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1、 第四章第四章 土的工程性质与分类土的工程性质与分类从工程的角度考虑问题主要内容主要内容: :1.土的组成与结构构造2.土的物理力学性质及其指标3.土的工程分类4.土的成因类型特征5.特殊土的主要工程性质土土固相固相液相液相气相气相土中颗粒的大小、成分及三相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质反映出土的不同性质 第一节 土的组成与结构构造一一. .土的粒度成分土的粒度成分(1).土的颗粒级配土的颗粒级配工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，粒组的划分见书本表若干粒组，粒组的划分见
2、书本表1-1.1-1.为了表示土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粒的大小及组成情况，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，对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配称为土的颗粒级配 试验方法试验方法筛分法：适用于筛分法：适用于0.075mmd60mm比重计法比重计法: :适用于适用于d0.075mm筛分法筛分法用一套孔径不同的筛子，按用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质
3、量，然后计算其占总土粒质量的百分数质量的百分数 比重计法比重计法利用不同大小的土粒在水中的沉降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。速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。颗粒粒径级配曲线颗粒粒径级配曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比, ,横坐横坐标表示土粒的粒径标表示土粒的粒径( (对数坐标）对数坐标）颗粒级配的描述颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系工程上常用不均匀系数数Cu描述颗粒级配的描述颗粒级配的不均匀程度不均匀程度 d10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为10%、 30%和和60%时所对应的
4、粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把匀。工程上把Cu5的土视的土视为级配不良的土；为级配不良的土； Cu10的土视为级配良好的土的土视为级配良好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态，表明配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情况 对于砾类土或砂类土，同时满对于砾类土或砂类土，同时满足足Cu5和和Cc= =13时，定名为时，定名为良好级配砂或良好级配砾良好级配砂或良好级配砾 二二. .土的矿物成分土的矿物成分可溶盐类及易分解的矿物可溶盐类及易分解的矿物: : 黄铁矿黄铁矿, ,硫化物和硫酸盐类硫化物和硫酸盐类1.原生矿物
5、原生矿物原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与母岩相同成分与母岩相同例：石英、云母、长石等例：石英、云母、长石等特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点低的特点 2.次生矿物次生矿物：次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不相同成分与母岩不相同 特征：特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点易膨胀的特点 3.可溶盐类及易分解的矿物(1
6、).易溶盐(2).中溶盐(3).难溶盐4.有机质 有机质对土的工程性质的影响程度的主要取决因素(P64)三三. .土中水和气体及其与土粒的相互作用土中水和气体及其与土粒的相互作用1.土中的水和气2.结合水3.非结合水(1).毛细水(2).(2).重力水重力水 四四. .土中气体土中气体 土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，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。通的封闭气体。1.非封闭气体：非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大土的性质影响不大。2.封闭气
7、体：封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或受外荷作用，不能逸出，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时间和延长土体受力后变形达到稳定的时间. . 四.土的结构和构造1.土的结构(1).土的结构的定义和分类(2).单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下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
8、状态和密实状态触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态 密实状态密实状态疏松状态疏松状态(3).蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位单位, ,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构。结构。 (4).絮状结构絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，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。当悬液介质发生变化时，土粒表在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接
9、近，凝聚成絮状物面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构。下沉，形成孔隙较大的絮状结构。蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构2. 2. 土的构造土的构造 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征是土的成层性和裂隙性, ,即层理构造和裂隙构造，即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性。二者都造成了土的不均匀性。 1.层理构造：层理构造：土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中, ,由于不同阶段沉积由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同的物质成分、颗粒大小或颜色不同, ,而沿竖向呈现出
10、成而沿竖向呈现出成层特征。层特征。 2.裂隙构造：裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割土体被许多不连续的小裂隙所分割, ,在在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。 第二节第二节 土的物理力学性质及其指标土的物理力学性质及其指标一一.土的三相比例指标土的三相比例指标 土的三相比例关系土的三相比例关系,反映土的重量性质反映土的重量性质,含水性含水性和孔隙性等基本物理性质的不同和孔隙性等基本物理性质的不同,并随各种条件的并随各种条件的变化而改变变化而改变.指标包括指标包括:比重比重,重度重度,干重度干重度,饱和重度饱和重度,浮重度浮重度,土的土的含水量含水量,土的饱和
11、度土的饱和度,土的孔隙率和孔隙比土的孔隙率和孔隙比指标的换算关系指标的换算关系土的物理性质指标1 1、土的三相图、土的三相图 2 2、直接测定指标、直接测定指标 (1).土的密度土的密度：单位体积土的质量单位体积土的质量 工程中常用重度工程中常用重度 来表示单位体积来表示单位体积土的重力土的重力. . 重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 (2).土粒相对密度土粒相对密度Gs（土粒比重）（土粒比重）：土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4时纯水的质量之时纯水的质量之比比 . .土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.702.7
12、5；砂土一般为；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小. .ms气气土粒土粒mw体积体积V水水mVsVwVVa质量质量mVv气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V(3).土的含水量土的含水量：土中水的土中水的质量与土粒质量之比，以百分质量与土粒质量之比，以百分数表示数表示. .（含水率）含水率）土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关
13、。其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 3 3、换算指标、换算指标 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V(1).孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体土中孔隙体积与土粒体积之比积之比 (2).土的饱和度土的饱和度Sr ：土中孔土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr= =0, ,饱和土饱和土Sr= =100%。砂土根据饱和度分为三种
14、状态。砂土根据饱和度分为三种状态: : 孔隙率孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示之比，以百分数表示 Sr50%稍湿；稍湿； 50Sr80%很湿；很湿； Sr80%饱和饱和(3).不同状态下土的密度和重不同状态下土的密度和重度度饱和密度饱和密度sat ：土体中孔隙完土体中孔隙完全被水充满时的土的密度全被水充满时的土的密度 干密度干密度d ：单位体积中固体颗粒单位体积中固体颗粒部分的质量部分的质量 浮密度浮密度 ：土单位体积内土粒土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差质量与同体积水的质量之差 土的三相比例指标中的质量密度指标共有土的三相比例指标中的质量密度指标
15、共有4个，土的密度个，土的密度，饱，饱和密度和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3), ,相应的重度指标也有相应的重度指标也有4个，土的重度个，土的重度 ，饱和重度，饱和重度 sat，干重度，干重度 d，浮重度，浮重度 (kN/m3)气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V4 4、指标间的换算、指标间的换算气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积V土的三相指标中，土粒比重土的三相指标中，土粒比重Gs ，含水量，含水量和密度和密度是通过是通过试验测定的，可以根据三个试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标基本指标换算出其余各指
16、标Vv=eGsw Gs（1）w 推导：推导：换算关系式：换算关系式：5 5、例题分析、例题分析 n【例】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度。若土粒的相对密度Gs为为2.66，求该土样的含水量，求该土样的含水量、密度、密度、重度、重度 、干重度、干重度d 、孔隙比、孔隙比e、饱和重度、饱和重度sat和有效重度和有效重度 【解答解答】二、无粘性土的紧密状态二、无粘性土的紧密状态 土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系着密切关系1.孔隙比孔隙比e 孔隙比孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，可以用来表示砂土的密实度。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，当孔隙比小于某一限度时，处
