绪论第一章土的物理性质指标与工程分类-24THSOUT课件

岩土工程研究所岩土工程研究所土土 力力 学学岩土工程研究所岩土工程研究所绪绪 论论土力学是研究土的物理性质以及在荷载作用下土体内部的应力变形和强度规律的一门学科。土力学研究对象是土需要研究和解决的工程中的三大类问题：土体稳定或强度问题；土体变形问题；渗流：渗透变形与渗透稳定。岩土工程研究所岩土工程研究所绪绪 论论土力学课程的学习方法：土力学课程的学习方法：FF注重基本概念的理解，要咬文嚼字，理解加记忆；注重基本概念的理解，要咬文嚼字，理解加记忆；FF注意基本理论学习；注意基本理论学习；FF掌握基本的计算方法掌握基本的计算方法。土力学课程的学习要求土力学课程的学习要求：FF课后复习，每章学习完要复习；课后复习，每章学习完要复习；FF作业独立完成；作业独立完成；FF作业按时交作业按时交。岩土工程研究所岩土工程研究所绪绪 论论土力学的历史：土力学的历史：FF人类在同生存作斗争的历史中，积累了大量的土力学知识；人类在同生存作斗争的历史中，积累了大量的土力学知识；FF土力学作为一门系统的学科是以土力学作为一门系统的学科是以太沙基太沙基的的19251925年出版的土年出版的土力学为标志；很多力学为标志；很多基本理论、试样方法基本理论、试样方法在在2020世纪世纪7070年代前就年代前就已经形成；已经形成；FF现代土力学在现代土力学在本构模型理论、计算方法、非饱和土力学本构模型理论、计算方法、非饱和土力学有较大有较大发展；量测技术的提高；土动力学理论、分析方法、测试手段发展；量测技术的提高；土动力学理论、分析方法、测试手段有很大发展和提高。有很大发展和提高。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土的形成土的形成土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物（人工破碎;堆石坝的坝壳料；相当于物理风化）。土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物根据来源分：有机土和无机土岩石风化分为物理风化和化学风化。物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土的形成土的形成化学风化：化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒极细颗粒的过程。的过程。特征：特征：FF物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；FF化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。化，只不过哪种占优而已。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类土从其堆积或沉积的条件来看可分为：土从其堆积或沉积的条件来看可分为：残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。风积土、冰碛土和沼泽土等。冲积土：由水流冲积而成；冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑颗粒分选、浑圆光滑 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物；堆积物；没有层理、细砂或粉粒；没有层理、细砂或粉粒；黄土黄土 冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂不成层、从漂石到粘粒石到粘粒 沼泽土：在沼泽地的沉积物；沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度含有机质、压缩性高、强度低低岩土工程研究所岩土工程研究所1-2 1-2 土的组成土的组成第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系三相系。固相：土的颗粒、粒间胶结物；固相：土的颗粒、粒间胶结物；液相：土体孔隙中的水；液相：土体孔隙中的水；气相：孔隙中的空气。气相：孔隙中的空气。岩土工程研究所岩土工程研究所1-2 1-2 土的组成土的组成第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土饱和土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为此时的土体属三相系，称为湿土湿土。根据土的粘性分：根据土的粘性分：粘性土：颗粒很细；粘性土：颗粒很细；无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直径几十堆石（直径几十cmcm甚至甚至11mm）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（一）成土矿物（一）成土矿物原生矿物原生矿物：由：由物理风化物理风化生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；石英、长石、云母等；石英、长石、云母等；圆形、板状、块状圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑吸水力弱、稳定、无塑性；砂多为石英。性；砂多为石英。次生矿物次生矿物：由原生矿物经：由原生矿物经化学风化化学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。极细；吸水力强、活泼、有塑性。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的水铝硅酸盐矿物水铝硅酸盐矿物。其结构可分为晶体和非晶体，以其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物晶体矿物为主。为主。硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每个氧离子为个氧离子为22个相邻单元的硅原子共有组成个相邻单元的硅原子共有组成六边形孔硅片；六边形孔硅片；铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为个氢氧离子为22个相邻单元的铝原子共有组个相邻单元的铝原子共有组成铝片；成铝片；岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：粘土矿物：高岭石：高岭石：长石风化产物，长石风化产物，11：11型晶格，一个型晶格，一个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。接，一个颗粒多达近百个晶层。伊利石：伊利石：云母在碱性介质中风化产物，云母在碱性介质中风化产物，2 2：11型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；蒙脱石：蒙脱石：伊利石进一步风化，伊利石进一步风化，2 2：11型晶格，型晶格，晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；连接弱。连接弱。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（三）土粒的大小和土的级配（三）土粒的大小和土的级配粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。土的土的级配级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验颗粒大小分析试验。常用的方法：筛分法：粒径常用的方法：筛分法：粒径0.0750.075mmmm 密度计法：粒径密度计法：粒径0.0750.0750.075mmmm，又有粒径又有粒径0.0750.075mmmm 岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验1.筛分法利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（）式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类2.密度计法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的方法。通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类3.土的级配曲线（1）粒径分布曲线（2）粒组频率曲线粒径分布曲线粒组频率曲线岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类(五五)颗粒分析试验曲线的主要用途颗粒分析试验曲线的主要用途按粒径分布曲线可求得：按粒径分布曲线可求得：（11）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程大致评估土的工程性质性质；（22）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配评价土级配的好坏。的好坏。根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数不均匀系数CuCu和曲率系和曲率系数数CcCc，它们的定义为：它们的定义为：（1122）岩土工程研究所岩土工程研究所 (1 (13)3)式中：式中：dd1010，dd3030和和dd6060为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为为1010，3030和和6060时所对应的粒径。时所对应的粒径。dd1010称为有效粒径；称为有效粒径；dd6060称为称为限制粒径限制粒径。第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类岩土工程研究所岩土工程研究所土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状粒径分布曲线的形