土的物理性質(zhì)和工程分類PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 土的物理性質(zhì)和工程分類土的物理性質(zhì)和工程分類 3.1 土的組成 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1頁(yè)/共64頁(yè) 一. 土的固體顆粒 物理狀態(tài) 力學(xué)特性 顆粒級(jí)配 礦物成分 顆粒形狀 第2頁(yè)/共64頁(yè) 1. 顆粒級(jí)配 顆粒大小 各粒徑成分在土中占的比例 又稱 粒度成分 影響土性的主因 顆粒級(jí)配 第3頁(yè)/共64頁(yè) 顆粒大小 粒組 按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類 界限粒徑 d (mm ) 礫 石 砂 粒 卵 石 粉 粒 粘 粒 6 0 20.07 5 2000.00 5 粗 粒 細(xì) 粒 漂 石 巨 粒 1. 顆粒級(jí)配 第4頁(yè)/共64頁(yè) 顆粒級(jí)配 確

2、定方法 篩分法：適用于粗粒土 (0.075 mm) 水分法：適用于細(xì)粒土 (0.075 mm) 各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示 表述方法 粒徑級(jí)配累積曲線 1. 顆粒級(jí)配 第5頁(yè)/共64頁(yè) 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 200g 10 16 18 24 22 38 72 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001 粒徑(mm) P % 95 87 78 66 55 36 土的顆粒級(jí)配累積曲線 水分法 篩分法 第6頁(yè)/共64頁(yè)

3、100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001 粒徑(mm) 土的顆粒級(jí)配累積曲線 d60d50d10d30 特征粒徑: d50 : 平均粒徑 d60 : 限制粒徑 d10 : 有效粒徑 d30: 中值粒徑 不均勻程度： Cu = d60 / d10 不均勻系數(shù) Cu 5,級(jí)配不均勻 粗細(xì)程度： 用d50 表示 1. 顆粒級(jí)配 d60d10d30CuCc 0.33 0.005 0.063662.41 第7頁(yè)/共64頁(yè) 100 90 80 70 60 50 40 3

4、0 20 10 0 小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001 粒徑(mm) 土的顆粒級(jí)配累積曲線 d60d10d30 曲線d60d10d30CuCc L 0.33 0.005 0.081 66 3.98 M0.0632.41 R0.0300.545 斜率: 某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量 陡相應(yīng)粒組質(zhì)量集中 緩-相應(yīng)粒組含量少 平臺(tái)-相應(yīng)粒組缺乏 連續(xù)程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系數(shù) 較大顆粒缺少Cc 減小 較小顆粒缺少Cc 增大 Cc = 1 3, 級(jí)配連續(xù)性好 1. 顆粒級(jí)配 第8頁(yè)/共64頁(yè) 顆

5、粒級(jí)配 粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途： 1）粒組含量用于土的分類定名； 2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度： Cu 5, 不均勻土； Cu 3 或 Cc 1,級(jí)配不連續(xù)土 4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣： 如果 Cu 5且 C c = 1 3 ， 級(jí)配 良好的土； 如果 Cu 3 或 Cc 1g/cm3 冰點(diǎn)處于零下幾十度 具有固體的特性 溫度高于100C時(shí)可蒸發(fā) 強(qiáng)結(jié)合 水 位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)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 弱結(jié)合 水 第14頁(yè)/共64頁(yè) 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

6、在重力與表面張力作用下 可在土粒間空隙中自由移動(dòng) 自由水 第15頁(yè)/共64頁(yè) 土中毛細(xì)現(xiàn)象 毛細(xì)水 分布在土粒內(nèi)部相互貫通 的孔隙可以看成許多形狀 不一、直徑互異、彼此連 通的毛細(xì)管 毛細(xì)升高與孔徑成反比 粘土 粉土 砂土 礫石 第16頁(yè)/共64頁(yè) 三. 土中氣體 v自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大 v封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道 第17頁(yè)/共64頁(yè) 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 顆粒形狀 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18頁(yè)/共64頁(yè) 土顆粒

7、或粒團(tuán)的 空間排列和相互聯(lián)結(jié) 三、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土粒間的作用力 粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo) 力學(xué)特性 土的結(jié)構(gòu) 影響 粗粒土的結(jié)構(gòu) 細(xì)粒土的結(jié)構(gòu) 重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度 第19頁(yè)/共64頁(yè) 1. 粗粒土的結(jié)構(gòu) 粒間作用 力 排列形式 礦物成分 單粒結(jié)構(gòu) 示意圖 重力，毛細(xì)力 點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與面 原生礦物 第20頁(yè)/共64頁(yè) 2. 細(xì)粒土的結(jié)構(gòu) 粒間作用力 形成環(huán)境 排列形式 礦物成分 表面力、膠結(jié)力 （斥力減小引力增加） 絮凝結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu) 示意圖 表面力、膠結(jié)力 （粒間引力占優(yōu)勢(shì)） 淡水中沉積海水中沉積 次生礦物次生礦物 天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結(jié)構(gòu)過(guò)渡向另一種結(jié)構(gòu)。 點(diǎn)與點(diǎn) 邊、角與面

8、 邊、角與邊 力學(xué)特性有何差異？ 第21頁(yè)/共64頁(yè) 3. 土的構(gòu)造 在同一土層中的物質(zhì)成份和顆粒大小等都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征稱為土的構(gòu)造。 土的不均勻性 土的構(gòu)造是土層的層理、裂隙及大孔隙等宏觀特征，亦稱為宏觀結(jié)構(gòu)。 第22頁(yè)/共64頁(yè) 3.1 土的組成 3.2 土的物理性質(zhì)指標(biāo) ?3.3 無(wú)粘性土的密實(shí)度 ?3.4 粘性土的物理性質(zhì) ?3.5 土的工程分類 3土的物理性質(zhì)與工程分類 第23頁(yè)/共64頁(yè) 3.2 土的物理性質(zhì)指標(biāo) 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 ？ 第24頁(yè)/共64頁(yè)

9、一. 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(jiǎn)單，數(shù)量很多 要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、 單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別 定義 基本方法: 三相草圖法 第25頁(yè)/共64頁(yè) 三相草圖 Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 質(zhì)量體積 第26頁(yè)/共64頁(yè) 1.室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)基本物理性質(zhì)指標(biāo) Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 質(zhì)量體積 土的密度、土粒的比重、土的含水量 土的密度 aws ws VVV mm V m 土的

10、容重 =g 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: 1.602.20 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): 采用環(huán)刀法測(cè)定 第27頁(yè)/共64頁(yè) Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 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 s s s V m 單位: 無(wú)量綱 土粒比重一般范圍: 粘性土 2.70 2.75 砂 土 2.65 C w 4 C4 w s s G 4C時(shí)純蒸餾水的密 度 C4 w =1.0 g/cm3 土粒比重在

11、數(shù)值上等于土粒的密度 定義: 土粒的密度與4C時(shí)純蒸餾水的密度的比值，ds或Gs 表達(dá)式: 采用比重瓶法測(cè)定 第28頁(yè)/共64頁(yè) Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 質(zhì)量體積 土的含水量 s s s w m mm m m (%)w 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(guò)100 表達(dá)式: 采用烘干法測(cè)定 第29頁(yè)/共64頁(yè) v表示土中孔隙含量的指標(biāo) 孔隙比 孔隙率 (孔隙度 ) s v V V e 2. 其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo) V V (%)n v 關(guān)系: e1 e n n1 n e 在某種程度上

12、反映土的松密 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(wú)量綱 表達(dá)式: Water Air Solid Va Vw Vs Vv V 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= 1 Vv= e V=1+ e Water Air Solid 體積 三相草圖可用于確定 物性指標(biāo)之間的關(guān)系 第30頁(yè)/共64頁(yè) v表示土中含水程度的指標(biāo) s w m m (%)w 含水量 飽和度 v w r V V S Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 質(zhì)量體積 表達(dá)式: 定

13、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31頁(yè)/共64頁(yè) v表示土的密度和重度的指標(biāo) 天然密 度 干密度 飽和密 度 aws ws VVV mm V m 天然重度 干重度 V ms d g g dd V Vm vws sat g satsat 浮重度wsat 浮密度有效重度 飽和重度 Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 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: V Vm wss g

14、第32頁(yè)/共64頁(yè) 各種密度重度之間的大小關(guān)系： dsat dsat 天然密 度 干密度 飽和密 度 V m 天然重度 干重度 V ms d g g dd V Vm vws sat g satsat 浮重度 wsat g 飽和重度 Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 質(zhì)量體積 浮密度 V Vm wss 第33頁(yè)/共64頁(yè) Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 質(zhì)量體積 saw vaw VVVV VVV swa a www mmmm m0 mV 已知關(guān)系五個(gè): 共有九個(gè)參數(shù): V Vv Vs Va

15、Vw / ms m w ma m 根據(jù)已知關(guān)系和三個(gè)基 本指標(biāo)換算其他指標(biāo) 物性指標(biāo)的換算: 可假設(shè)任一參數(shù)為1,如Vs 對(duì)于飽和土, Va=0 則Vv =Vw 換算舉例 常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系 第34頁(yè)/共64頁(yè) 舉例：孔隙比e的換算 Water Air Solid Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 質(zhì)量體積 V m e wd V m ws 1 )1 ( 1 )1( ws wd e 第35頁(yè)/共64頁(yè) 常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系 教科書 P27 表3-4 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) 例題 教科書 P28 例題3-

16、1 第36頁(yè)/共64頁(yè) 小結(jié) 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(jiǎn)單，數(shù)量很多 要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、 單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別 定義 基本方法: 三相草圖法 室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo) 土的密度、土粒的比重、土的含水量 三相草圖有助于直觀 理解物性指標(biāo)的概念 其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo) v表示土中孔隙含量的指標(biāo) v表示土中含水程度的指標(biāo) v表示土的密度和容重的指標(biāo) 三相草圖可用于確定 物性指標(biāo)之間的關(guān)系 三相草圖法是求取物 理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而 有效的方法 第37頁(yè)/共64頁(yè) 第38頁(yè)/共64頁(yè) 3.1 土的組

17、成 3.2 土的物理性質(zhì)指標(biāo) 3.3 無(wú)粘性土的密實(shí)度 3.4 粘性土的物理性質(zhì) ?3.5 土的工程分類 3土的物理性質(zhì)與工程分類 第39頁(yè)/共64頁(yè) 土的物理狀態(tài)指標(biāo) 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) (三相間的比例關(guān)系) 力學(xué)特 性 影響 表 示 無(wú)粘性土 砂類土 碎石土 第40頁(yè)/共64頁(yè) emax與emin ：最大與最小孔隙比 3.3 無(wú)粘性土的密實(shí)度 密實(shí)度 如何衡量? 單位體積中固體顆粒含量的多少 或 孔隙含量的多少 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便 缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響 只能用于同一種土 對(duì) 策 相對(duì)密實(shí)度 minmax max r ee ee D 干容重

18、d或孔隙比e或孔隙率n emin = 0.35 emin = 0.20 第41頁(yè)/共64頁(yè) emax: 最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器 ，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比 emin: 最小孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法 振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得 到最小孔隙比 emax與emin ：最大與最小孔隙比 注意：室內(nèi)測(cè)得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難 對(duì) 策 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù) N 第42頁(yè)/共64頁(yè) 粗粒土的密實(shí)度的判別 相對(duì)密實(shí)度： Dr = 1 , 最密狀態(tài) Dr = 0 , 最松狀態(tài) Dr 1/3

19、 , 松散狀態(tài) 1/3 2/3 , 密實(shí)狀態(tài) 標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)： 砂土 N 10 , 松散狀態(tài) 10 N 15 , 稍密狀態(tài) 15 30 , 密實(shí)狀態(tài) 碎石土 N 5 , 松散狀態(tài) 5 N 10 , 稍密狀態(tài) 10 20 , 密實(shí)狀態(tài) 第43頁(yè)/共64頁(yè) 粘性土的物理狀態(tài)軟硬狀 態(tài) 也稱稠度狀態(tài) 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) 可塑性 界限含水量 第44頁(yè)/共64頁(yè) 粘性土的物理狀態(tài)軟硬狀 態(tài) 粘性土的稠度反映土中水的形態(tài) 強(qiáng)結(jié)合水膜最大 出現(xiàn)自由水 固態(tài)或半固 態(tài) 塑態(tài) 流態(tài) 稠度狀態(tài) 強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合 水 自由水土中水的形態(tài) w 含水量 塑限wp液限wl 稠度界限縮限ws

20、 搓條法錐式液限儀 第45頁(yè)/共64頁(yè) plp Iww 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) 缺點(diǎn) 不能充分反映粘土顆粒含量 不同的粘土礦物結(jié)合水的含量不同 活性指數(shù) 002. 0 p p I A p0.002: 粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比 A 1.25 非活性粘土 正常粘土 活性粘土 粘性土的物理狀態(tài)軟硬狀 態(tài) 第46頁(yè)/共64頁(yè) 相對(duì)稠度 p L lp ww I ww 問(wèn)題：僅適用于重塑土 即使含水量相同，稠度可能不同 液性指數(shù) 對(duì)不同的粘土，wp、wl 大小不同 定義： wp w wl IL1 堅(jiān)硬狀態(tài) 可塑狀

21、態(tài) 流 態(tài) 0.00 0.25 0.25 - 0.75 0.75 1.00 硬塑 可塑 軟塑 對(duì)同一種粘土，含水量可反映其稠度 問(wèn)題： 粘性土的物理狀態(tài)軟硬狀 態(tài) 第47頁(yè)/共64頁(yè) u u t q q S 反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo) 0 3 u q u q 相同含水量、密度 1.粘性土的靈敏度 St = 原狀土結(jié)構(gòu)性 相同含水量 密度、組成 粉碎 重塑 重塑土 強(qiáng)度降低 St 1 1-2 2-4 4-8 8-16 16 粘性土 不靈敏 低靈敏 中等靈敏 靈敏 很靈敏 流動(dòng) 原狀土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度 第48頁(yè)/共64頁(yè) 含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因 靜置而逐漸

22、強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性 。 土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的， 是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。 目前尚沒(méi)有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。 2. 粘性土的觸變性 反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo) 第49頁(yè)/共64頁(yè) 粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo): 相對(duì)密度Dr；標(biāo)貫擊數(shù)N 小結(jié) 粘性土的稠度狀態(tài)指標(biāo): 液性指數(shù)IL 引入 定義 判別標(biāo)準(zhǔn) 稠度界限 稠度狀態(tài) 含水量 土中水的形態(tài) 塑性指數(shù) 液性指數(shù) 引入 定義 判別標(biāo)準(zhǔn) 粗粒土與粘性土為何采 用不同的物理狀態(tài)指標(biāo) ？ 第50頁(yè)/共64頁(yè) 3.1 土的組成 3.2 土的物理性質(zhì)指標(biāo) 3.3 無(wú)粘性土的密實(shí)度 3.4 粘性土的物理性質(zhì) 3.5

23、 土的工程分類 3土的物理性質(zhì)與工程分類 第51頁(yè)/共64頁(yè) 目的： 依據(jù)： 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2002分類法 水利、交通等部門的分類法 3.5 土的工程分類 是將工程性質(zhì)相近 的土歸為一類 便于研究、交流及應(yīng)用 能反映土的物理力學(xué)性質(zhì) 土的組成 土的狀態(tài) 土的結(jié)構(gòu) 第52頁(yè)/共64頁(yè) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2002分類法 土 巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土 3.5 土的工程分類 第53頁(yè)/共64頁(yè) 碎石土 土的名稱 顆粒形狀 粒組含量 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(guò)全質(zhì)量50% 卵石 碎石 圓形及亞圓形為主 棱角形為主 圓形及亞圓形為主 棱角形為主 圓礫 角礫 粒徑大于20mm的顆 粒超過(guò)全質(zhì)量50% 粒徑大于2mm的顆 粒超過(guò)全質(zhì)量50% 第54頁(yè)/共64頁(yè) 砂土 土的名稱 粒組含量 粒徑大于2mm的顆粒 占全質(zhì)量25 - 50% 礫砂 粗砂 中砂 細(xì)砂 粉砂 粒徑大于0.5mm的顆 粒超過(guò)全質(zhì)量50% 粒徑大于0.25mm的顆 粒超過(guò)全質(zhì)量50% 粒