土的物理性質(zhì)及工程分類

土的物理性質(zhì)及工程分類第1頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六主要內(nèi)容土的組成土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的工程分類第2頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六本章目的:對(duì)土的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋和定量描述

本章特點(diǎn):

看起來零散，實(shí)踐內(nèi)容較多重點(diǎn)內(nèi)容:土的物理性質(zhì)及物理狀態(tài)指標(biāo)第3頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六土巖石風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積地質(zhì)成巖作用土的組成、結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)過程、條件土的生成第4頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用第5頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六土的形成滲透特性變形特性強(qiáng)度特性土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類土的壓實(shí)性決定影響如何獲得較好的土便于研究和應(yīng)用第6頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六一.土的固體顆粒二.土中水三.土中氣體四.土的結(jié)構(gòu)五.土的構(gòu)造第一節(jié)土的組成第7頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六土中氣體氣相次要作用固體顆粒固相構(gòu)成土體骨架

起決定作用土中水液相重要影響土體的三相構(gòu)成飽和土：土體孔隙完全被水充滿干土：土體孔隙完全被氣充滿非飽和土：孔隙中水和氣均存在第一節(jié)土的組成第8頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六

固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配礦物成分顆粒形狀一.土的固體顆粒（固相）第9頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六1.粒徑級(jí)配顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例粒徑級(jí)配影響土性的主因第10頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六粒度：土粒的大小粒組：粒度相近，性質(zhì)相同的一組土粒界限粒徑：劃分粒組的分界尺寸顆粒大小粘粒粉粒砂粒圓礫角礫碎石卵石塊石漂石0.0050.075260200粒組的劃分第11頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六粒徑級(jí)配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(>0.1

mm)

水分法：適用于細(xì)粒土(<0.1

mm)——各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示表述方法

粒徑級(jí)配累積曲線第12頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六篩分法（d>0.075mm的土）第13頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六密度計(jì)法（d<0.075mm的土）第14頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六20105.02.01.00.50.250.075200g101618242238721009080706050403020100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)配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.510第15頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六1009080706050403020100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d60d50d10d30d60d10d30Ku0.330.0050.06366特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:限制粒徑d10

:有效粒徑d30

不均勻程度：Ku=d60/d10

—不均勻系數(shù)Ku

>10,級(jí)配良好粗細(xì)程度：用d50

表示

第16頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六膠體可溶鹽粘土礦物固體成分礦物質(zhì)有機(jī)質(zhì)原生礦物-石英、長石、云母等次生礦物具有和原生礦物很不相同的特性對(duì)粘土性質(zhì)的影響很大2.礦物成分第17頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水

結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水自由水電場引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷二.土中水（液相）第18頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六-強(qiáng)結(jié)合水：排列致密，密度>1g/cm3

冰點(diǎn)處于零下幾十度完全不能移動(dòng)，具有固體的特性溫度略高于100°C時(shí)可蒸發(fā)-弱結(jié)合水：受電場引力作用，為粘滯水膜外力作用下可以移動(dòng)不因重力而流動(dòng)，有粘滯性粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽離子強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水土中水–結(jié)合水結(jié)合水：受顆粒表面電場作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動(dòng)的水第19頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六毛細(xì)水：由于土體孔隙的毛細(xì)作用升至自由水面以上的水。毛細(xì)水承受表面張力和重力的作用重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流動(dòng)土中水–自由水自由水：不受顆粒電場引力作用的孔隙水hc毛細(xì)水重力水第20頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六自由氣體：與大氣連通連通的氣體

對(duì)土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體

其體積與壓力有關(guān)。會(huì)增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性三.土中氣體（氣相）第21頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六

土有三個(gè)組成部分：固相、液相和氣相

小結(jié)1.固體顆粒2.土中水3.土中氣體粒徑級(jí)配礦物成分結(jié)合水(強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水)自由水(重力水、毛細(xì)水)自由氣體封閉氣體第22頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六土顆粒之間的相互排列和聯(lián)結(jié)形式

單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)無粘性土結(jié)構(gòu)粘性土結(jié)構(gòu)四.土的結(jié)構(gòu)第23頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六同一土層中，土顆粒之間相互關(guān)系的特征土的構(gòu)造層狀構(gòu)造分散構(gòu)造結(jié)核狀構(gòu)造裂隙狀構(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。土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近，如砂，卵石層為分散構(gòu)造。在細(xì)粒土中摻有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含礓石的粉質(zhì)粘土，含礫石的冰磧土等。其工程性質(zhì)取決于細(xì)粒土部分。土體中有很多不連續(xù)的小裂隙，有的硬塑與堅(jiān)硬狀態(tài)的粘土為此種構(gòu)造。裂隙強(qiáng)度低，滲透性高，工程性質(zhì)差。五.土的構(gòu)造第24頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（1）壓縮性高（2）強(qiáng)度低（3）透水性大常用材料彈性模量鋼筋：E1=2.1*106MPaC20砼：E2=0.26*106MPa卵石：E3=(40~50)MPa飽和細(xì)砂：E3=(8~16)MPa(特指抗剪強(qiáng)度，非抗拉或抗壓強(qiáng)度)六.土的工程特性第25頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)(松密程度、干濕程度、輕重程度)力學(xué)特性影響表示某粉土孔隙比0.8含水率10%時(shí)承載力特征值為200KPa，當(dāng)孔隙比為1.6含水率為70%時(shí)承載力不足50KPa第二節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)第26頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六三相指標(biāo)（物理性質(zhì)指標(biāo)）土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系松密程度干濕程度輕重程度特點(diǎn):指標(biāo)概念簡單，數(shù)量很多(9個(gè))要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、定義基本方法:三相草圖法第27頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六1.三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第28頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六2.三個(gè)基本指標(biāo)WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積－土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的重度γ=ρg工程上更常用,用于計(jì)算土的自重應(yīng)力單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

一般范圍:1.60—2.20

g/cm3定義:單位體積土的質(zhì)量有時(shí)也稱土的天然密度表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo):第29頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六環(huán)刀法第30頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒比重s:土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:無量綱土粒比重一般范圍:

2.65—2.754?C時(shí)純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度定義:土粒的密度與4?C時(shí)純蒸餾水的密度的比值表達(dá)式:也稱土粒相對(duì)密度第31頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的含水量定義:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,

用百分?jǐn)?shù)表示注意:

其實(shí)是含水比,可達(dá)到或超過100％表達(dá)式:第32頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六第33頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六表示土中孔隙含量的指標(biāo)孔隙比孔隙率(孔隙度)３.其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)關(guān)系:砂類土：28-35%粘性土：30-50%有的可達(dá)60-70%定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達(dá)式:WaterAirSolidVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積第34頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六表示土中含水程度的指標(biāo)含水量飽和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積表達(dá)式:定義:土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:干土Sr=1:飽和土第35頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六表示土的密度和重度的指標(biāo)天然密度干密度飽和密度天然重度干重度浮重度浮密度有效重度飽和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

定義:

土被完全烘干時(shí)的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達(dá)式:第36頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六各種密度重度之間的大小關(guān)系：天然密度干密度飽和密度天然重度干重度有效重度飽和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第37頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系要點(diǎn)從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系不鼓勵(lì)死記硬背必要時(shí)利用三相草圖推導(dǎo)第38頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個(gè):共有九個(gè)參數(shù):

VVvVsVaVw

/msmwmam剩下三個(gè)獨(dú)立變量三相草圖法物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參數(shù)為1對(duì)于飽和土,Va=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測定其它指標(biāo)第39頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六土的物理狀態(tài)粘性土的軟硬程度粗粒土的松密程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)力學(xué)特性影響表示第三節(jié)土的物理狀態(tài)指標(biāo)第40頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（1）孔隙比e優(yōu)點(diǎn)：簡單方便缺點(diǎn)：無法反映土的級(jí)配因素一.砂土的物理狀態(tài)指標(biāo)——密實(shí)度第41頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六e增大最緊密最松散天然（2）相對(duì)密度Dr第42頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（2）相對(duì)密度Dr

定義：優(yōu)點(diǎn)：計(jì)入土的級(jí)配因素，理論上比較完善。缺點(diǎn)：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin

的測定受人為的影響較大。0.330.671松散中密密實(shí)第43頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六（3）標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N為標(biāo)準(zhǔn)中密密實(shí)301510松散稍密第44頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六

粘性土的物理狀態(tài)也稱稠度稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)粘性土含水量較硬變軟流動(dòng)二.粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)第45頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六塑限wp液限wl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)w土顆粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強(qiáng)結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水第46頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六——吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同液性指數(shù)IL<0IL=0–1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑軟塑用于判別粘性土所處的物理狀態(tài)wpwwl第47頁，共53頁，2023年，2月20日，星期六粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo):

相對(duì)密度Dr

小結(jié)粘性土的稠度狀態(tài)指標(biāo):

液性指數(shù)IL現(xiàn)場：貫入錘擊數(shù)第48頁，共53頁，20