土力學(xué) PPT課件版 第一章土的物理性質(zhì)

第一章土的物理性質(zhì)及分類

Chapt.1ThePhysicalCharacteristicsandClassificationofSoils

第一節(jié)：概述Introduction本章介紹土力學(xué)的基本概念：孔隙----松、密水------干、濕土顆粒和水的相互作用------軟、硬物理性質(zhì)，三相比例指標(biāo)土的分類。第二節(jié)土的組成

1.2TheCompositionofsoils

一、固體顆粒(SolidParticle)土顆粒的大小相差很大，其組成的土的性質(zhì)相差也很大1.土粒的粒組劃分界限粒徑—土性質(zhì)改變的粒徑尺寸粒組—以界限粒徑為依據(jù)，根據(jù)其大小分為若干組

2006020.0750.005界限粒徑漂石卵石園礫砂粒粉粒粘粒塊石碎石角礫透水性、粘性、毛細(xì)現(xiàn)象、遇水膨脹特性漸變巨粒（giant-grain)>60mm粗粒（無(wú)粘性土）0.075~60mm(coarse-grain)

細(xì)粒（粘性土）<0.075mm(fine-grain)

2.土的顆粒級(jí)配：(級(jí)配試驗(yàn)及級(jí)配曲線)篩分試驗(yàn)sieveanalysistest

d>0.1mm(d>0.075mm)篩分法

d<0.1mm(d<0.075mm)水分法（比重計(jì)法）顆粒級(jí)配曲線(Particlesizedistributioncurve)

粒徑小于某粒徑土的含量（%）d30d60d10圖1-1土的顆粒級(jí)配曲線

級(jí)配曲線的應(yīng)用（1）判斷各種粒組的顆粒含量（見(jiàn)P.14圖1-3)（2）判斷土的級(jí)配（均勻程度）不均勻系數(shù)(coefficientofuniformity)

不均勻土（級(jí)配良好）均勻土（級(jí)配不好）礫類土和砂類土：曲率系數(shù)(coefficientofcurature)：

表示連續(xù)性好:判斷好級(jí)配土(well-graded)：

3.土粒的礦物成分（Particleingredient）粗粒土：物理風(fēng)化產(chǎn)物，礦物成分同母巖漂石至卵石是巖石的碎屑，與母巖完全相同；砂粒通常是母巖中的單種礦物顆粒，如：石英、云母粉粒：石英及難溶鹽。粘粒：化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物，粘土礦物粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu)和分類Thecrystalstructureandclassificationofclayminerals粘土礦物：鋁氫氧晶片（正八面體）—硅氧晶片(四面體)Thebasicstructuralunitsofmostclaymineralsconsistofasilicatetrahedron(四面體)andanaluminaoctahedron(正八面體).分類：（依硅片和鋁片的組疊形式的不同）蒙特石(montmorillonite)親水能力強(qiáng)高嶺石(kaolinite)

親水能力差伊利石(illite)介于二者之間親水性的另一個(gè)影響因素：比表面積（單位體積的顆粒的表面積）二、土中水Waterinsoils0.26nm氧硅硅氧四面體0.29nm鋁氫氧基或氧鋁氫氧八面體SiAl硅氧片鋁氫氧片SiAlSiSiAlSiSiAlSi0.96nm由很弱的范德華力連結(jié)易被水分開(kāi)蒙脫石

Montmorillonite，smectite親水性強(qiáng)，遇水膨脹由火山灰或在堿性溶液介質(zhì)條件下由火山巖風(fēng)化而成，顆粒極小。1~10nmSiAlSiSiAlSiSiAlSi0.96nm由K+

離子連接伊利石illite

由云母在含有較多鉀離子的近于中性的溶液中生成，粒徑介于高嶺石、蒙脫石之間。親水性介于高嶺石及蒙脫石氧Si4+Al3+10~200nm高嶺石KaoliniteSiAlSiAlSiAlSiAl由氫鍵連接，不易分開(kāi)厚100~300nm化學(xué)鍵連接

由長(zhǎng)石及云母類礦物轉(zhuǎn)變而成，易在酸性介質(zhì)下生成，顆粒相對(duì)較大。晶胞親水性差，性質(zhì)穩(wěn)定0.72nm105oO-2H+H+粘土顆粒水分子極性（一）結(jié)合水(heldwater)1

強(qiáng)結(jié)合水—特性接近固體，完全不能移動(dòng)2.

弱結(jié)合水—粘滯水膜，能發(fā)生變形，但不因重力而流動(dòng)（土產(chǎn)生塑性的原因）（二）自由水(freewater)1.毛細(xì)水(capillarywater)表面張力、似粘聚力、毛細(xì)飽和2.重力水(gravitywater）重力、滲透三、土中氣體(airinsoils)①

吸附于土顆粒表面及溶于水的氣體②

與大氣相通的氣體—可以排出③

封閉性的氣體—不可以排出④

存在有封閉氣體的土，為橡皮土，工程中不允許四、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（Thestructureandfabricateofsoils

土的結(jié)構(gòu)：土的結(jié)構(gòu)是指由土粒的大小、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。

土的結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)：d<0.005mm（粘粒）（絮凝、分散）蜂窩結(jié)構(gòu)：d=0.005~0.075mm（粉粒）單粒結(jié)構(gòu)：d>0.075mm緊密疏松粗粒土：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)粉土：蜂窩結(jié)構(gòu)土的構(gòu)造：物質(zhì)成分和顆粒大小相近的各部分之間的關(guān)系。（各“層”土之間的關(guān)系）層理構(gòu)造（成層性）、裂隙構(gòu)造（裂隙性）分散結(jié)構(gòu)：淡水絮凝結(jié)構(gòu)：海水第三節(jié)土的三相比例指標(biāo)

1.3Thethree-phasescaleindexesofSoils三相簡(jiǎn)圖(Threephasediagram/skeletaldiagram/blockdiagram)一、指標(biāo)的定義（Definitionoftheindexes)見(jiàn)黑板（Seeblackboard)（一）實(shí)測(cè)指標(biāo)（Testedindexes)1.土的含水量w（watercontent,ormoisturecontent，waterratio）烘干法、炒干法2.土的天然密度ρ（bulkdensity）環(huán)刀法、灌砂法、核子密度儀3.土粒相對(duì)密度ds（specificgravityofthesolidsoilparticles)比重瓶法幾個(gè)特點(diǎn):土顆粒的性質(zhì)，與土的狀態(tài)無(wú)關(guān)；無(wú)量綱；其值變化幅度較小。（二）導(dǎo)出指標(biāo)（derivedindexes)3個(gè)特殊密度1.干密度（drydensity）ρd2.飽和密度

(saturateddensity)ρsat3.浮密度（有效密度）（buoyant

density）ρ’土的重度（unitweight)天然重度、干重度、飽和重度、浮重度4.孔隙比e(voidratio)5.孔隙率n(porosity)6.飽和度Sr(degreeofsaturation)二、指標(biāo)的換算（conversionoftheindexes)問(wèn)題是，如何利用3個(gè)實(shí)測(cè)指標(biāo)算出其它6個(gè)導(dǎo)出指標(biāo)。

三相指標(biāo)的換算公式（教材，表2-2，教材例題）第四節(jié)無(wú)粘性土的密實(shí)度

(1.4Thecompactnessofnone-cohesivesoil)本節(jié)目的：評(píng)價(jià)無(wú)粘性土密實(shí)度（Why?How?)無(wú)粘性土一、砂土密實(shí)度的評(píng)價(jià)：1.用孔隙比e評(píng)價(jià)（表1-7，TJ7-74）另：粉土GB500212.用砂土的相對(duì)密實(shí)度Dr評(píng)價(jià)(relativecompactness)

松散密實(shí)中密3.用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(standardpenetrationtest,SPT)錘擊數(shù)N來(lái)評(píng)價(jià)：(63.5kg,76cm,30cm)N≦10松散10<N≦15稍密15<N≦30中密

N>30密實(shí)二、碎石土密實(shí)度的評(píng)價(jià)：1.重型動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N63.5(63.5kg,76cm,10cm)適用于卵石、碎石及圓礫、角礫。N63.5≦5松散5<N63.5≦10稍密10<N63.5≦20中密

N63.5>20密實(shí)2.野外鑒別：對(duì)于大顆粒含量較多的土，用野外鑒別的方法評(píng)價(jià)。鑒別依據(jù)：骨架顆粒含量及排列；可挖性；可鉆性。分為：密實(shí)、中密、稍密、松散。第5節(jié)粘性土的物理特征

Thephysicalcharacterofcohesivesoils一、粘性土的界限含水量(又稱阿太堡界限)TheAtterberglimits

同一種粘性土隨著含水量的不同，可分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)和流動(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，稱為界限含水量。（P36有誤）0固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)縮限ws塑限wp液限wLw粘粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水流動(dòng)狀態(tài)可塑狀態(tài)固態(tài)或半固態(tài)Wp(plasticlimit)—試驗(yàn)室用搓條法（經(jīng)驗(yàn)法）WL(liquidlimit)—在試驗(yàn)室用錐式液限儀Ws(shrinkagelimit)液限塑限錐式液限儀液限：液塑限聯(lián)合測(cè)定儀橫坐標(biāo)：土樣含水量縱坐標(biāo)：圓錐入土深度塑限：搓條法二、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)Theplasticity&liquidityindexesofcohesivesoils1.粘性土的塑性指數(shù)IpIp表示土處于可塑狀態(tài)時(shí)，含水量的變化范圍。與粒徑大小、礦物成分、親水性有關(guān)。是反映粘性土性質(zhì)的綜合指標(biāo)(性質(zhì)指標(biāo)）2.液性指數(shù)(Theliquidityindex)IL

工程上用以判別粘性土的軟硬程度狀態(tài)指標(biāo)

（去掉百分號(hào)）表2-3《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑

表2-4《公路橋涵地基及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ024-85)略三、粘性土的結(jié)構(gòu)性和觸變性structuralnature&thixotropy1.粘性土的結(jié)構(gòu)性原狀土樣的強(qiáng)度大于重塑土樣的強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)破壞后粘性土的強(qiáng)度降低----結(jié)構(gòu)性。用靈敏度（sensitivity）衡量?！瓲钔恋臒o(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度—具有與原狀土相同密度和含水量并徹底破壞其結(jié)構(gòu)的重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度土的結(jié)構(gòu)性—土的性質(zhì)受結(jié)構(gòu)擾動(dòng)的影響而改變的特性2.粘性土的觸變性飽和粘性土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，其強(qiáng)度就會(huì)降低，但隨著時(shí)間發(fā)展土體的強(qiáng)度會(huì)逐漸（部分）恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為粘性土的觸變性。低靈敏

中靈敏

高靈敏

加壓框架量表量力環(huán)升降螺桿無(wú)側(cè)限壓縮儀四、粘性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性1.脹縮性:吸水膨脹和失水收縮的性質(zhì)。原因：含有較多的親水性粘土礦物（蒙脫石）危害：干燥狀態(tài)下強(qiáng)度較高，含水量增加時(shí)，強(qiáng)度迅速降低?！扒缣煲话训叮晏煲粓F(tuán)糟？？”給建筑物造成危害。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：自由膨脹率和工程地質(zhì)特征。2.濕陷性:在自重壓力或自重壓力+附加壓力作用下，受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷。原因：含水量低，多孔隙、可溶鹽。評(píng)判：濕陷系數(shù)3.凍脹性：GB50007:分為:不凍脹土、弱凍脹土、凍脹土、強(qiáng)凍脹土、特強(qiáng)凍脹土（5類）凍土造成的破壞第六節(jié)

土的工程分類

1.6Theengineeringclassificationofsoils地基土的分類分類目的：

Theobjectofsoil

classificationistodividesoilsintogroupssuchthatallthesoilsinparticulargrouphavesimilarcharacteristics,bywhichtheymaybeidentified,andexhibitSimilarbehavioringivenengineeringsituation.分類體系(classificationsystem)將土作為建筑材料:如:《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》GBJ145-90

《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》JTJ051-93特點(diǎn):重塑土,不注重土的結(jié)構(gòu)性。將土作為建筑物地基：如:《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002

《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021

《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTJ024-85

一般土粗粒土細(xì)粒土礫類土砂類土粉土粘土巨粒土：特殊土：軟土、黃土、膨脹土等工程用土一、

GBJ145-90的分類：漂石卵石含巨粒的土巨粒~粗粒土根據(jù)級(jí)配細(xì)分（見(jiàn)P34~35)細(xì)粒土根據(jù)塑性圖細(xì)分：BA0IpwLMLMLOMHMHOCHCHOCLCLOA:

Ip=0.63(wL-20)B:wL=40%C:

Ip=10C二、GB50021及GB50007分類The

classificationofsoilsaccordingtotheCodeGB50021