第三章 土的物理性質(zhì)與工程分類..ppt

1、土的物理性質(zhì)在一定程度上決定了它的力學(xué)性質(zhì)，其指標在工程計算中常被直接應(yīng)用。 對種類繁多、性質(zhì)各異的土，按一定的原則，進行分門別類，給出合適的名稱，可以概略評價土的工程性質(zhì)。 第一節(jié) 土的基本物理性質(zhì) 第二節(jié) 粘性土的稠度與可塑性 第三節(jié) 土的透水性 第四節(jié) 土的工程分類,第三章 土的物理性質(zhì)與工程分類,第一節(jié) 土的基本物理性質(zhì),土的物理性質(zhì)是指三相的質(zhì)量與體積之間的相互比例關(guān)系及固、液二相相互作用表現(xiàn)出來的性質(zhì)。 前者稱為土的基本物理性質(zhì)，主要研究土的密實程度和干濕狀況； 后者主要研究粘性土的可塑性、脹縮性及透水性等。,土的三相圖,土的三相圖,質(zhì)量m,體積V,直接測定指標,1.土的密度：單位

2、體積土的質(zhì)量,工程中常用容重來表示單位體積土的重力,重力加速度，近似取10m/s2,2. 土粒容重和密度,土粒相對密度Gs（土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的4時純水的質(zhì)量之比,土粒比重：細粒土（粘性土）一般2.702.75；砂土一般為2.65左右。土中有機質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小,直接測定指標,3.土的含水量：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示,土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。,測定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法,直接測定指標,2.飽和容重 sat ：土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度

3、,1.干容重 d ：單位體積土體中固體顆粒部分的重力,3.浮容重 ：土體單位體積內(nèi)土粒重力與同體積水的重力之差,換算指標,4.孔隙比e,孔隙比e ：土體中孔隙體積與土粒體積之比,5.孔隙率n ：土體中孔隙體積與總體積之比，以百分數(shù)表示,換算指標,6.土的飽和度Sr ：土體中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分數(shù)表示,飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài):,Sr50%稍濕； 50Sr80%很濕； Sr80%飽和,換算指標,單元土三相圖,指標間換算：,土的三相指標中，土粒容重 s ，含水量和土的容重是通過試驗測定的，可以根據(jù)三個基本指標換

4、算出其余各指標,孔隙比和孔隙率,飽和度,指標間換算：,土的飽和容重、浮容重、干容重,指標間換算：,例題分析,【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度Gs為2.66，求該土樣的含水量、密度、重度 、干重度d 、孔隙比e、飽和重度sat和有效重度,解 答,作業(yè)： 3-2，3-3,土的物理狀態(tài)主要指土的松、密和軟、硬程度 一、粉土和粗粒土（密實程度） 二、粘性土（軟硬程度稠度）,第二節(jié) 粘性土的稠度與可塑性,土的物理狀態(tài)主要指土的松、密和軟、硬程度,砂性土：,密實程度：松、密,粘性土：,軟硬程度（稠度）：軟、硬,第二節(jié) 粘性土的稠度與

5、可塑性,1. 無粘性土的密實度,土的密實度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂、碎石等處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)。無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系,1）孔隙比e或孔隙率n,密實度,如何衡量?,單位體積中固體顆粒含量的多少,優(yōu)點：簡單方便,缺點：不能反映級配的影響 只能用于同一種土,emin = 0.35,emin = 0.20,利用孔隙比e或孔隙率分類,2）相對密實度Dr,砂土在天然狀態(tài)下孔隙比,砂土在最密實狀態(tài)時的孔隙比,砂土在最松散狀態(tài)時的孔隙比,當Dr=0時， e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);當Dr=1.0時， e=emax，表示土體處于最密

6、實狀態(tài),Dr1/3,疏松狀態(tài),1/3Dr2/3,中密狀態(tài),2/3Dr1,密實狀態(tài),3）按動力觸探確定無粘性土的密實度,天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數(shù)N63.5進行評定。,密實度,按N評定砂石密實度,松散,稍密,中密,密實,N10,10N15,15N30,N30,標準貫入試驗 （Standard Penetration Test）,標準貫入數(shù) N63.5,錘 重：63.5kg,落 距：760mm,打入深度：300mm,2. 粘性土的稠度和可塑性,1）粘性土的稠度狀態(tài),稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征,粘性土由某一種狀態(tài)過渡

7、到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限,阿特堡界限 (Atterberg limit),自由水,液 態(tài),可塑態(tài),固態(tài)或半固態(tài),稠度狀態(tài),固態(tài)或半固態(tài),塑態(tài),流態(tài),土中水的形態(tài),強結(jié)合水,弱結(jié)合水,自由水,w,含水量,稠度界限,塑限p,強結(jié)合水膜最大,液限l,出現(xiàn)自由水,粘性土的稠度反映土中水的形態(tài),液限和塑限的測定方法：,液限（Liquid Limit）： 液塑限聯(lián)合測定儀或碟式儀,塑限（Plastic Limit）： 搓條法或液塑限聯(lián)合測定儀,1、液限L 錐式液限儀測定法：76g錘經(jīng)5s恰好沉入土10mm所對應(yīng)的含水量。 2、塑限p 滾搓法：將天然濕度的土體在毛玻璃上搓成直徑為3mm 土條時

8、，土條恰好產(chǎn)生裂縫并開始斷裂時的含水量。,錐式液限儀,碟式液限儀,2）粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù),塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍,說明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高 IP17 粘土； 17IP10粉質(zhì)粘土； IP10粉土或砂類土,說明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關(guān)系。當IL0時,P,土處于堅硬狀態(tài);當IL1時,L,土處于流動狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài),液性指數(shù)IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比,例題：從某地基取原狀土樣，測得土的液限wL

9、=47%，塑限wp=18%，天然含水量w=40%，問地基土是什么土，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3-4， 1.0IL0.75，得土處于軟塑狀態(tài)。,第三節(jié) 土的透水性,一、土的滲透性,土中孔隙一般是連通的，當飽和土中的兩點存在能量差時，水就在土的孔隙中從能量高的點向能量低的點流動。 水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象稱為滲流 土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性,土的滲透符合Darcy定律（1856） 在層流狀態(tài)下，土中水的滲流速度與能量損失之間服從線性滲流規(guī)律。即滲流十分緩慢，相鄰兩個水分子運動的軌跡相互平行而不混摻。 上述理論即為達西定律：滲

10、出水量Q與圓筒過水斷面積A和水力梯度I成正比，且與土的透水性質(zhì)有關(guān)。,V不是孔隙中水的實際流速，因公式推導(dǎo)中采用的是土樣的整個面積，包括了土粒骨架所占的部分面積在內(nèi)，因土粒本身是不透水的，故真實面積Av小于A，從而實際平均流速Vs大于V，通過水流連續(xù)原理建立： 孔隙率n，,滲透系數(shù)是反映土的透水性能的比例系數(shù)，是水力梯度為1時的滲透速度，其量綱和滲透速度相同。物理含義即為單位面積單位水力梯度單位時間內(nèi)透過的水量。,二、土的滲透性影響因素,1.顆粒級配。影響性最大。土粒越細或粗大顆粒間含有細顆粒越多，土的滲透性越弱，反之越強。 2.礦物成份。粘土礦物的成分不同，形成結(jié)合水膜的厚度不同，故不同粘土

11、礦物組成的土，其透水性也不同，通常隨土中親水性強的粘土礦物增多，滲透性降低。（思考：蒙脫石，高嶺石，伊利石滲透性能的大?。?3.土的密度。對同一種土而言，土越密實，孔隙越小，滲透性也就降低。故土的滲透性隨土的密實程度的增大而減小。 4.土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。 5.水溶液成份和濃度。粘性土的滲透性隨溶液中陽離子價數(shù)和水溶液濃度的增大而增大。,1.分類的目的,土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標準，便于在不同土類間作有價值的比較、評價、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗的交流,2.分類原則：,1.分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)，又要測定方法簡單，使用方便,2.土的

12、分類體系所采用的指標要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性,第四節(jié) 土的工程分類,巖 土,巖 石,碎 石 土,粉 土,特 殊 土,砂 土,粘性土,3.分類體系與方法,分類體系：,1.建筑工程系統(tǒng)分類體系,2.公路路基土分類體系,公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范、 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)側(cè)重把土作為建筑地基和環(huán)境進行分類,公路路基設(shè)計規(guī)范（JTG D302004)側(cè)重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土進行分類,分類方法：,1.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB500072002),根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大

13、類,a.巖石的分類,顆粒間牢固粘結(jié),呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，堅硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類,b.碎石土的分類,c.砂土的分類,粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土,根據(jù)堆積時代分,根據(jù)塑性指數(shù)Ip分,按工程特性分,根據(jù)有機質(zhì)含量分類,1）老堆積土：第四紀更新世Q3及其以前 2）一般堆積土：全新世堆積 3）新近堆積土：全新世以后,IP17 粘土； 17IP10粉質(zhì)粘土； IP10粉土或砂類土,濕陷性土 、紅粘土 、軟土（包括淤 泥和淤泥質(zhì)土）、 多年冰土、膨脹土 、鹽滯土 、混合土 、填土污染土等,無

14、機土 ：Q5% 有機質(zhì)土 ：5%Q10% 泥炭質(zhì)土 ：10Q60 泥炭 ：Q60,d.粘性土的分類,2.土的分類標準(GBJ14590)-水利部的土質(zhì)分類,根據(jù)各粒組的相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、粗粒土和細粒土四大類,a.巨粒土和含巨粒土的分類,巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于60mm的巨粒含量區(qū)分。若土中巨粒含量多于50%,屬于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之間，屬于含巨粒土,b.粗粒土的分類,巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒徑大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，屬于粗粒土。,c.細粒土的分類 土中粒徑小于0.075mm的細粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于2

15、5%的土屬于細粒土。 細粒土按塑性圖進行細分。,粗粒土分為礫類土和砂類土兩類 礫粒組質(zhì)量多余總質(zhì)量的50%的土為礫類土， 礫粒組質(zhì)量少于或等于余總質(zhì)量的50%的土為砂類土。,三、國標土的工程分類標準（GBJ145-90）規(guī)定的土的野外鑒別方法,例題 下圖為某種土的粒徑級配累積曲線。其中粒徑小于0.075mm的細粒土，經(jīng)測定wL=38%，wp=23%。試按巖土工程勘察規(guī)范分類法定出土的名稱。,砂類土的分類,分析： 1、d2mm的顆粒重量0.5mm的顆粒重量50% 按前述內(nèi)容，定名為粗砂 2、d10 應(yīng)進一步定名為含粘性土粗砂,例題分析,【例】下圖為某三種土A、B、C的顆粒級配曲線,試按地基規(guī)范分

16、類法確定三種土的名稱,【解答】,A土:從A土級配曲線查得,粒徑小于2mm的占總土質(zhì)量的67%、粒徑小于0.075mm占總土質(zhì)量的21%,滿足粒徑大于2mm的不超過50%,粒徑大于0.075mm的超過50%的要求,該土屬于砂土； 又由于粒徑大于2mm的占總土質(zhì)量的33%,滿足粒徑大于2mm占總土質(zhì)量25%50%的要求,故此土應(yīng)命名為礫土,B土:粒徑大于2mm的沒有,粒徑大于0.075mm占總土質(zhì)量的52%,屬于砂土。按砂土分類表分類,此土應(yīng)命名為粉砂,C土:粒徑大于2mm的占總土質(zhì)量的67%,粒徑大于20mm的占總土質(zhì)量的13%,按碎石土分類表可得,該土應(yīng)命名為圓礫或角礫,課堂作業(yè)：已知某土樣的液限指數(shù)IL為0.16，其天然含水量為21%,塑限為24%,求該土樣的塑性指數(shù)，并指出該土應(yīng)屬何種土？ 作業(yè)： 3-4,土的形成及顆粒特征,土是巖石經(jīng)過風化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物,搬運、沉積,形成過程 形成條件,物理力學(xué)性質(zhì),風化,影響,土有三個組成部分：固相、液相和氣相,1. 固體顆粒,2. 土中水,3. 土中氣體,粒徑級配 礦物成分 顆粒形狀,結(jié)合水 (強結(jié)合水、弱結(jié)合水) 自由水 (重力水、毛細水),自由氣體 封閉氣體,土的結(jié)構(gòu)及工程性質(zhì),土的三相組成及物理