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1、土的物理性质及分类,1,土的物理性质及分类,第1节 概述 第2节 土的组成 第3节 土的三相比例指标 第4节 无粘性土的密实度 第5节 粘性土的物理特征 第6节 土的渗透性 第7节 地基土（岩）的分类,2,第1节 概述,土是岩石风化的产物。,风化作用,物理作用：岩石产生量的变化,化学作用,生物作用,岩石产生质的变化,3,土是三相体。,土,液相（水）,气相（气）,固相（土颗粒）,土,残积土,运积土,风成沉积土,水成沉积土,冰川沉积土,4,饱和土中的孔隙均被水所充填， 所以饱和土为二相体。,5,第2节 土的组成,一、土的固相 （一）土的颗粒级配 按土颗粒粒径（d）大小将土颗粒分组，称为粒组。划分粒
2、组的分界尺寸称为界限粒径。,巨粒：60mm,粗粒：0.07560mm,细粒：0.075mm,土的粒组,6,土颗粒的大小及其组成情况， 通常以土中土颗粒各个粒组的相 对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。 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。,筛析法,密度计法,d0.075mm,移液管法,d0.075mm,颗分试验,7,根据颗粒大小分析试验结果， 可以绘制颗粒级配累积曲线（横 坐标为粒径，用对数坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含量，用常数坐标表示）。 颗粒级配曲线的坡度可以大致反映土的均匀程度。 曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗粒比较均匀；曲线缓，
3、表示粒径大小相差悬殊，土颗粒不均匀，级配良好。,8,几个特殊粒径：d10, d30 , d60 小于某粒径的土颗粒质量累积 百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d10。与之类似可以得到d30和d60（限定粒径）。 土颗粒的级配指标： 不均匀系数 Cu= d60/ d10 曲率系数 Cc=(d30)2/(d60 d10),9,Cu反映大小不同粒组的分布情况。 Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围 越大，其级配良好。 Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。 在一般情况下，,Cu,5，均粒土，为级配不良,10，级配良好,10,Cu5,Cc=13,级配良好,砾类土或砂类土,单独用Cu来确定
4、土的级配情况是 不够的，需同时参考Cc。,11,（二）土粒的矿物成分 矿物成分对土的性质有着重要 影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。 原生矿物：包括石英、长石和云母等。为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为稳定。 次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。,土颗粒的矿物成分,原生矿物,次生矿物,12,次生矿物主要是粘土矿物。 由于晶片结合的情况不同，便形成了具有不同性质的各种粘土矿物，主要有蒙脱石、伊里石和高岭石。,硅氧四面体,硅氧晶片,铝氢氧八面体,铝氢氧晶片,的基本单元 粘土矿物结构,13,蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩） 伊里石：亲水性中等 高岭石：亲水性差,14,二、土的液相,土
5、中水,结合水,自由水,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,土的含水量试验所测定的为土中的自由水和弱结合水。,15,三、土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位 由气体充填。 土中的气体若与大气相通，则对土的力学性质影响不大;若与大气隔绝，使土的压缩性提高，透水性减小。,16,四、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的 大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。,土的结构,絮状结构：d0.005mm（粘粒在海水中）,蜂窝结构：d=0.0050.075mm（粉粒）,单粒结构：d0.075mm,分散结构：d0.005mm（粘粒在淡水中）,紧密,疏松,17,第3节 土的三相比例指标,土的三相
6、比例指标定量反映了土的三相的组成情况，有助于理解土的基本物理性质。,土,液相（水）,气相（气）,固相（土颗粒）,土是三相体。,18,为了对土的基本物理性质有所 了解，需要对土的三相的组成情况 进行定量研究。表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标，包括土粒比重ds、含水量w、密度、孔隙比e、孔隙率n和饱和度Sr。,土粒比重ds：土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比。在数值上等于土粒密度，但无量纲。在试验室用“比重瓶法”测定，一般土粒比重的变化幅度不大。,19,土的含水量w：土中水的质量 与土粒质量之比。在试验室一般用 “烘干法”测定。一般来说，同一类土，当含水量增大时，其强度就降低
7、。,土的密度,干密度,饱和密度,有效密度,干重度,饱和重度,有效重度,土的密度：土单位体积的质量。在试验室一般用“环刀法”测定。,20,土的孔隙比e：土中孔隙体积 与土粒体积之比。可以用来评价 天然土层的密实程度。,土的孔隙率n：土中孔隙体积与土体总体积之比。,土的饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。,21,第4节 无粘性土的密实度,无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系。呈密实状态时，为良好地基；呈疏松状态时，为不良地基。 无粘性土的最小孔隙比emin：处于最紧密状态的孔隙比。在试验室可用“振击法”测定。 无粘性土的最大孔隙比emax：处于最疏松状态的孔隙比。在试验室可用
8、“漏斗法”或“量筒法”测定。,22,无粘性土的相对密实度Dr： 无粘性土的最大孔隙比与天然孔隙比之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。 Dr=(emax-e)/( emax - emin ) 相对密实度的值介于01之间，值越大，表示越密实。,23,第5节 粘性土的物理特征,一、粘性土的界限含水量 同一种粘性土随着含水量的不同，可分别处于固态、半固态、可塑状态和流动状态。粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为界限含水量。,0,固态,半固态,可塑状态,流动状态,缩限ws,塑限wp,液限wl,w,24,液限仪,锥式液限仪,碟式液限仪,塑限：搓条法,液限,塑限,液限：,液塑限 联合测定仪,
9、横坐标：土样含水量,纵坐标：圆锥入土深度,25,二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数Ip为液限和塑限的差 值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素(土的颗粒组成，土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等)。 液性指数Il为粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。,26,液性指数可以表示粘性土 所处的软硬状态。液性指数的 值越大，表示土质越软。 三、粘性土的灵敏度和触变性 土的灵敏度：原状土的强度与同一土经重塑（含水量不变，土的结构被彻底破坏）后的强度之比。 土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越多。施工中要
10、尽量减少对土结构的扰动。,27,土的触变性：粘性土的结构 遭到破坏，其强度就会降低，但 随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种胶体化学性质称为土的触变性。,28,第6节 土的渗透性,土的渗透性：水流通过土中孔隙难易程度的土体性质。 达西定律：土中渗流速度v与水力梯度i之间呈线性比例关系（比例常数k称为渗透系数）。公式表示为： v=ki 在砂性土中水的流动满足达西定律。,29,在粘性土中只有当水头梯度 超过起始梯度（临界梯度，梯度 阈值）才开始发生渗流。,30,第7节 地基土（岩） 的分类,一、岩石的工程分类 （一）岩石按坚硬程度分类 1.硬质岩石（qu30MPa） 2.软质岩石（qu 30MP
11、a） （二）岩石的风化程度 1.微风化 2.中等风化 3.强风化,31,二、土的工程分类,一般土,粗粒土,细粒土,砾类土：260mm,砂类土：0.0752mm,粉土：0.075mm,粘土：0.075mm,巨粒土：60mm,特殊土：软土、黄土、膨胀土等,工程用土,32,土按有机质含量（Wu）的分类,土,无机土： Wu 5%,有机质土：10% Wu 5%,泥炭质土： 60% Wu 10%,泥炭： Wu 60%,注：有机质含量Wu按烧失量试验确定。 【引自 中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范（GB 50021-94）】,33,软土：指在静水或非常缓慢 的流水环境中沉积，经生物化学 作用下形成的软
12、弱土。,物理力学特性软土的,天然孔隙比大： e1,天然含水量高：wwl,压缩系数高,渗透系数小,抗剪强度低,灵敏度高,34,淤泥：e1.5,淤泥质土：1.5 e1.0,软土,35,三、细粒土按塑性图分类 粗、细粒组的分界粒径：0.075mm。,土,粗粒土：按颗粒大小及级配分类,细粒土：按塑性图分类,土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑限却可能完全不同，土性也可能很不相同。,36,细粒土的科学合理的分类，应综合 考虑塑性指数和液限（或塑限）。,0,Ip,wl,ML,MH,CH,CL,40, : Ip=0.63(wl-20)
13、 : Ip=10 : wl=40%,37,有机质土可在相应的土类 代号之后缀以代号O，如CHO， MHO等。 土的分类标准： 1.粗粒土（试样中粗粒组质量总质量的50%）； 2.细粒土（试样中细粒组质量总质量的50%）； 3.含粗粒的细粒土（试样中粗粒组质量为总质量的2550%）。,38,关于几个问题的讨论 1.“含水量”的名称： 一个指标的名称应能准确地反映其所表示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，“量”应为一量词，是有量纲（或单位）的，如“质量”（单位为g或kg）、“重量”（单位为N或kN）等。 而从“含水量”的定义看，它是两个质量之比，是无量纲的。,39,所以从名称的科学化、规范 化的
14、角度，从不至于造成混淆、 便于理解的意义上，本人认为“含水量”的名称需更改。 现有学者将含水量改称为“含水率”，从无量纲上与定义是符合了，但本人认为似乎还不确切，因为“率”一般反映某相关部分占整体的比例（与时间有关的名词排除在外，如速率），如“升学率”、“效率”、“孔隙率”等；而“含水量”的定义却是整体中部分与部分的比值，所以称“含水率”,40,似也不妥，建议称为“含水比” 或“水比”。“水比”似更好 一些，亦可与“孔隙比”相比照。 2.“液性指数”的名称： “塑性指数”为两个含水量（液限和塑限）之差，而“液性指数”却为两个含水量之差的比值，完全不同的概念名称却都用“指数”的称谓，似欠妥，不便
15、于理解。可否改为“相对可塑度”，与“液性指数”的定义相符，也可与无粘性土的“相对密实度”相比照。,41,3.有机质含量与烧失量： 现行的中华人民共和国 国家标准岩土工程勘察规范（GB 50021-94）在按“有机质含量”对土进行分类时注明“有机质含量Wu按烧失量试验确定”。 中国国家标准汇编（GB 7876-87）中是这样定义“烧失量”的：烧失量不包括吸湿水，仅包括有机质和水合水，石灰性土壤中还包括二氧化碳。,42,由烧失量的定义可知：有 机质含量高，烧失量就高；烧 失量高，有机质含量却并不一定高。也就是说，烧失量的高低并不一定能准确地反映土中的有机质含量水平。因此，烧失量与有机质含量是两个不
16、能相等同的概念，二者之间既有联系又存在着区别。 而现行的规范却把两个不同的概念混同了。,43,由此可见，以与有机质含量 不同概念的烧失量作为判定是否 为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。本人建议应当及时地修订现行规范中的有关条款和内容，制定以真正的有机质含量作为衡量指标的科学的判定标准。 4.“孔隙率”： 从实用价值上看，在土力学中，“孔隙率”这个指标的实用意义不大，况且与“孔隙比”的关系过于简单，两者保留一个即可。这不是原则问题。,44,第2章 内容勘误,1.p24：从上向下第8行“单位土体积 扣除同体积水的质量后” 2.p27：从上向下第5行“是因为它所具有的单粘结构决定的” 3.p33：表1-18从上向下第3行“粒径大于20mm的颗粒超过全重50%” 4.p35：表1-21第1行“粉质粘上”,土粒,粒,60mm,土,45,第2章 重点内容,1.土的颗粒级配，级配指标 2.土中水的分类 3.土的结构
