第一章土的物理性質(zhì)及工程分類ppt課件

1、第一章第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類土的物理性質(zhì)及工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類1.1 1.1 土的三相組成土的三相組成1.2 1.2 土的顆粒特征土的顆粒特征1.3 1.3 土的三相比例指標土的三相比例指標1.4 1.4 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量1.5 1.5 砂土的密度度砂土的密度度1.6 1.6 土的工程分類土的工程分類固體礦物顆粒固體礦物顆粒土中氣體土中氣體 土中水土中水第一節(jié)第一節(jié) 土的三相組成土的三相組成液相液相氣相氣相固相固相三相系三相系二相系二相系固相固相+ +液相液相固相固相+ +氣相氣相飽和土飽和土干土干土飽和粘土：壓縮性高

2、飽和粘土：壓縮性高飽和細粉砂：易液化飽和細粉砂：易液化粘土：堅硬狀態(tài)粘土：堅硬狀態(tài)砂土：松散狀態(tài)砂土：松散狀態(tài)1. 1.土中固相土中固相固固體體顆顆粒粒無機礦物無機礦物有機質(zhì)有機質(zhì)原生礦物：巖漿冷凝形成原生礦物：巖漿冷凝形成次生礦物：原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作次生礦物：原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用形用形 成的新礦物成的新礦物石英、長石、云母石英、長石、云母粘土礦物：高嶺石、伊利石粘土礦物：高嶺石、伊利石、 蒙脫石蒙脫石可溶鹽可溶鹽無定形氧化物膠體無定形氧化物膠體風(fēng)化過程中由微生物作用而形成風(fēng)化過程中由微生物作用而形成腐殖土腐殖土泥炭泥炭2.2.土中液相土中液相土土中中水水結(jié)合水結(jié)合水自由水自由水強結(jié)合水：

3、性質(zhì)接近固體強結(jié)合水：性質(zhì)接近固體弱結(jié)合水：對粘性土性質(zhì)影響較弱結(jié)合水：對粘性土性質(zhì)影響較大大可塑性可塑性強度降低強度降低毛細管水：地下水位以上毛細管水：地下水位以上防潮、地基浸濕、防潮、地基浸濕、凍脹凍脹地下水：地下水位以地下水：地下水位以下下產(chǎn)生浮力產(chǎn)生浮力3.3.土中氣相土中氣相與大氣連通與大氣連通不與大氣連通：增加土體彈性、不與大氣連通：增加土體彈性、緊縮緊縮 性，減小透水性，減小透水性性4.4.土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu) 蜂窩結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu) 絮狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)無粘性土結(jié)構(gòu)無粘性土結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)粘性土結(jié)構(gòu)粘性土結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)一一. .土的粒度成份土的粒度

4、成份1.1.基本概念基本概念粒度：土粒的大小粒度：土粒的大小粒組：粒度相近，性質(zhì)相同的一組土粒粒組：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界限粒徑：劃分粒組的分界尺寸圓礫圓礫角礫角礫碎石碎石卵石卵石塊石塊石漂石漂石粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒0.0050.0050.0750.0752 26060200200第二節(jié)第二節(jié) 土的顆粒特征土的顆粒特征2.2.粒組的劃分粒組的劃分3.3.土的粒徑級配土的粒徑級配（1 1定義定義 工程中常用土中各粒組的相對含量，工程中常用土中各粒組的相對含量，占總質(zhì)量的百分數(shù)來表示，稱為土的粒占總質(zhì)量的百分數(shù)來表示，稱為土的粒徑級配。徑級配。（2 2粒徑分

5、析方法粒徑分析方法篩分法篩分法d0.075mmd0.075mm的土）的土）密度計法密度計法d0.075mmd0.075mm的土）的土）密度計法密度計法d0.075mm的土）的土）（3 3顆粒級配的表示方法顆粒級配的表示方法表格法自學(xué)）顆粒累計級配曲線法三角坐標法自學(xué)）顆粒累計級配曲線法顆粒累計級配曲線法橫坐標：粒徑橫坐標：粒徑以對數(shù)坐標表示以對數(shù)坐標表示縱坐標：小于某一粒徑的土粒的累積百分含量縱坐標：小于某一粒徑的土粒的累積百分含量例：某工程的土樣總質(zhì)量為例：某工程的土樣總質(zhì)量為1000g1000g，經(jīng)篩析后，知，經(jīng)篩析后，知全部試樣通過篩孔為全部試樣通過篩孔為10mm10mm的篩，而在篩孔為

6、的篩，而在篩孔為5mm5mm的土樣篩上的顆粒質(zhì)量為的土樣篩上的顆粒質(zhì)量為50g;2mm,150g;1mm,200g;0.5mm,350g;0.25mm,250g;2mm,150g;1mm,200g;0.5mm,350g;0.25mm,200g;0.1mm,47g;0.074,2g;00g;0.1mm,47g;0.074,2g;篩余篩余1g1g。繪制該土樣。繪制該土樣的顆粒級配曲線。的顆粒級配曲線。累積曲線分析與應(yīng)用累積曲線分析與應(yīng)用 (1) (1)判斷各粒組的分布情況判斷各粒組的分布情況 曲線陡曲線陡, ,粒度變化范圍窄粒度變化范圍窄, ,顆粒均勻顆粒均勻, ,級配不好級配不好 曲線緩曲線緩,

7、 ,粒度變化范圍寬粒度變化范圍寬, ,顆粒不均勻顆粒不均勻, ,級配級配良好良好 (2)(2)求任一累積百分含量求任一累積百分含量dX dX 對應(yīng)的粒徑對應(yīng)的粒徑 dXdX 有效粒徑有效粒徑 d10d10 中間粒徑中間粒徑 d30d30 平均粒徑平均粒徑 d50d50 界限粒徑界限粒徑 d60d60特征粒徑舉例特征粒徑舉例 有效粒徑有效粒徑 d10=0.10,d10=0.10,0.10mm0.10mm的顆粒占總質(zhì)量的的顆粒占總質(zhì)量的10%10% 中間粒徑中間粒徑 d30=0.22,d30=0.22,0.22mm0.22mm的顆粒占總質(zhì)量的的顆粒占總質(zhì)量的30%30% 平均粒徑平均粒徑 d50=

8、0.33,d50=0.33,0.33mm0.33mm的顆粒占總質(zhì)量的的顆粒占總質(zhì)量的50%50% 界限粒徑界限粒徑 d60=0.39,d60=0.39,0.39mm0.39mm的顆粒占總質(zhì)量的的顆粒占總質(zhì)量的60%60%特征粒徑的應(yīng)用特征粒徑的應(yīng)用 (1)(1)用用d10d10估算非均質(zhì)砂的滲透系數(shù)估算非均質(zhì)砂的滲透系數(shù) k=d102 k=d102 kcm/s kcm/s d10mm d10mm (2)(2)不均勻系數(shù)不均勻系數(shù) Cu=d60/d10Cu=d60/d10 曲率系數(shù)曲率系數(shù) Cc=d302/d10Cc=d302/d10d60d60）用用CuCu和和CcCc表示土的級配情況表示土的

9、級配情況 Cu5,Cu5,Cc=1-3,Cu5,Cc=1-3,同時滿足同時滿足, ,級配良好級配良好 不同時滿足不同時滿足, ,級配不良級配不良固體礦物顆粒固體礦物顆粒土中氣體土中氣體 土中水土中水液相液相氣相氣相固相固相三相系三相系第三節(jié)第三節(jié) 土的三相比例指標土的三相比例指標土的三相比例指標一共有九個：土的三相比例指標一共有九個：三個試驗指標，六個換算指標三個試驗指標，六個換算指標mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVvV V土的三相圖土的三相圖 Three phase diagramThree phase diagram質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume

10、volume SoSolilid dWatWatererA Ai ir r以質(zhì)量計：以質(zhì)量計：空氣質(zhì)量空氣質(zhì)量 ma ma 0 0水質(zhì)量水質(zhì)量 mwmw土粒質(zhì)量土粒質(zhì)量 msms總質(zhì)量總質(zhì)量 m= mw m= mw + ms+ ms或以重量計：或以重量計：W=mgW=mg以體積計：以體積計：空氣體積空氣體積 VaVa水體積水體積 VwVw土粒體積土粒體積 VsVs總體積總體積 V=Vv V=Vv +Vs+Vs孔隙體積孔隙體積 VvVvma(ma(0)0)V Vma(0)ma(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 v

11、olume volume SolidWaterAir一、試驗指標一、試驗指標1.1.土的天然密度土的天然密度（質(zhì)量密度，單位（質(zhì)量密度，單位g/cm3)g/cm3)Vm土的天然重度土的天然重度g（重力密度，單位（重力密度，單位KN/m3KN/m3，和密度屬于一個指標和密度屬于一個指標) )分析：密度和重度綜合反映了土的物質(zhì)分析：密度和重度綜合反映了土的物質(zhì) 組成與結(jié)構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)環(huán)刀法環(huán)刀法ma(0)ma(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir一、試驗指標一、試驗

12、指標2.2.土粒比重土粒比重11wswsssVmG土粒質(zhì)量土粒質(zhì)量ss與同體積與同體積4 4C C純純水的質(zhì)量之比水的質(zhì)量之比 無量綱無量綱 可用比重瓶法測定，數(shù)值主要取決于土的礦物成分可用比重瓶法測定，數(shù)值主要取決于土的礦物成分ma(0)ma(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir一、試驗指標一、試驗指標3.3.土的含水率土的含水率%100swmmw可用烘干法測定，用于描述土的干濕程度可用烘干法測定，用于描述土的干濕程度烘干法烘干法ma(0)ma(0)mwmw

13、msmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir二、換算指標二、換算指標1.1.土的干密度土的干密度Vmsd（單位（單位g/cm3)g/cm3)干密度越大土越密實干密度越大土越密實土的干重度土的干重度gdd（單位（單位KN/m3KN/m3，和干密度屬，和干密度屬于一個指標于一個指標) )ma(0)ma(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir二、換算指標

14、二、換算指標2.2.土的飽和密度土的飽和密度VVmwsssat（單位（單位g/cm3)g/cm3)土的飽和重度土的飽和重度gsatsat（單位（單位KN/m3KN/m3，和飽和密度，和飽和密度屬于一個指標屬于一個指標) )ma(0)ma(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir二、換算指標二、換算指標3.3.土的有效重度土的有效重度gVVmVVgmwsswsatwss（單位（單位KN/m3KN/m3，和飽和密度，和飽和密度屬于一個指標屬于一個指標) )ma(0)m

15、a(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir二、換算指標二、換算指標4.4.土的孔隙比土的孔隙比sVVVe （無量綱，用于評價土（無量綱，用于評價土的緊密程度的緊密程度) )ma(0)ma(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir二、換算指標二、換算指標5.5.土的孔隙率土的孔隙率%100VVnVma(0)ma(0)mwmwmsmsm

16、 mVaVaVwVwVsVsVvVv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir二、換算指標二、換算指標6.6.土的飽和度土的飽和度%100vwrVVS砂土濕度按飽和度分類砂土濕度按飽和度分類SrSr50% 50% 稍濕的稍濕的50%50%SrSr80% 80% 濕的濕的Sr80% Sr80% 飽和的飽和的四個重度指標比較四個重度指標比較干重度干重度gdd有效重度有效重度VVgmwss飽和重度飽和重度gsatsat天然重度天然重度gdsat同一種土同一種土ma(0)ma(0)mwmwmsmsm mVaVaVwVwVsVsVv

17、Vv土的三相圖土的三相圖質(zhì)量質(zhì)量 mass mass 體積體積 volume volume SolidWaterAir三、指標的換算三、指標的換算 土的天然密度、土的天然密度、含水率、土粒含水率、土粒比重是通過試比重是通過試驗測定，其他驗測定，其他指標可由這三指標可由這三個指標換算得個指標換算得到。到。土的物理狀土的物理狀態(tài)態(tài)粘性土的軟粘性土的軟硬程度粗粒硬程度粗粒土的松密程土的松密程度度土的物理性質(zhì)指土的物理性質(zhì)指標標( (三相間的比例關(guān)三相間的比例關(guān)系系) )力學(xué)力學(xué)特性特性影影響響表表示示l 無粘性土無粘性土密實度密實度l 粘性土的物理特征粘性土的物理特征含水量含水量土的物理狀態(tài)指標土的

18、物理狀態(tài)指標土的物理性質(zhì)指標三相比例指標）土的物理性質(zhì)指標三相比例指標）l 試驗指標試驗指標33個個l 換算指標換算指標66個個 粘性土的物理狀態(tài)也稱稠度粘性土的物理狀態(tài)也稱稠度稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)粘性粘性土土含水量含水量較硬較硬變軟變軟流動流動第四節(jié)第四節(jié) 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率塑限塑限wpwp液限液限wlwl固態(tài)或半固態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài) 流動狀態(tài)流動狀態(tài) 強結(jié)合水強結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水自由水自由水土顆粒土顆粒強結(jié)合水強結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒土顆粒強結(jié)合水強結(jié)合水土顆粒土顆粒自由水自由水弱結(jié)合水弱結(jié)合水強結(jié)合水強結(jié)合水w w強結(jié)合水膜最大

19、強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率一、界限含水率一、界限含水率 土的界限含水率可通過試驗測定土的界限含水率可通過試驗測定塑限塑限wpwp液限液限wlwlw wplpIww吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小常作為細粒土工程分類的依據(jù)常作為細粒土工程分類的依據(jù)不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同pLlpwwIww IL0IL1IL1堅硬狀態(tài)堅硬狀態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流流 態(tài)態(tài)0.00 0.00 0.250.250.25 - 0.25 - 0.750.750.

20、75 0.75 1.001.00硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑用于判別粘性土所處的物理狀態(tài)用于判別粘性土所處的物理狀態(tài)wpwpw wwlwl二、塑性指數(shù)二、塑性指數(shù)三、液性指數(shù)三、液性指數(shù)表征密實度的幾種指標：表征密實度的幾種指標：（1孔隙比孔隙比e（2相對密度相對密度Dr（3貫入錘擊數(shù)貫入錘擊數(shù)N第五節(jié)第五節(jié) 無粘性土的密實度無粘性土的密實度（1 1孔隙比孔隙比e e優(yōu)點：簡單方便優(yōu)點：簡單方便缺陷：無法反映土的級配因素缺陷：無法反映土的級配因素第五節(jié)第五節(jié) 無粘性土的密實度無粘性土的密實度e e增大增大最緊密最緊密最松散最松散minemaxeemaxdmindd天然天然（2 2相對密度相對密度D

21、rDr第五節(jié)第五節(jié) 無粘性土的密實度無粘性土的密實度（2 2相對密度相對密度DrDr 定義：定義：優(yōu)點：計入土的級配因素，理論上比較完善。優(yōu)點：計入土的級配因素，理論上比較完善。缺陷：天然孔隙比難以獲取，且缺陷：天然孔隙比難以獲取，且emax,eminemax,emin的測定的測定 受人為的影響較大。受人為的影響較大。minmaxmaxreeeeD0.330.330.670.671 1松散松散中密中密密實密實第五節(jié)第五節(jié) 無粘性土的密實度無粘性土的密實度（3 3標準貫入試驗擊數(shù)標準貫入試驗擊數(shù)N N為標準為標準中密中密密實密實301510松散松散稍密稍密第五節(jié)第五節(jié) 無粘性土的密實度無粘性土的密實度分類目的：分類目的：第六節(jié)第六節(jié) 土的工程分類土的工程分類分類原則以巖土或公路規(guī)范為例）分類原則以巖土或公路規(guī)范為例） 根據(jù)同類土已知的性質(zhì)去評