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1、,河北理工大学,第一讲 土的工程性质与分类,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1,河北理工大学,2,教学目标 掌握土的物理性质和土的物理性质指标计算方法，掌握土的工程分类方法。 教学基本要求 1了解土的成因和组成 2掌握土的物理性质指标 3熟练掌握无粘性土和粘性土的物理性质 4了解土的结构性和击实性 5掌握土的工程分类原则，土的类别与其工程特性的关系,第一讲 土的工程性质与分类,参考文献 1.国家标准:岩土工程勘察规范（GB5002194），中国建筑工业出版社，1995。 2.国家标准:土工试验方法标准（GB/T501231999）。 3.岩土工程手册编写委员会:岩土工程手册，中国建筑工业出
2、版社，1994。,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学,3,土的三相组成 土的三项比例指标 图的结构与构造 粘性土的工程性质 砂土地密实度分析 土的工程分类原理与方法,本讲内容,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学,4,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的生成,岩石,风化，剥蚀,水、风的搬运或就地沉积,物理风化：生成砂、砾等粗颗粒土。,化学风化：生成粘性土。,生物风化,土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土等。,特殊土：软土、黄土、红粘土等。,河北理工大学,土质学与土力学-绪论,5,1.1土的三相组成,河北理工大学,6,土质学与土力学-土的工程性质
3、与分类,1.1土的三相组成,河北理工大学,7,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,河北理工大学,8,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土颗粒的矿物成分,河北理工大学,9,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度成分,概念：工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分或者叫土的颗粒级配。,河北理工大学,10,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度成分,相互适应,河北理工大学,11,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度
4、成分,表1-1 粒组划分标准（GB 5002194）,表1-1 岩土工程勘察规范中粒组划分标准（GB 5002194）,河北理工大学,12,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度成分,表1-1 粒组划分标准（GB 5002194）,河北理工大学,13,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学,14,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学,15,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学,16,土质学与土力学-
5、土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,不均匀系数,级配良好的土,曲率系数,且,Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。,Cc3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。,河北理工大学,17,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学轻工分院,18,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学轻工分院,19,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分分析方法：,筛分法（0.075 mm以上） 沉降分析法（0.075mm以下）,司笃克斯公式-土粒在悬液中沉降的
6、速度与粒径的平方成正比,河北理工大学轻工分院,20,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的形状：,圆形,菱角形,强度,河北理工大学,21,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,土中的水,固 态,自由水,气 态,液 态,结合水,重力水,毛细水,强结合水,弱结合水,河北理工大学,22,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,强结合水特点： 密度大，可以达到1.51.8g/cm3； 力学性质则类似于固体，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪切强度； 不能传递静水压力，不能导电，也没有溶解能力； 冰点是-78摄氏度,弱结合水特点是： 密度较强
7、结合水效，但相比普通液态水要大； 具有较高的粘滞性，弹性，抗剪切强度； 不能传递静水压力，不导电； 冰点在0摄氏度以下，弱结合水层的厚度是决定细粒土物理力学性质的重要因素。,河北理工大学,23,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,河北理工大学轻工分院,24,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,自由水包括毛细水和自由水。 毛细水-于公路路基土的干湿状态/建筑物的防潮有重要影响。 重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，有浮力作用。,河北理工大学轻工分院,25,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-气相,饱和土,古典土力学,饱和
8、土,非饱和土力学,河北理工大学轻工分院,26,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.2 土的三相含量指标,土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标,土的干燥与潮湿 疏松与紧密 最基本的物理性质指标,定义：,河北理工大学轻工分院,27,土质学与土力学-土的工程性质与分类,土的三相含量关系草图,0=ma,Vw,Vs,V,Va,mw,ms,m,V土样的体积 Va土中空气的体积 Vw水的体积 Vs土粒的体积 m土样的质量 ma土中空气的质量 mw水的质量 ms土粒的质量之和,V=Va +Vw+Vs,m=ma +mw+ms,m=mw+ms,ma =0,气相,水（液相）,土粒（固相）,河北理
9、工大学轻工分院,28,土质学与土力学-土的工程性质与分类,土的三相含量指标分类：（按照获取方式等可分为二类）,河北理工大学轻工分院,29,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1）土的密度,g/cm3,Mg/m3,g/cm3,kN/m3,有时为求解的方便，重力加速度g=10m/s2,试验方法: 灌水法/灌砂法-现场测量 封蜡法-干、硬的粘性土 环刀法-湿土,一般土的密度： 1.602.20 g/cm3 常见种类： 粘土-1.82.0; 砂土-1.62.0; 腐殖土-1.71.8,河北理工大学轻工分院,30,土质学与土力学-土的工程性质与分类,2）土粒密度,Ds=,g/cm3,Mg/m3,g/cm
10、3,kN/m3,g/cm3,kN/m3,河北理工大学轻工分院,31,土质学与土力学-土的工程性质与分类,3）土的含水量,含水量常用测定方法：烘干法、燃烧法,含水量通常以百分数表示 它是描述土的干湿程度的重要指标,土的天然含水量变化范围： 干砂-零 蒙脱土-百分之几百。,河北理工大学轻工分院,32,土质学与土力学-土的工程性质与分类,土的三项草图,河北理工大学轻工分院,33,土质学与土力学-土的工程性质与分类,）孔隙比和孔隙率描述土体中空隙的体积,河北理工大学轻工分院,34,土质学与土力学-土的工程性质与分类,）土的饱和度,河北理工大学轻工分院,35,土质学与土力学-土的工程性质与分类,）土的饱
11、和重度、有效重度和干重度,河北理工大学轻工分院,土质学与土力学-土的工程性质与分类,最大干重度和最优含水量,饱和线,土的干密度越大，土越密实，强度就越高，水稳定性也好；干密度常用作填土密实度的施工控制指标。,36,河北理工大学轻工分院,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,37,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,38,土质学与土力学-土的工程性质与分类,例题,解：,河北理工大学轻工分院,39,土质学与土力学-土的工程性质与分类,例题,解：,河北理工大学轻工分院,40,土质学与土力学-土的工程性质与分类,Ds=,河北理工大学轻工分院,41,土质学与土力
12、学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,42,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,43,土的工程性质与分类,土的结构和构造,1.3土的结构和构造,定义：是指物质成分间的联结特点和空间分布、变化规律，反映了物质的存在形式,地质历史与环境的产物,工程性质,河北理工大学轻工分院,44,土的工程性质与分类,1.3.1土的结构,定义：土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排列及联结的特征。,土的成分,土的成因,土的年代,土的工程性质与分类,典型地质灾害：砂土的液化现象。（地震地基的重要危害之一）,单粒结构,碎石土和砂土（无粘性土）,特点：,土粒间没有联结存在，或非常微弱
13、 疏松状态会趋向密实 密实状态会发生剪胀,矿物成分 颗粒形状 粒度成分 级配的均匀程度。,紧密程度,河北理工大学轻工分院,45,土的工程性质与分类,蜂窝状结构是以粉粒为主的土的结构。,河北理工大学轻工分院,46,土的工程性质与分类,定义：絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征,压缩性大、强度低、透水性弱、力扰动会显著降低其强度。,特点：,河北理工大学轻工分院,47,土的工程性质与分类,1.3.土的构造,层状构造,分散构造,裂隙构造,河北理工大学轻工分院,48,土的工程性质与分类,4 粘性土的工程性质,河北理工大学轻工分院,49,液态,可塑态,半固态,固态,W,固态,半固态,可塑态,液态,V,Vs,0
14、,Ws,Wp,WL,W,A,B,C,Ip,Vs,Vs,Vs,Va,Vw,Vw,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,50,Vs,wL,wP,ws,液限,Vs+Va,气体,缩限,塑限,阿太堡界限 (Atterberg limit),土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,51,自由水,液 态,可塑态,固态或半固态,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,52,固态,半固态,可塑态,液态,V,Vs,0,Ws,Wp,WL,W,A,B,C,Ip,wL(liquid limit),流动状态与可塑状态间的分界含水量,Wp(plastic limit),可塑状态与半固体状态间的分界含水量,半固体状态
15、与固体状态间的分界含水量,Ws(shrinkage limit),阿太堡界限（阿太堡稠度界限）,粘性土从一种状态转变为另一种状态，可用其自身的某一个界限含水量有关。,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,53,塑限wp,用搓条法,液限wL,平衡锥式液限仪测定,碟式液限仪测定,液塑限联合测定法,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,54,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,55,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,56,W,H,Wp,WL,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,57,Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性,塑性指数Ip 的大小和
16、土中结合水的可能含量有关，和土的颗粒组成、土粒的矿物成份，以及土中水的离子成份以及浓度等因素有关。土粒越细，其比表面积越大，可能的结合水含量越大，其时塑性指数Ip也越大。,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,58,IL液性指数（liquidity index）-粘土的状态,可塑状态的土的液性指数在0到l之间，液性指数越大，表示土越软；液性指数大于1的土处于流动状态；小于0的土则处于固体状态或半固体状态。,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,59,已知粘性土的密度s=27.5 kN/m3，液限为40，塑限为22，饱和度为98%，孔隙比为1.15，试计算塑性指数、液性指数及确定粘性土的状态。,【解】根据液限
