《【PPT课件】土的物理性质与工程分类》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【PPT课件】土的物理性质与工程分类（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、土力学,第一章,土的物理性质与工程分类,第一节 土的形成 第二节 土的组成 第三节 土的结构第四节 土的物理性质第五节 无粘性土的相对密实度、粘性土的稠 度及土的压实性第六节 土的工程分类,本章主要内容,第一节 土的形成,风化剥蚀,搬运、沉积,土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物,土的演化,第一节 土的形成,物理风化,原生矿物,化学风化,次生矿物,生物风化,有 机 质,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎,一、风化作用分类,矿物成分未变,矿物成分改变,动植
2、物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化,第一节 土的形成,沉积与搬运,残积土无搬运,母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物,运积土有搬运,风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物,第一节 土的形成,土的基本特征及主要成因类型,土的基本特征,土是自然历史的产物土是相系组合体 土是分散体系 土是多矿物组合体,第一节 土的形成,土的主要成因类型,残积土(体)坡积土(体)洪积土(体)湖积土(体)冲积土(体)冰积土(体)崩积土(体)风积土(体)海洋沉积土(体)火山沉积土(体),第二节 土的组成,固相,液相,气相,构成土骨架，起决定作用,重
3、要影响,次要作用,土体三相组成示意图,土的基本特征及主要成因类型,土的基本特征,土是自然历史的产物土是相系组合体 土是分散体系 土是多矿物组合体,第二节 土的组成,一、 土的固体颗粒 （一）成土矿物,物理状态力学特性,粒径级配,矿物成分,颗粒形状,第二节 土的组成,（一）成土矿物,. 矿物成分,原生矿物 石英、长石、云母等 圆状、浑圆状、棱角状次生矿物 主要是粘土矿物，针状、片状、扁平状 包括三种类型 高岭石、伊利石、蒙脱石,粘土矿物:由硅氧四面体和铝氢氧八面体构成的晶胞所组合而成,原生矿物 石英、长石、云母等次生矿物 主要是粘土矿物，包括三种类型 高岭石、伊里石、蒙脱石,粘土矿物:由硅片和铝
4、片构成的晶包所组合而成,矿物,蒙 脱 石,粘土矿物,高岭石,伊利石,蒙脱石,硅片的结构,（二）粘土矿物的晶格结构,铝片的结构,粘土矿物的晶格构造,高岭石,蒙脱石,伊利石,大10-20m2/g小大大小,中80-100m2/g中中中中,小800m2/g大小小大,粒径比表面积胀 缩 性渗 透 性强度压 缩 性,第二节 土的组成,（三）土粒大小和土的级配,粒径级配,(1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石）组 (3)砾石 (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组,筛分法,水分法,粗颗粒,细颗粒,1、颗粒大小与土的级配,粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径,粗粒土(无粘性土)特征,细粒土(粘性
5、土)特征,孔隙大、透水性强，毛细上升，高度很小，既无可塑造性，也无胀缩性，压缩性极弱，强度较高。,主要由原生矿物、次生矿物组成，孔隙很小，透水性极弱，毛细上升高度较高，有可塑性、胀缩性，强度较低。,粗粒土与细粒土,表格法表示的粒组划分,粒径级配,确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (0.1 mm) 水分法：适用于细粒土 (0.1 mm),各粒组的相对含量，用质量百分数来表示,表述方法 粒径级配累积曲线,颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）,（四）颗粒大小分析试验,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
6、上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,P%958778665536,筛分法原理图,法: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,水分法：具体有比重计法或移液管法。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即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,比重计,典型颗分级配曲线,沉降分析结果,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),d60,d50,d10,d30,特征粒径: d50 : 平均粒径d60 : 控制粒径d10 : 有效粒径d30 :中值
7、粒径,不均匀程度：Cu = d60 / d10,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数, 不均匀系数,Cu 5,级配不均匀,粗细程度： 用d50 表示,粒径级配累积曲线及指标的用途：,粒组含量用于土的分类定名；,不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土； Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土,不均匀系数Cu和曲率系数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 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
8、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,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,三、土体中气体(气相),土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分,存在形式有两种:,自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大,封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性,土体中气体,第二节 土的组成,第三节 土的结构,一、土的结构,力学特性,影响,土的结构,反映,土的成分形成条件,分类,单粒结构片堆结构絮状结构,是指土颗粒之间的相互排列和连接方式。,粒间作用力,排列形式,矿物成分,1
9、、单粒结构,示意图,重力、毛细力,点与点、点与面,原生矿物,指粗颗粒在水或空气中在自重作用独立下沉形成的单粒结构,粗粒土的结构,如砂、砾土,根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态,粒间作用力,形成环境,排列形式,表面力、胶结力（斥力减小引力增加）,3.片架结构(絮状结构),2.片堆结构(分散结构),示意图,表面力、胶结力（粒间斥力占优势）,粘土颗粒在淡水中沉积,极细颗粒在海水中沉积,注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。,面与面,边、角与面边、角与边,细粒土的结构,土的构造,层状构造,分散构造,结核状构造,裂隙状构造,土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地
10、区的层理通常为水平层理。层状构造是细粒土的一个重要特征。,土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造。,在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛土等。,土体中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。,二、土的构造,同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。,一. 土的三相图,质量,体积,第四节土的物理性质指标,土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。,二.土的物理性质指标确定,土的物理性质指标共有9个：e、n、Sr、 Gs、 d、 sat、 /,土的密度,土的容重,=g,单位: kg/
11、m3 或 g/cm3,单位: kN/m3,一般范围: 1.602.20 g/cm3,定义: 土单位体积的质量,有时也称土的天然密度,表达式:,相关指标:,1.试验指标,对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。,土粒比重,s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量,单位: 无量纲,土粒比重一般范围: 粘性土 2.702.75 砂 土 2.65,4C时纯蒸馏水的密度,=1.0 g/cm3,定义: 土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值,表达式:,土粒比重在数值上等于土粒的密度,土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量
12、，按下式计算土粒比重： 式中：m1瓶加水的质量； m2瓶加土加水的质量 ms烘干土的质量。,土的含水率,定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示,表达式:,测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。,各种密度容重之间的大小关系：,天然密度,干密度,饱和密度,天然容重,干容重,浮容重,饱和容重,2.换算指标,孔隙比,孔隙率,关系:,在某种程度上反映土的松密,定义: 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲,表达式:,定义: 土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示,表达式:,饱和度,表达式:,定义: 土中水的
13、体积与孔隙体积的比值,以百分数表示。,饱和度表示孔隙中充满水的程度,Sr=0 : 干土Sr=1 : 饱和土,工程上Sr作为砂土湿度划分的标准。Sr 80% 饱和的,三、物理性质指标间的换算关系,换算步骤: :假设Vs=1(V=1或ms=1),并画出三相草图; :解出各相物质成分的质量和体积; :利用定义式导出所求的物理性质指标。,已知关系五个:,共有九个参数: V Vv Vs Va V / ms m ma m,物性指标是比例关系:可假设任一参数为1,干密度与湿密度和含水量 :,饱和度与含水量，比重和孔隙比:,基本物理性质指标间的相互关系,孔隙率与孔隙比:,孔隙比与比重和干密度 :,无粘性土的松密程度,力学特性,影响,土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量,定义:,
