土的性質(zhì)及工程分類

土的性質(zhì)及工程分類第1頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月本章提要本章重點(diǎn)討論無粘性土和粘性土的三相組成、物理特性、三項(xiàng)指標(biāo)的基本概念與換算、以及巖土的工程分類；簡要介紹土的礦物成分、結(jié)構(gòu)、以及土的滲透與動(dòng)力特性。要求從宏觀和微觀兩方面了解土的成因、組成和結(jié)構(gòu)性；較深入了解土的滲透定律、壓實(shí)原理及流砂現(xiàn)象；熟練掌握無粘性土和粘性土的物理性質(zhì)、三相指標(biāo)的基本概念、換算和試驗(yàn)方法；掌握土的工程分類原則、土的類別與工程特性的關(guān)系。第二章土的性質(zhì)及工程分類第2頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1土的形成一、風(fēng)化次生礦物物理風(fēng)化原生礦物化學(xué)風(fēng)化生物風(fēng)化動(dòng)植物活動(dòng)有機(jī)質(zhì)母巖表面和碎散顆粒受環(huán)境因素作用而改變其礦物化學(xué)成分，形成新的礦物巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)過程中因碰撞和摩擦而破碎土是連續(xù)、堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)不同搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。第3頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月二、沉積與搬運(yùn)巖石經(jīng)風(fēng)化后未經(jīng)搬運(yùn)而殘留于原地的碎屑堆積物巖石經(jīng)風(fēng)化后，受各種自然力作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同地點(diǎn)所沉積的碎屑堆積物2.1土的形成殘積土坡積土洪積土海積土沖積土湖積土風(fēng)積土冰積土第4頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)

構(gòu)成土骨架，起決定作用土粒水氣固相液相氣相重要影響次要作用第5頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月原生礦物：巖石經(jīng)物理風(fēng)化形成，其礦物成分與母巖相同例：石英、云母、長石等特征：礦物成分性質(zhì)較穩(wěn)定，組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低次生礦物(粘土礦物)：巖石經(jīng)化學(xué)風(fēng)化后形成新的礦物，其成分與母巖不同例：粘土礦物有蒙脫石、伊利石、高嶺石等

特征：性質(zhì)較不穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的親水性，遇水易膨脹一.土顆粒（固相）土的固相物質(zhì)有機(jī)質(zhì)無機(jī)礦物顆粒原生礦物次生礦物有機(jī)質(zhì)：由于微生物作用，土中產(chǎn)生腐植質(zhì)2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第6頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月蒙脫石粘土礦物高嶺石伊利石蒙脫石一種復(fù)合的鋁—硅酸鹽晶體，由硅片和鋁片構(gòu)成的晶胞組疊而成。2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第7頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月硅片的結(jié)構(gòu)基本單元是硅－氧四面體，底面每個(gè)氧離子為2個(gè)相鄰單元的硅原子共有組成六邊形孔硅片。2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第8頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月鋁片的結(jié)構(gòu)鋁(鎂)－氫氧(氧)八面體，每個(gè)氫氧離子為2個(gè)相鄰單元的鋁原子共有組成鋁片。2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第9頁，課件共99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2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第10頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月蒙脫石：2:1結(jié)構(gòu)，晶胞間無氫鍵；含水量大時(shí)，壓縮性高、強(qiáng)度低，具有較大的吸水膨脹和脫水收縮特性。

伊利石：2:1結(jié)構(gòu)，相鄰晶胞間存在若干一價(jià)正離子K+、Li+。嵌入的正離子增強(qiáng)了晶胞間的聯(lián)接作用。故伊利石膨脹性和收縮性較蒙脫石小，但比高嶺石大。高嶺石：晶胞一面是氫氧基，一面露出氧原子，形成氫鍵。晶胞間具有較強(qiáng)的聯(lián)結(jié)力。（3）三種主要粘土礦物的水穩(wěn)定性土體礦物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的差異，從本質(zhì)上決定了工程性質(zhì)的不同。2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第11頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）土的顆粒級配為了表示土粒的大小及組成情況，通常將土中所含各粒組的相對含量，以土?？傊氐陌俜?jǐn)?shù)表示，稱為土的顆粒級配。

試驗(yàn)方法篩分法：適用于0.075mm≤d≤60mm比重計(jì)法:適用于d＜0.075mm粒度：土粒的大小

粒組：將大小、性質(zhì)相近的土粒合并為一組，稱為粒組。通常劃分為六個(gè)粒組：漂石(塊石)、卵石(碎石)、圓礫(角礫)、砂粒、粉粒和粘粒。

各粒徑成分在土中占的比例2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第12頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月篩分法>0.074mm

將一套孔徑不同的篩子，按孔徑大小從上至下放置；將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱量各留篩土質(zhì)量；計(jì)算各留篩土質(zhì)量占總土粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)及粒徑小于某篩孔徑的土粒質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第13頁，課件共99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(對數(shù)坐標(biāo)）2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第14頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1009080706050403020100小于某粒徑土質(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:

d60:限制粒徑d10:有效粒徑d30

;中值粒徑不均勻系數(shù)：Cu=d60/d10

曲率系數(shù):

Cc=d302

/(d60×d10)

Cu

≥5,級配不均勻級配曲線的分析d10、d30、d60分別為小于某粒徑土粒含量為10%、30%和60%時(shí)所對應(yīng)的粒徑2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)不均勻程度連續(xù)程度第15頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)級配曲線的應(yīng)用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)；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：Cu≥5，且Cc=1～3，級配良好；Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良。第16頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月二、土中水（液相）2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)土中水液態(tài)水

固態(tài)水

氣態(tài)水

結(jié)合水

自由水

強(qiáng)結(jié)合水

弱結(jié)合水

毛細(xì)水重力水礦物內(nèi)部結(jié)晶水或結(jié)合水，存在于礦物晶體格架內(nèi)部，參與礦物構(gòu)造結(jié)晶水在較高的溫度下(80～680℃)，氣化而與顆粒分離第17頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月強(qiáng)結(jié)合水緊靠顆粒表面，電場引力強(qiáng)排列致密、固定、定向性強(qiáng)密度>1g/cm3

冰點(diǎn)處于零下幾十度喪失液體特性而接近于固體溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)弱結(jié)合水

緊靠強(qiáng)結(jié)合水外圍的結(jié)合水膜，電場引力隨距離增大而減弱外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性1.結(jié)合水2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)受靜電引力和布朗運(yùn)動(dòng)(熱運(yùn)動(dòng))擴(kuò)散力作用第18頁，課件共99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(dòng)受到水與空氣交界面處表面張力作用、存在于地下水位以上的透水層中在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動(dòng)2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)存在于土粒電場影響范圍以外，性質(zhì)和普通水無異，能傳遞水壓力，冰點(diǎn)為0℃，有溶解能力的水

2.自由水第19頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3.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2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第20頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4、雙電層與擴(kuò)散層雙電層：土粒表面帶負(fù)電為一層；土顆粒周圍正離子為一層；形成雙電層；靠近土顆粒的一層，水化離子、水分子被土顆粒牢固吸引，為固定層；吸引的水（強(qiáng)結(jié)合水）遠(yuǎn)離土顆粒的一層，水化離子、水分子布朗運(yùn)動(dòng)更為強(qiáng)烈，為擴(kuò)散層；吸引的水（弱結(jié)合水）擴(kuò)散層之外的水為自由水2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第21頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月5.結(jié)合水的作用結(jié)合水的存在是土顆粒之間粘性的來源2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第22頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)合水厚度大，則水源充分時(shí)大量水分可被吸收在土體中土體膨脹，干旱時(shí)水分失去，土體收縮開裂結(jié)合水厚度變化導(dǎo)致土顆粒之間粘性不穩(wěn)定2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第23頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月6、雙電層厚度影響因素及其應(yīng)用與離子價(jià)成反比與離子溶度成反比與離子直徑成反比離子交換特性：高價(jià)→低價(jià)2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第24頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月土的毛細(xì)性和凍脹自學(xué)2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第25頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

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閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體1.非封閉氣體：受外荷作用時(shí)被擠出土體外，對土的性質(zhì)影響不大2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時(shí)能有所復(fù)原，對土的性質(zhì)有較大影響，使土的滲透性減小，彈性增大,并延長土體受力后變形達(dá)到穩(wěn)定的歷時(shí)

三、土中氣體2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第26頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)四、土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造力學(xué)特性土的結(jié)構(gòu)重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度<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2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第27頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月重力重力表面力點(diǎn)與點(diǎn)點(diǎn)與面1.土的結(jié)構(gòu)2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)粗粒土細(xì)砂、粉粒土細(xì)粒土圖示類型單粒結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)接觸形式點(diǎn)與點(diǎn)面與面礦物成分原生礦物主要原生礦物次生礦物粒間作用力毛細(xì)力表面力膠結(jié)力土類粒間無連接可疏可密孔隙大土粒鏈組成拱架懸浮狀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定特點(diǎn)第28頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.土的構(gòu)造土的構(gòu)造是指土體中各結(jié)構(gòu)單元之間的關(guān)系。主要特征是土的成層性和裂隙性,即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者均造成土的不均勻性

1.層理構(gòu)造：土粒在沉積過程中,由于不同階段沉積的物質(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：土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填各種鹽類沉淀物

2.2土的三相組成及結(jié)構(gòu)第29頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3土的三相比例指標(biāo)

表示土的三相比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)。其數(shù)值的大小反映出土的輕重、松密、濕干、軟硬等一系列物理性質(zhì)，影響土的力學(xué)特性。質(zhì)量m(mass)體積V(volume)氣水土粒msmwmVsVwVVaVv固相：(solid)液相:(water)氣相:(air)孔隙v(vacancy)土的三相比例關(guān)系圖第30頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月天然密度ρ:天然狀態(tài)下土單位體積的質(zhì)量(g/cm3)干密度ρd:土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量(g/cm3)飽和密度ρsat

:土孔隙中充滿水時(shí)的單位體積質(zhì)量(g/cm3)有效密度ρ

:單位土體積中土粒的有效質(zhì)量(g/cm3)土粒相對密度(比重)ds:土的固體顆粒質(zhì)量與同體積4℃時(shí)純水的質(zhì)量之比含水量w:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比(%)孔隙比e:土中孔隙體積與土顆粒體積之比孔隙率

n:土中孔隙體積與總體積之比(%)飽和度

Sr

:

土中水的體積與孔隙體積之比(%)其中，天然密度、含水量、土粒相對密度為三個(gè)基本試驗(yàn)指標(biāo)2.3土的三相比例指標(biāo)一、指標(biāo)的定義第31頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月⑴天然密度ρ

工程中常用重度表示單位體積土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V測定方法：環(huán)刀法灌砂法灌水法等

1.基本試驗(yàn)指標(biāo)2.3土的三相比例指標(biāo)一般ρ=1.6~2.2g/cm3第32頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月測定方法：烘干法、酒精燃燒法含水量可能>100％2.3土的三相比例指標(biāo)⑵含水量w反映土的濕度,w↑,土濕度↑,強(qiáng)度↓氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V第33頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月一般取值:砂土2.65~2.69粘性土2.72~2.76粉土2.70~2.71有機(jī)質(zhì)土2.40~2.50泥炭土1.50~1.802.3土的三相比例指標(biāo)⑶土粒相對密度ds

測定方法：比重瓶法ρs為土粒密度(g/cm3)；ρw

=1.0g/cm3為純水在4℃時(shí)的密度土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V第34頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.換算指標(biāo)⑴孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙體積與土粒體積之比(可能>1.0)孔隙率n：土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示(≤100％)

2.3土的三相比例指標(biāo)一般e<0.6的土是密實(shí)的，e>1.0的土是疏松的氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V第35頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月⑵土的飽和度Sr描述土中孔隙被水充滿的程度:干土Sr=0;飽和土Sr=100%砂土根據(jù)Sr分為三種狀態(tài):Sr≤50%稍濕50％＜Sr≤80%很濕Sr＞80%飽和2.3土的三相比例指標(biāo)土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示(<100%)氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V第36頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月⑶不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度ρsat

:土體中孔隙完全被水充滿(1.8~2.3g/cm3)干密度ρd

:單位體積土固體顆粒質(zhì)量(1.3~1.8g/cm3)

水土粒msmwmVsVwV質(zhì)量m體積V2.3土的三相比例指標(biāo)氣土粒msmVsVaV質(zhì)量m體積Vgrsatgsat=grdgd=第37頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月有效密度ρ：單位土體積中土粒的有效質(zhì)量土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共4個(gè):土的密度ρ，飽和密度ρsat，干密度ρd，有效密度ρ

單位：(g/cm3);相應(yīng)的重度指標(biāo)也是4個(gè):土的重度，飽和重度sat，干重度d，有效重度

單位：(kN/m3)這些物理指標(biāo)側(cè)重評價(jià)土作為荷載體的性質(zhì)2.3土的三相比例指標(biāo)氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V第38頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月二、指標(biāo)的換算e的推導(dǎo)：三相草圖：令Vs=1氣水土粒Vs=1VwVVaVv=ems=dsρwm=(1+w)dsρwmw=wdsρw2.3土的三相比例指標(biāo)第39頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月三、算例分析

【例】某土樣經(jīng)試驗(yàn)測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度ds為2.66，求該土樣的含水量ω、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、飽和重度sat和有效重度

【解】2.3土的三相比例指標(biāo)第40頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4無粘性土的密實(shí)度

根據(jù)密實(shí)度不同，天然狀態(tài)下無粘性土處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)，并很大程度地影響無粘性土的工程性質(zhì)。1.孔隙比e

孔隙比e可用來表征砂土的密實(shí)度。對于同一種土，當(dāng)孔隙比小于某一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)?？紫侗扔?，土愈松散。但是不能反映級配的影響密實(shí)度表征土體的密實(shí)程度評價(jià)指標(biāo)不同級配所能達(dá)到的密實(shí)度是不同的第41頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.相對密實(shí)度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比

當(dāng)Dr=0時(shí)，e=emax

，表示土處于最疏松狀態(tài);當(dāng)Dr=1.0時(shí)，e=emin，表示土體處于最密實(shí)狀態(tài)Dr≤1/3疏松狀態(tài)1/3＜Dr≤2/3中密狀態(tài)2/3＜Dr≤1密實(shí)狀態(tài)2.4無粘性土的密實(shí)度第42頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3.按動(dòng)力觸探確定無粘性土密實(shí)度

天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)N進(jìn)行評定。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)行評定(GB50007-2002)

密實(shí)度按N評定砂石按N63.5評定碎石土

松散稍密中密密實(shí)N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20動(dòng)力觸探:（1）鉆孔，貫入器放入孔底；（2）63.5kg重錘以76cm高度自由下落將貫入器擊入土中30cm的所需錘擊數(shù)N2.4無粘性土的密實(shí)度第43頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月4.例題分析【例】某砂土試樣,試驗(yàn)測定土粒相對密度ds=2.7，含水量ω=9.43%，天然密度ρ=1.66/cm3。已知1000cm3干砂最密實(shí)狀態(tài)時(shí)質(zhì)量ms1=1.62kg，最疏松狀態(tài)時(shí)質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對密實(shí)度Dr，并判斷其密實(shí)狀態(tài)?！窘狻可巴猎谔烊粻顟B(tài)下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相對密實(shí)度0.33<Dr<0.67

中密狀態(tài)2.4無粘性土的密實(shí)度第44頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1.粘性土的界限含水量0固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)塑限wP液限wL2.5粘性土的物理特性可塑性:土體在外力作用下可被塑成任何形狀而不開裂，外力去掉后仍可保持原狀

界限含水量:粘性土由某一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的分界含水量。不同的粘性土，ws、wp、wL

大小不同半固態(tài)含水量w縮限ws隨土中水分不斷蒸發(fā)，體積不再縮小時(shí)的界限含水量第45頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月阿特堡界限

(Atterberglimit)2.5粘性土的物理性質(zhì)O半固態(tài)Vs+VaVs固態(tài)可塑態(tài)液態(tài)wswPwLw水V顆粒碟式液限儀:土裝碟內(nèi),刮平劃槽,將碟抬高10mm,自由下落,連續(xù)25次,土槽合攏剛好13mm,此時(shí)含水量即為液限第46頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月液塑限聯(lián)合測定儀下沉深度10mm所對應(yīng)的含水量為液限,2mm對應(yīng)的為塑限2.5粘性土的物理性質(zhì)第47頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)IP:

液限與塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)含水量的變化范圍

塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,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.

液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關(guān)系。當(dāng)IL≤0時(shí),w≤wP,土處于堅(jiān)硬狀態(tài);IL＞1時(shí),w＞wL,土處于流動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài)液性指數(shù)IL:

粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比

狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞12.5粘性土的物理性質(zhì)第48頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3.粘性土的靈敏度原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度=原狀土結(jié)構(gòu)性粉碎重塑相同含水量、密度重塑土強(qiáng)度降低相同含水量、密度土的靈敏度愈高，結(jié)構(gòu)性愈高，受擾動(dòng)后強(qiáng)度降低就愈多，施工時(shí)應(yīng)特別注意保護(hù)基槽，保證結(jié)構(gòu)不擾動(dòng)，避免降低地基強(qiáng)度。

2.5粘性土的物理性質(zhì)低靈敏中等靈敏高靈敏第49頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)時(shí)，強(qiáng)度降低。擾動(dòng)停止后，強(qiáng)度又逐漸增長，該性質(zhì)稱為土的觸變性。土體中土顆粒、離子和水分子體系隨時(shí)間趨于新的平衡狀態(tài)。即土的結(jié)構(gòu)逐步恢復(fù)而導(dǎo)致強(qiáng)度恢復(fù)。它是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。目前尚無合理描述土觸變性的方法和指標(biāo)4.粘性土的觸變性結(jié)構(gòu)強(qiáng)度恢復(fù)結(jié)構(gòu)破壞結(jié)構(gòu)未破壞基本原理2.5粘性土的物理性質(zhì)第50頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月孔隙水在水頭差作用下滲透：水通過土孔隙流動(dòng)的現(xiàn)象

滲透性：土允許水流透過的性質(zhì)造成水量損失，影響工程效益

引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化，從而改變水土建筑物或地基的穩(wěn)定條件，甚者將釀成破壞事故

本節(jié)主要討論水在土體中的滲透性及滲透規(guī)律，滲透力、及滲透變形等問題。2.6土的滲透及滲流第51頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月滲流量滲透變形石壩浸潤線透水層不透水層石壩壩基壩身滲流2.6土（巖）的滲透性第52頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月滲透壓力滲流量滲透變形透水層不透水層基坑板樁墻板樁圍護(hù)下的基坑滲流2.6土（巖）的滲透性第53頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月工程事故舉例美國Teton壩概況：土壩，高90m，長1000m，建于1972-75年，1976年6月失事?lián)p失：直接8000萬美元，起訴5500起,2.5億美元，死14人,受災(zāi)2.5萬人，60萬畝土地，32公里鐵路原因：滲透破壞－水力劈裂2.6土（巖）的滲透性第54頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1976年6月5日上午10:30左右，下游壩面有水滲出并帶出泥土。2.6土（巖）的滲透性美國Teton壩第55頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月11:00左右洞口不斷擴(kuò)大并向壩頂靠近，泥水流量增加2.6土（巖）的滲透性美國Teton壩第56頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月11:30洞口繼續(xù)向上擴(kuò)大，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾處的設(shè)施。2.6土（巖）的滲透性美國Teton壩第57頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月11:57壩坡坍塌，泥水狂瀉而下2.6土（巖）的滲透性美國Teton壩第58頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月12：00過后坍塌口加寬2.6土（巖）的滲透性美國Teton壩第59頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月洪水掃過下游谷底，附近所有設(shè)施被徹底摧毀2.6土（巖）的滲透性美國Teton壩第60頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月失事現(xiàn)場目前的狀況2.6土（巖）的滲透性美國Teton壩第61頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月一、達(dá)西定律結(jié)論：水在土中的滲透速度與試樣的水力梯度成正比水力梯度，即沿滲流方向單位距離的水頭損失

達(dá)西定律:v=kiq=kiA2.6土（巖）的滲透性1856年法國學(xué)者Darcy對砂土的滲透性進(jìn)行研究第62頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月粗粒土：①礫類土水力梯度較大時(shí)滲流為紊流②砂土中滲透速度vcr=0.3-0.5cm/s適用條件ivi0層流（線性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性較重的粘性土兩種特例粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0)2.6土（巖）的滲透性ivovcr)1m(kivm<=第63頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月二、滲透系數(shù)的測定方法室內(nèi)試驗(yàn)測定方法常水頭試驗(yàn)法變水頭試驗(yàn)法井孔抽水試驗(yàn)井孔注水試驗(yàn)野外試驗(yàn)測定方法√2.6土（巖）的滲透性第64頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月室內(nèi)滲透試驗(yàn)時(shí)間t內(nèi)流出的水量Q常水頭試驗(yàn)——整個(gè)試驗(yàn)過程中水頭保持不變適用于透水性大(k>10-3cm/s)的土，例如砂土。2.6土（巖）的滲透性第65頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1.土粒大小與級配

細(xì)粒含量愈多，土的滲透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多時(shí)，砂土的滲透系數(shù)就會(huì)大大減小。2.土的密實(shí)度4.土的礦物成分

同種土在不同密實(shí)狀態(tài)下具有不同的滲透系數(shù)，土的密實(shí)度增大，孔隙比降低，滲透系數(shù)相應(yīng)減小。粘土礦物的結(jié)合水占據(jù)孔隙蒙脫土膨脹，阻塞孔隙；淤泥不透水——含有機(jī)質(zhì)。3.土中封閉氣體含量

土中封閉氣體阻塞滲流通道，使土的滲透系數(shù)降低。封閉氣體含量愈多，土的滲透系數(shù)愈小。三、影響滲透系數(shù)的因素2.6土（巖）的滲透性滲透系數(shù)減小第66頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月四、滲流力與滲流穩(wěn)定性分析

1.滲流力（動(dòng)水力）Δh>0水流動(dòng)，水流受到來自土骨架的阻力，同時(shí)流動(dòng)的孔隙水對土骨架產(chǎn)生一個(gè)摩擦、拖曳力。滲流穩(wěn)定滲流力Δh=0靜水中，土骨架會(huì)受到浮力作用。與水頭差有關(guān)滲流力J:單位體積土顆粒所受到的滲透作用力，其方向與滲流方向一致。2.6土（巖）的滲透性第67頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月h1Δhh200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器ab2.6土（巖）的滲透性

滲流破壞試驗(yàn)示意第68頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月h200hwL土樣濾網(wǎng)貯水器abGw水柱分析gwhwAwgwh1AwT’(1)孔隙水重力和土粒浮力的反力之和

(2)水柱上下兩端面的邊界水壓力

(3)土粒對水流的阻力T，大小與滲流力相反，根據(jù)極限平衡條件：2.6土（巖）的滲透性第69頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：滲流力J是滲流對單位土體的作用力，是一種體積力，其大小與水力坡降成正比，作用方向與滲流方向一致，單位為kN/m3

abcJ方向與重力一致,促使土體壓密、強(qiáng)度提高,有利土體穩(wěn)定滲流方向近乎水平,使土粒產(chǎn)生向下游移動(dòng)的趨勢,對穩(wěn)定不利J方向與重力相反,若滲透力大于土體有效重度,土粒將被水流沖出2.6土（巖）的滲透性滲流力的存在，將使土體內(nèi)部受力發(fā)生變化，這種變化對土體穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響第70頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.臨界水頭梯度

當(dāng)Δh增大到某一數(shù)值(有效重度)時(shí),向上的滲流力克服了土體向下的重力,土體浮起而處于懸浮狀態(tài)失去穩(wěn)定,土粒隨水流動(dòng),該現(xiàn)象稱為流砂或流土，此時(shí)的水頭梯度稱為臨界水頭梯度icr2.6土（巖）的滲透性【例】某基坑開挖,施工抽水穩(wěn)定后,實(shí)測水位如圖。場地土體為:細(xì)砂層,γsat=18.7

kN/m3,k=4.5×10-2mm/s,試求滲流平均速度v和滲流力J,并判別是否產(chǎn)生流砂現(xiàn)象。細(xì)砂層的有效重度故不會(huì)因基坑抽水而產(chǎn)生流砂現(xiàn)象第71頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月基本類型流砂管涌滲透破壞(變形):土工建筑物及地基由于滲流作用而出現(xiàn)的破壞或變形形成條件防治措施五、滲透破壞與控制2.6土（巖）的滲透性第72頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1.流砂(土)

在向上的滲透水流作用下，表層土局部范圍顆粒群同時(shí)發(fā)生懸浮、移動(dòng)的現(xiàn)象。粘性土k1<<k2砂性土k2壩體滲流2.6土（巖）的滲透性形成條件:i<icr:土體處于穩(wěn)定狀態(tài)i>icr:土體發(fā)生流土破壞i=

icr:土體處于臨界狀態(tài)[i]:允許坡降;Fs:安全系數(shù)1.5～2.0實(shí)際工程：第73頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.管涌內(nèi)因有足夠多的粗顆粒形成大于細(xì)粒直徑的孔隙外因滲透力足夠大

在滲流作用下,土中細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙中移動(dòng),以至流失,隨著土孔不斷擴(kuò)大,最終在土體內(nèi)形成與地表貫通的滲流管道,導(dǎo)致土體塌陷。管涌管涌破壞2.6土（巖）的滲透性第74頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月流砂與管涌的比較

流砂土體局部范圍的顆粒同時(shí)發(fā)生移動(dòng)管涌只發(fā)生在水流滲出的表層只要滲透力足夠大，可發(fā)生在任何土中破壞過程短導(dǎo)致下游坡面產(chǎn)生局部滑動(dòng)等現(xiàn)象位置土類歷時(shí)后果土體內(nèi)細(xì)顆粒通過粗顆粒形成的孔隙通道移動(dòng)可發(fā)生于土體內(nèi)部和滲流溢出處一般發(fā)生在特定級配的無粘性土或分散性粘土中破壞過程相對較長導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生塌陷或潰口2.6土（巖）的滲透性第75頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月3.防治措施

增大[i]:下游增加透水蓋重防治流土減小i:上游延長滲徑；下游減小水壓防治管涌改善幾何條件：設(shè)反濾層等改善水力條件：減小滲透坡降2.6土（巖）的滲透性要求：第76頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月例題分析【例】某土壩地基土的比重Gs=2.68，孔隙比e=0.82，下游滲流出口處經(jīng)計(jì)算水力坡降i為0.2，若取安全系數(shù)Fs為2.5，試問該土壩地基出口處土體是否會(huì)發(fā)生流土破壞

【解】臨界水力坡降實(shí)際水力坡降i<[i],故土壩地基出口處土體不會(huì)發(fā)生流土破壞

允許水力坡降2.6土（巖）的滲透性第77頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.7土的動(dòng)力特性一、土的壓實(shí)原理對土體施加外部能量,驅(qū)除土中氣體,使得土顆粒相對位移、重新排列,土體干密度提高,強(qiáng)度增大。當(dāng)土顆粒表面水分較少時(shí),結(jié)合水膜薄,粒間電引力大,土粒摩擦大,阻止顆粒相對位移,壓實(shí)效果差。一定量水分,可起潤滑作用,水膜加厚,摩擦減少,土粒易于移動(dòng),相同能量下干密度提高,壓實(shí)效果好。若水分過多,多余水分占據(jù)一定體積,土孔隙體積增大,干密度變小,壓實(shí)效果下降。第78頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月二、土的擊實(shí)試驗(yàn)擊實(shí)筒護(hù)筒擊錘導(dǎo)筒預(yù)先配制不同含水量的土樣,采用相同的擊實(shí)功進(jìn)行擊實(shí);計(jì)算干密度ρd

=ρ/(1+w),繪制含水量w——干密度ρd曲線;根據(jù)擊實(shí)功能不同擊實(shí)試驗(yàn)有輕型和重型兩種。0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.12.7土的壓實(shí)原理第79頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月輕型擊實(shí)試驗(yàn)(試驗(yàn)課)擊實(shí)筒容積997cm3擊錘質(zhì)量為2.5kg擊錘落高為30cm分3層擊實(shí)，每層27擊根據(jù)擊實(shí)后土樣密度和實(shí)測含水量計(jì)算相應(yīng)的干密度實(shí)驗(yàn)步驟：制作預(yù)定w的松散土樣擊實(shí),測量擊實(shí)試樣質(zhì)量m,

得ρ濕=m/V測量土樣含水量w計(jì)算得到ρd=ρ濕/(1+w)繪制w—ρd曲線2.7土的壓實(shí)原理第80頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月三、擊實(shí)曲線的特點(diǎn)

具有峰值，即最大干密度與最優(yōu)含水量位于飽和曲線之下粘性土2.7土的壓實(shí)原理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第81頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月無粘性土擊實(shí)曲線20%特點(diǎn)不存在最優(yōu)含水量；在完全風(fēng)干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實(shí)；潮濕狀態(tài)下ρd明顯降低。壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

常用相對密實(shí)度控制;

Dr>0.7～0.75;

施工過程中要么風(fēng)干,或者充分灑水;使土料飽和。2.7土的壓實(shí)原理第82頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月四、影響擊實(shí)的因素1.含水量的影響ρdmaxwρd0wop當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)后的干密度隨含水量的增加而增大。而當(dāng)干密度增大到某一值后，含水量的繼續(xù)增加反使干密度減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，與它對應(yīng)的含水量稱為最優(yōu)含水量

當(dāng)擊數(shù)一定時(shí),只有在某一含水量下才獲得最佳的擊實(shí)效果

2.7土的壓實(shí)原理第83頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.擊實(shí)功能E3.土類及級配夯實(shí)、水夯、靜壓、振動(dòng)、沖擊壓實(shí)等，不同土類方法不同。2.7土的壓實(shí)原理顆粒愈粗、級配愈好,ρdmax愈大,wop愈小;干砂宜振壓密實(shí),稍濕砂密實(shí)差,飽和砂毛細(xì)壓力消失,壓實(shí)效果好。4.擊實(shí)方式1—夯實(shí)、2—輾壓、3—振動(dòng)第84頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月壓實(shí)能量相當(dāng)于2500kN的重力,壓實(shí)功能為目前最大振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械的10倍以上,尤其適用于填石路堤。沖擊式壓實(shí)機(jī)沖擊式壓實(shí)機(jī)施工現(xiàn)場

沖擊壓實(shí)技術(shù)

廣西38m高填石路堤第85頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月1.粘性土存在最優(yōu)含水量wop,填土施工中應(yīng)控制土料含水量在wop左右，以期得到ρdmax，通常取2.工程上常采用壓實(shí)度λ控制(作為填方密度控制標(biāo)準(zhǔn))Ⅰ、Ⅱ級土石壩λ

>95~98%Ⅳ~Ⅴ級土石壩λ

>92~95%

高速公路路基λ

>95%2.7土的壓實(shí)原理五、壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)第86頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月六、土的振動(dòng)液化定義飽和狀態(tài)砂土或粉土在一定強(qiáng)度的動(dòng)荷載作用下表現(xiàn)出類似液體性質(zhì)而完全喪失承載力的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因地震、波浪，振動(dòng)，打樁帶來的災(zāi)害噴砂冒水，震陷，滑坡，上浮地震波的振動(dòng)液化后的震陷1.基本概念第87頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月

振動(dòng)產(chǎn)生超孔隙水壓力,無粘性土顆粒與顆粒間的有效應(yīng)力為0,抗剪強(qiáng)度為0，土體象液體一樣失去了抗剪強(qiáng)度。

——第3、5章有效應(yīng)力原理2.液化機(jī)理3.主要影響因素土的類別:粘性土具有粘聚力不易液化;土的密度:松砂振動(dòng)時(shí)體積縮小,孔隙水壓力上升大,易液化;往復(fù)應(yīng)力強(qiáng)度與次數(shù):振動(dòng)時(shí)間越長,誘發(fā)的液化越多;土的初始應(yīng)力狀態(tài):上部覆蓋壓力越大,土越不易液化。松散砂土顆粒(無粘聚力)脫離原來位置(土體飽水)與周圍顆粒不聯(lián)系(象液體可以流動(dòng))振動(dòng)懸浮通俗解釋第88頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月2.8地基土(巖)的工程分類一、分類的目的和原則

土的分類體系是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，便于在不同土類間作有價(jià)值的比較、評價(jià)、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的交流。分類原則：1.分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)，又要測定方法簡單，使用方便。2.分類體系所采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性。第89頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月二、分類體系與方法分類體系：1.建筑工程系統(tǒng)分類體系2.工程材料系統(tǒng)分類體系著重將土作為建筑地基和環(huán)境，研究對象為原狀土，例如《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)地基土分類方法著重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研究對象為擾動(dòng)土，例如《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)工程用土的分類和《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》(JTJ051-93)土的工程分類2.8土（巖）的工程分類第90頁，課件共99頁，創(chuàng)作于2023年2月分類方法：1.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)

根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)將地基土(巖)分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大類⑴巖石的分類

顆粒間牢固粘結(jié),呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石,堅(jiān)硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度frk分類

堅(jiān)硬程度類別飽和單軸抗壓強(qiáng)度frk(Mpa)堅(jiān)硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk