[物理课件]土的物理性质

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1、第二章土的物理性质与工程分类 本章提要 本章特点 学习要点第二章：土的物理性质与工程分类 对土的特点进行详细解释 对土的组成和状态进行定量描述 内容琐碎、零散 理清各节间联系 理清各节内层次 注意物理概念的把握渗透特性 变形特性 强度特性土的三相组成 土的物理状态 土的结构土的形成过程土的工程分类：便于研究和应用 土的压实性：如何获得较好的土决定第二章：土的物理性质与工程分类2.1 土的形成 2.2 土的三相组成 2.3 土的物理状态 2.4 土的结构 2.5 土的工程分类 2.6 土的压实性 土 的 形 成土岩石风化、搬运、沉积地质成岩作用土的组成、结构 和物理力学性质过程、条件2.1 土的

2、形成 土的形成与风化作用 物理风化 化学风化 生物活动 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀 缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎 是颗粒大小发生量的变化 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物 产生无粘性土2.1 土的形成 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 颗粒成分发生质的变化 矿物成分与母岩不同，称次 生矿物 形成十分细微的土颗粒，最 主要为粘性颗粒及可溶盐类土的形成与风化作用 物理风化 化学风化 生物活动2.1 土的形成 包括植物、动物和土壤微 生物的作用 可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物 质的生物循环 导致腐殖

3、质的形成，改变 土壤的结构土的形成与风化作用 物理风化 化学风化 生物活动2.1 土的形成 残积土无搬运 运积土有搬运搬运与沉积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 留在原地的堆积物残积土强风化弱风化微风化母岩体 颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无明显层理2.1 土的形成 搬运与沉积 残积土无搬运 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 坡积土：土粒粗细不同，性质不均 洪积土：有分选性，近粗远细 冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差 海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差 冰积土：土粒粗细变化较大，

4、性质不均匀 风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理2.1 土的形成 第二章：土的物理性质与工程分类2.1 土的形成 2.2 土的三相组成2.3 土的物理状态 2.4 土的结构 2.5 土的工程分类 2.6 土的压实性 风化作用 搬运与沉积土体的三相构成土中气体 气相 次要作用固体颗粒 固相 构成土体骨架起决定作用土中水 液相 重要影响饱和土 ：土体孔隙完全被水充满 干 土 ：土体孔隙完全被气充满 非饱和土：孔隙中水和气均存在2.2 土的三相组成 固体颗粒 - 颗粒大小60 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：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒

5、为主要组成的土，也称粘性土。d (mm)砾石砂粒粉粒粘粒胶粒20.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075 粗粒细粒巨粒602.2 土的三相组成 固体颗粒 固体颗粒 - 粒径级配F 粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分数来表示 F 分析方法： 筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土 常采用比重计法F 表述方法: 粒径级配累积曲线2.2 土的三相组成 固体颗粒 固体颗粒 - 粒径级配2.2 土的三相组成 固体颗粒 孔径105.02.01.00.50.250.1 (0.075)200g土筛余010161824223872100 90 8

6、0 70 60 50 40 30 20 10 0小于某粒径之土质量百分数P（）10 5.01.0 0.50.10 0.050.01 0.0050.001粒径(mm)P100958778665536土的粒径级配 累积曲线水分法粒径(mm)0.050.010.005 百分数P(%)2613.510筛 分 法2.2 土的三相组成 固体颗粒 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0小于某粒径之土质量百分数（）10 5.01.0 0.50.10 0.050.01 0.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30特征粒径: 斜率: 某粒径范围内颗粒的含量

7、陡-相应粒组含量多缓-相应粒组含量少平台-相应粒组缺乏d50 : 平均粒径 d60 : 控制粒径 d10 : 有效粒径 d302.2 土的三相组成固体颗粒-级配曲线 土的粗细度：用d50 表示 土的不均匀程度：用不 均匀系数： Cu = d60 / d10表示，Cu 5，称为不均 匀土，反之称为均匀土 连续程度: 用曲率系数Cc = d302 / (d60 d10 )度量, Cc=13为连续级 配, 3或3 或 Cc3 或Cc1g/cm3 冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性 温度略高于100C时可蒸发 - 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

8、，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n 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2.2 土的三相组成 土中水 - 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 中自由流动土中水 自由 水n 自由水：不受颗粒电场引 力作用的孔隙水hc毛细水重力水2.2 土的三相组成 土中水 毛管中流体的界面效应Tdk固体 =湿润角w空气水aT =界面张力Dk

9、=毛管直径ua-uwua-uw =压力差2.2 土的三相组成 土中水 土中毛细水上升高度毛 细 管hcT2r上升高度r2hcw=2rTcos毛细升高与孔径成反比粘土 粉土 砂土 砾石2.2 土的三相组成 土中水 张力TTuc水hc2ruc= -hcw水压 +-TT则毛细压力：2rTcos+ucr2 = 0毛细管中的 负静水压力毛细水压力2.2 土的三相组成 土中水 土颗粒缝隙处的弯液面r空气 水 固体颗粒弯液面F在非饱和土中，孔隙中含 有水和气，此时水多集中 于颗粒间的缝隙处，称毛 细角边水。 F由于毛细张力的作用，会 形成如图所示的弯液面， 使毛细角边水产生负压力 ，颗粒则受正压力。 F这是

10、稍湿的砂土颗粒间存 在假凝聚力的原因2.2 土的三相组成 土中水 气相 - 土中气F自由气体：与大气连通连通的气体 对土的性质影响不大 F封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体 其体积与压力有关。会增加土的弹性； 阻塞渗流通道，降低渗透性 F溶解在水中的气体 F吸附于土颗粒表面的气体2.2 土的三相组成 土中气 2.2 土的三相组成 小结 土体有三个组成部分：固相、液相和气相小 结F固体颗粒F土中水F土中气体粒径级配 矿物成分 颗粒形状结合水 ：强结合水、弱结合水 自由水 ：重力水、毛细水自由气体 封闭气体第二章：土的物理性质与工程分类2.1 土的形成 2.2 土的三相组成 2.3 土的物理状态 2

11、.4 土的结构 2.5 土的工程分类 2.6 土的压实性 2.3 土的物理状态 土的物理状态土的物理状态 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)表 示影响力学特性2.3 土的物理状态 物理性质指标 物理性质指标土的三个组成相的体积 和质量上的比例关系密实程度 干湿程度 特点: 指标概念简单，数量很多 要点： 名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别 基本方法:定义三相草图法空气 Air三 相 草 图水 Water固体 Solidma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.3 土的物理状态 物理性质指标 三 相 草 图九个物理量:

12、V Vv Vs Va Vw ms m w ma m物性指标是比 例关系: 可假设 任一参数为1物理量关系:空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积三个独立变量， 干土或饱和土二 个独立变量其它指标： 三相草图法计算实验室 测定2.3 土的物理状态 物理性质指标 基本物理性质试验为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验： F 土的密度试验 F 土粒比重试验 F 土的含水量试验2.3 土的物理状态 物理性质指标 定义：土单位体积的质量 表达式： 单 位: kg/m3 或 g/cm3 一般范围: 1.602.20 g/cm3n 土的密度 空气水固体ma=0mwms

13、m质量VaVwVsVvV体积相关指标: 土的容重 =g 单位: kN/m3 工程上更常用, 用于计算土的 自重应力2.3 土的物理状态 物理性质指标 测定方法常用“环刀法” 定义：土粒的密度与4C时 纯蒸馏水密度的比值 表达式： 单 位: 无量纲 一般范围：粘性土 2.702.75， 砂土 2.65n 土粒比重Gs=1.0 g/cm3土粒比重在数值上 等于土粒的密度空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.3 土的物理状态 物理性质指标 测定方法：比重瓶法 定义：土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示 表达式： 单 位: 无量纲 一般范围：变化范围大注意: 其实是含水比,可达

14、到或超过100n 土的含水量W空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.3 土的物理状态 物理性质指标 测定方法常用“烘干法”n 可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：表示土中孔隙含量的指标砂类土：28-35% 粘性土：30-50%，有的可达60-70%n 孔隙比e：土中孔隙体积与固体 颗粒体积之比, 为无量纲n 孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙体 积与总体积之比, 用百分数表示可用三相草图推出空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.3 土的物理状态 物理性质指标 表示土中含水程度的指标对干土：Sr=0 对饱和土：Sr=1 n 含水量：n 饱和度：土中水的体积与

15、孔 隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水的 程度：空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.3 土的物理状态 物理性质指标 表示土体密度和容重的指标n 干密度：土被烘干时的密度，干容重：n 天然密度天然容重n 饱和密度：土被饱和时的密度，饱和容重：n 浮容重：静水下的 有效容重浮密度空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.3 土的物理状态 物理性质指标 各种密度容重间的大小关系n 天然密度n 干密度n 饱和密度n 天然容重n 干容重n 饱和容重n 浮容重空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.3 土的物理状态 物理性质指标 常用的物理性质指标间的换算关系：教科书 P20 表1-6学习要点：小 结 从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记