《土力学及地基基础第2版 教学课件 ppt 作者 陈兰云 中国机械工业教育协会 第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土力学及地基基础第2版 教学课件 ppt 作者 陈兰云 中国机械工业教育协会 第1章（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 土的物理性质及工程分类,1.1土的成因与组成 1.2土的物理性质指标 1.3土的压实及最优含水量 1.4土的物理状态指标及地基土（岩）的工程分类,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,主要内容,教学目标,知道土的成因与组成，熟悉土的物理性质指标 熟悉土的物理状态指标，能正确的对土进行分类,重 点,土的组成 土的物理性质指标 土的压实及最优含水量 土的物理状态指标及地基土（岩）的工程分类,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,1.1土的成因与组成,岩石,风化（物理、化学、生物）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（
2、土）,主要成因类型,残积物,1.1.1土的成因,坡积物,洪积物,冲积物,图1-1 河谷横断面图,1.1.2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在时，称为非饱和土（湿土）。,1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
3、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、粉粒和黏粒。,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。,表1-1 粒组划分标准,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0.07
4、5mm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,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,图1-2 颗粒级配曲线,纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）。,颗粒粒径级配曲线,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
5、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,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。 （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。,2土中水,3.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
6、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,1.1.3 土的结构,土的结构是指由土粒单元的大小、形状、表面特征、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。,单粒结构 a）疏松状态 b）紧密状态,蜂窝状结构,絮状结构,1.1.4土的构造,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
7、现出成层特征。,裂隙构造,1.1.5土的特性,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。,1.2 土的物理性质指标,1.2.1土的三相图,质量m,体积V,1.2.2基本指标,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,土的密度和重度,单位体积内土的质量称为土
8、的密度；单位体积内土的重量称为土的重度。,=m/V （1-3）, = g （1-4）,天然状态下土的密度变化范围比较大，一般黏性土=1.82.0g/cm3,砂土=1.62.0g/cm3。黏性土的密度一般用“环刀法”测定。,土粒比重（土粒相对密度）ds,土中固体矿物的质量与土粒同体积4 oC纯水质量的比值，称为土粒比重（无量纲）。,ds=ms/Vsw=s/w （1-5）,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。黏性土的ds一般在2.722.75；粉土一般在2.70 2.71;砂土一般在2.652.69。,土的天然含水量w,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
9、量。,w=mw/ms 100% （1-6）,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。,1.2.3 换算指标,1.干密度d和干重度d,干密度d ：单位体积内土颗粒的质量。,2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,干重度d ：单位体积内土颗粒的重量。,d =ms/V, sat = satg,d =dg,3土的有效密度和有效重度 ,
10、=（ms- Vsw）/V,g =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。,4.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。,5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
11、。,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,指标间的换算,质量m,体积V,土的三相指标中，土粒比重ds ，含水量w和密度是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标,推导：,换算关系式：,【例1-1】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒相对密度ds为2.66，试求该土样的含水量w、密度、重度、干重度d、孔隙比e、饱和度Sr、
12、饱和重度sat和有效重度 。,【解答】,w=mw/ms 100% =(187-167) 100%/167=11.98 % =m/V=187/100=1.87 g/cm3 = g=1.8710=18.7 kN/m3 d = dg= msg/ V =16710/100=16.7 kN/m3 e = ds(1+w) w/-1 =2.66(1+0.1198)/1.87-1=0.593 Sr = w ds/ e=0.11982.66/0.593=0.537=53.7% sat = (ds+ e) w /(1+ e) =(2.66+0.593) 10/(1+0.593)=20.4 kN/m3 =(ds-1
13、) w /(1+ e)= sat-w=20.4-10=10.4 kN/m3,1.3土的压实及最优含水量,在工程实践中，对垫层的碾压质量的检验，是要求能获得填土的最大干密度dmax，与之相对应的制备含水量为最优含水量。其最大干密度可用室内击实实验确定。,击实试验的操作步骤如下 :,1.将代表性的风干或在低于60 oC温度下烘烤干的土样放在橡皮板上用木碾碾散，过5mm筛，拌匀备用。 2.测定土样风干含水量，按土的塑限估计其最优含水量，按依次相差约2%的含水量制备一组（不少于5个）试样，其中有两个大于和小于最优含水量，计算所需加水量。 3.按预定含水量制备试样。称取土样，每个约2.5kg，平铺于一不
14、吸水的平板上，用喷水设备往土样上均匀喷洒预定的水量，稍静置一段时间再装入塑料袋内或密封盛样器内浸润备用。浸润时间对高塑性黏土不得少于一昼夜，对低塑性黏土可酌情缩短，但不少于12h。,4.将直径9.125cm，高15cm的击实筒放在坚实地面上，将制备好的试样600800g（其数量应使击实后的试样略大于筒高的1/3）倒入筒内，整平其表面，并用圆木板稍加压紧，然后用锤（锤重2.5kg，锤底直径5cm）进行击实，锤击时锤应自由铅直落下，落距46cm，对砂土和粉土，每层为20击，对粉质黏土和黏土，每层为30击。锤迹必须均匀分布于土面。然后安装套环，把土面刨成毛面，重复上述步骤进行第二层及第三层的击实，击
15、实后超出击实筒的余土高度不得大于10mm。 5.用修土刀沿套环内壁削挖后，扭动并取下套环，齐筒顶细心削平试样，拆除底板。 6.用推土器推出击实筒内试样，从试样中心处取2个各约1530g土样测定其含水量。 7.按46步骤重复进行其他不同含水量试样的击实试验。,图1-7 砂土和黏土的压实曲线,计算上述五个不同含水量w试样的五个相应干密度d，以干密度为纵坐标，含水量为横坐标，绘制d和w关系曲线，如图1-7所示。在曲线上，d的峰值即为最大干密度dmax，与之相对应的制备含水量为最优含水量wop。,图1-8 压实功能对压实曲线的影响,在室内击实试验时，根据不同的锤击数得到的干密度，可绘制数条d - w关
16、系曲线（见图1-8）及各锤击数下最大干密度的轨迹ab。,1.4 土的物理状态指标及地基土（岩）的工程分类,1.4.1 无黏性土的密实度,砂土、碎石土统称为无黏性土。无黏性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较高，压缩性较小，可作为良好的天然地基；呈松散状态时，则强度较低，压缩性较大，为不良地基。,判别砂土密实状态的指标,孔隙比e,相对密度Dr,动触探确指标,孔隙比e,采用天然孔隙比的大小来判断砂土的密实度，是一种较简便的方法。一般当e小于0.6时，属密实的砂土,是良好的天然地基。当e大于0.95时，为松散状态，不宜作天然地基。这种方法的不足之处是没有考虑级配对砂土密实度的影响，有时较疏松的级配良好的砂土
