ch土的物理性質(zhì)與工程分類(lèi)實(shí)用實(shí)用教案

1、11.1 土的生成(shn chn)地殼表巖地球風(fēng)化作用搬運(yùn)、沉積土地球土是巖石土是巖石(ynsh)經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物形成(xngchng)過(guò)程形成(xngchng)條件物理力學(xué)性質(zhì)影響第1頁(yè)/共41頁(yè)第一頁(yè)，共42頁(yè)。2生物(shngw)風(fēng)化物理(wl)風(fēng)化化學(xué)(huxu)風(fēng)化量變無(wú)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)生裂縫影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫, ,或在運(yùn)動(dòng)過(guò)或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎。程中因碰撞和摩擦而破碎。母巖表面和碎

2、散的顆粒受環(huán)境因素的作用而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。改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物。風(fēng)化作用種類(lèi)第2頁(yè)/共41頁(yè)第二頁(yè)，共42頁(yè)。3物理(wl)風(fēng)化第3頁(yè)/共41頁(yè)第三頁(yè)，共42頁(yè)。4化學(xué)(huxu)風(fēng)化第4頁(yè)/共41頁(yè)第四頁(yè)，共42頁(yè)。5搬運(yùn)(bnyn)和沉積 搬運(yùn)：由風(fēng)力、水流(shuli)、重力等完成。 沉積：殘積、坡積、沖積等。殘積土殘積土無(wú)搬運(yùn)無(wú)搬運(yùn)(bnyn)土土質(zhì)質(zhì)較較好好顆粒表面粗糙顆粒表面粗糙多棱角多棱角粗細(xì)不均粗細(xì)不均無(wú)層理無(wú)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)殘留在母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒

3、后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物原地的堆積物第5頁(yè)/共41頁(yè)第五頁(yè)，共42頁(yè)。6搬運(yùn)(bnyn)和沉積運(yùn)積土運(yùn)積土有搬運(yùn)有搬運(yùn)(bnyn)風(fēng)化所形成的土顆粒風(fēng)化所形成的土顆粒(kl)，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物點(diǎn)所沉積的堆積物第6頁(yè)/共41頁(yè)第六頁(yè)，共42頁(yè)。7運(yùn)積土運(yùn)積土有搬運(yùn)有搬運(yùn)(bnyn)風(fēng)：風(fēng)：風(fēng)積土風(fēng)積土重力重力(zhngl): (zhngl): 坡積土坡積土 流水流水(lish(lishu):u):洪積土洪積土沖積土沖積土湖泊沼澤沉積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物海相沉積物冰川冰川: : 冰積土冰積土土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻土粒粗

4、細(xì)不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)渾圓度分選性明顯，土層交迭渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機(jī)物淤泥，土性差含有機(jī)物淤泥，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，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，層厚而不具層理顆粒均勻，層厚而不具層理搬運(yùn)和沉積第7頁(yè)/共41頁(yè)第七頁(yè)，共42頁(yè)。81.2 土的概念(ginin)與基本特征 土是巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積所形成(xngchng)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(yè)/共41頁(yè)第八頁(yè)，共42

5、頁(yè)。91.3 土的組成(z chn)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(kngx)為液相和氣相填滿(mǎn)，這些空隙(kngx)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(lèi))。氣相主要是空氣，水蒸氣，有時(shí)還有沼氣等。第9頁(yè)/共41頁(yè)第九頁(yè)，共42頁(yè)。101.3.1 土的固相構(gòu)成土骨架(gji)，起決定作用礦物成分礦物成分顆粒形狀顆粒形狀 粒徑級(jí)配粒徑級(jí)配固相第10頁(yè)/共41頁(yè)第十頁(yè)，共42頁(yè)。111、土粒的礦物(kungw)組成 土是巖石(ynsh)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(kun

6、gw)成分原生礦物有機(jī)質(zhì)次生礦物第11頁(yè)/共41頁(yè)第十一頁(yè)，共42頁(yè)。12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(jiàn)的有石英，長(zhǎng)石和云母(ynm)。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(wú)塑性。原生礦物(yunshng-kungw)第12頁(yè)/共41頁(yè)第十二頁(yè)，共42頁(yè)。13次生礦物(c shn kun w) 由原生礦物經(jīng)化學(xué)(huxu)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。

7、第13頁(yè)/共41頁(yè)第十三頁(yè)，共42頁(yè)。14有機(jī)質(zhì)第14頁(yè)/共41頁(yè)第十四頁(yè)，共42頁(yè)。152、土的顆粒(kl)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(duì)百分含量。 通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量(zhling)（干土質(zhì)量(zhling)）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(yè)/共41頁(yè)第十五頁(yè)，共42頁(yè)。16顆粒(kl)級(jí)配的測(cè)定第16頁(yè)/共41頁(yè)第十六頁(yè)，共42頁(yè)。17顆粒(kl)級(jí)配的測(cè)定o 比重計(jì)法o 適用于粉土和粘性土o d 3 或 Cc 105 C）下，才能從礦物中吸出。）下，才能從礦物中吸出

8、。自由水自由水強(qiáng)結(jié)合水：緊靠土顆粒表面強(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。由水，存在于地下水位以上的透水層中。氣態(tài)水：土中氣的一部分氣態(tài)水：土中氣的一部分由于電分子引力作由于電分子引力作用而緊密吸附于土用而緊密吸附于土粒表面的水粒表面的水第25頁(yè)/共41頁(yè)第二十五頁(yè)，共42頁(yè)。26 排列致密、定向性強(qiáng)排列致密、定向性強(qiáng)

9、 密度密度1.2-2.4g/cm31.2-2.4g/cm3 冰點(diǎn)冰點(diǎn)(bngdin)(bngdin)處于處于-78-78攝氏度攝氏度 具有固體的的特性具有固體的的特性 溫度高于溫度高于100100C C時(shí)可蒸發(fā)時(shí)可蒸發(fā) 結(jié)合水第26頁(yè)/共41頁(yè)第二十六頁(yè)，共42頁(yè)。27 對(duì)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(jih)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(jih)水的重大影響。 對(duì)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(jih)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

10、、級(jí)配和排列。結(jié)合水對(duì)土的工程(gngchng)性質(zhì)的影響第27頁(yè)/共41頁(yè)第二十七頁(yè)，共42頁(yè)。28自由(zyu)水 自由水：離開(kāi)土顆粒表面較遠(yuǎn)，不受土顆粒電分子引力(ynl)作用，且可自由移動(dòng)的水。hc毛細(xì)水毛細(xì)水重力重力(zhngl)水水自由水自由水重力水重力水毛細(xì)水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)在重力作用下可在土中自由流動(dòng) 存在于固氣之間存在于固氣之間 在重力與表面張力作用下在重力與表面張力作用下 可在土粒間空隙中自由移動(dòng)可在土粒間空隙中自由移動(dòng)第28頁(yè)/共41頁(yè)第二十八頁(yè)，共42頁(yè)。291.3.3 土的氣相分類(lèi): 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

11、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(duì)土的性質(zhì)無(wú)大影 響。密閉氣體的體積與壓力有關(guān)，壓力增加(zngji)，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(zngji)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(yè)/共41頁(yè)第二十九頁(yè)，共42頁(yè)。301.3.4 土的結(jié)構(gòu)(jigu)和構(gòu)造1、土的結(jié)構(gòu)土顆粒之間的相互(xingh)排列和連續(xù)形式，稱(chēng)為土的結(jié)構(gòu)。 粗粒土：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在單粒結(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

12、點(diǎn)的接觸。根據(jù)形點(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)成條件不同，可分為疏松狀態(tài)(zhungti)(zhungti)和密實(shí)狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài)(zhungti)(zhungti)。 第30頁(yè)/共41頁(yè)第三十頁(yè)，共42頁(yè)。31土的結(jié)構(gòu)(jigu)粉粉 土：蜂窩土：蜂窩(fngw)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒(kl)(kl)間點(diǎn)與點(diǎn)接間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，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(lái)，形成孔隙較大的很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 絮狀結(jié)構(gòu)：

13、海水絮狀結(jié)構(gòu)：海水絮狀結(jié)構(gòu)：絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，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，形粒互相接近，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)。絮狀結(jié)構(gòu)。 第31頁(yè)/共41頁(yè)第三十一頁(yè)，共42頁(yè)。322、土的構(gòu)造(guzo) 同一土層中，土顆?；蝾w粒集合體相互間的分布(fnb)特征，稱(chēng)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。

14、 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(yè)/共41頁(yè)第三十二頁(yè)，共42頁(yè)。33水平層理水平層理 交錯(cuò)層理交錯(cuò)層理第33頁(yè)/共41頁(yè)第三十三頁(yè)，共42頁(yè)。34分散構(gòu)造：土層中各部分的土粒無(wú)明顯(mngxin)(mngxin)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(wú)明顯(mngxin)(mngxin)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。第34頁(yè)/共41頁(yè)第三十四頁(yè)，共42頁(yè)。35 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(chn tin)有各種鹽類(lèi)的沉淀物。 裂隙破壞土的整體性，增大透水性，對(duì)

15、工程不利。第35頁(yè)/共41頁(yè)第三十五頁(yè)，共42頁(yè)。36土的工程(gngchng)特性 壓縮性高。鋼材E=2.1105MPa；C20混凝土的彈性模量約為2.6104MPa；飽和細(xì)砂E=816MPa。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(wú)粘性土的強(qiáng)度來(lái)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(wú)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(yuy)土體中固體礦物顆粒之間具有很多透水

16、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(yè)/共41頁(yè)第三十六頁(yè)，共42頁(yè)。371 1）風(fēng)化）風(fēng)化 2 2）搬運(yùn)）搬運(yùn)(bnyn)(bnyn)與沉積與沉積1. 1. 土的生成土的生成(shn(shn chn chn) )2.2.土的結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)；蜂窩結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)；絮狀結(jié)構(gòu)(jigu)(jigu)。3.土的構(gòu)造：土的構(gòu)造：層狀構(gòu)造； 分散構(gòu)造；裂隙構(gòu)造。4.4.土的工程特性: : 1）壓縮性高；2）強(qiáng)度低；3）透水性大5.5.

17、土的三相組成: :氣相+液相+固相本次課小結(jié):第37頁(yè)/共41頁(yè)第三十七頁(yè)，共42頁(yè)。38Cu = d60 / d10 不均勻(jnyn)系數(shù)：Cu 5,級(jí)配不均勻(jnyn)Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系數(shù)（連續(xù)曲率系數(shù)（連續(xù)(linx)(linx)程度）程度）: :特征粒徑: d30 : 中值中值粒徑粒徑d60 : 控制控制粒徑粒徑d10 : 有效有效粒徑粒徑6.6.粒徑級(jí)配 篩分法：適用于粗粒土 (0.075 mm) 比重計(jì)法：適用于細(xì)粒土 (0.075 mm)本次課小結(jié):第38頁(yè)/共41頁(yè)第三十八頁(yè)，共42頁(yè)。397. 土中水土中水結(jié)合水結(jié)合水 (強(qiáng)結(jié)合水、強(qiáng)結(jié)合

18、水、弱結(jié)合水弱結(jié)合水) 自由自由(zyu)水水 (重力重力水、毛細(xì)水水、毛細(xì)水) 8. 土中氣體土中氣體(qt)9. 粘土(zhn t)顆粒與水的相互作用本次課小結(jié):第39頁(yè)/共41頁(yè)第三十九頁(yè)，共42頁(yè)。40105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量小于某粒徑之土質(zhì)量(zhling)百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級(jí)配累積土的粒徑級(jí)配累積(lij)曲線曲線水分水分(shufn)法法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)P(%)2613.5102. 土粒粒組及級(jí)配一一. . 土中的固體顆粒土中的固體顆粒第40頁(yè)/共41頁(yè)第四十頁(yè)，共42頁(yè)