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1、,教师：於重任,2012年09月,地基与基础 GROUND AND FOUNDATION,建筑学院教研室,第1章,土的物理性质及工程分类,主要内容,香港宝城大厦，该大厦建于香港的某一山坡上，1972年雨季来临时，连续的大暴雨，引起了山坡上残积土软化而滑动。7月18日清晨7点钟左右，数万立方米残积土从山坡上下滑，顷刻之间，宝城大厦被冲毁倒塌。因楼间净距太小，宝城大厦倒塌时，砸毁相邻一幢大楼一角约五层住宅。当时宝城大厦居住着金城银行等银行界人士，当场死亡120人，这起重大伤亡事故极大的震惊。,原因分析：山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山
2、坡土体发生滑动。,概述,影响,反映,决定,体现,1 土的形成与组成,土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物,搬运、沉积,1、土体的生成,风化,生物风化,物理风化,化学风化,矿物成分未变,无粘性土,原生矿物,矿物成分改变,粘性土,次生矿物,风化作用分类,有 机 质,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,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,动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化,1.2、土的成因类型,“沉积土”基本上是在离我们最近的新生代第四纪（Q）形成的
3、（距今约160万年），因此把土称为“第四纪沉积物”。由于沉积历史不长，尚未胶结岩化，通常是松散软弱的多孔体，与岩石的性质有较大的差别。,土颗粒或粒团的空间排列和相互联结,力学特性,土的结构,重塑土的强度,原状土的强度,伊利石高岭石,b. 倍半氧化物及次生二氧化硅,c. 可溶性次生矿物,（3）有机质,蒙 脱 石,粉粒的矿物成分是多样性的，主要是石英和MgCO3、CaCO3等难溶盐的颗粒；,土颗粒的大小和形状 在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒组成的，土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。因此可将大小相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组，划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。常用
4、200、20、2、0.075、0.005mm把土粒分为六大粒组:漂石(块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾（角砾）颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。如下表,粘土的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶盐类，它们都是次生矿物。,2、土的粒组划分,土粒粒组的划分,粒组：其粒径的大小分为若干组别,界限粒径：划分粒组的分界尺寸,概念：,土粒分为六大粒组：漂石(块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾(角砾)颗粒、砂粒，粉粒及粘粒,颗粒级配：以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总重的百分数）表示土中颗粒的组成情况,3、土的颗粒级配,岩土工程勘察规范中的分类法：粒径 2mm的质量超过50%的称为碎石土粒径2
5、mm的质量小于50而 0.075mm的质量超过50%的称为砂土粒径 0.075mm的质量小于50%的定为粉土或粘性土碎石土、砂土和粉土又称为无粘性土,土按颗粒级配的分类,表述方法：粒径级配累积曲线,土的颗粒级配测定方法,测定方法,土的颗粒级配是通过土的颗粒大小分析试验测定的。,筛分法：适用于粒径在0.07560mm 的土,密度计法：适用于粒径小于0.075 mm 的土,筛分法：,将风干、分散的代表性土样通过一套孔径不同的标准筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。,筛分法（d0.075mm的土）,沉降法（比重计法或移液管法） :,利用不同大小的土粒在水中的沉降
6、速度不同来确定小于某粒径的土粒含量,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,P%958778665536,筛分法原理图,筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，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。 密度计法(也称比重计法) ：是沉降分析法的一种，另外还有移液管法(也称吸管法)。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
7、,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),为了定量的反映土的级配特征，工程中常用以下两个级配指标来评价土的级配优劣。,（1）不均匀系数Cu：,（2）曲率系数Cc：,Cu= d60/ d10,Cu10时，表示粒径不均匀，级配良好；Cu5时，表示粒径较均匀，级配不好。Cc的范围大约在13。当Cc1或Cc3时，均表示级配曲线不连续。,结论,d60,d50,d10,d30,特征粒径: d60 控制粒径 d10 有效粒径 d30 中值粒径,不均匀程度：Cu = d60 / d10,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ),粗细程度： 用平均粒径d50
8、 表示,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数,较大颗粒缺少,Cc 减小,较小颗粒缺少,Cc 增大,C c= 13,级配连续性好,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；,工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度：Cu5, 不均匀土；Cu5,均匀土,曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc= 13, 级配连续土；Cc3 或Cc1,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：当Cu 5且C c =13 时，为级配良好的土；当Cu 5或Cc 3或Cc 1时,为级配不良的土。,根据土体中水分子受到电场力的作用大小,土体中的液态水主要可
9、以分为:结合水 借助于电分子引力牢固 吸附在土颗粒表面的水自由水 电场引力作用范围之外的水,重力水,毛细水,强结合水,弱结合水,液态水,固态水,气态水,其含量及性质影响土的性质,土中水分类,1.4.2 土中水(液相),1.结合水,强结合水:排列致密、定向性强密度1g/cm3冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于105C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,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,重力水,是位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或压力作用下流动。其性质能传
10、递静水压力并产生浮力。,1.自由水,1.4.3 土中气体(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,2土的物理性质指标,土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态,土的物理性质指标(三相间的比例关系),力学特性,影响,表示,1.三相草图,土的三相简图,2.1三个基本物理性指标,1.土的重度,范围：1622,环刀法测得,天然状态下，土单位体积的重量，称为土的重度,土的重度取决于土粒的重量，孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，综合反映了土的组成和结构特征。 对具有一定成
11、分的土而言，结构愈疏松，孔隙体积愈大，重度值将愈小。,3.土粒比重(土粒相对密度),单位: 无量纲范围：2.62.8,比重瓶法测得,土粒重度与同体积4时纯水的重度比值。,2.土的含水量,单位:无量纲一般范围：变化范围大,土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示,烘干法、酒精燃烧法,2.2 土的推算指标,1.干重度定义：单位体积土中固体颗粒的重量。物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。 公式： 单位：kN/m3 换算公式：,2.饱和重度定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重 量。 公式： 单位：kN/m3 换算公式：,3.浮重度(有效重度) 定义：地下水位以下，土体受水的浮力作用时，扣除水的浮
12、力后单位体积土的重量。 公式： 单位：kN/m3 换算公式：,4.孔隙比e和孔隙率n,孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比,孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示,5.土的饱和度Sr,土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示,饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。,砂土根据饱和度分为三种状态:,e0.6 低压缩性土 e1.0 高压缩性土,反映土的密度指标有五个： d satds,反映土的湿度指标有两个： sr,反映土的土的孔隙特征有两个：e n,土的天然重度,三个指标最基本物理指标，可直接通过实验测定得出,天然含水量,土的相对密度ds,注: 以上9项物理性质指标，其中:,常用的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; :解出各相物质的质量和体积的换算指标; :利用换算指标按基本定义列出所求的物理指标换算公式,已知关系五个:,物性指标是比例关系:可假设任一参数为1,对于饱和土, Va=0剩下两个独立变量,
