中國礦業(yè)大學(xué) 土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)教案第一章(1~2節(jié)) 土(體)的物理性質(zhì)與工程分類

中國礦業(yè)大學(xué)土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)教案第一章(1~2節(jié))土(體)的物理性質(zhì)與工程分類一、從工程地質(zhì)成因演化論看我國松散層分布規(guī)律什么是工程地質(zhì)成因演化論我國地貌輪廓的基本特征氣候分區(qū)及其形成因素地殼表層沉積物的變化松散層水文地質(zhì)條件的區(qū)域性特征工程地質(zhì)成因演化論成因演化論是地質(zhì)學(xué)的基本理論工程地質(zhì)學(xué)在研究人類活動(dòng)與地質(zhì)環(huán)境的相互作用時(shí)，十分重視地質(zhì)體的成因演化，它是解決許多重大工程地質(zhì)問題的鑰匙典型范例：黃土、紅土、膨脹土、凍土、軟土、鹽漬土因成因不同而工程地質(zhì)性質(zhì)迥異斜坡變形破壞是斜坡與所處的環(huán)境條件相互作用、長期演變而造成的。工程地質(zhì)成因演化論的基本概念工程地質(zhì)條件是長期自然地質(zhì)歷史發(fā)展演化塑造而成的，自然地質(zhì)歷史發(fā)展演化區(qū)域性規(guī)律和自然地理環(huán)境的分帶性規(guī)律控制著工程地質(zhì)條件及其空間分布與組合規(guī)律性，促使工程地質(zhì)條件的形成、發(fā)展演化的是內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用;它們相互依存而又相互制約，基本控制著工程地質(zhì)條件的形成。工程地質(zhì)成因演化論的要點(diǎn)工程地質(zhì)條件的形成是內(nèi)外動(dòng)力作用綜合作用的結(jié)果，并隨著內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用的演化而演變著。大地構(gòu)造環(huán)境控制著內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用的性質(zhì)和強(qiáng)度，巖性與結(jié)構(gòu)。作用于巖石圈表層的風(fēng)化作用、剝蝕作用、搬運(yùn)作用、沉積作用和固結(jié)成巖作用等外動(dòng)力地質(zhì)作用受自然地理環(huán)境的制約。外動(dòng)力地質(zhì)作用造成了地形地貌分異、表層沉積與水文地質(zhì)條件的差異以及物理地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)條件因素的組合。由此可見，外動(dòng)力地質(zhì)作用在工程地質(zhì)中有著舉足輕重的意義和作用。綜合內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用的集成要素，它們控制著工程地質(zhì)條件的復(fù)雜程度、優(yōu)劣以及與其對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵工程地質(zhì)問題?！粳F(xiàn)代地表運(yùn)動(dòng)矢量圖（GPS結(jié)果）（WangQetal.，2001）】新生代兩大陸碰撞引發(fā)大規(guī)模地殼擠壓縮短，巖石圈增厚和高原抬升西部：東部：出現(xiàn)地幔隆起，大規(guī)模陸內(nèi)伸展，巖石圈減薄，地殼沉降，盆地充填一、從工程地質(zhì)成因演化論看我國松散層分布規(guī)律什么是工程地質(zhì)成因演化論我國地貌輪廓的基本特征氣候分區(qū)及其形成因素地殼表層沉積物的變化松散層水文地質(zhì)條件的區(qū)域性特征我國地貌輪廓基本特征西高東低，三級(jí)階梯一級(jí)階梯：青藏高原，柴達(dá)木盆地，平均海拔4500m。二級(jí)階梯：青藏高原東緣至大興安嶺－太行山－巫山－雪風(fēng)山之間，高山、高原和大盆地，海拔一般1000－2000m。盆地部分低于500m。塔里木盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、四川盆地、內(nèi)蒙古

高原、黃土高原、云貴高原。三級(jí)階梯：大興安嶺－太行山－巫山－雪風(fēng)山以東至濱海之間寬廣的平原和丘陵。東北平原、華北平原、長江中下游平原、東南丘陵。海拔500m以下。一、從工程地質(zhì)成因演化論看我國松散層分布規(guī)律什么是工程地質(zhì)成因演化論我國地貌輪廓的基本特征氣候分區(qū)及其形成因素地殼表層沉積物的變化松散層水文地質(zhì)條件的區(qū)域性特征氣候分區(qū)及其形成因素特點(diǎn)：類型多樣按溫度分6個(gè)熱量帶:赤道帶、熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶、寒帶按水分條件：濕潤、半濕潤、半干旱、干旱一、從工程地質(zhì)成因演化論看我國松散層分布規(guī)律什么是工程地質(zhì)成因演化論我國地貌輪廓的基本特征氣候分區(qū)及其形成因素地殼表層沉積物的變化松散層水文地質(zhì)條件的區(qū)域性特征地殼表層沉積物的變化自北向南有規(guī)律變化：沙漠黃土膨脹土紅土淤泥質(zhì)土工程地質(zhì)成因演化論看地殼表層沉積物的變化在內(nèi)外動(dòng)力作用下，由于地貌、氣候環(huán)境的分區(qū)特征，地殼表層的沉積物自北向南呈現(xiàn)有規(guī)律的變化：由沙漠、黃土、膨脹土、紅土到東南沿海的淤泥質(zhì)軟土。塔克拉瑪干沙漠（占國土面積的13%）

黃土高原位于北緯34°～41°、東經(jīng)103°～114°之間，北界長城，南抵渭河盆地北緣，東起呂梁山西麓，西迄隴西盆地西緣，包括隴西、寧南、隴東、陜北、晉西等地，呈近東西向展布，地勢(shì)西北高、東南低，總面積約23萬平方公里。

甘肅董志塬

甘肅皋蘭黃土峁?fàn)钋鹆?/p>

陜西富縣黃土樹狀沖溝

陜西延安黃土梁峁

黃土高原一級(jí)地貌形態(tài)主要有塬、梁、峁黃土高原地區(qū)黃土厚度分布不一，從西往東厚度變薄，蘭州九州臺(tái)剖面黃土厚度達(dá)318m；隴東地區(qū)厚度170m左右；陜北130m左右。中國黃土土壤地層對(duì)比1－紅粘土；2－砂礫石；3－古土壤；4－黃土；5－湖相粘土、粉砂

工程地質(zhì)成因演化論看地殼表層沉積物的變化在內(nèi)外動(dòng)力作用下，由于地貌、氣候環(huán)境的分區(qū)特征，地殼表層的沉積物自北向南呈現(xiàn)有規(guī)律的變化：由沙漠、黃土、膨脹土、紅土到東南沿海的淤泥質(zhì)軟土。松散層水文地質(zhì)條件的區(qū)域性特征東部沖積平原和沉降平原水文地質(zhì)條件西北部干旱半干旱區(qū)水文地質(zhì)條件多年凍土區(qū)的水文地質(zhì)條件二、土（土體）成因分類與特征形成過程：無機(jī)土來自巖石的物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化,有機(jī)土中的有機(jī)物來自植物、小動(dòng)物的骨骼和外殼。形成過程中仍殘留原地的稱為殘積土。由風(fēng)、水、波浪、冰川或重力搬運(yùn)而形成的沉積物稱為運(yùn)積土。細(xì)砂巖的球形風(fēng)化（湖北崇陽）

葉俊林?jǐn)z因寒冷風(fēng)化破裂的巖石森林火災(zāi)造成的巖石破裂植物根劈作用（北京房山）

葉俊林?jǐn)z花崗巖風(fēng)化形成的石蛋地貌

李英章攝風(fēng)化形成的倒石堆（吉林長白山天池）戈壁（新疆吐魯番火焰山）風(fēng)蝕穴（寧夏賀蘭山）風(fēng)蝕蘑菇

（河北承德）大連金石灘連島沙堤（遼寧錦縣大筆架山）海蝕蘑菇（廣西北海）礫灘（海南島峨蔓）珠穆朗瑪峰（冰川作用形成的角峰）U型谷冰蘑菇西藏北部大陸性冰川表面消融區(qū)冰川漂礫（四川甘孜海子山）沙灘（河北北戴河）黃河河漫灘及江心洲泥石流造成的礫石堆積（西藏）崩塌形成的倒石堆二、土（土體）的成因分類與特征風(fēng)化殘積：殘積物重力堆積：墜積物、崩塌堆積物、滑坡堆積物、土溜堆積物大陸流水堆積：坡積物、洪積物、沖積物、湖積物、沼澤沉積物、三角洲（河－湖、河－海）堆積物海水堆積：濱海堆積物、淺海堆積物、深海堆積物地下水堆積：泉水堆積物、洞穴堆積物冰川堆積：冰積堆積物、冰水堆積物、冰積湖堆積物風(fēng)力堆積：風(fēng)積物火山堆積：火山巖及火山碎屑巖其它：人工堆積第一章土（體）的物理性質(zhì)與工程分類地質(zhì)工程專業(yè)第一節(jié)土（體）的分布與成因第二節(jié)土的粒度成分與分析第三節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)及其換算第四節(jié)粘性土的界限含水量第五節(jié)土的工程分類第二節(jié)土的粒度成分與分析一、土的粒組（復(fù)習(xí)）二、土的粒度成分及其表示方法三、土的粒度成分分析原理四、粗粒土按粒度成分分類（建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ7-89）一、土的粒組（復(fù)習(xí)）粒度（Granularity,grainess)粒組（fraction）巨大的礫石—漂石掃描電鏡描述土的粒度的方法－粒組粗粒組：礫粒組、砂粒組細(xì)粒組：粉粒組、粘粒組

二、土的粒度成分及其表示方法（復(fù)習(xí)與練習(xí)）粒度成分(grainsizecomposition):土中各種不同粒組的相對(duì)含量，亦稱顆粒級(jí)配。以干土質(zhì)量的百分比表示。式中x——某粒組的質(zhì)量百分?jǐn)?shù),%Wa——干土中某粒組的質(zhì)量,gWb——干土總質(zhì)量,g粒度成分的表示方法1.表格法2.累積(累計(jì))曲線法(grainsizeaccumulationcurve)3.三角坐標(biāo)法累積曲線分析與應(yīng)用(1)判斷各粒組的分布情況曲線陡,粒度變化范圍窄,顆粒均勻,級(jí)配不好曲線緩,粒度變化范圍寬,顆粒不均勻,級(jí)配良好(2)求任一累積百分含量Xd對(duì)應(yīng)的粒徑dX有效粒徑d10中間粒徑d30平均粒徑d50界限粒徑d60特征粒徑舉例（土樣1）有效粒徑d10=0.10,〈0.10mm的顆粒占總質(zhì)量的10%中間粒徑d30=0.22,〈0.22mm的顆粒占總質(zhì)量的30%平均粒徑d50=0.33,〈0.33mm的顆粒占總質(zhì)量的50%界限粒徑d60=0.39,〈0.39mm的顆粒占總質(zhì)量的60%特征粒徑的應(yīng)用(1)用d10估算非均質(zhì)砂的滲透系數(shù)k=d102

k——cm/sd10——mm(2)不均勻系數(shù)Cu=d60/d10

曲率系數(shù)Cc=d302/（d10?d60）用Cu和Cc表示土的級(jí)配Cu<5,級(jí)配不良Cu>5,Cc=1-3,同時(shí)滿足,級(jí)配良好不同時(shí)滿足,級(jí)配不良3.三角坐標(biāo)法

(triangularchart)三角坐標(biāo)為一等腰三角形，可以表示三種粒組的含量，一般為砂粒組、粉粒組、粘粒三角坐標(biāo)三角坐標(biāo)三、土的粒度成分分析原理1.篩分析法(粒度大于0.075mm的土)2.沉降分析法(粒度小于0.075mm的土）測量原理：首先制備懸液，體積為V，土與水充分混合，土中存在各種粒徑的顆粒，假設(shè)（1）顆粒是球形的。任一顆粒的沉降不受其他顆粒的影響；（2）水在廣度上是無限的；（3）顆粒比重均勻。同一顆粒作均勻下沉。懸液中土的質(zhì)量為ms，水的質(zhì)量為mw，土顆粒的比重為Gs，顆粒體積為Vs=ms/Gs，水體積Vw，Vw=V-Vs四、粗粒土按粒度成分的分類

中國國家標(biāo)準(zhǔn)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

（ＧＢＪ７－８９）1.碎石土碎石土應(yīng)為粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重的50%的土。2.砂土砂土應(yīng)為粒徑大于2mm的顆粒不超過全重的50%、粒徑大于0.075的超過全重的50%的土。碎石土的分類（GBJ7-89）土的名稱顆粒形狀顆粒級(jí)配漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全重50%塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全重50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%角礫棱角形為主砂土的分類（GBJ7-89）土的名稱顆粒級(jí)配礫砂粒徑大于2mm的顆粒