土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)

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1、第二第二章章 土土的的物理性质物理性质 和和工程工程分类分类土的生成和组成1土颗粒划分及测试3土的工程分类4土的主要特点 2土的物理性质指标5土的物理状态及其指标6土的压实性7土的结构变化8岩石风化，剥蚀水、风的搬运或就地沉积土物理风化：生成砂、砾等粗颗粒土。化学风化：生成粘性土（高岭土等）。生物风化：植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用。 （1）土的来源土的生成和组成1（2）土的矿物成分（a）原生矿物：物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成分。化学性质稳定，水稳性强。（b）次生矿物：化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。蒙 脱

2、石A. 粘土矿物B. 倍半氧化物及次生 二氧化硅C. 可溶性次生矿物（c）有机质：亲水性：蒙脱石伊利石高岭石单位质量上颗粒 所拥有的表面积（3）土的组成（a）土的组成土是各种矿物颗粒的集合体 粗颗粒土细颗粒土土颗粒水气 体孔 隙气一般由固体颗粒、水和空气三相组成有四相说水土交界面土中的水固 态结合水气 态液 态（b）土中的水自由水强结合水毛细水重力水弱结合水结晶水 固体 状态不任意流动四种书中P13105oO- 2H+H+粘土颗粒水分子极 性（c）土中的气体（空气）四种 状态吸附土颗粒表面的气体自由气体四周为土颗粒和水所封 闭的气体溶解于水中的气体与大气连通，对土的 性质没有影响增加土的弹性；

3、降低 土的渗透性。摘自：清华土力学，p13（4）土的结构及其联结（a） 粗粒土及粉土的结构生成时重力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式。粗粒土：单粒结构 粉土：蜂窝结构（b） 粘性土的结构结构类型：颗粒间的作用力：范德华力、库仑力等。特 点：有粘聚力和可塑性。（c）不均匀土的混合结构分散结构絮凝结构（1）散体介质的集合体，固体+液体+气体组成。（2）多样性：由于成土母岩不同、风化作用的历史不同，造成土的种类繁多、分布复杂、性质各异。（3）易变性：土的工程特性经常受着外界的温度、湿度（地下水作用）、压力（建筑物荷载）等影响而产生显著变化。青藏

4、铁路中 的冻土土的主要特点 2（1）土颗粒的粒径划分2.0mm0.5mm0.25mm0.15mm0.125mm0.075mm0.053mm0.005mm60目120目 200目270目100目土颗粒的大小用粒径来表征的。土颗粒划分及测试3筛分法（0.1mm以上 ）（2）土颗粒的粒径测试方法（颗分试验 ）摆筛图水（析）分法（0.1mm以下）（a）密度计法：适用于粒径小于0.075mm的细颗粒土。斯托克斯(Stokes)定理：颗粒下沉速度与颗粒直径的平方成正比。 （b）激光颗粒分析法 MicrotracS3500型颗粒分析仪 （3）颗粒分析成果（颗分）粒径分布曲线（级配曲线） 不均匀系数 级配良好

5、的土 曲率系数且Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀，粗细颗粒的大小相差悬殊。当Cu5，称为不均匀土，容易压密实；反之，为均匀土。当Cc=1-3，表示级配曲线连续；当 Cc3，表示级配曲线不连续。 级配不良的土不能同时满足这两个条件的土工程性能比较好通过颗粒分布曲线，可以得出土颗粒的配比等性能指标(A) 直接测定的指标（3个 ）(B) 换算指标（6个 ）http:/202.115.134.210:801/bizhong.html该网站可以观看演示试验（成都理工大学）9个指标4土的物理性质指标1.土的密度和容重(、)（重力密度，重度=容重）(A) 直接测定的指标（3个 ） 测定方法：环刀法（k

6、g/m3）（kN/m3）9.8m/s2 定义：单位体积土的质量（重量）。密度容重天然密度或湿密度2. 土粒的比重(Gs) 测量方法：比重瓶煮沸法水的密度 1.0g/cm3水的容重 10KN/m3 定义：土粒的质量与同体积 4 纯水的质量之比。 土颗粒的比重土颗粒的质量土颗粒的体积土颗粒的重量土颗粒的密度3. 含水量(w) 测量方法：烘干法土粒的质量 定义：土中水的质量（重量）与土粒质量（重量）之比，以百分数表 示。 含水量水的质量水的重量4. 孔隙比(e)和孔隙率(n)(B) 换算指标（6个）ms= sVama=0VwmwVsms气体水土粒Vs=1V =e+1Vv=emw=w sm=(1+w)

7、 s 定义孔隙比(e)：土中孔隙体积与土粒体积之比，用小数表示。孔隙率(n)：土中孔隙体积与土的总体积之比，用%表示。 孔隙比孔隙率两者 关系5. 饱和度（Sr） 定义：土中所含水的体积与孔隙体积之比 。反映了土体中孔隙被水充满的程度。 饱和度ms= sVama=0VwmwVsms气体水土粒Vs=1V =e+1Vv=emw=w sm=(1+w) s6. 土的饱和密度（sat） 、干密度（d） ms= sVama=0VwmwVsms气体水土粒Vs=1V =e+1Vv=emw=w sm=(1+w) s 定义饱和密度：孔隙完全被水充满时土的密度。饱和密度计算公式：饱和容重计算公式：ms= sVama

8、=0VwmwVsms气体水土粒Vs=1V =e+1Vv=emw=w sm=(1+w) s干密度：土被完全烘干时的密度。干密度计算公式：干容重计算公式：浮容重：静水下的土体受到水的浮力作用，其容重等于土的饱和容重减去水的容重。天然容重（湿容重）、饱和容重、浮容重、干容重之间的关系：天然密度（湿密度）、饱和密度、干密度之间的关系：土的物理状态：土的干湿、松密、软硬等状态。 砂 土：土的密实程度松、密粘性土：土的软硬程度（稠度）软、硬（1） 土的干湿状态（地基与基础p24）（三种）土的类别评价指标稍湿很湿饱和砂土饱和度Sr(%)Sr5050Sr80Sr80粉土含水量w(%)w2020 w30w305

9、土的物理状态及其指标0.67Dr1.0 密实0.33Dr0.67 中密0Dr0.33 松散（2） 砂土的密实度（松密状态）工程上原位测试判断物理状态：标准贯入试验、动力触探和静力触探试验定义：土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。指标：相对密实度 Dr（Relative Density ），工程采用现场土的孔隙比e与该种土达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对比的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。状态判断（地基与基础p27）标准贯入试验（SPT） （Standard Penetration Test）标准贯入数 N锤 重：63.5kg落 距：760mm打入深度：300mm判

10、断标准：建筑地基基础设计规范(GB500072002)岩土工程勘察规范（GB50021-2001）工程上原位测试判断松密状态N63.5 5 松散5 N63.5 10 稍密10 N63.5 20 中密N63.5 20 密实重型 动力触探击数碎石土密实状态N 10 松散10 N 15 稍密15 N 30 中密N 30 密实标准贯入 击数砂 土密实状态阿特堡界限 (Atterberg limit)（3） 粘性土的物理状态（软硬状态）颗 粒水VsVs+Vw固态wLwPws缩限塑限液限可塑态液态wVO半固态粘性土随着含水量的不同，分别表现出：固态、半固态、可塑态、流动态粘性土从一种状态变到另一种状态的含

11、水量分界点称为界限含水量。 液限（wL）的测定： 锥式液限仪（中国）； 碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。碟式液限仪 平衡锥式液限仪 液限的测定方法76g力平衡锥尖 沉入土里10mm 时，土的含水量 即为液限wL 塑限（wp）的测定：搓条法测定，用土搓成直径为3mm的土条，如果土条产生裂缝并开始断裂，这时土的含水量即为土的塑限（wp） 。 缩限的测定：收缩皿法测定。液塑限联合测定仪 塑性指数可用于土的分类及其性质的评 估。可塑性是区分粘土和砂土的重要特征之一。将液限与塑限之间的差值，称为塑性指数Ip。反映粘性土可塑性的大小。粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量 50，塑性指数I

12、p 10的土为粉土塑性指数Ip 10的土为粘性土17Ip10 为粉质粘土Ip17 为粘土 塑性指数与液性指数 液性指数：表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系的指 标。反映粘性土软-硬程度（稠度，潮湿程度）固态或半固态 坚硬可塑态液 态（流动） 流塑0-0.25 硬塑 0.25-0.75 可塑 0.75-1.0 软塑五 种 状 态（1）按照地质年代分类（a）老沉积土：晚更新世Q3及其以前沉积的土。（b）新沉积土：第四纪全新世Q4中近期沉积的土。（2）按照地质成因分类残积土、坡积土、冲积土、淤积土、冰积土和风化土土的工程分类6（3） 土（岩）的工程分类岩 土岩 石碎 石 土粉 土特 殊 土砂

13、 土强度、节 理、风化程 度颗粒大小、 级配、形状粘性土 塑性指数 或塑性图6大类按照土颗粒大小和塑性指数的工程分类（岩土工程勘察规范GB50021-2001） 土的名称颗粒形状颗粒级配漂 石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒质量超过总 质量50%块 石 棱角形为主卵 石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒质量超过总 质量50%碎 石棱角形为主圆 砾 圆形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒质量超过总质 量50%角 砾 棱角形为主碎石土的分类注：定名时根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。（a）碎石土：粒径大于2.0mm的颗粒质量超过总质量50的土。(a) 碎石土卵 石块石（碎石）（b）砂

14、土：粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50的土。土的名称颗 粒 级 配砾 砂 粗 砂 中 砂 细 砂 粉 砂 粒径大于2.0mm的颗粒质量占总质量2550% 粒径大于0.5mm的颗粒质量超过总质量50% 粒径大于0.25mm的颗粒质量超过总质量50% 粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量85% 粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50%注：定名时根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。砂土的分类(b) 砂土（d）粘性土：粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量50，塑性指数Ip 10的土。（c）粉土：粒径大于0.075mm的颗粒质

15、量不超过总质量50的土，塑性指数Ip 10的土。粉质粘土：塑性指数10 Ip 17的土。粘土：塑性指数Ip 17的土。（e）特殊性土：湿陷性土、黄土、红粘土、软土、混合土、填土、多年冻土、膨胀岩土、盐渍岩土、风化岩和残积土、污染土。Loess，yellow earth 刘东生院士Frozen soils粒组统称粒组划分粒径范围d/mm主要特性巨粒组漂石（块石）d200透水性大，无粘性，不易压缩卵石（碎石）200 d 60透水性大，无粘性，不易压缩粗粒组砾粒粗砾60 d 20透水性大，无粘性，不能保持水分，毛细水上升 高度很小，压缩性较小中砾20 d 5细砾5 d 2砂粒粗砂2d 0.5易透水，无粘性，毛细水上升高度不大，饱和松 细砂在振动荷载作用下会产生液化，一般压缩性 较小，随颗粒减小，压缩性增大中砂0.5 d 0.25细砂0.25 d 0.075细粒组粉粒0.075 d 0.005透水性小，湿时有微粘性，毛细水上升高度较大 ，有冻胀现象，饱和并很松