工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、第三章 土的物理性質(zhì)與工程分類3.1土的組成3.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)3.3無(wú)粘性土的密實(shí)度3.4粘性土的物理性質(zhì)3.5土的工程分類第三章 土的物理性質(zhì)與工程分類3.1土的組成 第一節(jié) 土的組成 一 土的固體顆粒 土中的固體顆粒(簡(jiǎn)稱土粒)的大小和形狀、礦物成分及其組成情況是決定土的物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。 第一節(jié) 土的組成 一 土的固體顆粒 1.土的粒組 在自然界中存在的土，都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，例如土的性質(zhì)隨著粒徑的變細(xì)可由無(wú)粘性變化到有粘性。 將土中各種不同粒徑的土粒，按適當(dāng)?shù)牧椒秶?，分為若干粒組，各個(gè)粒組隨著分界尺寸的不同而呈

2、現(xiàn)出一定質(zhì)的變化。劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。 1.土的粒組 表3-1提供的是一種常用的土粒粒組的劃分方法。表中根據(jù)界限粒徑200、60、2、005和0005mm把土粒分為六大粒組：漂石塊石)顆粒、卵石(碎石)顆粒、圓礫(角礫)顆粒、砂粒、粉粒及粘粒。 工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件2. 土的顆粒級(jí)配 土粒的大小及其組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量(各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù))來(lái)表示，稱為土的顆粒級(jí)配。 顆粒分析試驗(yàn)：篩分法；比重計(jì)法 根據(jù)顆粒大小分析試驗(yàn)成果，可以繪制如圖所示的顆粒級(jí)配累積曲線 由曲線的坡度可判斷土的均勻程度 2. 土的顆粒級(jí)配工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件 利用顆粒級(jí)配累積曲線可以確定

3、土粒的級(jí)配指標(biāo)，如與的比值稱為不均勻系數(shù)： 又如曲率系數(shù)用下式表示： 利用顆粒級(jí)配累積曲線可以確定土粒的級(jí)配指標(biāo)，如 不均勻系數(shù) 反映大小不同粒組的分布情況，越大表示土粒大小的分布范圍越大，其級(jí)配越良好，作為填方工程的土料時(shí)，則比較容易獲得較大的密實(shí)度曲率系數(shù)描寫的是累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。 顆粒級(jí)配可在一定程度上反映土的某些性質(zhì)。 二、土中的水和氣 (一)土中水 在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)。 存在于土中的液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水兩大類： 二、土中的水和氣 1結(jié)合水 結(jié)合水是指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。這種電分子吸引力高達(dá)幾千到

4、幾萬(wàn)個(gè)大氣壓，使水分子和土粒表面牢固地粘結(jié)在一起。 由于土粒(礦物顆粒)表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場(chǎng)，在土粒電場(chǎng)范圍內(nèi)的水分子和水溶液中的陽(yáng)離子(如Na、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因?yàn)樗肿邮菢O性分子(氫原子端顯正電荷，氧原子端顯負(fù)電荷)，它被土粒表面電荷或水溶液中離子電荷的吸引而定向排列。 1結(jié)合水 工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件 (1)強(qiáng)結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水是指緊靠土粒表面的結(jié)合水。 (2)弱結(jié)合水 弱結(jié)合水緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。 (1)強(qiáng)結(jié)合水 2自由水 自由水是存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的水。它的性質(zhì)和普通水一樣，能傳遞靜水壓力，冰點(diǎn)為0，有溶解能力。 自由水

5、按其移動(dòng)所受作用力的不同，可以分為重力水和毛細(xì)水。 (1)重力水 重力水是存在于地下水位以下的透水層中的地下水，它是在重力或壓力差作用下運(yùn)動(dòng)的自由水，對(duì)土粒有浮力作用。 工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件 (2)毛細(xì)水 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。毛細(xì)水存在于地下水位以上的透水土層中。毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水(與地下水無(wú)直接聯(lián)系)和毛細(xì)上升水(與地下水相連)兩種。 當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時(shí)，毛細(xì)水的彎液面和土粒接觸處的表面引力反作用于土粒上，使土粒之間由于這種毛細(xì)壓力而擠緊(圖114)，土因而具有微弱的粘聚力，稱為毛細(xì)粘聚力。 (2)毛細(xì)水工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件(二

6、)土中氣 土中的氣體存在于土孔隙中未被水所占據(jù)的部位。 三 、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造 土的結(jié)構(gòu)是指由土粒單元的大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。一般分為單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)三種基本類型。 (二)土中氣 土的單粒結(jié)構(gòu)土的蜂窩結(jié)構(gòu)土的絮狀結(jié)構(gòu) 土的單粒結(jié)構(gòu)土的蜂窩結(jié)構(gòu)土的絮狀結(jié)構(gòu)第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標(biāo) 土的三相比例指標(biāo)：土粒比重、含水量、密度、干密度、飽和密度、有效密度、孔隙率、孔隙比、飽和度。 土的三相草圖（見下圖）。一、土的物理性質(zhì)指標(biāo)的定義（一）基本物理指標(biāo) 第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標(biāo) 土的三 1、土粒比重(土粒相對(duì)密度)土粒質(zhì)量與同體積的4時(shí)純水的質(zhì)量之比，稱為土粒比重

7、(無(wú)量綱)，即： 1、土粒比重(土粒相對(duì)密度)土粒質(zhì)量與同體積的4時(shí)純水的含水量w是標(biāo)志土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然土層的含水量變化范圍很大，它與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。土的含水量測(cè)定方法：用“烘干法”測(cè)定。2、土的含水量 含水量w是標(biāo)志土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然土層的含水量變土的密度測(cè)定方法：“環(huán)刀法”測(cè)定以上三個(gè)指標(biāo)為土的最基本指標(biāo)。 3、天然密度：天然狀態(tài)下，土單位體積的質(zhì)量，單位為g/cm或t/m，即： 3、天然密度：天然狀態(tài)下，土單位體積的質(zhì)量，單位為g/cm（二）特殊條件下土的密度1、土的干密度 土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量，稱為土的干密度，即：

8、 在工程上常把干密度作為評(píng)定土體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。 （二）特殊條件下土的密度2、土的飽和密度 土孔隙中充滿水時(shí)，單位體積質(zhì)量，即 工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件3、土的浮密度 地下水位以下，單位土體積中土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差，即 工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件（三）土的孔隙體積指標(biāo)（1）土的孔隙比：土中孔隙體積與土體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即：天然狀態(tài)下土的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個(gè)重要的物理性指標(biāo)，可以用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程度。（三）土的孔隙體積指標(biāo)（2）土的孔隙率：土中孔隙所占體積與總體積之比，用以百分?jǐn)?shù)表示，即： （3）土的飽和度土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，

9、稱為土的飽和度，以百分率計(jì)，即： （2）土的孔隙率：土中孔隙所占體積與總體積之比，用以百分?jǐn)?shù)表8、土的重度（四個(gè)） 在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用土的容重，即土的重力密度，其數(shù)值上等于相應(yīng)土密度與重力加速度的乘積，分為四個(gè)：天然容重：干容重d：飽和容重sat：有效容重： 8、土的重度（四個(gè)） 綜上所述：土的物理性質(zhì)指標(biāo)：土的密度、土粒比重、土的含水量（以上三個(gè)指標(biāo)為土的最基本指標(biāo)）、土的孔隙比、土的孔隙率、土的飽和度、土的干密度、土的飽和密度、土的浮密度，一共九個(gè)，其中前三個(gè)由試驗(yàn)測(cè)定，其余六個(gè)可以通過三相草圖換算求得。 綜上所述：土的物理性質(zhì)指標(biāo)：土的密度、土粒比重、二、指標(biāo)的換算利用三相圖進(jìn)行各指

10、標(biāo)間關(guān)系的推導(dǎo)：令 則: 二、指標(biāo)的換算利用三相圖進(jìn)行各指標(biāo)間關(guān)系的推導(dǎo)：工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件推導(dǎo)舉例：推導(dǎo)舉例：工程地質(zhì)基礎(chǔ)知識(shí)課件第三節(jié) 無(wú)粘性土的密實(shí)度 無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實(shí)狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)度較大，可作為良好的天然地基，呈松散狀態(tài)時(shí)，則是不良地基。對(duì)于同一種無(wú)粘性土，當(dāng)其孔隙比小于某一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)，隨著孔隙比的增大，則處于中密、稍密直到松散狀態(tài)。 第三節(jié) 無(wú)粘性土的密實(shí)度 無(wú)粘性土的密實(shí)可把砂土的密實(shí)度狀態(tài)劃分為下列三種： 密實(shí)的 中密的 松散的 無(wú)粘性土的相對(duì)密實(shí)度為:可把砂土的密實(shí)度狀態(tài)劃分為下列三種： 無(wú)粘性土的相對(duì)密2、以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N評(píng)價(jià)砂

11、土的密實(shí)度 2、以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N評(píng)價(jià)砂土的密實(shí)度 3、以野外鑒別的方法評(píng)價(jià)碎石的密實(shí)度3、以野外鑒別的方法評(píng)價(jià)碎石的密實(shí)度第四節(jié) 粘性土的物理特征 一 粘性土的界限含水量 粘性土由于其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài) 粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫做界限含水量。第四節(jié) 粘性土的物理特征 一 粘性土的界限含水量 1、液限、塑限、縮限含水量 ： A、 液限 :液態(tài)與塑態(tài)的分界含水量。 測(cè)定方法：錐式液限儀 1、液限、塑限、縮限含水量 ：B、塑限：土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量。 測(cè)定方法：“搓條法”測(cè)定。 缺點(diǎn)：主要是由于采用手工操作，受人為因素的

12、影響較大，因而成果不穩(wěn)定。 B、塑限：土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量。 二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 1、塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值(省去符號(hào))，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。 塑性指數(shù)的大小與土中結(jié)合水的含量有關(guān) 二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 塑性指數(shù)的大小 2、液性指數(shù)是指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。 用液性指數(shù)可表示粘性土的軟硬狀態(tài)，見表3-9 2、液性指數(shù)是指粘性土的天然含水量和塑限的差值3、粘性土軟硬程度的劃分3、粘性土軟硬程度的劃分 三、粘性土的靈敏度和觸變性 天然狀態(tài)下的粘性土、通常都具有一定的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)受到外來(lái)因素的擾動(dòng)時(shí)，土粒間的膠結(jié)物質(zhì)以及土

13、粒，離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強(qiáng)度降低和壓縮性增大土的結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的這種影響，一般用靈敏度來(lái)衡量。 土的靈敏度：是以原狀土的強(qiáng)度與同一土經(jīng)重塑(指在含水量不變條件下使土的結(jié)構(gòu)徹底破壞)后的強(qiáng)度之比來(lái)表示的。 三、粘性土的靈敏度和觸變性 土的觸變性：飽和粘性土的結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，但當(dāng)擾動(dòng)停止后，土的強(qiáng)度又隨時(shí)間而逐漸增長(zhǎng)。粘性土的這種抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。 土的觸變性：飽和粘性土的結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)度第五節(jié) 土的工程分類 地基土(巖)分類的任務(wù)是根據(jù)分類用途和土(巖)的各種性質(zhì)的差異將其劃分為一定的類別。 土(巖)的合理分類具有很大的實(shí)際意義

14、，例如根據(jù)分類名稱可以大致判斷土(巖)的工程特性、評(píng)價(jià)土(巖)作為建筑材料的適宜性以及結(jié)合其他指標(biāo)來(lái)確定地基的承載力等。地基土分為:巖石、碎石類土、砂類土、粉土、粘性土、人工填土。 第五節(jié) 土的工程分類 地基土(巖)分類的1、巖石 巖石（基巖）是指顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，是整體或具有節(jié)理、裂隙的巖體。分類：根據(jù)堅(jiān)硬程度 ； 根據(jù)風(fēng)化程度的劃分； 根據(jù)巖石完整程度劃分。1、巖石 巖石（基巖）是指顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，是整體或具有節(jié)理、2、碎石類土 碎石類土是粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50的土。碎石類土根據(jù)粒組含量及顆粒形狀分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫，其分類標(biāo)準(zhǔn) ，見表3-13。 2、碎石類土 碎石類土是粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重503、砂類土 砂類土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50的土。砂類土按粒組含量分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂，其分類標(biāo)準(zhǔn)見表2-5。 3、砂類土 砂類土是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重504、粉土 粉土是指粒徑大于0.075mm的顆粒含