ch土的物理性質(zhì)與工程分類實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1ch土的物理性質(zhì)與工程分類實(shí)用2§1.1土的生成地殼表巖地球風(fēng)化作用搬運(yùn)、沉積土地球土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物形成過程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)影響第1頁/共41頁3生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無粘性土原生礦物質(zhì)變粘性土次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)有機(jī)質(zhì)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,或在運(yùn)動(dòng)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)境因素的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物。風(fēng)化作用種類第2頁/共41頁4物理風(fēng)化第3頁/共41頁5化學(xué)風(fēng)化第4頁/共41頁6搬運(yùn)和沉積搬運(yùn)：由風(fēng)力、水流、重力等完成。沉積：殘積、坡積、沖積等。殘積土無搬運(yùn)土質(zhì)較好顆粒表面粗糙多棱角粗細(xì)不均無層理母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物第5頁/共41頁7搬運(yùn)和沉積運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物第6頁/共41頁8運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)：風(fēng)積土重力:

坡積土

流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物冰川:

冰積土土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機(jī)物淤泥，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理搬運(yùn)和沉積第7頁/共41頁9§1.2土的概念與基本特征土是巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積所形成的產(chǎn)物.本學(xué)科強(qiáng)調(diào)土的工程性質(zhì)（土的物理力學(xué)性質(zhì)）土的基本特征

☆土是自然歷史的產(chǎn)物☆土是相系組合體☆土是分散體系☆土是多礦物組合體

第8頁/共41頁10§1.3土的組成土是由固相，液相，氣相組成的三相分散系。固相——包括多種礦物成分組成土的骨架，骨架間的空隙為液相和氣相填滿，這些空隙是相互連通的形成多孔介質(zhì)。液相——主要是水(溶解有少量的可溶鹽類)。氣相——主要是空氣，水蒸氣，有時(shí)還有沼氣等。第9頁/共41頁11§1.3.1土的固相構(gòu)成土骨架，起決定作用礦物成分顆粒形狀粒徑級(jí)配固相第10頁/共41頁121、土粒的礦物組成土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。因此土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組成及其后的風(fēng)化作用。礦物成分原生礦物有機(jī)質(zhì)次生礦物第11頁/共41頁13由巖石經(jīng)物理風(fēng)化生成的顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成。成分與母巖的相同，常見的有石英，長石和云母。顆粒一般較粗，多呈渾圓形，塊狀或板狀。吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)定，無塑性。原生礦物第12頁/共41頁14次生礦物由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分成分與母巖的完全不同。次生礦物主要是粘土礦物，即高嶺石，伊利石和蒙脫石。顆粒極細(xì)，且多呈片狀。性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力（尤其是由蒙脫石組成的顆粒），具塑性。第13頁/共41頁15動(dòng)植物分解后的殘骸，分解徹底的稱為腐殖質(zhì)/腐殖質(zhì)的顆粒極細(xì)，粒徑小于0.1μm，呈凝膠狀，帶有電荷，具有極強(qiáng)的吸附性。≥3%~5%,不宜做填筑材料。有機(jī)質(zhì)第14頁/共41頁162、土的顆粒級(jí)配土是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。土的顆粒級(jí)配——土中各粒組的相對百分含量。通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量（干土質(zhì)量）的百分?jǐn)?shù)表示。粒組——人為的把大小相近的土粒合并為組。第15頁/共41頁17顆粒級(jí)配的測定篩分法（適用于礫石類和砂土類，d>0.075mm）它是利用一套孔徑大小不同的篩子，將事先稱過重量的烘干土樣過篩，稱留在各篩上的重量，然后計(jì)算相應(yīng)的百分?jǐn)?shù)。第16頁/共41頁18顆粒級(jí)配的測定比重計(jì)法適用于粉土和粘性土

d<0.075mm利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量第17頁/共41頁19顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果分析表格式篩分法比重計(jì)法2002020.50.250.075200g10161824723822P%958778663011第18頁/共41頁20105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級(jí)配累積曲線比重計(jì)法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.510顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果分析-表格法第19頁/共41頁211009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30特征粒徑:

d60:限制粒徑d10

:有效粒徑d30

：中值粒徑顆粒級(jí)配試驗(yàn)結(jié)果分析-顆粒級(jí)配曲線縱坐標(biāo)：小于某粒徑的土質(zhì)量含量%橫坐標(biāo)：土的粒徑lgd(對數(shù)表示)通過有限點(diǎn)，用光滑曲線連接第20頁/共41頁22顆粒級(jí)配曲線曲線陡緩（直觀反映）曲線平緩，表示粒徑大小相差懸殊，土粒不均勻，級(jí)配良好。曲線愈陡，表示粒徑大小相差不多，土粒較均勻，級(jí)配不良1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30第21頁/共41頁23顆粒級(jí)配曲線定量分析（指標(biāo)反映）不均勻系數(shù)Cud10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時(shí)所對應(yīng)的粒徑。Cu愈大，表示土粒愈不均勻工程上把Cu＜5的土視為均勻土Cu＞=5的土視為不均勻土第22頁/共41頁24顆粒級(jí)配曲線曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度Cc

=1~3，級(jí)配連續(xù)性好

Cc

>3或Cc

<1，級(jí)配不連續(xù)表明土中缺少中間粒組第23頁/共41頁25土的顆粒級(jí)配判定Cu≥5Cc=1～3級(jí)配良好的土第24頁/共41頁26§1.3.2土的液相結(jié)合水土中水液態(tài)水固態(tài)水：礦物晶體內(nèi)的結(jié)合水（結(jié)晶水），礦物的一部分，呈固態(tài)，只有在高溫（>105C）下，才能從礦物中吸出。自由水強(qiáng)結(jié)合水：緊靠土顆粒表面弱結(jié)合水：緊靠強(qiáng)結(jié)合水外圍重力水：能形成水壓力并能在土中流動(dòng)的水，位于地下水位以下毛細(xì)水：受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水，存在于地下水位以上的透水層中。氣態(tài)水：土中氣的一部分由于電分子引力作用而緊密吸附于土粒表面的水第25頁/共41頁27強(qiáng)結(jié)合水

排列致密、定向性強(qiáng)密度1.2-2.4g/cm3

冰點(diǎn)處于-78攝氏度具有固體的的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)弱結(jié)合水

位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性結(jié)合水第26頁/共41頁28

對于細(xì)粒土，當(dāng)粘粒含量很高，特別是當(dāng)粘粒由粘土礦物組成時(shí)，由于它們多呈片狀，比表面很大，結(jié)合水往往占有很大的孔隙體積，故細(xì)粒土的性質(zhì)將受結(jié)合水的重大影響。

對于粗粒土，由于顆粒在三個(gè)方向的尺寸屬同一數(shù)量級(jí)，比表面較小，因此，在孔隙水的體積中結(jié)合水的體積可忽略不計(jì)。故粗粒土的性質(zhì)主要取決于土粒的形狀、級(jí)配和排列。結(jié)合水對土的工程性質(zhì)的影響第27頁/共41頁29自由水自由水：離開土顆粒表面較遠(yuǎn)，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動(dòng)的水。hc毛細(xì)水重力水自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)

存在于固氣之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動(dòng)第28頁/共41頁30§1.3.3土的氣相分類:1.吸附于土顆粒表面的氣體

2.溶解于水中的氣體

3.四周為顆粒和水所封閉的氣體以及自由氣體特點(diǎn):

通常認(rèn)為自由氣體與大氣連通，對土的性質(zhì)無大影響。密閉氣體的體積與壓力有關(guān)，壓力增加，則體積縮小，壓力減小，則體積脹大。因此，密閉氣體的存在增加了土的彈性，同時(shí)還可阻塞土中的滲流通道，減小土的滲透性。第29頁/共41頁31§1.3.4土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造1、土的結(jié)構(gòu)土顆粒之間的相互排列和連續(xù)形式，稱為土的結(jié)構(gòu)。粗粒土：單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài)。

第30頁/共41頁32土的結(jié)構(gòu)粉土：蜂窩結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。

絮狀結(jié)構(gòu)：海水絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。粘?；ハ嘟咏?，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)。

第31頁/共41頁332、土的構(gòu)造同一土層中，土顆粒或顆粒集合體相互間的分布特征，稱為土的構(gòu)造。土層由不同顏色，不同粒徑的土組成層理，平原地區(qū)的層理通常為水平層理。層狀構(gòu)造是細(xì)粒土的一個(gè)重要特征。

土的構(gòu)造層狀構(gòu)造

裂隙構(gòu)造

土體中有很多不連續(xù)的小裂隙，降低土體的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，增大透水性。

分散構(gòu)造

土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近，如砂，卵石層為分散構(gòu)造。

第32頁/共41頁34

層狀構(gòu)造：土粒在沉積過程中，由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同，沿豎向呈層狀特征。淤泥夾粘土透鏡體粘土尖滅砂土夾粘土層水平層理交錯(cuò)層理層狀構(gòu)造:第33頁/共41頁35分散構(gòu)造：土層中各部分的土粒無明顯差別，分布均勻，各部分性質(zhì)亦接近。如砂、礫石、卵石等沉積厚度較大時(shí)，無明顯層次，都屬于分散構(gòu)造。

具有分散構(gòu)造的土可作為各向同性體看待。分散構(gòu)造:第34頁/共41頁36

裂隙構(gòu)造：土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割，在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物。裂隙破壞土的整體性，增大透水性，對工程不利。裂隙構(gòu)造:第35頁/共41頁37土的工程特性壓縮性高。鋼材E=2.1×105MPa；C20混凝土的彈性模量約為2.6×104MPa；飽和細(xì)砂E=8～16MPa。飽和細(xì)砂的壓縮性是混凝土壓縮性的數(shù)千倍，證明土的壓縮性極高。軟塑或流塑狀態(tài)的粘性土往往比飽和細(xì)砂的壓縮性還要高很多。強(qiáng)度低。土的強(qiáng)度是指其抗剪強(qiáng)度，而非抗壓強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度。無粘性土的強(qiáng)度來源于土粒表面滑動(dòng)的摩擦和顆粒間的咬合摩擦；粘性土的強(qiáng)度除摩擦力外，還有粘聚力。無論摩擦力還是粘聚力，均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他建筑材料（如鋼材、混凝土等）本身的強(qiáng)度。透水性大。由于土體中固體礦物顆粒之間具有很多透水的孔隙，因此土的透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗顆粒的卵石或砂土，其透水性更大。土的工程特性與土木工程設(shè)計(jì)和施工密切相關(guān)，需引起高度重視。第36頁/共41頁381）風(fēng)化2）搬運(yùn)與沉積1.土的生成2.土的結(jié)構(gòu)：單粒結(jié)構(gòu)；蜂窩結(jié)構(gòu)；絮狀結(jié)構(gòu)。3.土的構(gòu)造：層狀構(gòu)造；分散構(gòu)造；裂隙構(gòu)造。4.土的工程特性:

1）壓縮性高；2）強(qiáng)度低；3）透水性大5.土的三相組成:氣相+液相+固相本次課小結(jié):第37頁/共41頁39Cu=d