土的基本知识认知

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1、基础工程工程技术专业1地基的形式：天然地基岩石、碎石、砂土、粘土。人工地基压实、换土、桩基。地基与基础的概念基础：建筑物最 下部的承重构件地基：基础 下部承受建筑物 全部荷载的土层23基础的组成4桩基础形式5桩基组成6柱下独立桩基础7课程项目项目1 土的基本知识认知项目2 地基应力与地基压缩变形计算 项目3 土的抗剪强度与地基承载力计算项目4 土方工程施工项目5 工程地质勘察 项目6 天然地基浅基础设计 8课程项目实训项目1 单元实训 柱下扩展独立基础的计算与分析项目7 桩基础施工项目8 基坑工程与降排水工程 项目9 地基处理实训项目2 单元实训 桩基础施工方案编制9项目1 土的基本知识认知1

2、0主要内容任务1.1 土的成因与组成任务1.2 土的物理性质指标计算任务1.3 土的压实及最优含水量测定任务1.4 土的物理状态指标与工程分类11教学目标土的成因 与组成了解了解熟悉熟悉掌握掌握土的物理性 质指标和土 的物理状态 指标土的压实及 最优含水量 ；土的分类 和野外鉴别12重 点土的物理性质指标； 土的物理状态指标难 点土的物理性质指标； 土的物理状态指标及地基土（岩）的工程 分类13任务1.1 土的成因与组成141.1.1 土的成因岩石岩石破碎 、化学成 分改变大小、形 状和成分 不相同的 松散颗粒 集合体物理 风化化学 风化生物 风化风化作用搬运沉积土151.1.1 土的成因主要

3、成因 类型残积物坡积物洪积物冲积物161.1.1 土的成因残积物（层）断面图 171.1.1 土的成因坡积物（层）断面图 181.1.1 土的成因洪积物（层）断面图 191.1.1 土的成因河谷横断面图 201.1.1 土的成因211.1.2 土的组成 在天然状态下，自然界中的土是由固体颗粒、 水和气体组成的三相体系。固体颗粒构成土的骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中充有水和气体 ，因此，土也被称为三相孔隙介质。 土固相液相气相土的三相比例不同，土的状态和工 程性质也不相同。若土位于地下水 位线以下，土中孔隙全部充满水时 ，称为饱和土；当土中孔隙没有水 时，则称为干土；土中孔隙同时有 水和气体存

4、在时，称为非饱和土（ 湿土）。 相 （phase;facies ）：系统 中具有相同化学属性和物理特 性的一种状态。 221土的固体颗粒土的固体颗粒即为固相。土粒的大小、形状、矿物成分 以及大小搭配情况对土的物理力学性质有明显影响。自然 界中的土都是由大小不同的土颗粒组成。 土颗粒的大小与土的性质密切相关。粒径大小在一定范 围内的土，其矿物成分及性质都比较相近。因此，可将土 中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒 组，各个粒组的性质随分界尺寸的不同而呈现出一定质的 变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。我国习惯把土粒分为六大粒组:漂石(块石)、卵石（碎 石）、圆粒（角砾）、砂粒、粉

5、粒和黏粒。1.1.2 土的组成 23粒组划分标准粒组名称 粒组范围/mm 一般特征 漂石(块石)200 透水性很大，无黏性，无毛细水 卵石（碎石 ）20200 砾石220 透水性大，无黏性，毛细水上升高度不超过粒 径 砂粒0.0752 易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而 压缩性增加；无黏性，遇水不膨胀，干燥时松 散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大 粉粒0.0050.075 透水性小，湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干燥时有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出 现冻胀现象 黏粒0.005 透水性很小，湿时有黏性、可塑性，遇水膨胀 大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，但速 度慢1.1.2 土

6、的组成 241.1.2 土的组成 土的颗粒级配 为了表示土粒的大小及组成情况，通常 以土中各个粒组的相对含量（各个粒组占土 粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级 配。25确定各个粒组相对含量的颗粒分析试验方法适用粗颗粒土，一般用于粒径 小于等于60mm，大于 0.075mm的土。它是用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛 孔逐渐减小放置。将事先称过 质量的烘干土样过筛，称出留 在各筛上的土质量，然后计算 占总土粒质量的百分数。 试验器具筛分法1.1.2 土的组成 26密度瓶法 适用于细颗粒土， 一般用于粒径小于 0.075mm的土粒质量占试样总质量的 10%以上的土。 密度瓶法 1.1.2 土的

7、组成 27图1-2 颗粒级配曲线 1.1.2 土的组成 土的颗粒级配曲线28颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系数Cu描 述颗粒级配的不均匀程度 d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10% 、 30%和60%时所对应的粒径工程上把Cu5的土视为 级配不良的土； Cu10的 土视为级配良好的土 曲率系数Cc描述颗粒级配曲线 整体形态，表明某粒组是否缺 失情况 对于砾类土或砂类土，同 时满足Cu5和Cc=13时， 定名为良好级配砂或良好级 配砾 1.1.2 土的组成 292土中水土中水与土颗粒之间的相互作用对土的性质影响很 大，而且土颗粒越细影响越大。土中液态水主要有 结合水和自由水两大类。

8、（1）结合水：是指由土粒表面电分子引力吸附的 土中水。（2）自由水：是指存在于土粒电场范围以外的水 ，自由水又可分为毛细水和重力水。1.1.2 土的组成 303.土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大 气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体。非封闭气体封闭气体受外荷作用时被挤 出土体外，对土的 性质影响不大受外荷作用，不能逸出，被压缩或 溶解于水中，压力减小时能有所复 原，对土的性质有较大的影响，使 土的渗透性减小，弹性增大和延长 土体受力后变形达到稳定的历时 1.1.2 土的组成 311.1.3 土的结构土的结构是指由土 粒单元的大小、形状、表面特征、相互排列及 其联结

9、关系等因素形成 的综合特征。 土的结构单粒结构 蜂窝结构 絮状结构 32单粒结构a）疏松状态 b）紧密状态 蜂窝状结构 絮状结构1.1.3 土的结构33土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是 土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，二者都造成了 土的不均匀性。 层理构造土体被许多不连续的小裂隙 所分割,在裂隙中常充填有各 种盐类的沉淀物。土粒在沉积过程中,由于不同 阶段沉积的物质成分、颗粒 大小或颜色不同,而沿竖向呈 现出成层特征。裂隙构造1.1.4土的构造34土与钢材、混凝土等连续介质相比，具有以下特性 ： 高压缩性 由于土是一种松散 的集合体，土的压 缩性远远大于钢筋 和混凝

10、土等。 强渗透性 土的渗透性远比其 他材料大。特别是 粗粒土具有很强的 渗透性。低承载力 土的抗剪强度较低，而 土体的承载力实质上取 决于土的抗剪强度，故 土的承载力较低。1.1.5土的特性35请同学们思考1.风化作用有哪些？各风化作用有哪些本质区别？2.说明各种成因类型土的工程性质？3.确定各个粒组相对含量的颗粒分析试验方法有哪些？各种试验方法适合的条件是什么？4.颗粒级配的描述？（1）颗粒越均匀越好；（2）颗粒级配曲线越陡说明颗粒 越均匀；（3）级配曲线范围越大越好。5.土与钢材、混凝土等连续介质相比，具有哪些特性？6.土中水的含量对土的性质有影响吗？7.土的工程性质与什么因素有关？如何描

11、述？3637任务1.2 土的物理性质指标气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv38气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv1.2.1土的三相图39气水土粒msmwmVsVw VVa质量m体积V土的三相比例指标中 有三个指标可用土样进行 试验测定，称为基本指标 ，也称为试验指标。基本指标土的密度和重度土粒比重（土粒相对密度）ds 土的天然含水量w 1.2.2 基本指标 40单位体积内土的质量称为土的密度单位体积内土的重力称为土的重度黏性土=1.82.0g/cm3,一般用“环刀法”测定。砂 土=1.62.0g/cm3。（1）土的密度和重度41土中固体矿物的质量与土粒同体积4 oC

12、纯水质 量的比值，称为土粒比重（无量纲）。ds的变化范围不大， 常用比重瓶法测定， 取决于土的矿物成分 。（2）土粒比重（土粒相对密度）ds黏性土一般在2.722.75粉土一般在2.70 2.71砂土一般在2.652.6942土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示 ），称为土的含水量。（用烘干法测定）含水量是标志土的湿度的一个重要物理指标。 天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、 埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。同一类 土，含水量越高，则土越湿，一般来说也就越软。 （3）土的天然含水量w431.干密度d和干重度d 2.土的饱和密度sat和饱和重度sat3.土的有效密度和有效重度4

13、.土的孔隙比e和孔隙率n 5.土的饱和度Sr1.2.3 换算指标气水土粒msmwmVsVw VVVa质量m体积VV441.干密度d和干重度d 干密度d ：单位体积内土颗粒的质量。 干重度d ：单位体积内土颗粒受到的重力。 d =ms/V d =d g1.2.3 换算指标气水土粒msmwmVsVw VVVa质量m体积VV452土的饱和密度sat和饱和重度sat ：饱和密度是指土中孔隙完全充满水时，单位体积土的 质量；饱和重度是指土中孔隙完全充满水时，单位体积内 土的重量。sat =（ms+Vvw）/V sat = satg 1.2.3 换算指标气水土粒msmwmVsVw VVVa质量m体积VV4

14、63土的有效密度和有效重度 =（ms- Vsw）/V =g 土的有效密度是指在地下水位以下，单位土 体积中土粒的质量扣除土体排开同体积水的质量 ；土的有效重度是指在地下水位以下，单位土体 积中土粒所受的重力扣除水的浮力。1.2.3 换算指标474.土的孔隙比e和孔隙率n 孔隙比为土中孔隙体积与土粒体积之比，用 小数表示；孔隙率为土中孔隙体积与土的总体积 之比，以百分数表示。e = Vv/Vs n =（Vv/V）100% 孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质 指标。一般孔隙比小于0.6的土是低压缩性的土， 孔隙比大于1.0的是高压缩性的土。土的孔隙率也 可用来表示土的密实程度。 1.2.3 换

15、算指标485土的饱和度Sr 土中水的体积与孔隙体积之比，称为土的饱 和度，以百分率表示。Sr=（Vw/Vv）100% 饱和度用作描述土体中孔隙被水充满的程度 。干土的饱和度Sr =0%，当土处于完全饱和状态 时Sr =100%。根据饱和度，土可划分为稍湿、很 湿和饱和三种湿润状态： Sr50% 稍湿 50%Sr80% 很湿 Sr80% 饱和1.2.3 换算指标49指标间的换算气水土粒dsw Vs1 1+e质量m体积VVv=edsw ds（1w）w 土的三相简图50指标间的换算气水土粒dsw Vs1 1+e质量m体积V土的三相指标中，土粒比重 ds ，含水量w和密度可通过 试验测定，可以根据三个基 本指标换算出其余各指标。Vv=edsw ds（1w）w 推导 ：土的三相简图51指标间的换算换算关系式：52总结：1. 1. 特定条件下土的密度（重度）特定条件下土的密度（重度）干密度（干重度）、饱和密度（饱和重度）、 有效密度（有效重度）讨论相对大小2. 2. 反映土的松密程度的指标反映土的松密程度的指标孔隙比、孔隙率3. 3. 反映土的含水程度的指标反映土的含水程度的指标含水量、饱和度53各种密度和重度及其之间的关系sat d sat d 天然密度 =m/V 干密度d =ms/V 饱和密