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1、本章要求: 1、了解土的生成、土的组成并掌握土的三相比例指标及物理性质指标计算。 2、掌握土的工程分类 。,第2章 土的性质及工程分类,干湿 轻重 松紧 软硬 强度 压缩性,比例关系,2.1概述,第2章土的性质及工程分类,2.2土的三相组成及土的结构,一、土的固体颗粒 影响土的物理性质的重要因素，常指它的矿物成份、颗粒大小、形状与级配等。 （一）土的矿物成分 取决于母岩的成分及其所经受的风化作用。 原生矿物（物理风化） 次生矿物 （化学风化，如粘土矿物）,第2章土的性质及工程分类,（二）土的颗粒级配,1、土的颗粒级配定义 指土中各个粒组质量相对含量百分比。由颗粒分析试验测定。 2、土的颗粒级配
2、曲线 曲线平缓，表示粒径相差悬殊，土粒不均匀，即级配良好p7。 3、土的不均匀系数,第2章土的性质及工程分类,二、土中水（含水量） 水对土的工程性质影响很大：粘性、塑性及胀缩性；工程中的流砂、管涌等现象。 （一）结合水-细小土粒表面带负电荷，围绕土粒形成电场（p10图2.9）。 强结合水和弱结合水 （二）自由水 重力水和毛细水,第2章土的性质及工程分类,三、土中气体（孔隙率） 存在于土孔隙中未被水所占据的部位。 主要影响土的压缩性和透水性（封闭气泡的压缩或溶解） 四、土的结构指土粒间的综合特征（土颗粒的大小、形状、表征及联结关系等）p13 （一）单粒结构 （二） 蜂窝结构 （三）絮状结构,第2
3、章土的性质及工程分类,五、土的构造 指土层间相互关系的特征 （一）层状构造 （二）分散构造 （三）裂隙构造,第2章土的性质及工程分类,地下工程施工与现有建筑物的关系,杭州地铁坍塌7死(截止11.18),s：固体颗粒；w：孔隙水；a：孔隙气体,2.3土的三相比例指标,工程性质,第2章土的性质及工程分类,一、土的（天然）密度 1、定义： 密度：土单位体积的质量。环刀法测定（t /m3) 。 2、公式：,3、物理意义：一般 (=1.62.2 t /m3)越大土就越密集。,第2章土的性质及工程分类,二、土的含水量W 1、定义： 土中水的质量与土粒质量之比的百分含量（烘干法测定，无量纲）。,3、物理意义
4、： 标志土的干湿程度。一般W增大土的强度就降低（一般对粘性土、粉土较大）。,2、公式：,第2章土的性质及工程分类,三、土粒相对密度（或比重）ds 1、定义： 土粒的密度与同体积4时纯水的密度之比值（比重瓶法测定，无量纲）。 2、公式：,3、物理意义：一般变化幅度小，可判别土性。 如砂土ds=2.652.69，粉土ds=2.702.71,第2章土的性质及工程分类,说明： 土的（天然）密度、土的含水量W、土粒相对密度（或比重）ds是土的三个基本试验指标。是由实验室直接测定的指标。以下要讲的其余土的指标均可由这三个指标推导求得。,第2章土的性质及工程分类,四、土的干密度d 1、定义： 土的干密度d
5、：土单位体积中固体颗粒的质量（t /m3) 。 2、公式：,3、物理意义： d=1.31.8 t /m3 ，评价土的密实程度，以控制填土，路基和坝基的施工质量。,第2章土的性质及工程分类,五、土的饱和密度sat 饱和土密度sat ： 土孔隙充满水时， 单位体积土的质 量。单位（t /m3) 。,第2章土的性质及工程分类,在地下水位以下，（土受到浮力作用），单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后的质量，又称浮密度。单位（t /m3) 。,六、土的有效密度,第2章土的性质及工程分类,1土的密度：土单位体积的质量。 2土粒相对密度ds ：土粒的密度与同体积4时纯水的密度之比值。 3土的干密度d ：
6、土单位体积中固体颗粒的质量。 4土的饱和密度sat ：土孔隙充满水时，单位体积土的质量。 5土的有效密度：在地下水位以下，（土受到浮力作用），单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后的质量，又称浮密度。,土的有效重度：在地下水位以下，土受到浮力作用，单位体积土中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为浮重度，又称有效重度。单位（kN /m3) 。,第2章土的性质及工程分类,七、土的孔隙率n 1、定义： 孔隙率n：土中孔隙体积与土总体积之比的百分率 。 2、公式：,3、物理意义： 标志土的密实程度。一般n越大土越不密实。,第2章土的性质及工程分类,八、孔隙比e 1、定义： 孔隙比e ：土中孔隙体积
7、与土颗粒体积之比值 。 2、公式：,3、物理意义： 标志土的密实程度。一般e越大土越不密实。,第2章土的性质及工程分类,九、土的饱和度Sr 1、定义： 饱和度Sr ：土中水的体积与孔隙体积之比值。 2、公式：,0.8 饱和 =1.0 完全饱和,第2章土的性质及工程分类,三相草图,Va,Vw,Vs,Vv,V,ma=0,mw,ms,m,质量,体 积,指标换算:由土的三相草图推算土三相比例指标,设土的体积V=1，则孔隙率,第2章土的性质及工程分类,一、砂土的密实度 1、天然孔隙比e。 e0.95时，松散，不宜作天然地基。,2.4无粘性土的密实度,无粘性土颗粒较粗，土粒之间无粘结力， 呈散粒状态。常见
8、有砂土和碎石土等。 密实状态下强度高、压缩性小。,第2章土的性质及工程分类,2、考虑级配因素，采用相对密实度。 3、e不易测准，标准贯入试验锤击数N。p19表2.83,第2章土的性质及工程分类,二、碎石土的密实度。p19表2.9,碎石土因为取样困难，一般根据野外鉴别方法分为密实、中密、稍密、松散等四种密实程度。,第2章土的性质及工程分类,一、粘性土的界限含水量（塑限和液限）,2.5粘性土物理特性（塑性指数与液性指数）,粘性土颗粒很细，土粒之间有粘结力， 含水量对其性质有较大的影响。,固态,可塑状态,流塑状态,半固态,第2章土的性质及工程分类,1、定义: 液限与塑限之差：,3、工程意义：作为粘性
9、土的分类标准。 Ip17为粘土， 10Ip=17为粉质粘土。,二、粘性土的塑性指数Ip和液性指数IL,2、物理意义 量值上等于可塑状态下土的含水量范围。土的粘粒（直径0.005mm的土粒）含量愈多，土粒的比表面也愈大，土的结合水含量也愈高，Ip也愈大。,(一)、粘性土的塑性指数Ip,第2章土的性质及工程分类,1、定义 土的天然含水量与塑限之差除以塑性指数：,（二）、粘性土的液性指数IL,2、工程意义 对不同的土，即使有相同的表示w,也可能处于不同的状态。粘性土软硬程度的物理性质指标。,第2章土的性质及工程分类,第2章土的性质及工程分类,1、定义: 原状土和重塑土试样的无侧限抗压强度之比值：,3
10、、工程意义：根据值大小将饱和粘性土分为低灵敏、中等灵敏和高灵敏。对高灵敏土，施工时尽量减少扰动，如保护基槽等。,三、粘性土的灵敏度和触变性,2、物理意义 ： 反映粘性土持结构必性。值越大，结构性越强，扰动后土的强度降低越明显。,(一)、粘性土的灵敏度st,第2章土的性质及工程分类,1、定义: 原状土扰动后，强度会下降，但停止扰动后，土体强度又会随时间逐渐恢复的性质。,2、工程意义：对触变性高的土，打桩时要“一气呵成”。,三、粘性土的灵敏度和触变性,(二)、粘性土的触变性,第2章土的性质及工程分类,第2章土的性质及工程分类,第2章土的性质及工程分类,2.6土的渗透及渗流,土孔隙中的自由水在重力作
11、用下，只要存在水头差，就会发生流动。流动会影响到工程的稳定条件（动水压力）、发生工程事故（流砂p29、管涌或潜蚀p30）。,法国Darcy,1855得出了层流条件下，土吉水渗透速度与能量（水头）损失之间关系的渗流规律，即达西定律。,第2章土的性质及工程分类,2.7土的动力特性,土在动荷载作用下，强度和变形会产生影响；地基土特别是饱和松散的粉细砂土在地震作用下，会出现振动液化（类似于液体性质而完全丧失承载力的现象）；同时又可以利用土的动力特性进行地基处理，如强夯等地基处理。,第2章土的性质及工程分类,一、土的压实原理（击实试验）,1、处理对象：填土地基、堤坝、飞机跑道、平整场地、基坑回填、吹填土
12、、挡土墙后填土等。 2、方法：碾压、夯实、振动。 3、击实原理：土含水量较小时，土粒间的摩擦力和粘结力较难克服，不易压实；土含水量较大时，土中存有自由水，过多的水份不易排出，使土粒体积相应减少，也不易压实。 最优含水量：在一定的压实功能下使土最容易压实，并能达到最大密集度时的含水量Wo 4、击实试验：根据实测得出不同d和W的关系曲线，求得dmax对应的w即为Wo。此时压实效果最好。,第2章土的性质及工程分类,一、土的压实原理（击实试验）,5、注意： （1）WWop时，土的强度和模量才最大。即dmax并不对应土的最大强度； （2）砂和砂砾等粗粒土的压实性虽与W有关，但不存在Wop； （3）土中粘
13、土矿物含量越大，Wop值也越大，一般与土的塑限有关：Wop=Wp+2 （4）一般地，击实功能越大，克服土粒间的阻力越有效，Wop越小； （5）含粗粒土越多的土dmax越大，Wop越小，越容压实； （6）颗粒级配越均匀，压实效果越差。,第2章土的性质及工程分类,2.8地基土(岩)的工程分类,作为建筑物地基的岩、土可分为: 一、岩石-按风化程度分：微风化、中等风化、强风化。 二、碎石土-粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。 三、砂土-粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%，而 粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土。 四、粘性土-塑性指数Ip10的土。 五、粉土-塑性指数Ip10的土。 六、人工填土-素填土、杂填土、冲填土。 七、特殊土淤泥和淤泥质土、红粘土、湿陷性黄土、膨胀土、冻土等。,第2章土的性质及工程分类,
