土的物理性質及分類概述課件

第一章土的物理性質及分類10/19/20221第一章土的物理性質及分類10/15/20221第一章土的物理性質及分類主要內容1.1概述1.2土的生成1.3土的組成、結構和構造1.4土的物理性質指標1.5無粘性土的特性1.6粘性土的特性1.7土的滲透性及達西定律1.8土的工程分類10/19/20222第一章土的物理性質及分類主要內容1.1概述1.2土的生1.1概述土的概念

土的組成第一章土的物理性質及分類

本章主要內容土是巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經過不同的搬運方式、在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。固（土顆粒）液（土中水）氣（土中氣）影響三相組分的性質，相對含量等土的物理性質決定土的力學性質土的生成、組成、三相比例指標；無粘性土的密實度；粘性土的物理特征；土的滲透性以及地基土(巖)的分類。10/19/202231.1概述土的概念土的組成第一章土的物理性質及分類一、風化作用物理風化只改變巖石完整性或改變已碎裂巖石顆粒大小和形狀，而未產生新礦物的風化作用稱為物理風化作用。

概念分類化學風化化學風化作用在改變巖石物質狀態(tài)的同時改變了巖石中原有的礦物成分。水的作用：水化、水解、溶解溶蝕和再結晶；氣體的作用：氧化、碳酸化、酸雨及硫酸化作用；生物的化學風化作用。概念分類第一章土的物理性質及分類1.2土的生成溫度應力引起的脹縮作用；裂隙中結晶體膨脹引起的劈裂作用；巖體因卸荷而引起的膨脹崩解；樹木生長過程中的根劈作用；重力作用下的巖塊碎裂和搬運過程中的碰撞、磨圓；風的剝蝕作用。10/19/20224一、風化作用物理風化只改變巖石完整性或改變已碎裂巖石顆粒大小1.2土的生成第一章土的物理性質及分類二、地質作用的概念導致地殼成分變化和構造變化的作用，稱為地質作用。巖漿巖巖漿冷凝原巖變質巖沉積巖原巖風化產物土風化變質作用未經成巖作用壓密、脫水膠結、硬化10/19/202251.2土的生成第一章土的物理性質及分類二、地質作用的概念1.2土的生成三、礦物與巖石的概念第一章土的物理性質及分類礦物：地殼中天然生成的自然元素或化合物。集合多種礦物（造巖礦物）巖石決定礦物成分巖石的工程性質巖漿冷凝原生礦物化學風化次生礦物無粘性土粘性土晶體非晶體形狀規(guī)則形狀不規(guī)則石英方解石正長石角閃石10/19/202261.2土的生成三、礦物與巖石的概念第一章土的物理性質及分硬度等級礦物名稱野外簡易鑒定方法1滑石用軟鉛筆劃時留下條痕，用指甲容易刻劃2石膏用指甲可刻劃3方解石用黃銅板刻劃可留下條痕。用小刀很容易刻劃4螢石小刀可刻劃5磷灰石用削鉛筆刀刻劃時可留下明顯劃痕，不能刻劃玻確6正長石小刀可勉強留下看得見的劃痕，能刻劃玻璃7石英用小刀不能刻劃8黃玉能割開玻確，難于刻劃石英9剛玉能刻劃石英10金剛石能刻劃石英礦物的硬度等級第一章土的物理性質及分類1.2土的生成礦物與巖石的概念造巖礦物10/19/20227硬度等級礦物名稱野外簡易鑒定方法1滑石用軟鉛筆物名形狀顏色光澤硬度解理比重其它特征石英塊狀、六方柱狀無色、乳白色玻璃、油脂7無2.6-2.7晶面有平行條紋，貝殼狀斷口正長石柱狀、板狀玫瑰色、肉紅色玻璃6完全2.3-2.6兩組晶面正交斜長石柱狀、板狀灰白色玻璃6完全2.6-2.8兩組晶面斜交，晶面上有條紋輝石短柱狀深褐色、黑色玻璃5-6完全2.9-3.6

角閃石針狀、長柱狀深綠色、黑色玻璃5.5-6完全2.8-3.6方解石菱形六面體乳白色玻璃3三組完全2.6-2.8滴稀鹽酸起泡云母薄片狀銀白色、黑色珍珠，玻璃2-3極完全2.7-3.2透明至半透明，薄片具有彈性綠泥石鱗片狀草綠色珍珠、玻璃2-2.5完全2.6-2.9半透明，磷片無彈性高嶺石鱗片狀白色、淡黃色暗淡1無2.5-2.6土狀斷口，吸水膨脹滑粘石膏纖維狀、板狀白色玻璃、絲絹2完全2.2-2.4易溶解于水產生大量SO4-最主要造巖礦物特征表1.2土的生成第一章土的物理性質及分類礦物與巖石的概念造巖礦物10/19/20228物名形狀顏色光澤硬度解理比重其它特征石英塊狀、六方柱狀無色、1.2土的生成礦物與巖石的概念巖石顏色淺色(淺灰、淺紅、肉紅色)→深色(深灰、深綠、黑色)化學成分（SiO2含量）酸性(>%65)中性(65%-52%)基性(52%-40%)超基性(<40%)成因結構構造含正長石含斜長石不含長石石英角閃石角閃石輝石輝石云母黑云母輝石角閃石角閃石輝石黑云母橄欖石橄欖石浸入巖等粒塊狀花崗巖正長巖閃長巖輝長巖橄欖巖、輝巖斑粒塊狀花崗斑巖正長斑巖玢巖輝綠巖噴出巖斑狀、隱晶質或玻璃質流紋、氣孔狀或杏仁狀流紋巖粗面巖安山巖玄武巖巖漿巖分類簡表第一章土的物理性質及分類10/19/202291.2土的生成礦物與巖石的概念巖石顏色淺色(淺灰、淺紅、肉分類名稱物質來源沉積作用結構特征構造特征碎屑巖礫巖、角礫巖、砂巖物理風化作用形成的碎屑機械沉積作用為主碎屑結構層理構造、多孔構造火山角礫巖、凝灰?guī)r火山噴發(fā)的碎屑粘土巖泥巖、頁巖化學風化作用形成的粘土礦物機械沉積和膠體沉積作用泥質結構層理構造化學巖和生物化學巖石灰?guī)r、泥灰?guī)r母巖經化學分解生成的溶液和膠體溶液；生物化學作用生成的礦物和生物遺體化學沉積、膠體沉積和生物沉積作用化學結構和生物結構層埋構造、致密構造沉積巖分類簡表1.2土的生成礦物與巖石的概念巖石第一章土的物理性質及分類10/19/202210分類名稱物質來源沉積作用結構特征構造特征碎屑巖礫巖、角礫巖、名稱鑒定特征主要礦物頗色結構構造其它片麻巖長石、石英、云母深、淺色相間斑粒變晶片麻狀云母片巖云母(有少量石英)白、銀灰色鱗片變晶片狀有顯著的絲絹光澤，質軟易剝開綠泥石片巖綠泥石綠色鱗片變晶鱗片狀大理巖方解石白色、灰白色等粒變晶塊狀滴稀鹽酸起泡石英巖石英白色，灰白色，淡紅色等粒變晶塊狀小刀刻劃不動主要變質巖簡表礦物與巖石的概念第一章土的物理性質及分類1.2土的生成巖石10/19/202211名稱鑒定特征主要礦物頗色結構構造其它第四紀沉積物或“土”：由原巖風化產物經各種外力地質作用形成尚未膠結硬化的沉積物。1.2土的生成四、地質年代的概念地質年代是指地殼發(fā)展歷史與地殼運動、沉積環(huán)境及生物演化相應的時代段落。地質年代單位代紀世期地層單位界系統(tǒng)階（層）地質年代和地層單位、順序、名稱對應關系表紀（系）世（統(tǒng)）距今年代（百萬年）第四紀（系）Q全新世（統(tǒng)）Qh或Q40.025更新世（統(tǒng)）Qp晚更新世（上更新統(tǒng)）Q30.150中更新世（中更新統(tǒng)）Q20.500早更新世（下更新統(tǒng)）Q11.000第一章土的物理性質及分類第四紀地質年代太古代、元古代、古生代、中生代和新生代10/19/202212第四紀沉積物或“土”：由原巖風化產物經各種外力地質作用形成尚五、第四紀沉積物殘積物(一)殘積物、坡積物和洪積物殘積物新鮮基巖風化帶殘積物是殘留在原地未被搬運的那一部分原巖風化剝蝕后的產物。概念礦物成分與基巖一致；厚度變化大；無層理構造，均質性差；顆粒表面粗糙，多棱角；粗細不均，孔隙度大。特點坡積物坡積物基巖風化礦物成分與下臥基巖無直接關系；易沿下臥基巖傾斜面滑動；粗細?；祀s，土質不均；上薄下厚，土質疏松，壓縮性高。特點高處巖石風化產物順斜坡向下逐漸移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。概念第一章土的物理性質及分類1.2土的生成10/19/202213五、第四紀沉積物殘積物(一)殘積物、坡積物和洪積物殘積物新四、第四紀沉積物(層)(一)殘積物、坡積物和洪積物洪積物山洪沖刷地表，挾帶大量碎屑物堆積于山谷沖溝出口或山前傾斜平原面形成洪積物?；鶐r洪積物泉水地下水概念離山近顆粒粗、范圍小，離山遠顆粒細、范圍大，成為洪積扇；常呈現不規(guī)則交錯的層理構造；離山近顆粒粗、地下水位深，為良好天然地基；離山遠顆粒細、厚度大、土質密實，為良好地基；中間過渡帶常由地下水溢出而形成沼澤，土質軟弱。特點第一章土的物理性質及分類1.2土的生成10/19/202214四、第四紀沉積物(層)(一)殘積物、坡積物和洪積物洪積物山河床基巖二級階地二級階地一級階地一級階地河漫灘沼澤河漫灘河漫灘沼澤：被河流廢棄的一段蛇曲，平枯水期間長滿水草，漸漸淤積成為沼澤。階地：河漫灘：分布在河床兩側，洪水季節(jié)被洪水淹沒、枯水季節(jié)有出露水面的淺灘。五、第四紀沉積物(二)沖積物第一章土的物理性質及分類1.2土的生成河流流水的地質作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物質剝蝕后搬運、沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。河漫灘平原河谷沖積物

階地：地殼升降運動、河流下切、沉積等作用相互交織下形成的、位于河漫灘以上的臺階狀地貌。河漫灘沼澤特點上游顆粒粗大，向下游逐漸變細；顆粒形狀一般為亞圓形或圓形；沖積層多呈條帶狀，具水平層理；每一小層中，巖性成分比較均勻，有極好的分選性；一般是較好的地基。10/19/202215河床基巖二級階地二級階地一級階地一級階地河漫灘沼澤河漫灘河漫山區(qū)河谷沖積物

第一章土的物理性質及分類1.2土的生成五、第四紀沉積物(二)沖積物特點三角洲沖積物特點由河流搬運的大量細小碎屑物在河流入?；蛉牒牡胤蕉逊e而成；厚度大，面積廣；顆粒細，含水量大，土呈飽和狀態(tài)，承載力較低；最上層經長期壓實和干燥，形成硬殼層，承載力較下臥層高。二級階地一級階地一級階地石灰?guī)r頁巖頁巖砂巖砂巖大部分由卵石、碎石等粗顆粒組成，分選性較差；大小不同的礫石互相交替，成為水平排列的透鏡體或不規(guī)則的夾層，厚度一般不大；一般而言，山區(qū)河谷的堆積物顆粒大、承載力高。10/19/202216山區(qū)第一章土的物理性質及分類1.2土的生成五、第四紀沉積五、第四紀沉積物(三)沉積物1.2土的生成第一章土的物理性質及分類湖邊沉積物：主要由湖浪沖蝕湖岸形成的碎屑物質組成；近岸帶多是粗粒卵石、圓礫和砂土;遠岸帶沉積的則是細顆粒的砂土和粘性土；具明顯斜層理構造。作為地基時，近岸帶有較高承載力，遠岸帶則差些。湖心沉積物：由水流挾帶的細小懸浮顆粒到達湖心后沉積形成，主要是粘土和淤泥，常夾有細、粉砂薄層，稱為帶狀粘土；該粘土壓縮性高、強度低。2、湖泊沉積物1、海洋沉積物濱海沉積物：主要由粗碎屑物組成，具基本水平或緩傾斜層理構造，作為地基強度尚高，但透水性較大。淺海沉積物：主要有細顆粒砂土、粘性土，淤泥和生物化學沉積物，具層理構造，砂土較濱海帶更為疏松，因而壓縮性高且不均勻。陸坡和深海沉積物：主要是有機質軟泥，成分均一。10/19/202217五、第四紀沉積物(三)沉積物1.2土的生成第一章土的物五、第四紀沉積物(三)沉積物1.2土的生成第一章土的物理性質及分類主要成分為植物死亡后腐爛分解的殘雜物—泥炭。泥炭為有機生成物，其中還包含有部分粘土和細砂。泥炭的性質和含水量關系密切，干燥壓密的泥炭較堅硬；濕的泥炭透水性低、壓縮性高且不均勻，承載能力很低。泥炭是尚未完全分解的有機物，在作為建筑物持力層時應考慮今后繼續(xù)分解的可能性。由巖石的風化碎屑物被風吹揚、搬運，在有利的條件下堆積而成。風力堆積物中最常見的為風成砂及風成黃土。風成砂的來源很廣，各種成因的砂，只要經過風的搬運，均可形成風成砂。也可由巖石受到吹蝕作用而直接形成。風成黃土也是由各種成因的粉土顆粒，經過風的吹揚，搬運到比砂更遠的地方堆積而成的，一般不見層理，具有大孔隙結構和垂直節(jié)理。4、風力堆積物3、沼澤沉積物10/19/202218五、第四紀沉積物(三)沉積物1.2土的生成第一章土的物1.3土的組成、結構和構造土體固體顆粒土中水土中氣構成土骨架，決定土體抗剪強度和變形影響相對較小影響土體強度和變形的重要因素第一章土的物理性質及分類固相液相氣相10/19/2022191.3土的組成、結構和構造土體固體顆粒土中水土1.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒土的物質組成、礦物成分、土粒大小及形狀決定土的物理力學性質(一)土顆粒的礦物成分原生礦物次生礦物石英、長石、云母等特點巖石碎屑構成粗大土?；騿蔚V物顆粒構成的砂粒等特點主要為粉粒和具有膠結作用的粘粒等粘土礦物粘土礦物組成種類主要有蒙脫石、伊里石和高嶺石三類。第一章土的物理性質及分類CaCO3和MgCO3等難溶鹽，CaSO4和NaCl等可溶鹽以及粘土礦物等Si-O四面體及Al-OH八面體10/19/2022201.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒土的物質組成、硅－氧四面體硅氧鋁－氫氧八面體硅氧SiSi硅－氧晶片AlAl鋁－氫氧晶片粘土礦物的晶片示意圖1.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒第一章土的物理性質及分類(一)土顆粒的礦物成分粘土礦物10/19/202221硅－氧四面體硅氧鋁－氫氧八面體硅氧SiSi硅－氧晶SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSinH2O蒙脫石SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSiKK伊里石SiSiAlAl高嶺石1.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒粘土礦物構造單元示意圖蒙脫石伊里石高嶺石粒徑小中大比表面積大中小親水性大中小滲透性小中大強度小中大蒙脫石第一章土的物理性質及分類伊里石高嶺石高嶺石伊里石蒙脫石(一)土顆粒的礦物成分粘土礦物10/19/202222SiSiAlAlSiSiSi1.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒(二)土的顆粒級配粒組將土中不同粒徑的顆粒按適當的尺寸劃分為若干個組別，每一個組別的顆粒稱為土的一個粒組。粒組名稱粒徑范圍(mm)一般特征漂石或塊石顆粒＞200透水性大，無粘性，無毛細水卵石或碎石顆粒200～60圓礫或角礫顆粒粗60～20透水性大，無粘性，毛細水上升高度不超過粒徑大小中20～5細5～2砂粒粗2～0.5易透水，當混入云母等雜質時透水性減小，而壓縮性增加，無粘性，遇水不膨脹，干燥時松散，毛細上升高度不大，隨粒徑減小而增大。中0.5～0.25細0.25～0.1極細0.1～0.075粉粒粗0.075～0.01透水性小，濕時有粘性，遇水有膨脹，干時有收縮,毛細上升高度較大較快，極易出現凍脹現象。細0.01～0.005粘粒＜0．005透水性極小，濕時有粘性，遇水膨脹大，干時收縮顯著，毛細上升高度大，但速度較慢。第一章土的物理性質及分類土粒粒組劃分10/19/2022231.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒(二)土的顆顆粒級配以土中各粒組顆粒的相對含量（占顆?？傎|量的百分數）表示的土中顆粒大小及組成情況稱為土的顆粒級配。1.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒(二)土的顆粒級配確定方法篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)水分法：適用于細粒土(<0.075mm)表述方法顆粒級配累積曲線第一章土的物理性質及分類10/19/202224顆粒級配以土中各粒組顆粒的相對含量（占顆?？傎|量的百分數）表特征粒徑:

d10

:

有效粒徑d60:

限定粒徑d30

細細粒組粗極細細中粗細中粗大極大粘粒粉粒砂粒圓礫或角礫卵石或碎石粗粒組0.0010.010.1110100粒徑(mm)0102030405060708090100小于某粒的土重含量(%)土的顆粒級配累積曲線Cu

≥5且Cc＝1～3時，土級配良好1.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒(二)土的顆粒級配第一章土的物理性質及分類級配指標不均勻系數：Cu=d60/d10曲率系數：Cc=d302/(d60×d10

)d10d30d6010/19/202225特征粒徑:細細粒組粗極細細中粗細中粗大極大粘顆粒級配累積曲線及指標的用途：1）粒組含量用于土的工程分類；2）不均勻系數Cu用于判定土的不均勻程度：Cu>10,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1~

3,級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土4）不均勻系數Cu和曲率系數Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土1.3土的組成、結構和構造一、土中的固體顆粒(二)土的顆粒級配第一章土的物理性質及分類10/19/202226顆粒級配累積曲線及指標的用途：1）粒組含量用于土的工程分類；1.3土的組成、結構和構造二、土中的水第一章土的物理性質及分類礦物成分水結構水：以H+和OH-的形式存在于礦物結晶格架固定位置上，與結晶格架連結較牢，溫度升到450~500℃時，方可析出。結晶水：以H2O的形式存在于礦物結晶格架固定位置上，與結晶格架結合的較弱，溫度達到400℃時，可析出。以H2O的形式存在于沸石等類礦物的相鄰晶胞之間，與礦物晶格結合不牢，當溫度達到80~120℃時即可析出。結合水強結合水：緊靠土粒表面，無溶解能力，不能傳遞靜水壓力；密度>1g/cm3，性質近于固體；難于蒸發(fā)，更難于結冰。弱結合水：強結合水外圍的結合水膜。也不能傳遞靜水壓力，但能向鄰近水膜更薄的土顆粒周圍緩慢轉移。10/19/2022271.3土的組成、結構和構造二、土中的水第一章土的物理性質自由水重力水：存在于地下水位以下，在自身重力作用下能在土體中產生滲流，對土粒及置于其中的結構物都由浮力作用。毛細水：受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。hc自由水面hcT毛細升高與孔徑成反比1.3土的組成、結構和構造二、土中的水第一章土的物理性質及分類－濕潤角T－表面張力Tr－半徑10/19/202228自由水重力水：存在于地下水位以下，在自身重力作用下能在土體中1.3土的組成、結構和構造第一章土的物理性質及分類三、土中的氣封閉氣泡自由氣體特點與大氣完全相通，容易逸出，對工程的影響不大特點減小土體滲透性、增加彈性，延緩土體變形隨時間的發(fā)展過程四、土的凍脹機理自由水結冰繼而弱結合水參與凍結導致顆粒電場力增強促使非凍結區(qū)水分通過毛細作用向凍結區(qū)遷移弱結合水再次凍結然后造成水分持續(xù)遷移10/19/2022291.3土的組成、結構和構造第一章土的物理性質及分類三、土蜂窩結構單粒結構特點較大顆粒因自重下落沉積而成。粒徑較粗，粒間為點接觸。密實狀態(tài)的是良好地基；疏松狀態(tài)的壓縮性大，不適合直接作為地基。特點靠粉粒間引力聯結而成。單個孔隙體積大于土粒本身尺寸，孔隙的體積也較大。絮狀結構特點針、片狀粘粒在較濃電解質溶液中凝聚沉積而成。孔隙體積比蜂窩結構更大，土體一般十分松軟。1.3土的組成、結構和構造第一章土的物理性質及分類五、土的結構和構造土的構造定義指各部分土的集合體之間的相互關系特征。主要是層理構造，此外還有結核構造、砂類土的分散構造、以及粘性土的裂隙構造。單粒結構蜂窩結構絮狀結構10/19/202230蜂窩結構單粒結構特點較大顆粒因自重下落沉積而成。粒徑較粗，粒1.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類液氣固ma=0mwmsm質量VaVwVsVvV體積共九個參數:已知關系五個:V=Vs+Vw+Va;Vv=Vw+Va欲求得各參數之間比例關系（物性指標）尚缺:三個關系(指標)可通過室內實驗測得導出其他指標VVvVsVaVw/msmwmamm=ms+mw+ma;ma≈0;mw=ρwVw10/19/2022311.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類液氣固ma1.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類一、土的實測物理性質指標土的含水量土粒比重定義定義土體中水的質量與土粒質量之比，用百分數表示。表達式:s＝ms/Vs:

土粒密度(g/m3)w1:一個大氣壓下4?C純水的密度(1g/m3)ds:

土粒比重（無量綱）表達式:土的密度定義天然狀態(tài)下，單位體積土體的質量表達式土粒的質量與一個大氣壓下同體積4?C的純水質量之比。10/19/2022321.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類一、土的實1.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類二、土的換算物理性質指標孔隙率孔隙比定義定義飽和度定義液氣固VaVwVsVvV體積

與孔隙體積有關的指標表達式表達式表達式土體中的孔隙體積與土顆粒體積之比。土中孔隙體積占土的總體積的百分比。被水所充填的孔隙體積與孔隙總體積的百分比。10/19/2022331.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類二、土的換1.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類二、土的換算物理性質指標

土的其它密度指標飽和密度干密度定義單位體積土體中固體顆粒部分的質量。定義單位體積的飽和土體質量。浮密度定義單位體積土體中土顆粒質量與同體積的水質量的差值。液氣固ma=0mwmsm質量VaVwVsVvV體積表達式表達式各密度指標間關系：

重度定義土的各相應密度指標與重力加速度的乘積。表達式10/19/2022341.4土的物理性質指標第一章土的物理性質及分類二、土的換1.4土的物理性質指標三、物理性質指標換算1.3～1.8g/m3ρd干密度1.6～2.0g/m3ρ密度20%～60%w含水量粘性土:2.72～2.75粉土:2.70～2.71砂類土:2.65～2.69ds土粒比重常見的數值范圍單位常用換算公式三相比例指標符號名稱第一章土的物理性質及分類土的三相比例指標換算公式10/19/2022351.4土的物理性質指標三、物理性質指標換算1.3～1.8g常見的數值范圍單位常用換算公式三相比例指標符號名稱0～100%飽和度粘性土和粉土:30%～60%砂類土:25%～60%孔隙率粘性土和粉土:0.40～1.20砂類土:0.30～0.90孔隙比0.8～1.3g/m3有效密度1.8～2.3g/m3飽和密度,土的三相比例指標換算公式(續(xù))1.4土的物理性質指標三、物理性質指標換算第一章土的物理性質及分類10/19/202236常見的數值范圍單位常用換算公式三相比例指標符號名稱0～1001.5無粘性土的特性第一章土的物理性質及分類無粘性土包括狀態(tài)密實：良好的天然地基疏松：不良的地基地層孔隙比相對密度特點特點簡單方便，但不能反映不同級配土的密實度。密實度衡量指標：表達式Emax－最大孔隙比，用松砂器法測定Emin－最小孔隙比，用振密法測定準判別標碎石、礫石和砂類土等單粒結構的土。可以反映不同級配土的密實度，但天然孔隙比難于準確測定。Dr≤0.20，極松狀態(tài)；0.20<Dr≤0.33，稍密狀態(tài)；0.33<Dr≤0.67，中密狀態(tài)；Dr>0.67，密實狀態(tài)。10/19/2022371.5無粘性土的特性第一章土的物理性質及分類無粘性土包括1.5無粘性土的特性第一章土的物理性質及分類密實度衡量指標原位測試方法標準貫入試驗判定砂土密實度N≤1010＜N≤1515＜N≤30N＞30標準貫入錘擊數松散稍密中密密實密實度重型動力觸探試驗判定砂土密實度N63.5≤55＜N63.5≤1010＜N63.5≤20N63.5＞20重型動力觸探錘擊數松散稍密中密密實密實度超重型動力觸探試驗判定砂土密實度N≤33＜N≤66＜N≤1111＜N≤14N＞14超重型動力觸探錘擊數松散稍密中密密實很密密實度10/19/2022381.5無粘性土的特性第一章土的物理性質及分類密實度衡量指碎石類土密實度野外鑒別方法密實度骨架顆粒含量和排列可挖性可鉆性密實骨架顆粒含量大于顆?？偭康?0%，呈交錯排列，連續(xù)接觸鍬、鎬挖掘困難，用撬棍方能松動；井壁一般較穩(wěn)定鉆探極困難；沖擊鉆探時，鉆桿、吊錘跳動劇烈；孔壁較穩(wěn)定中密骨架顆粒含量等于顆?？偭康?0%～70%，呈交錯排列，大部分接觸鍬、鎬可挖掘；井壁有掉塊現象，在井壁取出大顆粒處，能保持顆粒的凹面形狀鉆進較困難；沖擊鉆探時，鉆桿、吊錘跳動不劇烈；孔壁有坍塌現象稍密骨架顆粒含量等于顆?？偭康?5%～60%，排列混亂，大部分不接觸鍬可以挖掘；井壁易坍塌；從井壁取出大顆粒后，充填物砂土立即坍落鉆進較容易；沖擊鉆探時，鉆桿稍有跳動；孔壁易坍落松散骨架顆粒含量小于顆?？偭康?5%，排列十分混亂，絕大部分不接觸鍬易挖掘；井壁極易坍塌鉆進很容易；沖擊鉆探時，鉆桿無跳動；孔壁極易坍落1.5無粘性土的特性第一章土的物理性質及分類密實度衡量指標野外鑒別方法10/19/202239碎石類土密實度野外鑒別方法密實度骨架顆粒含量和排列可挖性可鉆1.6粘性土的特性第一章土的物理性質及分類一、土的界限含水量和含水狀態(tài)特征縮限ws塑限wp

液限wl含水量w半固態(tài)固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)10101002023461602040圓錐入土深度(mm)土樣含水量(%)wpwl測定方法：錐式液限儀法液限：塑限：搓條法缺點手工操作，成果不穩(wěn)定聯合測定法解決辦法經驗計算法a，b－經驗系數10/19/2022401.6粘性土的特性第一章土的物理性質及分類一、土的界限含1.6粘性土的特性第一章土的物理性質及分類二、粘性土的塑性指數和液性指數塑性指數定義定義表達式表達式反映反映粘性土軟硬程度的劃分狀態(tài)特征堅硬硬塑可塑軟塑流動液性指數IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1.0IL＞1.0土的液限和土的塑限各自省去百分號后的差值。粘性土軟硬程度反映粘土顆粒含量、粘性大小液性指數天然含水量與塑限之差和液限與塑限之差的比值。10/19/2022411.6粘性土的特性第一章土的物理性質及分類二、粘性土的塑1.6粘性土的特性第一章土的物理性質及分類三、粘性土的活性數表達式Ip－土的塑性指數m－土中小于2μm的微小顆粒百分含量（去掉百分號）An＜0.75，非活性粘土0.75≤An

≤1.25，正常粘土An＞1.25，活性粘土四、粘性土的靈敏度和觸變性表達式定義定義活性數靈敏度原狀土的無側限抗壓強度與重塑土的無側限抗壓強度之比。觸變性指被擾動粘性土的強度隨時間推移而逐漸恢復的膠體化學性質。10/19/2022421.6粘性土的特性第一章土的物理性質及分類三、粘性土的活1.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類水的滲透定義定義一、達西定律在層流狀態(tài)下，土中水的滲透速度與水位差成正比，與滲流長度成反比。

Δh－滲流起點和滲流終點間的水位差；L－滲流起點到滲流終點的距離；

k

－土的滲透系數（cm/s）；v－滲透速度（cm/s）?；蛘撸浩渲校悍Q為水力梯度影響滲透系數因素土的性質水的溫度ΔhLH1H2基準面指水在壓力坡降作用下穿過土中連通孔隙發(fā)生緩慢流動的現象。土的滲透性指土體被水透過的性能。10/19/2022431.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類水的滲1.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類一、達西定律(一)室內常水頭滲透試驗abLh2Δhh1Q土樣Q－時段t內流過土樣的流量；A－土的截面積；L－滲流起點到滲流終點的距離；Δh－a、b兩點的水頭差；kt－土在時段t內的滲透系數（cm/s）。則：除有特殊需要，后文一般將kt記為k10/19/2022441.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類一、達1.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類一、達西定律(二)室內變水頭滲透試驗dQ－時段dt內流過土樣的流量；A－土的截面積；L－土樣高度；k－滲透系數(cm/s)；h－時段dt內儲水管水頭；a－儲水管截面積；dh－時間dt內水頭下降量；且：則：積分：h1－實驗開始時儲水管水頭；h2－經過時段t后儲水管水頭。則：aLh2dhh1土樣h儲水管10/19/2022451.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類一、達1.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類一、達西定律(三)現場抽水試驗適用于粗粒土或成層的土Q－時段t內從抽水井抽出的水量；A－土的截面積；dh/dr－任一半徑r處的水力梯度；h－半徑r處的水頭；k－土的滲透系數（cm/s）。分離變量后得：積分，得：r2h2h1觀測孔r1抽水井Q10/19/2022461.7土的滲透性及達西定律第一章土的物理性質及分類一、達1.7土的滲透性及達西定律一、達西定律第一章土的物理性質及分類流速v梯度r2vcr粗粒土的滲透規(guī)律粗粒土的滲透流速v≤vcr，服從達西定律流速v>vcr，不服從達西定律i1i1'cb流速v梯度r2砂土、粘性土的滲透規(guī)律akiv=砂土的滲透服從達西定律粘性土的滲透不服從達西定律；i>i1時才發(fā)生滲流，i1稱為初始水力梯度。為簡化計算，常以直線近似表示：i1'為直線與橫軸的交點，稱為計算初始水力梯度10/19/2022471.7土的滲透性及達西定律一、達西定律第一章土的物理性質1.7土的滲透性及達西定律二、影響土滲透性的因素第一章土的物理性質及分類土的孔隙比土粒大小和級配土顆粒愈粗、愈渾圓、愈均勻時，滲透性愈好;反之則差?？紫侗鹊拇笮?，直接決定著土滲透系數的大小。土的結構構造單粒結構>蜂窩結構>絮狀結構;豎直裂隙土體，豎向滲透系數大，層狀粘土水平向滲透系數大。土中水的溫度溫度影響土中滲流的動力粘滯系數，從而影響滲透性。封閉氣體的含量當土中封閉氣體的含量增加時，其滲透系數隨之減小。10/19/2022481.7土的滲透性及達西定律二、影響土滲透性的因素第一章土(一)動水力的計算公式1.7土的滲透性及達西定律三、土的動水壓力、流砂和潛蝕第一章土的物理性質及分類滲流壓力定義滲流水作用在單位體積土體中土顆粒上的力，用GD表示。h2h1H2z2z1H1DHL基準面水流aba土顆粒的阻力T：滲流壓力:10/19/202249(一)動水力的計算公式1.7土的滲透性及達西定律三、土的1.7土的滲透性及達西定律三、土的動水壓力、流砂和潛蝕第一章土的物理性質及分類(二)流土和潛蝕現象流土發(fā)生條件水的滲流自下而上發(fā)生，動水力大于等于的浮重度。即：

潛蝕(或管涌)當水在砂類土中滲流時，土中的一些細小顆?？赡芡ㄟ^粗顆粒的孔隙被水流帶走，并在粗顆粒之間形成管狀孔隙，這種現象稱為潛蝕或管涌，也稱其為機械潛蝕。在滲流情況下，地下水對巖土的礦物或化學成分產生溶蝕、溶濾并將其帶走的現象稱為化學潛蝕。10/19/2022501.7土的滲透性及達西定律三、土的動水壓力、流砂和潛蝕第一發(fā)生管涌的臨界水力梯度：滲流自下而上:滲流從側向發(fā)生：1.7土的滲透性及達西定律三、土的動水壓力、流砂和潛蝕第一章土的物理性質及分類(二)流土和潛蝕現象d3—土中小于某粒徑的顆粒占總顆粒質量的3%時，該粒徑即為d3，cm；κ—土滲透系數，cm/s；n—土孔隙率；φ—土內摩擦角；C—常數，一般取C=42。

防治流砂的主要原則是：①減小或消除基坑內外地下水的水頭差；②通過設置防水板樁等增長滲流路徑；③在向上滲流出口處地表用透水材料覆蓋壓重以平衡動水力。10/19/202251發(fā)生管涌的臨界水力梯度：滲流自下而上:滲流從側向發(fā)生：11.8土的工程分類目的和意義：便于應用，研究及交流依據地質成因粘性土的沉積年代固結程度顆粒級配和塑性指數土的特殊性質超固結土正常固結土欠固結土濕陷性黃土、紅粘土、膨脹土、多年凍土、鹽漬土、人工填土等碎石土、砂土、粉土、和粘性土老粘性土，一般粘性土，新近沉積的粘性土殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、風積土等

第一章土的物理性質及分類10/19/2022521.8土的工程分類依據地質成因粘性土的固結程度顆粒級配1.8土的工程分類一、根據土的顆粒級配或塑性指數分類土的名稱顆粒形狀顆粒級配漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全重的50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全重的50%圓礫角礫圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于2mm的顆粒超過全重的50%碎石土的分類定義第一章土的物理性質及分類碎石土粒徑大于2mm的顆粒含量超過顆?？傊亓?0%的土。10/19/2022531.8土的工程分類一、根據土的顆粒級配或塑性指數分類土的名土的名稱顆粒級配礫砂粗砂中砂細砂粉砂粒徑大于2mm的顆粒占全重的25%～50%粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重的50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重的50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重的85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過的50%定義1.8土的工程分類一、根據土的顆粒級配或塑性指數分類第一章土的物理性質及分類砂類土的分類砂類土粒徑大于2mm的顆粒含量不超過顆粒總重量的50%、但粒徑大于0.075mm的顆粒超過顆?？傊亓康?0%的土。10/19/202254土的名稱顆粒級配礫砂粒徑大于2mm的顆粒占全重的25%～50定義粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過顆粒總重量50%、塑性指數Ip小于等于10的土。粉土1.8土的工程分類一、根據土的顆粒級配或塑性指數分類第一章土的物理性質及分類特點砂質粉土：粒徑小于0.005mm的顆粒含量小于等于顆?？傊亓康?0%。粘質粉土：粒徑小于0.005mm的顆粒含量大于顆粒總重量的10%。吸附水能力弱于粘性土，但卻明顯強于砂土。10/19/202255定義粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過顆?？傊亓?0%、定義指塑性指數Ip大于10的土。粘性土1.8土的工程分類一、根據土的顆粒級配