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1、2、土的物理性质及工程分类E2.1 概述E2.2土的组成及土的结构E2.3 土的物理性质指标 E2.4 无粘性土的密实度E2.5 粘性土的物理特性E2.6 土的渗透及渗流E2.8 土的工程分类 土的形成土的形成形成过程 形成条件物理力学性质影响土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积风化岩石地球土地球2.1 2.1 概述概述固体矿物颗粒 （固相）土中气体（气相）土中水（液相）2.2 土的三相组成及土的结构土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决 定土的工程性质的主要成分。1.土粒的矿物成分（1）原生矿物（2）次生矿物 （3）腐植质2.2.1 土的固体颗粒次生矿物
2、蒙脱石 伊利石 高岭石蒙 脱 石2.土颗粒的大小与形状粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径3.土的粒径级配（1）定义工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量 的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2）粒径分析方法筛分法（d0.075mm的土）密度计法（d0.075mm的土）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。沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管
3、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10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1200g10 16 18 24 22 38 72P % 95 87 78 66 55 36筛分法原理图筛分法密度计法（d 3 或 Cc 3 或 Cc 1.22.4g/cm3 冰点-76 具有极大的粘滞性和固体 的特性 温度高于100C时可蒸发强结合水 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 密度1.01.7g/cm3 冰点-2030 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性弱结合水图2.8 矿物颗粒对水分
4、子的静电引力作用土中毛细现象2.2.2.3 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 上升高度:毛细升高与孔径成反比粘土 粉土 砂土 砾石分析对象: 水柱T为表面张力2.2.2.5 土体中气体(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2.2.1 土的结构2.2.3 土的结构构造单粒结构 蜂窝结构 絮状结构砂粒粉粒粘粒2.2.2 土的构造v层状构造v分散构造v结核状构造v裂隙状构造2.3.1 土的三相比例指标t概述 土的物理
5、性质直接反映土的松密、软硬等物理状态 ， 也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主 要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。t三相指标的定义2.3 土的物理性质指标固相液相气相土颗粒土中水土中气Water 水Air 空气Soil 固体颗颗粒VaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积v土的物理性质指标一共有9个。v（1）反映土松密程度的指标有2个：土的孔隙比 e=Vv/Vs土的孔隙率 n=Vv/V100（2）反映含水程度的指标有2个： 土的含水量 w= mw/ms100 土的饱和度 Sr=Vw/Vv100v(3) 特定条件下的密度指标有5个：土的天然密度 =m/v土的干密度 d=Ms/V土
6、的饱和密度 sat(ms+Vvw)/V土的浮密度（有效密度）/= (ms-Vsw)/V=sat- w土粒相对密度（土粒比重）ds=ms/mw=ms/(Vs.w1)= s /w1其中三个基本试验指标u土的天然密度 测定：环刀法 u土的含水量w 测定：烘干法u土粒相对密度（土粒比重）ds测定：比重瓶法其它6个指标：Sr、d、 sat 、/、e、n可通过指标换算得到。 2.3.4 指标的换算土的密度、含水量、土粒比重是通 过试验测定，其他指标可由这三个指标 换算得到。2.4 无粘性土的密实度（1）孔隙比ev优点：简单方便v缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散中密密实稍密（2）相对密实
7、度Dr定义：v优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。v缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin的测定受人为的影响较大。（3）标准贯入试验锤击数N为标准301510松散中密密实稍密2.5 粘性土的物理特性v界限含水量、液限、塑限、缩限v塑性指数v液性指数v灵敏度 粘性土的物理特性可以用稠度表示。 稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理 状态，反映土的软硬程度。v液限、塑限、缩限一、定义界限含水量、 液限WL、塑限Wp、缩限Ws二、测定方法液塑限联合测定法wSWpWL流动 状态固态可塑 状态半固态0测试结果整理v粘性土的可塑性指标v塑性指数IPv液性指数IL1.0 0.75i0, v=k
8、(i - i0 )二、 渗透系数的测定 测定土的渗透系数的方法有:室内试验测定方法野外试验测定方法常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔注水试验三.渗透破坏在渗透力较大时，土体内会发生流土、管涌等渗 透破坏现象。介绍如下： 流土:在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发 生悬浮移动的现象。原因：动水压力GD大于水的浮重度动水压力：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向 与 渗流方向一致。大小:在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。管涌原因：内因 有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因渗透力足够大 管涌流土与管涌
9、的比较 流土土体局部范围的颗粒同时 发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大， 可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成 的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流 溢出处一般发生在特定级配的 无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口图为发生在上海黄浦江隧道施工中流土带来的灾害 。施工中发生渗水后，随后出现大量流砂涌入施工中 的隧道，导致中山南路部分地面下沉，建筑倾斜。 图为发生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水猛 长，使土体中的水力坡降增加，加之土结构的几何原因，发生了图 中的管涌。沙袋用来提高逸出口水
10、位，以降低水力坡降。此外还抛 了一些大的砾石形成反滤层。四、防治流土、管涌的基本措施防治流土的关键在于控制渗流逸出处的水力坡降, 基本措施是确保实际的逸出坡降不超过允许坡降。防止 管涌一般可从下两方面采取措施: 1.改变水力条件, 降低土层内部和渗流逸出处的渗透 坡降。如上游做防渗铺盖或打板桩等；2.改变几何条件, 在渗流逸出部位铺设层间关系满足 要求的反滤层, 是防止管涌破坏的有效措施。 第5节 流土、管涌及其防治大堤江河沙袋砾石工民建标准水利部标准铁道部标准交通部标准2.8 土的工程分类分类依据 ：能反映土的物理力学性质土的组成 土的状态 土的结构土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类
11、，以便于工程应用及研究本节主要介绍建筑地基基础设计规范GB500072002分类法 土岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土一、岩石按成因分类岩浆岩沉积岩变质岩 按坚硬程度分类按完整程度分类二、碎石土土的名称 颗粒形状 粒组含量漂石 块石圆形及亚圆形为主 棱角形为主粒径大于200mm的 颗粒超过全质量50%卵石 碎石圆形及亚圆形为主 棱角形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主圆砾 角砾粒径大于20mm的颗 粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒 超过全质量50%三、砂土土的名称 粒组含量粒径大于2mm的颗粒占 全质量25 - 50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于0.5mm的颗粒 超过全质量50%
12、粒径大于0.25mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量85% 粒径大于0.075mm的颗粒 超过全质量50%四、粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于 全质量50%而塑性指数Ip10的土粒径大于0.075mm的颗粒含量大于 全质量50%塑性指数Ip10的土五、粘性土1017的土粘土粉质粘土六、人工填土人类活动而形成的各类土。成分复杂，均匀性差。分类方法:按组成物质分类如下表：土的名称组组成物质质素填土素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组组成 的填土杂杂填土杂杂填土为为含有建筑物垃圾、工业废业废 料、生活垃 圾等杂杂物的填土 冲填土冲填土为为由水力冲填泥砂形成
13、的填土压实压实 填土经过压实经过压实 或夯实实的素填土为压实为压实 填土1、软土：天然含水量大于液限( )，天然孔 隙比15的粘性土是淤泥，1e1.5的粘性土 为淤泥质土。工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不 良地基。2、红粘土和次生红粘土： 50%， =30 50，e=1.11.7，Sr0.85。液限45%的土为次生红粘土。红粘土的工程性质：强度高压缩性低，失水收缩显著。七、特殊土3、膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收 缩特性，其自由膨胀率大于或等于40的粘性土。4、黄土：湿陷性5、冻土：冻胀融沉6、盐渍土：含易溶盐含量大于0.5%，且具有吸湿、松胀特性。
