[2017年整理]CH1土的物理性质及工程分类 - 副本

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1、1第一章 土的物理性质及工程分类Physical Characteristics and Physical Characteristics and Engineering Classification of Soils Engineering Classification of Soils本章重点：第37节 n概 述 n土的三相组成与土的结构 n土的三相比例指标 n无粘性土的密实度 n粘性土的物理特性 n土的压实性 n地基土的工程分类主要内容21.1 概 述岩石风化（物理、 化学）作用 岩石破碎 化学成分改变搬运 沉积大小、形状和 成分都不相同 的松散颗粒集 合体（土） 土固相液相气相土中颗粒

2、的大小、成分 及三相之间的相互作用 和比例关系，反映出土 的不同性质。 3土性取决于：1.2土的三相组成及其结构 The Three-Phase Composition The Three-Phase Composition and Structure of soils and Structure of soilsn一、固体颗粒（固相）固体颗粒（固相） Solid ParticleSolid Particle矿物成分： 无机矿物（原生矿物、次生矿 物），有机质。颗粒的形状：园块、片 粗细： 细，颗粒比表面积，颗粒与H2o接触面积大， 颗粒间力1 土粒的矿物成分和形状4粘土矿物颗粒的结晶结构和基

3、本特性n粘土矿物的结晶结构主要是由两个基本单元组成的：硅氧四面体； 氢氧化铝八面体。n矿物的层状结构主要有高岭石：膨胀性压缩均较小。 蒙脱石：膨胀性、压缩均大。 伊利石：膨胀性、压缩性介于高岭石和蒙脱石之间。高岭石伊利石蒙脱石52 土粒大小及粒组划分粒度：粒组：划分粒组方式天然土是由大小不同的颗粒组成 的，土粒的大小称为粒度工程上常把大小相近的土粒合并 为组，称为粒组 见表1-163粒度成分及其表示方法通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总 量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。n1)表格法（见表1-2）n2)累计曲线法 （级配曲线） ：不均匀系数Cu=d60/d10 ，曲率系数Cc=

4、d302/(d10d60)Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu，土粒大小分布范 围大，土的级配良好，Cu10级配 良好的土；Cu5且Cc=13级配良好。7n3)三角坐标法：表示三种粒组含量h1+h2+h3=H取H=100%（道路、水利工程 常用）图1-4 三角坐标法表示粒度成分84 粒度成分分析方法 试验方法筛分法：适用于0.1mm(建筑工程0.075mm）d60mm 比重计法:适用于d0. 1mm (建筑工程0.075mm）筛分法9比重计法利用不同大小的土粒在水中 的沉降速度不同来确定小于 某粒径的土粒含量10n二、土中的水 Water in soils n 水按其所吸引力大小分为：1、强结

5、合水（吸着水）strong held water：性质接近于固体，对土工程性质影 响 较小，只有在105烘烤才能蒸发,土 粒细，含量越大。2、弱结合水（薄膜水）held water： 使土具有塑性，冻结温度-0.5-30 。3、 自由水 free water ：又可分为重力水gravity water ： 毛细水capillary water ：11n三、土中气体 air in soilsair in soils 1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对 土的性质影响不大。 2.封闭气体：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。 有封闭气体

6、的土，称为橡皮土，工程中决不允许。 对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物的分解 作用，在土中蓄积了某种可燃气体（如硫化氢、甲 烷等），使土层在自重作用下长期得不到压密，而 形成高压缩性土层。121 粘土颗粒表面带电现象电泳在直流电作用下粘土颗粒向阳极移动的现象电渗水分子则向阴极移动的现象 。利用该原理发明了电渗法处理软土地基n四、粘土颗粒与水的相互作用 2 双电层与扩散层的概念吸附层扩散层双电层土粒表面的负电荷和扩散层合起来称为双电层133 影响双电层厚度的因素矿物成份：蒙脱石伊利石高岭石水的PH值：PH带负电，双电层厚溶液中阳离子价数及半径：价高，半径小则双电层薄，土性也稳定。 注：利用离子

7、交换可改善土的工 程性质 4 粘土颗粒间的相互作用力n粒间的排斥力：n粒间的吸引力：14五、土的结构 structure of soilsstructure of soils1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落 形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根 据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态。 密实状态疏松状态152.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，彼此之间引力大于重力， 接触后，不再继续下沉，形成很多链环联结起来孔隙较大的蜂 窝状结构。 3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水 中处于悬浮状态。凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结 构。 蜂窝结构絮状结

8、构土的结构受 扰动后强度 降低 16n六、土的构造 1.层理构造：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。 2.裂隙构造：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。 171.3 土的三相比例指标土的三相图Three phase skeletalThree phase skeletal质量m体积V一、反映土轻重程度的指标 1.土的天然密度：单位体积土的 质量(g/cm3) 气水土粒msmwmVsVwVVaVv一般 1.62.2gcm3 环刀法蜡封法灌砂法土的密度 测定方法ma=018注：1)：干密度(g/cm3)dr

9、y density重力密度( 简称重度)天然重度=g 干 重度 d=dg 饱和重度sat=satg 浮重度 =g2:)：饱和密度(g/cm3)saturated density3)：浮密度(g/cm3)显然：satd satd 192.土粒相对密度s（土粒比重）：无量纲单位体积土颗粒质量与4纯水单位体积的质量之比 粘性土：s 2.72.75 砂性土：s 2.65土中有机质含量增加， 土粒相对密度减小比重瓶法 土的相对密 度测定方法s土粒密度，即土颗粒单位体积的质量(g/cm3) 气水土 粒msmwmVsVw VVVama=020二、反映土的松密程度的指标1孔隙比void ratio e=vv/

10、vs2孔隙率porosity n=vv/v100%三、反映土中含水程度的指标，Sr1、土的含水率(含水量) water content 用烘干法测定2土的饱和度 degree of saturation Sr =vw/vv 100%Sr=1 完全饱和 Sr 0.8饱和 Sr=0完全干燥气水土 粒msmwmVsVw VVVama=021注： （1） 实验直接测定的指标为： ，ds(或s）（2） 各指标间关系可用三相草图法换算,不必死记 这些换算公式 n四、指标间的换算22【例1-1】已知某土样 =1700Kg/m3 ,ds=267 , =14% 求e、Sr及sat 【解】：用三相草图法，如图令V

11、=1 m3 则重量m= *V=1700kg而=mm m=m+ms解得ms=1490kg m=210gkVs=ms/ds= 1.49/2.67= 0.558 m3 Vv = V-Vs =1-0.558=0.442 m3 V=m/= 210/1000 = 0.21 m3 在图中填各数可得 e =VV / Vs=0.79 Sr= V/VV=0.47n五、例题分析 气水土 粒msmwmVsVw VVVama=0231-4 无粘性土的密实度 The compactness of none-cohesive soilThe compactness of none-cohesive soil无粘性土主要包括

12、砂类土和碎石土，而影响无粘性土工程 性质的主要因素是密实度 1.孔隙比e （老规范）:没考虑级配因素对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。 孔隙比愈大，土愈松散。 242.由相对密实度Dr判断（公路规范用）relative density砂土在天然状 态下孔隙比砂土在最密实状 态时的孔隙比砂土在最松 散状态时的 孔隙比当Dr=0时， e=emin，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时 ， e=emax，表示土体处于最密实状态 Dr1/3疏松状态1/3Dr2/3中密状态2/3Dr1密实状态优缺点？253 据标准贯入击数判断（新规范采用）建筑地基基础设计规范： N30密实；15=1

13、流动状态。 没考虑土的结构影响，在含水量相同时，原状土比 重塑 土硬，故用IL判断重塑土合适，但对原状土偏于保守。30n三、例题分析 n【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量 =9.43%,天然密度=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称 得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量 ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密 实状态 【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度（1/3,2/3中密状态311.6 土的压实性压实目的32n一、土的击实试验 击实筒护筒击锤导筒轻型击实试验适用于粒径小于 5mm的土

14、重型击实试验适用于粒径小于 40mm的土 1 击实曲线(压实曲线) ：击实试 验达到规定击数后测定土的干重 度d 和含水量,改变含水量重 复上述试验,并将结果以为横 座标,干重度d为纵座标,绘制的 曲线。dmaxd0op+ +33轻型击实试验适用于粒径 小于5mm的土，击实筒容 积为947cm3，击锤质量为 2.5kg。把制备成一定含 水量的土料分三层装入击 实筒，每层土料用击锤均 匀锤击25下，击锤落高为 30.5cm 重型击实试验适用于粒径小 于40mm的土，击实筒容积 为2104cm3，击锤质量为 4.5kg，击锤落高为45.7cm 。分五层击实，每层56击。 根据击实后土样的密度和实

15、测含水量计算相应的干密度342.土的压实特性1）压实曲线特点： (a)具有峰值：峰值点对应于最大 干重度dmax和最优含水量op( 最佳含水量)。最优含水量:在一定压实能量下， 使土最容易压实，并能达到最大 干重度的含水量。 工程中常按opp2 (b)多数击实曲线op以左部分曲线较陡，以右则较缓且大 致平行于饱和曲线 (c)击实曲线位于饱和曲线左下方不可能与饱和曲线有交点 。dmaxd0op+ +饱和度100%35(a)粗粒多， dmax(b)级配良好 dmax均匀级配 dmax(c)击实曲线的陡op2mm颗粒含量全重50%，且颗 粒间未经胶结的粗粒土（3） 砂土土中2mm颗粒50%全部土重，且粒 径0.075mm的颗粒50%全部土重。又可分为（4）粉土的分类粒径0.075mm颗粒含量50%全土 重，且IP10的土。e1.0为软弱地 基。（5）粘性土的分类粒径大于0.075mm的颗粒含 量不超过全重50%，塑性指数IP10的土称为粘性土， 粘性土根据塑性指数细分。 土的名称粘土粉质粘土塑性指数IP1710IP1741（6）人工填土由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成 分较杂乱,均匀性较差，根据其