土力學(xué)--物理性質(zhì)及分類

1、1土的物理性質(zhì)與工程分類2土的形成滲透特性滲透特性變形特性變形特性強(qiáng)度特性強(qiáng)度特性土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類土的壓實(shí)性 決定影響如何獲得較好的土便于研究和應(yīng)用3生物循環(huán)生物循環(huán)物理風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變量變無(wú)粘性土無(wú)粘性土原生礦物原生礦物質(zhì)變質(zhì)變粘性土粘性土次生礦物次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)動(dòng)植物的活動(dòng)一. 風(fēng)化有有 機(jī)機(jī) 質(zhì)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)或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變

2、其礦物的化學(xué)成分，形成作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物新的礦物4二. 搬運(yùn)與沉積殘積土殘積土無(wú)搬運(yùn)運(yùn)積土運(yùn)積土有搬運(yùn)土土質(zhì)質(zhì)較較好好殘積土殘積土強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化微風(fēng)化母巖體母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細(xì)不均無(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)殘留在原地的堆積物風(fēng)化所形成的土顆粒，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5運(yùn)積土運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)：風(fēng)：風(fēng)積土風(fēng)積土重力重力: : 坡積土坡積土 流水流水: :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)不均勻土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻

3、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6土的三相組成土的三相組成氣相固相液相+構(gòu)成土骨架，起決定作用構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響重要影響土體次要作用次要作用7一. 固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配粒徑級(jí)配礦物成分礦物成分顆粒形狀顆粒形狀 81. 粒徑級(jí)配顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例狹義的粒徑級(jí)配影響土性的主因9顆粒大小粒組 按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近

4、的歸成一類按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑d(mm)d(mm)礫石礫石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒膠粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗 中 細(xì) 粗 中 細(xì) 極細(xì)0.1粗粒粗粒細(xì)粒細(xì)粒10粒徑級(jí)配確定方法確定方法 篩分法：篩分法：適用于粗粒土適用于粗粒土 (0.1 mm) 水分法：水分法：適用于細(xì)粒土適用于細(xì)粒土 (0.1 mm)各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示表述方法表述方法 粒徑級(jí)配累積曲線粒徑級(jí)配累積曲線11105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872100908070605040

5、3020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于某粒徑之土質(zhì)量百分?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)配累積曲線土的粒徑級(jí)配累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)P(%)2613.510121009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲土的粒徑級(jí)配累積曲線線d60d50d10d30d60d10d30Cu

6、Cc0.33 0.005 0.063662.41特征粒徑特征粒徑: : d50 : 平均平均粒徑粒徑d60 : 控制控制粒徑粒徑d10 : 有效有效粒徑粒徑d30 不均勻程度不均勻程度：Cu = d60 / d10 連續(xù)程度連續(xù)程度: : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系數(shù)曲率系數(shù) 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu 5,級(jí)配不均勻粗細(xì)程度粗細(xì)程度： 用用d50 表示 131009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲土的粒徑級(jí)配累

7、積曲線線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率斜率: : 某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量 陡陡相應(yīng)粒組質(zhì)量集中相應(yīng)粒組質(zhì)量集中 緩緩-相應(yīng)粒組含量少相應(yīng)粒組含量少 平臺(tái)平臺(tái)-相應(yīng)粒組缺乏相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度連續(xù)程度: : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系數(shù)曲率系數(shù)較大顆粒缺少較大顆粒缺少Cc 減小減小較小顆粒缺少較小顆粒缺少Cc 增大增大Cc = 1 3, 級(jí)配連續(xù)性好級(jí)配連續(xù)性好一. 固體顆粒1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類14粒徑級(jí)配粒

8、徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途粒徑級(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粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：用于判定土的不均勻程度： Cu 5, 不均勻土不均勻土； Cu 3 或 Cc 1,級(jí)配不連續(xù)土級(jí)配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu和和曲率系數(shù)曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 級(jí)配級(jí)配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 1, 級(jí)配級(jí)配 不良的土不良的土152. 礦物成分原生礦物原生礦物 石英石英、長(zhǎng)石長(zhǎng)石、云母云母等次生礦物次生礦物 主要是主

9、要是粘土礦物，包括三種類型粘土礦物，包括三種類型 高嶺石高嶺石、伊里石伊里石、蒙脫石蒙脫石粘土礦物粘土礦物: :由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成163. 顆粒形狀原生礦物原生礦物 圓狀、渾圓狀、棱角狀圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物次生礦物 針狀、片狀、扁平狀針狀、片狀、扁平狀17 結(jié)晶水結(jié)晶水 礦物內(nèi)部的水礦物內(nèi)部的水 結(jié)合水結(jié)合水 吸附在土顆粒表面的水吸附在土顆粒表面的水 自由水自由水 電場(chǎng)引力作用范圍之外的水電場(chǎng)引力作用范圍之外的水 土中冰土中冰 由自由水凍成，凍脹融陷由自由水凍成，凍脹融陷二. 土中水（液相）18三. 土中氣體v自由氣體：自由氣體：與大氣連通

10、，對(duì)土的性質(zhì)影響不大與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大v封閉氣體：封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道增加土的彈性；阻塞滲流通道1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類19土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (松松密程度、干濕程度、輕重程度密程度、干濕程度、輕重程度) )力學(xué)特力學(xué)特性性影響影響表表示示？20一. 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)系松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點(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

11、、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法:三相草圖法21物理性質(zhì)指標(biāo)物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系的比例關(guān)系松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點(diǎn)特點(diǎn): 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、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)別單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法基本方法:三相草圖法三相草圖法室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)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、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物

12、性指標(biāo)的概念理解物性指標(biāo)的概念其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)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)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)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)表示土的密度和容重的指標(biāo)三相草圖可用于確定三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系物性指標(biāo)之間的關(guān)系三相草圖法是求取物三相草圖法是求取物理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而有效的方法有效的方法22e emaxmax與與e emin min ：最大與最小孔隙比最大與最小孔隙比1. 粗粒土的密實(shí)狀態(tài)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)密實(shí)度密實(shí)度如何衡量如何衡量? ?單位體積中固體顆粒含量的多少單位體積中固體顆粒含量的多少 或或 孔

13、隙含量的多少孔隙含量的多少優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方簡(jiǎn)單方便便缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影不能反映級(jí)配的影響響 只能用于同一種土只能用于同一種土對(duì)對(duì)策策相對(duì)密度相對(duì)密度minmaxmaxreeeeD 干容重干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n土的物理狀態(tài)指標(biāo)判別標(biāo)準(zhǔn)：判別標(biāo)準(zhǔn)： D Dr r = 1 = 1 , , 最密狀態(tài)最密狀態(tài) D Dr r = 0 = 0 , , 最松狀態(tài)最松狀態(tài) D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松狀態(tài)疏松狀態(tài) 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)23塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界

14、限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或固態(tài)或半固態(tài)半固態(tài)塑態(tài)塑態(tài) 流態(tài)流態(tài) 強(qiáng)結(jié)合水膜最大強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水出現(xiàn)自由水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水自由水自由水稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)含水量含水量土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)wplpIww 吸附弱結(jié)合吸附弱結(jié)合水的能力水的能力塑性指數(shù)塑性指數(shù)24相對(duì)稠度相對(duì)稠度pLlpwwIww 問(wèn)題：僅適用于問(wèn)題：僅適用于重塑土重塑土即使即使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指數(shù)液性指數(shù)對(duì)不同的粘土，對(duì)不同的粘土，wp、wl 大小不同大小不同定義：定義：wpwwlIL1堅(jiān)硬狀堅(jiān)硬狀態(tài)態(tài)可塑狀可塑狀態(tài)態(tài)流流 態(tài)態(tài)0.00 0.250

15、.25 - 0.750.75 1.00硬硬塑塑可可塑塑軟軟塑塑對(duì)同一種粘土，含水量可反映其稠度對(duì)同一種粘土，含水量可反映其稠度問(wèn)題：?jiǎn)栴}：25plpIww 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、粘性大小塑性指數(shù)塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)缺點(diǎn)缺點(diǎn)不能充分反映粘土顆粒含量不能充分反映粘土顆粒含量 不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同同活性指活性指數(shù)數(shù)002. 0ppIA p0.002: 粒徑小于粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比比A 1.25非

16、活性粘非活性粘土土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類26粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo): 相對(duì)密度相對(duì)密度Dr 小結(jié)粘性土的稠度狀態(tài)指標(biāo)粘性土的稠度狀態(tài)指標(biāo): 液性指數(shù)液性指數(shù)IL引入引入定義定義判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)稠度界限稠度界限稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)含水量含水量土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)塑性指數(shù)塑性指數(shù)液性指數(shù)液性指數(shù)引入引入定義定義判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)粗粒土與粘性土為何采用粗粒土與粘性土為何采用不同的物理狀態(tài)指標(biāo)？不同的物理狀態(tài)指標(biāo)？反映土的細(xì)觀特點(diǎn)反映土的細(xì)觀特點(diǎn)與力學(xué)特性有更直接的聯(lián)系與力學(xué)特性有更直接的聯(lián)系便于量測(cè)便于量測(cè)

17、27目的：依據(jù)：建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2002分類法 土的工程分類土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的是將工程性質(zhì)相近的土歸為一類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)土的組成土的組成土的狀態(tài)土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)28建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2002分類法 土土巖石巖石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土29碎石土土的名稱土的名稱 顆粒形狀顆粒形狀 粒組含量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)

18、量50%粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%30砂土土的名稱土的名稱 粒組含量粒組含量粒徑大于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%粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%31粉土粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒的顆粒含量小于全質(zhì)量含量小于全質(zhì)量50%而塑而塑性指數(shù)性指數(shù)Ip10的土的土塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip10的土的土粘性土1017的土的土粘土粘土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土32壓實(shí)：壓實(shí)：指

19、通過(guò)夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密指通過(guò)夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性壓實(shí)性：指土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長(zhǎng)的特性研究擊實(shí)性的目的： 以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)密度 擊實(shí)方法：室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn): 夯打、振動(dòng)、碾壓土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性33一. 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn) 二. 細(xì)粒土的壓實(shí)性 三. 粗粒土的壓實(shí)性 34一. 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備 擊實(shí)筒擊實(shí)筒V=V=1000cm3；擊實(shí)錘擊實(shí)錘w=25牛頓牛頓 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件 土樣分層土樣分層n=3層；落高層；落高d=30cm；擊數(shù)擊數(shù)N=27/ /層層 擊實(shí)能量擊實(shí)能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法 對(duì)對(duì)=cosnst的土；分三層壓實(shí)；的土；分三層壓實(shí)； 測(cè)定擊實(shí)后的測(cè)定擊實(shí)后的、，算定算定d 注意注意：僅適用于細(xì)粒土；對(duì)粗粒土，可用較大尺僅適用于細(xì)粒土；對(duì)粗粒土，可用較大尺寸的擊實(shí)儀寸的擊實(shí)儀土土35二. 細(xì)粒土的壓實(shí)性 1.1.擊實(shí)曲線擊實(shí)