第2章土的特性

1、南京夫子廟南京夫子廟本章學(xué)習(xí)要求本章學(xué)習(xí)要求n本章是本課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，要求掌握土的物理性質(zhì)與土的本章是本課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，要求掌握土的物理性質(zhì)與土的工程分類。工程分類。n了解土的三相組成，掌握土的物理性質(zhì)指標(biāo)及三相比例指了解土的三相組成，掌握土的物理性質(zhì)指標(biāo)及三相比例指標(biāo)之間的換算關(guān)系；標(biāo)之間的換算關(guān)系；n熟悉無粘性土、粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)，掌握相對密度、熟悉無粘性土、粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)，掌握相對密度、塑限、液限、塑性指數(shù)和液性指數(shù)等基本概念；塑限、液限、塑性指數(shù)和液性指數(shù)等基本概念；n熟悉規(guī)范對地基土的工程分類方法，掌握砂土、粘性土的熟悉規(guī)范對地基土的工程分類方法，掌握砂土、粘性土的分類標(biāo)準(zhǔn)

2、。分類標(biāo)準(zhǔn)。 n本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)：土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo) 第第2章章 土的物理性質(zhì)與地基土分類土的物理性質(zhì)與地基土分類 2.1 土的成因與組成土的成因與組成2.1.1 土的成因土的成因1.物理風(fēng)化物理風(fēng)化 2.化學(xué)變化化學(xué)變化 3.生物風(fēng)化生物風(fēng)化 地殼表層的巖石長期暴露在大氣中，地殼表層的巖石長期暴露在大氣中，經(jīng)受氣候的變化，會使巖石逐漸崩解，經(jīng)受氣候的變化，會使巖石逐漸崩解，破碎成大小和形狀不同的一些碎塊破碎成大小和形狀不同的一些碎塊 物理風(fēng)化后形成的碎塊與水、物理風(fēng)化后形成的碎塊與水、氧氣、二氧化碳等物質(zhì)接觸，氧氣、二氧化碳等物質(zhì)接觸，使巖石碎屑發(fā)生化學(xué)變化使巖石碎屑發(fā)生化學(xué)

3、變化 動植物和人類活動對巖石的破壞動植物和人類活動對巖石的破壞 2.1 土的成因與組成土的成因與組成2.1.1 土的成因土的成因1殘積物殘積物 2坡積物坡積物 殘積物是指殘積物是指殘留在原地殘留在原地未被搬運(yùn)的未被搬運(yùn)的那一部分原那一部分原巖風(fēng)化剝蝕巖風(fēng)化剝蝕后的產(chǎn)物后的產(chǎn)物 雨雪水流的地質(zhì)雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石作用將高處巖石風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地洗刷剝蝕、沿著洗刷剝蝕、沿著斜坡向下逐漸斜坡向下逐漸移動、沉積在平緩移動、沉積在平緩的山坡上而的山坡上而形成的沉積物形成的沉積物 2.1 土的成因與組成土的成因與組成2.1.1 土的成因3洪積物 4沖積物 洪積物是由暫時性山洪急流挾帶著大

4、量碎屑物質(zhì)堆積于山谷沖溝出口或山前傾斜平原而形成的沉積物 沖積物是江河流水的地質(zhì)作用剝蝕兩岸的基巖和沉積物，經(jīng)搬運(yùn)與沉積在平緩地帶而形成的沉積物 2.1 土的成因與組成土的成因與組成2.1.2 土的組成 = + +自然界中的土 固體顆粒 水氣體固體顆粒構(gòu)成土的骨架，骨架之間貫穿著孔隙，孔隙中填充有水和氣體，因此，土也被稱為三相孔隙介質(zhì)。 2.1 土的成因與組成土的成因與組成2.1.2 土的組成 自然界中的土 1.土顆粒的大小與土的性質(zhì)密切相關(guān)。如土顆粒由粗變細(xì)，土的性質(zhì)可由無粘性變?yōu)檎承?.按適當(dāng)?shù)牧椒秶?，分為若干粒組 3.土的顆粒級配是指工程上常以土中各個粒組的相對含量(各個粒組占土?？偭?/p>

5、的百分?jǐn)?shù))來表示土粒的大小及其組成情況 固體顆粒固體顆粒結(jié)合水自由水強(qiáng)結(jié)合水 弱結(jié)合水 都不能傳遞靜水壓力 毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水 在重力或壓力差作用下而運(yùn)動的自由水土中氣體（影響較?。?土的形成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三相組成土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類土的工程分類土的壓實性土的壓實性 決定決定影影響響如何獲得較好的土如何獲得較好的土便于研究和應(yīng)用便于研究和應(yīng)用氣相氣相固相固相液相液相+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土體次要作用次要作用土的組成土的組成物理狀態(tài)物

6、理狀態(tài)力學(xué)特性力學(xué)特性粒徑級配粒徑級配礦物成分礦物成分顆粒形狀顆粒形狀 土的組成土的組成顆粒大小顆粒大小粒組 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)粒粒徑級配粒徑級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)各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示表述方法表述方法 粒徑級配累積曲

7、線粒徑級配累積曲線篩分法篩分法 用一套孔徑不同的篩子，用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù) 比重計比重計法法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量確定小于某粒徑的土粒含量105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于某粒

8、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土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)2613.5101009080706050403020100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)土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒徑特征粒徑:

9、 d50 : 平均粒徑平均粒徑d60 : 控制粒徑控制粒徑d10 : 有效粒徑有效粒徑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,級配不均勻粗細(xì)程度粗細(xì)程度： 用用d50 表示表示 1009080706050403020100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)土的粒徑級配累積曲土的粒徑級配累積曲線線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.33 0.0

10、050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545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 平臺平臺-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, 級配連續(xù)性好級配連續(xù)性好 2.1 土的成因與組成土的成因與組成2.1.3 土的結(jié)構(gòu) 1單粒結(jié)構(gòu) 3絮狀結(jié)構(gòu) 2蜂窩結(jié)構(gòu) 指由土粒單元的大小、形狀、表面特征、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的

11、綜合特征。 粗顆粒土在重力作用下沉積而成單粒結(jié)構(gòu)分為疏松和緊密緊密：強(qiáng)度較大、壓縮性 小可作為良好的天然地基。 疏松型與緊密型相反懸浮在水中的粘粒凝聚成絮狀的粘粒集合體 ,形成空隙很大的絮狀結(jié)構(gòu) 蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)的土中存在大量孔隙，壓縮性高、抗剪強(qiáng)度低、透水性弱，其土粒之間的粘結(jié)力 2.2 土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo) 土土的的物物理理性性質(zhì)質(zhì)指指標(biāo)標(biāo) 基本指標(biāo)基本指標(biāo) 土的密度 土粒相對密度 1干密度2土的飽和密度3土的有效密度4土的孔隙比 5土的飽和度 換算指標(biāo)換算指標(biāo) /m V/ssswswdmV土的含水量 /wswmm可用土樣進(jìn)行試驗測定，稱為基本指標(biāo) n直接測定指標(biāo)直接測定指標(biāo)

12、 1.土的密度土的密度：單位體積土的質(zhì)單位體積土的質(zhì)量量 awswsVVVmmVm工程中常用重度工程中常用重度 來表示單位體來表示單位體積土的重力積土的重力 g重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積VVv土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)n直接測定指標(biāo)直接測定指標(biāo) 2.土粒相對密度土粒相對密度Gs( (土粒比重土粒比重) )： 土粒質(zhì)量與同體積的土粒質(zhì)量與同體積的4時純水時純水的質(zhì)量之比的質(zhì)量之比 ssssVmG 土粒相對密度變化范圍不大：細(xì)粒土（粘性土）一般土粒相對密度變化范圍不大：細(xì)粒土（粘性土）一般2.7

13、02.75；砂土一般為；砂土一般為2.65左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加，土粒相對密左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小度減小土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積VVv土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積V3.土的含水量土的含水量：土中水的土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示數(shù)表示%100%100sssmmmmm 土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個重要物理指標(biāo)。土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個重要物理指標(biāo)。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件天然土層含水量變化范圍

14、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)。及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。 測定方法：測定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法 土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)土的三相指標(biāo)換算指標(biāo)換算指標(biāo) 氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積V1.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙體積與土土中孔隙體積與土粒體積之比粒體積之比 2.土的飽和度土的飽和度Sr ：土中孔隙水土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示以百分?jǐn)?shù)表示飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土飽和度描述土中孔隙被水充

15、滿的程度。干土Sr= =0, ,飽和土飽和土Sr= =100%。砂土砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài)根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài): : svVVe孔隙率孔隙率n ：土中孔隙體積與總土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示 %100VVnv%100vrVVSSr50%稍濕；稍濕； 50Sr80%很濕；很濕； Sr80%飽和飽和3.不同狀態(tài)下土的密度和重度不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度飽和密度sat: :土體中孔隙完全土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度被水充滿時的土的密度 干密度干密度d : :單位體積中固體顆單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量粒部分的質(zhì)量 VVmvssatVmsd浮密度浮密度

16、 : :土單位體積內(nèi)土粒土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差 VVmss 土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有共有4個，個，土的密度土的密度，飽和密度，飽和密度sat，浮密度浮密度 (kg/m3), ,干密度干密度d，相應(yīng)的重相應(yīng)的重度指標(biāo)也有度指標(biāo)也有4個，個，土的重度土的重度 ，飽和重度，飽和重度 sat，浮重度，浮重度 ，干重度，干重度 d (kN/m3)氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積V換算指標(biāo)換算指標(biāo) 氣氣水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e質(zhì)量質(zhì)量m體積體積V土的三相指標(biāo)中，土的三相指標(biāo)中，土粒

17、比重土粒比重Gs ，含水量含水量和和密度密度是通是通過試驗測定的，可以根據(jù)三過試驗測定的，可以根據(jù)三個基本指標(biāo)換算出其余各指個基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)標(biāo)Vv=eGsw Gs（1）w eGVmws1)1 (11eGVmwssd推導(dǎo)：推導(dǎo)：換算關(guān)系式：換算關(guān)系式：1)1 (1wsdwsGGeeeGVVmwswVssat1)(eGwssat1) 1(eeVVnV1eGVmVVSsWVwVwr換算指標(biāo)換算指標(biāo) 2.3 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo) 土土的的物物理理狀狀態(tài)態(tài)指指標(biāo)標(biāo) 無粘性土的密實度無粘性土的密實度 1孔隙比孔隙比 2相對密度相對密度 粘性土的物理特征粘性土的物理特征 3標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊

18、數(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù) 無粘性土的密實度無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)時，強(qiáng)度較實狀態(tài)時，強(qiáng)度較高，壓縮性較小，高，壓縮性較小，可作為良好的天然可作為良好的天然地基地基 判判別別砂砂土土密密實實度度指指標(biāo)標(biāo) 1塑性指數(shù)塑性指數(shù) 粘性土的工程粘性土的工程特性與土中的特性與土中的含水量多少含水量多少有很大關(guān)系有很大關(guān)系 2. 液性指數(shù)液性指數(shù) PLPIww()/LPPIwwI靈敏度靈敏度n粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞粘性土的原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與原土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值的重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度的比值uutqqS 反映土的結(jié)構(gòu)反映土的結(jié)構(gòu)受撓動對強(qiáng)度受撓動對強(qiáng)度的影響程度的影響程度 根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分類：低靈敏度土低靈敏度土 1St2中靈敏度土中靈敏度土 24 2.4 地基土（巖）的工程分類地基土（巖）的工程分類 土土的的工工程程分分類類巖石巖石 粘性土粘性土 碎石土碎石土 砂土砂土 粉土粉土 人工填土人工填土 天然形成