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1、1,第1章 土的物理性质与工程分类,1.1土的成因与特性 1.2土的三相组成 1.3土的物理性质指标 1.4土的物理状态指标 1.5土的压实机理 1.6地基岩土的工程分类,2,1.1 土的成因与特性,土是什么？ 岩石风化后的颗粒经过堆积或沉积之后的产物 土与岩石的区分在于颗粒胶结的强弱 风化作用 物理风化作用： 化学风化作用： 生物风化作用：,产生质的变化,产生量的变化,风化剥蚀,搬运、沉积,3,土的特性 高压缩性 低承载力 强渗透性,4,土的成因类型（堆积或沉积的条件） 残积土：留在原地 运积土：位置移动,土,残积土,运积土,风积土,河流沉积土,冰川沉积土,5,残积土： Residual s
2、oil 岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时间，其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对残积土的性质有显著影响。(优良母岩、质地不良母岩) 运积土： Transported soil 经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积物。,6,运积土分类：,1.河流沉积土 水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故： 上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题 下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础沉降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题,7,2.风积土 黄土 典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时，含水率低，一般10%左右，仍能维持陡壁或承受较大的建筑物荷载，可一
3、旦湿水，其胶结强度会迅速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉，黄土的这种性质称为湿陷性。,8,3.冰川沉积土 经水流搬运，直接从冰层中搁置下来的冰碛土。 其特点是：不成层，性质一般不均匀，可作为土石坝的不透水材料，而化学胶结的冰碛土具有很高的密实性，常常是极好的建筑物地基。 冰水冲积土：由冰川融化水搬运、堆积在冰层外围的冲积土，具有与河流冲积土类似的性质，是优良的透水材料和混凝土骨料。,9,1.2 土的组成,土的三相 土包含固体颗粒及颗粒间的孔隙 孔隙里面可能有水或气体 土体通常是三相的，饱和土和干土是两相系,固相：固体颗粒 液相：液体 气相：气体,10,土的固相 （1）成土矿物 原生矿物：包
4、括石英、长石和云母等，为岩石物理风化的产物。 次生矿物：主要是粘土矿物，为原生矿物化学风化的产物。,蒙 脱 石,11,（2）粘土矿物的晶体结构 粘土矿物：颗粒极小，分晶体和非晶体两种，大部分是晶体 晶体结构,1 Si4+ 4 O2-,1 Al 3+or Mg2+ 6 OH1-,硅-氧四面体,铝（镁）-氢氧八面体,12,粘土矿物的晶格构造,高岭石,蒙脱石,伊利石,差 大 10-20m2/g 小 大 小,中 中 80-100m2/g 中 中 中,强 小 800m2/g 大 小 大,亲 水 性 粒 径 比表面积 胀 缩 性 强 度 压 缩 性,吸水膨胀、 脱水收缩,13,（3）土的粒组划分 土粒的大
5、小土的性质 粒组：工程性质相近的一定尺寸范围内的土粒划为一组,14,表格法表示的粒组划分,15,（4）土的颗粒级配 级配：土中各粒组的相对含量 （各粒组质量占土粒总质量的百分数 ） 土的颗粒级配可由土的颗粒大小分析试验（简称颗分试验）测定。,d0.075mm 密度计法,d0.075mm 筛分法,颗分试验,16,（5）颗粒大小分析试验 试验方法,筛分法： d 0.075mm,17,筛分法 将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内 摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出 各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。,10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1,200g,10
6、16 18 24 22 38 72,P % 95 87 78 66 55 36,筛分法原理图,18,密度计法：d0.075mm,土粒尺寸不同，沉降速度也就不同,19,密度计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。 将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒径的土粒质量，绘出级配曲线。,20,颗粒分析的先进方法激光颗分,21,（6）试验成果及应用 颗粒级配曲线：以土粒粒径为横坐标（对数比例尺），小于某粒径土质量占试样总质量的百分数为纵坐标绘制而成的曲
7、线。,为何用半对数坐标？,22,23,颗粒级配曲线的工程应用 土的分类，大致评估土的工程性质 用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏 （路堤的填土，混凝土骨料，反滤层等。） 主要通过曲线的形态（陡缓，曲率）来评判，主要指标是,不均匀系数：,曲率系数：,24,d60,d30,d10,d60限定粒径 d10有效粒径,Q：只有一种粒径尺寸的土的粒径分布曲线是什么形状？,25,不均匀，级配良好,均匀，级配不良,缺少某粒径,级配良好 Cu5且1Cc3,26,27,土的液相 结合水 强结合水 弱结合水对土的性质影响大 自由水 重力水渗透 毛细水造成假凝聚力(毛细粘聚力),28,强结合水,排列致密、定向性强
8、密度1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的的特性 温度高于100C时可蒸发,弱结合水,位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性,结合水,29,土的液相 结合水 强结合水 弱结合水对土的性质影响大 自由水 重力水渗透 毛细水造成假凝聚力（毛细粘聚力）,30,土中毛细现象,毛细水,分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管,对砂土强度的影响:毛细边角水, 假凝聚力,31,土的气相 自由气体：与大气连通的气体 封闭气体：气泡式的气体对土的性质影响大,32,土的结构,土粒间的相互作用 外力作用（外荷载及重力） 内力作
9、用（范得华力、静电力） 土的结构 指土的物质组成（主要指土粒，也包括孔隙）在空间上的相互排列以及土粒间的联结特征的综合 1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态,33,2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位，很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构,34,土的构造,
10、土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性，即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性 1.层理构造：土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同，而沿竖向呈现出成层特征 2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割，在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物,35,1.3 土的物理性质指标,反映固、液、气三相体积及质量比例关系,36,可直接试验测得的指标（基本指标） （1）土的密度与重度 定义 ：单位体积内土的质量（g/cm3） ：单位体积内土的重量（kN/m3） 试验方法：环刀法,37,（2）土粒比重ds （ Gs ） 定义 ds：土粒质量与同体积4
11、纯水质量的比值（无量纲） 试验方法：比重瓶法 ds值较稳定，砂土2.652.70，粘性土2.702.75 通过ds，可以计算出土颗粒的体积,38,=,=,39,（3）土的含水量 定义 ：土中水的质量占土粒质量的百分数 试验方法 烘干法，烘烤前后质量之差即为水的质量，烘烤后干土的质量为土颗粒的质量。,40,间接换算的物理性质指标 （1）土的孔隙比e 定义 e：土中孔隙体积与土粒体积的比值 以小数表示，如0.68 孔隙比越大越疏松,41,（2）土的孔隙率n 定义 n：土中空隙体积与土体总体积之比 以百分比表示，如68 反映土疏松的程度，越大越疏松 与孔隙比e的关系,42,（3）土的饱和度Sr 定义
12、 Sr：土中水的体积与空隙总体积之比 以百分比表示，如100 反映土孔隙被水充满程度 干土：Sr=0,饱和土：Sr=100%。根据饱和度分为三种状态: Sr50%稍湿； 50Sr80%很湿； Sr80%饱和 与e和Vs的关系,43,（4）干密度d和干重度d 定义 d：单位体积内土颗粒的质量 d ：单位体积内土颗粒的重量 也可用来评价密实度 （5）饱和密度sat和饱和重度sat sat：孔隙完全被水充满时单位体积内土的质量 sat：孔隙完全被水充满时单位体积内土的重量,44,（6）有效密度和有效重度（浮重度） 定义 ：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差 （水下单位体积土体中土粒所受重力与水的浮
13、力的差值） ：单位体积内土粒质量与同体积水重量之差 四种密度或重度的大小关系,45,物理指标间的换算,从各指标的定义出发 通常假设V1，或Vs1 推求土中三相的质量与体积 如：,46,（1）孔隙比与孔隙率的关系 令Vs1，则,47,（2）干密度与湿密度与含水量的关系 令V1,48,（3）孔隙比与比重和干重度的关系 令Vs1，则,49,（4）饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 令Vs1，则,50,（5）浮密度与比重和孔隙比的关系 令Vs1，则,51,例题分析,【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为2.66，求该土样的含水量
14、、密度、重度 、干重度d 、孔隙比e、饱和度Sr、饱和重度sat和有效重度,【解答】,52,1.4 土的物理状态指标,无粘性土的密实度 无粘性土的密实度对其性质有重要的影响 评价密实度的方法 天然孔隙比e 相对密实度Dr 标准贯入击数N,密实度大,结构稳定、强度大、压缩变形小,密实度小,结构疏松、不稳定、压缩变形大,53,孔隙比e或孔隙率n 优点：简单方便 缺点：不能反映级配的影响且只能用于同一种土,相对密实度 emax与emin ：最大与最小孔隙比 优点：把土的级配因素考虑在内，理论上较为完善 缺点：e、emin、 emax难以准确测定 评价准则（Dr）： 01/3，疏松； (1/32/3，
15、中密； (2/31，密实。,54,现场标准贯入试验判定,天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。 天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002) 。,判定标准：,55,原位标准贯入试验,锤 重：63.5kg,落 距：760mm,打入深度：300mm,56,例题分析 【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度ds=2.7,含水量=9.43%,天然密度=1.66g/cm3。已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=162g、V=100cm3,最疏松状态时称得干砂质量ms2=145g、V=100cm3。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土
16、所处的密实状态。,【解答】,砂土在天然状态下的孔隙比,砂土最小孔隙比,砂土最大孔隙比,相对密实度,（1/3,2/3,中密状态,57,粘性土的物理状态 （1）粘性土的稠度状态 什么是稠度？ 干湿程度或某一下抵抗外力作用而破坏或变形的能力 固体状态、半固体状态、可塑状态、流动状态,58,（2）界限含水量及其测定 界限含水量：土体状态间的临界含水量 液限 L 、塑限 P 、缩限 S,59,塑限的测定方法 搓滚法 将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。 液塑限联合测定法 利用液、塑性联合测定仪同时测定3份不同含水量的同一土样，得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为2mm时土样的含水量就分别为该
