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1、第2章 土的物理性质及工程分类,2.1土的生成与特性 2.2土的三相组成 2.3土的物理性质指标 2.4土的物理状态指标 2.5地基土的工程分类,第2章 土的物理性质及工程分类,本章重点 土的三相组成与颗粒特征，土的物理性质指标，土的物理状态指标，地基土的工程分类。 本章难点 土的物理性质指标与物理状态指标。,2.1 土的生成与特性,第2章 土的物理性质及工程分类,搬运、沉积,风化,土是由岩石，经物理化学风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、流体水和气体的一种集合体。,2.1.1土的生成,第2章 土的物理性质及工程分类,（1）物理风化 岩石经风、霜、雨的侵蚀，温度、湿度的变化，发生不均匀膨胀与
2、收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。 特点：矿物、岩石的物质成分不发生变化，只是碎裂成为大小不等的碎块。 类型：温差风化；冰劈作用；其它物理风化作用：盐类的结晶与潮解、层裂或卸载作用。,2.1 土的生成与特性,2.1.1土的生成,2.1 土的生成与特性,第2章 土的物理性质及工程分类,（1）物理风化 温差风化：由于温差变化，岩石在热胀冷缩过程中逐渐破碎的过程，常发生在温差较大的干旱气候地区。,2.1.1土的生成,2.1 土的生成与特性,第2章 土的物理性质及工程分类,（1）物理风化 冰劈作用：充填于岩石裂隙中的水结冰体积膨胀而使岩石裂解的过程。 水结成冰时其体积可增大9.2。冰体将对裂缝壁产生2
3、000kgcm2的巨大压力。,2.1.1土的生成,2.1 土的生成与特性,第2章 土的物理性质及工程分类,（1）物理风化 其它物理风化作用： 盐类的结晶与潮解：充填于岩石孔隙、裂隙中含盐分的溶液，因水溶液浓度的变化，盐类出现结晶与溶解使岩石破碎的过程(类似于冰劈作用)。,2.1.1土的生成,2.1 土的生成与特性,2.1.1 土的生成,第2章 土的物理性质及工程分类,（1）物理风化,由物理风化生成的土为粗粒土，如块碎石，砾石和砂土等，总称为无粘性土,砾石料,卵 石,砂,2.1 土的生成与特性,第2章 土的物理性质及工程分类,（2）化学风化,岩石的碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质相接触时，逐渐发生
4、化学变化，原来组成矿物发生变化，产生一种新的成分次生矿物。,粘土,2.1.1土的生成,2.1 土的生成与特性,第2章 土的物理性质及工程分类,（3）生物风化,2.1.1土的生成,2.1 土的生成与特性,2.1.2土的结构与构造,第2章 土的物理性质及工程分类,1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。,单粒结构：凡粗颗粒土（如卵石与砂土等），在沉积过程中，每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳定状态，其特点是土粒间存在点与点的接触。,2.1 土的生成与特性,2.1.2土的结构与构造,第2章 土的物理性质及工程分类,1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。,蜂窝结构：当土颗粒较细（
5、粒径在0.02mm以下）时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒被吸收不再下沉（彼此之间引力大于重力），依次一粒粒被吸收，形成很大孔隙的蜂窝状结构。（适用于粉土）,2.1 土的生成与特性,2.1.2土的结构与构造,第2章 土的物理性质及工程分类,1.土的结构：土颗粒之间的相互排列及其联结形式。,絮状结构（二级蜂窝结构）：那些粒径极细的粘土颗粒（粒径小于0.005mm）在水中长期悬浮，相互碰撞而吸引形成小链环状的土集粒，它们互相接近吸引，不断扩大形成大链环状，称为絮状结构。（适用于粘土）,2.1 土的生成与特性,2.1.2土的结构与构造,第2章 土的物理性质及工程分类,1单粒结构工程性质好于蜂窝结构
6、和絮状结构 2土的结构受力后会产生变化，饱和粉砂细砂（振动液化），粘性土受扰动后强度变低,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架， 起决定作用,重要 影响,土 体,次要 作用,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,物理状态 力学特性,粒径级配,矿物成分,颗粒形状,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,2.2 土的三相组成,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,原生矿物 物理风化作用产物（如：石英、长石、云 母），构成粗粒土的主要矿物成分 次生矿物 化学风化作用产物，主要是粘土矿物，倍半氧化物等，构成细粒土的主要矿物成分 高
7、岭石、伊里石、蒙脱石,1.土粒的矿物成分,粘土矿物: 由硅片和铝片构成的晶包所组合而成,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,硅片的结构,基本单元： 硅-氧四面体,2.2.1土的固体颗粒,1.土粒的矿物成分,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,铝片的结构,基本单元： 铝-氢氧八面体,2.2.1土的固体颗粒,1.土粒的矿物成分,粘土矿物的晶格构造,蒙脱石,伊利石,粒 径 亲 水 性 胀 缩 性 压 缩 性,大 小 小 小,中 中 中 中,小 大 大 大,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,1.土粒的矿物成分,2.2 土的
8、三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,2.土颗粒的大小与形状,图2.2 土的粒径分组,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,2.土颗粒的大小与形状,原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 次生矿物 针状、片状、扁平状,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,粒径：颗粒的大小通常以直径表示。称为粒径（mm）或粒度。 粒组：粒径大小在一定范围内、具有相同或相似的成分和性质的土粒集合。,2.2 土的三相组成,卵石或碎石颗粒 (20-200mm) 圆砾或角砾颗粒 (2-20mm) 砂 (0.075-2mm),
9、粉粒(0.005-0.075mm) 粘粒(0.005mm),第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,2.2 土的三相组成,粘土,细砂,粗砂,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,粘土,卵石,碎石,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,土的颗粒级配 土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组的土粒的相对含量。工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示。,土的颗粒级配分析方法,(1)筛分法：适用于0.075mmd60mm,(2)比重计法:
10、适用于d0.075mm,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,标准分析筛筛子孔径分别为: 20, 10, 5, 2.0, 1.0 ,0.5, 0.25, 0.075,(1) 筛分法：适用于0.075mmd60mm,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,(1) 筛分法：适用于0.075mmd60mm,筛析机,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,(2) 比重计法:适用于d0.075mm,原理Stokes定律： 球状的细颗粒在
11、水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比。,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,(2) 比重计法:适用于d0.075mm,原理Stokes定律： 球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比。,2.2 土的三相组成,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,(2) 比重计法:适用于d0.075mm,2.2 土的三相组成,10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1,200g,10 16 18 24 22 38 72,P % 95 87 78 66 55 36,水分法,小于某粒径之土质量百分数
12、P（）,粒径(mm),土的粒径级配累积曲线（对数坐标）,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,d60,d50,d10,d30,特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径 d30 ;,不均匀程度： Cu = d60 / d10, 不均匀系数,当Cu很小时曲线很陡，表示土均匀；当 Cu 很大时曲线平缓，表示土的级配良好。Cu 5, 级配不均匀。,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,斜率: 某粒径范围内颗粒 的含量 陡相应粒组质量集中 缓-相应粒组含
13、量少 平台-相应粒组缺乏,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数,C c = 1 3, 级配连续性好,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成, Cu5 Cc13 级配连续,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,例1-1 下表为一土工试验颗粒分析表，表中数值为留筛质量，底盘内试样质量为20g,现需计算试样的不均匀系数Cu和曲率系数Cc,土的颗粒组成：,粒径2.0mm:,粒径1.0mm:,粒径0.5mm:
14、,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,粒径0.25mm:,粒径0.075mm:,由表中数据可知： d10=0.25mm， d30=0.5mm， d60=1.0mm,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,2.2.1土的固体颗粒,3.土的粒径级配,第2章 土的物理性质及工程分类,粒径级配累积曲线及指标的用途：,1）粒组含量用于土的分类定名；,2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土； Cu 5, 均匀土,3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 3, 级配连续土； Cc 3 或 Cc 1,级配不连续土,4）不均匀系数Cu和曲率
15、系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu 5且 C c = 1 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu 3 或 Cc 1, 级配 不良的土,2.2 土的三相组成,孔隙水,自由水,结合水,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,2.2.2 土中水,第2章 土的物理性质及工程分类,2.2 土的三相组成,土中水：结晶水和孔隙水,固态水,液态水,气态水,- 强结合水： 排列致密，密度1g/cm3 冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性 温度100C时不蒸发 - 弱结合水： 受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性,粘土 颗粒,引力,d,水分子,阳离子,强结合水,弱结合水,自由水,土中水 结合水,结合水：受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水,毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的作用 重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流动；浮力作用,土中水 自由水,自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水,
