01土的物理性質(zhì)及工程分類ppt課件

1、土 力 學(xué)Soil Mechanics.第2章 土的物理性質(zhì)及工程分類1.土的組成與土的構(gòu)造構(gòu)造2.土的物理性質(zhì)目的3.土的物理形狀目的4.土(巖)的工程分類5.土的壓實(shí)性.土的物理性質(zhì)概述巖石巖石破碎 化學(xué)成分改動(dòng)大小、外形和成分都不一樣的松散顆粒集合體土 土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)。 風(fēng)化物理、化學(xué)作用搬運(yùn)堆積.2.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造一、土的固相 土粒的大小、相關(guān)礦物成分以及大小搭配情況對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)有明顯影響。 1.土的顆粒級(jí)配 工程上將各種不同的土粒按其粒徑范圍，劃分為假設(shè)干粒組，為了表示土粒的大小及組成情況，通常以

2、土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量即各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)來(lái)表示，稱為土的顆粒級(jí)配。 實(shí)驗(yàn)方法篩分法：適用于 0.075mmd60mm比重計(jì)法：適用于d0.075mm.1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過(guò)質(zhì)量的烘干土樣過(guò)篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計(jì)算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。 比重計(jì)法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來(lái)確定小于某粒徑的土粒含量。.1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造顆粒粒徑級(jí)配曲線 縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對(duì)數(shù)坐標(biāo).1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造顆粒級(jí)配的描畫 工程上常用不均勻系數(shù)Cu描畫

3、顆粒級(jí)配的不均勻程度。 Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu5的土視為級(jí)配不良的土； Cu10的土視為級(jí)配良好的土。 曲率系數(shù)Cc描畫顆粒級(jí)配曲線整體形狀，闡明某粒組能否缺失情況。 對(duì)于礫類土或砂類土，同時(shí)滿足Cu5和Cc=13時(shí)，定名為良好級(jí)配砂或良好級(jí)配礫。 d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、 30% 和 60%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑.1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造2、土粒的礦物成分礦物成分取決于母巖的礦物成分和風(fēng)化作用。原生礦物：由巖石經(jīng)過(guò)物理風(fēng)化構(gòu)成，其礦物成分與母巖相 同。次生礦物：巖石經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后所構(gòu)成的新的礦物，其成分與母巖不一樣。 例：石英、云母、長(zhǎng)石等特征：礦物

4、成分的性質(zhì)較穩(wěn)定，由其組成的土具有無(wú)粘性、透水性較大、緊縮性較低的特點(diǎn)。 例：粘土礦物有高嶺石、伊利石、蒙脫石等特征：性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的親水性，遇水易膨脹的特點(diǎn)。 .1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造二、土中的水 土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以結(jié)晶水的方式吸附于固體顆粒的晶格內(nèi)部外，還存在結(jié)合水和自在水。1.結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水：緊靠于顆粒外表、所受電場(chǎng)的作用力很大、幾乎完全固定陳列、喪失液體的特性而接近于固體。 弱結(jié)合水：緊靠強(qiáng)結(jié)合水的外圍構(gòu)成的結(jié)合水膜，所受的電場(chǎng)作用力隨著與顆粒間隔增大而減弱 2.自在水存在于土粒電場(chǎng)影響范圍以外，性質(zhì)和普通水無(wú)異，能傳送水

5、壓力，冰點(diǎn)為0，有溶解才干 以兩種方式存在：毛細(xì)水、重力水.1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造三、土中氣體 土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封鎖氣體和與大氣不連通的封鎖氣體。1.非封鎖氣體：受外荷作用時(shí)被擠出土體外，對(duì)土的性質(zhì)影響不大。 2.封鎖氣體：受外荷作用，不能逸出，被緊縮或溶解于水中，壓力減小時(shí)能有所復(fù)原，對(duì)土的性質(zhì)有較大的影響，使土的浸透性減小，彈性增大和延伸土體受力后變形到達(dá)穩(wěn)定的歷時(shí)。 .1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造四、土的構(gòu)造 在成土過(guò)程中所構(gòu)成的土粒的空間陳列及其結(jié)合方式，與組成土的顆粒大小、顆粒外形、礦物成分和堆積條件有關(guān) 1.單粒構(gòu)造粗礦物顆粒在水

6、或空氣中在自重作用下沉落構(gòu)成的單粒構(gòu)造，其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)構(gòu)成條件不同，可分為疏松形狀和密實(shí)形狀。密實(shí)形狀疏松形狀.1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造2.蜂窩構(gòu)造顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，構(gòu)成鏈環(huán)單位，很多鏈環(huán)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成孔隙較大的蜂窩狀構(gòu)造。 蜂窩構(gòu)造絮狀構(gòu)造3.絮狀構(gòu)造細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮形狀。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土粒外表的弱結(jié)合水厚度減薄，粘粒相互接近，凝聚成絮狀物下沉，構(gòu)成孔隙較大的絮狀構(gòu)造。.1.1 土的組成及其構(gòu)造與構(gòu)造四、土的構(gòu)造 土的構(gòu)造是指土體中各構(gòu)造單元之間的關(guān)系。主要特征是土的成層性和

7、裂隙性,即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者都呵斥了土的不均勻性。1.層理構(gòu)造土粒在堆積過(guò)程中,由于不同階段堆積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征。2.裂隙構(gòu)造土體被許多不延續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物 。.1.2 土的物理性質(zhì)目的一、土的三相圖 氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V1.土的密度：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量 工程中常用重度 來(lái)表示單位體積土的重力 重力加速度，近似取10m/s2 2.土粒相對(duì)密度Gs土粒比重：土粒質(zhì)量與同體積的4時(shí)純水的質(zhì)量之比 土粒相對(duì)密度變化范圍不大：細(xì)粒土粘性土普通2.702.75；砂土普通為2.65左右。土中有機(jī)質(zhì)含量添加，

8、土粒相對(duì)密度減小。Vv二、直接測(cè)定目的.1.2 土的物理性質(zhì)目的氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVv3.土的含水量：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個(gè)重要物理目的。天然土層含水量變化范圍較大，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)。 測(cè)定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精熄滅法。 .1.2 土的物理性質(zhì)目的氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVv四、目的間的換算土的三相目的中，土粒比重Gs ，含水量和密度是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的，可以根據(jù)三個(gè)根本目的換算出其他各目的：換算關(guān)系式：推導(dǎo)：.1.3 土的物理形狀目的一、無(wú)粘性土的密實(shí)度土的

9、密實(shí)度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然形狀下的砂、碎石等處于從嚴(yán)密到松散的不同物理形狀。無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著親密關(guān)系。1.孔隙比e 孔隙比e可以用來(lái)表示砂土的密實(shí)度。對(duì)于同一種土，當(dāng)孔隙比小于某一限制時(shí)，處于密實(shí)形狀?？紫侗扔螅劣缮?2.相對(duì)密實(shí)度Dr砂土在天然形狀下孔隙比砂土在最密實(shí)形狀時(shí)的孔隙比砂土在最松散形狀時(shí)的孔隙比.1.3 土的物理形狀目的當(dāng)Dr=0時(shí)，e=emin，表示土處于最疏松形狀;當(dāng)Dr=1.0時(shí)， e=emax，表示土體處于最密實(shí)形狀Dr1/3疏松形狀1/3Dr2/3中密形狀2/3Dr1密實(shí)形狀 天然砂土的密實(shí)度，可按原位規(guī)范貫入實(shí)

10、驗(yàn)的錘擊數(shù)N進(jìn)展評(píng)定。天然碎石土的密實(shí)度，可按原位重型圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N63.5進(jìn)展評(píng)定(GB50007-2002) 密實(shí)度按N評(píng)定砂石密實(shí)度 按N63.5評(píng)定碎石土密實(shí)度 松散稍密中密密實(shí)N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.5203.按動(dòng)力觸探確定無(wú)粘性土的密實(shí)度.1.3 土的物理形狀目的二、粘性土的稠度 1.粘性土的稠度形狀 稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗才干,是粘性土最主要的物理形狀特征。 0固態(tài)或半固態(tài)可塑形狀流動(dòng)形狀塑限P液限L 粘性土由某一種形狀過(guò)渡到另一形狀的界限含水量稱為土的稠度界限。 液塑限測(cè)定根

11、據(jù)(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限結(jié)合測(cè)定儀進(jìn)展測(cè)定。.1.3 土的物理形狀目的液塑限結(jié)合測(cè)定儀 下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限 。 .1.3 土的物理形狀目的2. 粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑形狀的含水量變化范圍闡明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的才干,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高 闡明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)IL0時(shí),P,土處于鞏固形狀;當(dāng)IL1時(shí),L,土處于流動(dòng)形狀。根據(jù)IL值可以直接斷定土的軟硬形狀 液性指數(shù)

12、IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比 形狀液性指數(shù)鞏固硬塑可塑軟塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1.1.4 土巖的工程分類一、分類的目的和原那么 土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差別將土劃分成一定的類別，目的在于經(jīng)過(guò)通用的鑒別規(guī)范，便于在不同土類間作有價(jià)值的比較、評(píng)價(jià)、積累以及學(xué)術(shù)與閱歷的交流。分類原那么： 1.分類要簡(jiǎn)明，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)，又要測(cè)定方法簡(jiǎn)單，運(yùn)用方便。 2.土的分類體系所采用的目的要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性。.1.4 土巖的工程分類二、分類體系與方法 分類體系：1.建筑工程系統(tǒng)分類體系2.工程資料系統(tǒng)

13、分類體系偏重把土作為建筑地基和環(huán)境，研討對(duì)象為原狀土，例如：(GB50007-2002)地基土分類方法偏重把土作為建筑資料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研討對(duì)象為擾動(dòng)土，例如：(GBJ145-90)工程用土的分類和(JTJ051-93)土的工程分類.1.4 土巖的工程分類分類方法：1.(GB500072002) 根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土巖分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大類。a.巖石的分類 顆粒間結(jié)實(shí)粘結(jié),呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，鞏固程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rk分類 鞏固程度類別飽和單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rk(Mpa)鞏固巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖3

14、0frk60frk6015frk305frk15frk5b.碎石土的分類 粒徑大于2mm的顆粒含量超越全重50%的土稱為碎石土。.1.4 土巖的工程分類c.砂土的分類 粒徑大于2mm的顆粒含量不超越全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超越全重50%的土稱為砂土 土的稱號(hào)漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒外形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形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級(jí)配粒徑大于200mm的顆粒含量超越全重50粒徑大于20mm的顆粒含量超越全重50粒徑大于2mm的顆粒含量超越全重50注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類.1.4 土巖的工程分類

15、d.粉土的分類 粒徑大于0.075mm的顆粒含量超越全重50%，塑性指數(shù)IP10的土稱為粉土。土的稱號(hào)礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂顆粒級(jí)配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重2550注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定粒徑大于0.5mm的顆粒含量超越全重50粒徑大于0.25mm的顆粒含量超越全重50粒徑大于0.075mm的顆粒含量超越全重85粒徑大于0.075mm的顆粒含量超越全重50砂土的分類e.粘性土的分類 粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超越全重50%，塑性指數(shù)IP10的土稱為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細(xì)分。土的稱號(hào)粘土粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)注：塑性指數(shù)由相應(yīng)于76g圓錐體沉入土樣中深度為10

16、mm測(cè)定的液限計(jì)算而得 IP1710IP17.1.4 土巖的工程分類f.人工填土的分類 由于人類活動(dòng)而構(gòu)成的堆積物稱為人工填土。物質(zhì)成分較雜亂，均勻性較差，根據(jù)其物質(zhì)組成和成因,可分為素填土、壓實(shí)填土、雜填土和沖填土 2.(GBJ14590) 根據(jù)各粒組的相對(duì)含量把土分為巨粒土、含巨粒土、粗粒土和細(xì)粒土四大類a.巨粒土和含巨粒土的分類 巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于60mm的巨粒含量區(qū)分。假設(shè)土中巨粒含量多于50%，屬于巨粒土；假設(shè)土中巨粒含量在15%50%之間，屬于含巨粒土b.粗粒土的分類 巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，假設(shè)土中粒徑大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，屬于粗粒土。

17、粗粒土分為礫類土和砂類土兩類.1.4 土巖的工程分類c.細(xì)粒土的分類 土中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土屬于細(xì)粒土。細(xì)粒土按塑性圖進(jìn)展細(xì)分圖中液限為17mm液限.1.5 土的壓實(shí)性一、土的擊實(shí)實(shí)驗(yàn) 在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)過(guò)擊實(shí)實(shí)驗(yàn)研討土的壓實(shí)性。擊實(shí)實(shí)驗(yàn)有輕型和重型兩種。1.輕型擊實(shí)實(shí)驗(yàn) 適用于粒徑小于5mm的土，擊實(shí)筒容積為947cm3，擊錘質(zhì)量為2.5kg。把制備成一定含水量的土料分三層裝入擊實(shí)筒，每層土料用擊錘均勻錘擊25下，擊錘落高為30.5cm。 2.重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)擊實(shí)筒護(hù)筒擊錘導(dǎo)筒 適用于粒徑小于40mm的土，擊實(shí)筒容積為2104cm3，擊錘質(zhì)量為4

18、.5kg，擊錘落高為45.7cm 。分五層擊實(shí)，每層56擊。根據(jù)擊實(shí)后土樣的密度和實(shí)測(cè)含水量計(jì)算相應(yīng)的干密度。.1.5 土的壓實(shí)性二、填土的擊實(shí)特性影響土壓實(shí)性的要素很多，主要有含水量、擊實(shí)功能、土的種類和級(jí)配等 。 當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)后的干密度隨含水量的添加而增大。而當(dāng)干密度增大到某一值后，含水量的繼續(xù)添加反招致干密度的減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，與它對(duì)應(yīng)的含水量稱為最優(yōu)含水量。1.含水量的影響闡明：當(dāng)擊數(shù)一定時(shí)，只需在某一含水量下才獲得最正確的擊實(shí)效果。 dmaxd0op.1.5 土的壓實(shí)性 1土料的最大干密度和最優(yōu)含水量不是常數(shù)。最大干密度隨擊數(shù)的添加而逐漸增大，最優(yōu)含水量逐漸減小。然而，這種變化速率是遞減的。同時(shí)，光憑添加擊實(shí)功能來(lái)提高土的最