè)定液限 0.75N，錐角30，錐體下沉深度為10mm，所對(duì)應(yīng)的含水量為粘性土的液限（放錐15秒）聯(lián)合測(cè)定儀法測(cè)定液限和塑限液性指數(shù)IL：反映土的天然含水量與液限、塑限之間的關(guān)系，工程上用來(lái)表示土的稠度狀態(tài)。pL0-pL-p稠度狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1三、液性指數(shù)四、粘性土的可塑性 當(dāng)粘性土的含水量在某范圍內(nèi)時(shí)，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并在外力移去時(shí)能保持既

17、得的形狀，土的這種性能叫可塑性。 粘性土中含水量在液限與塑限兩個(gè)稠度界限之間時(shí)，土處于可塑狀態(tài)，具有可塑性，這是粘性土的獨(dú)特性能。塑性指數(shù)IP L和P的差值可以反映可塑性的大小，工程上定義為塑性指數(shù) IP IP=L- P 計(jì)算結(jié)果中的百分號(hào)省略 1994年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)巖土工程勘察規(guī)范按塑性指數(shù)IP將粘性土分為： IP17為粘土 17IP10為粉質(zhì)粘土 IP10為粉土或砂類土。 從某地基取原狀土樣，測(cè)得土的液限L=47%，塑限P=18%，天然含水量=40%，問(wèn)地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？解： 求塑性指數(shù)：求液性指數(shù)：Ip 17，該地基土為粘土；查表， 1.0IL0.75，得土處于軟塑狀態(tài)。例題1：

18、思考題1、某黏性土樣的天然含水率為32.4%，液限49.5%，塑限27.3%，問(wèn)地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？（P24頁(yè)練習(xí)4題） 在建造路堤、土壩等時(shí)，常需要填土。為增強(qiáng)土的密實(shí)度，降低其透水性和壓縮性，常采用分層壓實(shí)的辦法來(lái)加以處理。 壓實(shí)性土體在外部壓實(shí)能量作用下，土顆?？朔ｉg阻力，產(chǎn)生相對(duì)位移，使土中的孔隙減少，密度增加，強(qiáng)度提高的特性。 實(shí)踐表明：細(xì)粒土和粗粒土的壓實(shí)性不同。壓實(shí)細(xì)粒土宜用夯擊或碾壓機(jī)具；壓實(shí)粗粒土宜用振動(dòng)機(jī)具。課題四 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性 土過(guò)濕過(guò)干都難以充分壓實(shí)。過(guò)濕，則土中自由水過(guò)多，夯實(shí)或碾壓時(shí)水難以從孔隙中排出，阻止顆粒的靠攏，從而會(huì)出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象（俗稱橡皮

19、土）。過(guò)干，則土中主要是強(qiáng)結(jié)合水，顆粒間引力大，阻止顆粒的移動(dòng)。 只有當(dāng)含水量適當(dāng)時(shí)，壓實(shí)效果才會(huì)好。常用室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定最優(yōu)含水量。最優(yōu)含水量（wop）：一定的壓實(shí)能量下使土最容易壓實(shí)且能達(dá)到最大密實(shí)度時(shí)的含水量。由室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得。最大干密度（dmax）：與wop 相應(yīng)的干密度。dmax 越大，e 越小。擊實(shí)試驗(yàn)與壓實(shí)曲線 擊實(shí)試驗(yàn)：對(duì)同一種土配制若干份不同含水量的試樣，用同樣的壓實(shí)能量分別對(duì)每一份試樣進(jìn)行擊實(shí)，測(cè)定各試樣相應(yīng)的含水量w和干密度d，然后繪制含水量與干密度關(guān)系曲線，即得壓實(shí)曲線（圖2-13），曲線峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為最優(yōu)含水量wop和最大干密度dmax 。標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀器土基的承載能力CBR:是一種評(píng)定