土的物理性質(zhì)及工程分類

土的物理性質(zhì)及工程分類第1頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.1土的形成和三相組成§1.2土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造§1.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)§1.4土的物理狀態(tài)指標(biāo)§1.5土的壓實性§1.6土的工程分類

目錄第2頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.1土的形成和三相組成土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)便于研究和應(yīng)用土的工程分類土的壓實性土的形成影響從而決定土的滲透特性；變形特性及強度特性第3頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物形成過程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)影響兩個名詞：基巖覆蓋土第4頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月一、風(fēng)化生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化無粘性土原生礦物粘性土次生礦物有機(jī)質(zhì)第5頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月二、搬運、剝蝕與沉積殘積土無搬運土質(zhì)較好殘積土強風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細(xì)不均無層理第6頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月運積土有搬運風(fēng)：風(fēng)積土重力:

坡積土

流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物冰川:

冰積土土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機(jī)物淤泥，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)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理第7頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用第8頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、顆粒大小—粒組劃分粒組

按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑一、固體顆粒2、土粒粒度分析---顆粒級配顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例第9頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒級配

——各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示確定方法

篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

沉降分析法（比重計法）：適用于細(xì)粒土(<0.075mm)表述方法

顆粒級配累積曲線第10頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月篩分法：

適用于粒徑大于0.075mm的土第11頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月比重計法：

適用于粒徑小于0.075mm的土第12頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%9587786655361009080706050403020100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(mm)土的粒徑級配累積曲線篩分法第13頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100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(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:限制粒徑d10

:有效粒徑d30

;中值粒徑不均勻程度：Cu=d60/d10連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)—不均勻系數(shù)Cu

≥5,級配良好粗細(xì)程度：

用d50

表示

第14頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100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(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30斜率:

某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量

陡—相應(yīng)粒組質(zhì)量集中

緩--相應(yīng)粒組含量少

平臺--相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)Cc=1-3,級配連續(xù)性好第15頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月粒徑級配判定1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc=1－3,級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且Cc=1－3，級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土。第16頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、礦物成分原生礦物

石英、長石、云母等次生礦物

主要是粘土礦物，包括三種類型：高嶺石、伊里石、蒙脫石粘土礦物

由硅片和鋁片構(gòu)成的晶胞所組合而成第17頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月硅片的結(jié)構(gòu)鋁片的結(jié)構(gòu)第18頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月粘土礦物的晶格構(gòu)造高嶺石蒙脫石伊利石比表面積：單位質(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積第19頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月粘土礦物的帶電性質(zhì)研究表明：粘土顆粒的表面電荷，靜電荷通常為負(fù)電荷第20頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月4、顆粒形狀次生礦物（粘土礦物）

針狀、片狀、扁平狀原生礦物(石英、長石、云母)

圓狀、渾圓狀、棱角狀第21頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月

結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水

自由水電場引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷二、土中水（液相）第22頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)合水強結(jié)合水:排列致密、定向性強，不能傳遞靜水壓力密度>1g/cm3冰點處于零下幾十度具有固體的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)弱結(jié)合水:位于強結(jié)合水之外，電場引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動不因重力而移動，有粘滯性。仍然不能傳遞靜水壓力第23頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動存在于固氣之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動第24頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土中毛細(xì)現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細(xì)水毛細(xì)升高與孔徑成反比分析對象:

水柱粘土、粉土、砂土、礫石第25頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月對砂土強度的影響:毛細(xì)邊角水,假凝聚力假定α=0,毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力分析對象:水膜第26頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月三、土中氣體自由氣體：

與大氣連通，對土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：

增加土的彈性；阻塞滲流通道第27頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土顆粒或粒團(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)§1.2

土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造力學(xué)特性（微觀結(jié)構(gòu)）土的結(jié)構(gòu)重塑土的強度原狀土的強度<（宏觀結(jié)構(gòu)）土的構(gòu)造+同一土層中物質(zhì)成分、顆粒大小相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征影響第28頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、土粒間的作用力

重力毛細(xì)力膠結(jié)力顆粒表面力

——土顆粒的自重形成的方向向下的力——

砂土——土中毛細(xì)作用形成的力——

細(xì)砂、粉土——土粒間的膠體物質(zhì)產(chǎn)成的作用力——

粘土——

粘土——庫侖力：——范德華力：顆粒表面的靜電引力或斥力顆粒接觸點處的分子間引力第29頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月---粗粒土的結(jié)構(gòu)粒間作用力排列形式礦物成分單粒結(jié)構(gòu)示意圖重力，毛細(xì)力點與點、點與面原生礦物2、土的結(jié)構(gòu)第30頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月---細(xì)砂、粉粒土的結(jié)構(gòu)粒間作用力排列形式礦物成分蜂窩結(jié)構(gòu)重力，表面力蜂窩狀主要是原生礦物第31頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月---細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)粒間作用力形成環(huán)境排列形式礦物成分表面力、膠結(jié)力（斥力減小引力增加）

示意圖表面力、膠結(jié)力（粒間斥力占優(yōu)勢）

淡水中沉積海水中沉積次生礦物次生礦物天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結(jié)構(gòu)過渡向另一種結(jié)構(gòu)。面與面邊、角與面邊、角與邊絮狀結(jié)構(gòu)第32頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3、土的構(gòu)造類型表征土層的層理構(gòu)造、裂隙構(gòu)造及大孔隙等宏觀特征第33頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.3土的物理性質(zhì)指標(biāo)

土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)。可以用來表示土的物理狀態(tài)，包括：粗粒土的松密程度和粘性土的軟硬狀態(tài)，在一定程度上決定了土的力學(xué)特性。第34頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月一、物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系基本方法:三相草圖法第35頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、三相草圖（三相比例關(guān)系圖）WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第36頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個:共有九個參數(shù):

VVvVsVaVω

/msmωmam剩下三個獨立變量物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參數(shù)為1實驗室測定其它指標(biāo)第37頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2、室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標(biāo)—基本物理指標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的密度單位:

kg/m3

或g/cm3一般范圍:

1.60—2.20

g/cm3土單位體積的質(zhì)量有時也稱土的天然密度表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo):土的容重（重度）γ=ρg單位:kN/m3

環(huán)刀法測得第38頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土的密度ρ和容重γ測定方法：環(huán)刀法第39頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒相對密度s:

土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:

無量綱土粒比重一般范圍:

粘性土2.70—2.75砂土2.65

有機(jī)質(zhì)、泥炭土較?。??C時純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度土粒質(zhì)量與4?C時純蒸餾水質(zhì)量的比值表達(dá)式:比重瓶法測得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第40頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒相對密度測定方法：比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量m1。然后把烘干土若干克(ms)裝入空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質(zhì)量m2，按下式計算土粒比重第41頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒相對密度ds第42頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月土的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,用百分?jǐn)?shù)表示注:

含水量

可達(dá)到或超過100％表達(dá)式:用烘干法測得第43頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月孔隙比３.其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)—導(dǎo)出指標(biāo)土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達(dá)式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積第44頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月關(guān)系:孔隙率(孔隙度)

土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積第45頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月飽和度表達(dá)式:土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:

干土Sr=1:

飽和土第46頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月天然密度干密度天然容重干容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

土被完全烘干時的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達(dá)式:第47頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月浮容重浮密度有效容重飽和密度飽和容重第48頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月各種密度容重之間的大小關(guān)系：天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重飽和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第49頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月emax與emin：最大與最小孔隙比§

1.4土的物理狀態(tài)指標(biāo)§

1.4.2無粘性土的密實度密實度單位體積中固體顆粒含量的多少優(yōu)點：簡單方便缺點：不能反映級配的影響只能用于同一種土2、相對密（實）度（砂土）1、天然孔隙比e或孔隙率n(砂土)第50頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月emax:最大孔隙比將松散的風(fēng)干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比emax與emin：最大與最小孔隙比第51頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月砂土的密實狀態(tài)指標(biāo)

判別標(biāo)準(zhǔn)：

Dr

=1

,最密狀態(tài)

Dr

=0,最松狀態(tài)

Dr≤1/3,

疏松狀態(tài)1/3<

Dr≤

2/3,中密狀態(tài)

Dr>2/3

,密實狀態(tài)相對密度3、標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N（砂土、碎石土）表1-3表1-4第52頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1、稠度狀態(tài)與界限含水量固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)w粘性土的稠度、靈敏度和觸變性

第53頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水第54頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月——吸附結(jié)合水的能力；粘性大??；大致反映粘土顆粒含量

（1）塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)第55頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）液性指數(shù)不同的粘土，ωp、ωl

大小不同對于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同定義：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1堅硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑軟塑2、粘性土的可塑性及指標(biāo)粘性土在某含水量范圍內(nèi)，用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，外力移去后仍能保持既得形狀。----可塑性第56頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月三、反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)1.粘性土的活動度反映了粘性土中所含礦物的活動性。A＝Ip/m2.粘性土的靈敏度St

=原狀土的無側(cè)限抗壓強度重塑土的無側(cè)限抗壓強度相同含水量、密度第57頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月▼含水量不變，密度不變，因重塑而強度降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。▼土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時間變化的宏觀表現(xiàn)。▼目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。3.粘性土的觸變性

4.粘性土的脹縮性、濕陷性、凍脹性第58頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月壓實：指通過夯打、振動、碾壓等，使土體變得密實、以提高土的強度、減小土的壓縮性和滲透性壓實性：指土在一定壓實能量作用下密度增長的特性研究擊實性的目的：

以最小的能量消耗獲得最大的壓實密度

擊實方法：室內(nèi)擊實試驗現(xiàn)場試驗:夯打、振動、碾壓§1.5土的壓實性第59頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月一、室內(nèi)擊實試驗

試驗設(shè)備

擊實筒V=1000cm3；擊實錘m=2.5/4.5kg

試驗條件

土樣分層n=3層；落高d=305/457cm；擊數(shù)N=25/56/層

擊實能量

試驗方法

對ω=cosnst的土；分三層壓實；測定擊實后的ω、ρ，算定ρd土第60頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月1.擊實曲線特點：①具有峰值，即最大干密度與最優(yōu)含水量②位于飽和曲線之下

0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.1二、細(xì)粒土的壓實性第61頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土K很小，壓實過程中含水量幾乎不變，要想擊實到飽和狀態(tài)是不可能的。若第62頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.壓實機(jī)理：顆粒被擊碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒間聯(lián)結(jié)力被破壞而發(fā)生孔隙體積減小;氣被擠出或被壓縮等水膜潤滑作用效果最佳;尚沒有形成封閉氣泡，氣易于排出;顆粒表面水膜很薄，相對移動困難

水膜潤滑作用不明顯;封閉氣泡難以排出;增加水的相對含量當(dāng)ωωop,ρdρdmax當(dāng)ω<ωop,ρd<

ρdmax當(dāng)ω>ωop,ρd<

ρdmax

第63頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月3.影響因素a.擊實功能b.土的級配

c.擊實方式

夯實、輾壓、振動；輾壓對粘土比較合適

第64頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月4.壓實標(biāo)準(zhǔn)a.粘性土存在最優(yōu)含水量ωop，在填土施工中應(yīng)該將土料的含水量控制在ωop左右，以期得到ρdmax，通常取

b.工程上常采用壓實度Dc控制（作為填方密度控制標(biāo)準(zhǔn)）第65頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月①不存在最優(yōu)含水量；②在完全風(fēng)干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實；③潮濕狀態(tài)下ρd明顯降低。三、粗粒土的壓實性

1.壓實特點粗砂

ω

=4~5%中砂

ω=7%；時，干密度最小

第66頁，課件共73頁，創(chuàng)作于2023年2月2.理論分析▼對粗粒土，擊實過程中可以自