土的组成和物理性质

《土的组成和物理性质》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土的组成和物理性质（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第四讲 土的组成和物理性质一、内容提要：本讲主要讲述土的三相组成和三相指标、土的矿物组成和颗粒级配、土的结构、粘性土的界限含水量、塑性指数、液 性指数、砂土的相对密实度、土的最佳含水量和最大干密度、土的工程分类二、重点、难点：土的物理力学性质指标的计算一、土的三相组成土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称为土的三相组成。随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性 质也将不同。【例题 1】土的三相组成中不包括的部分是（）。A. 水 B.气体 C.固体颗粒 D.矿物成分答案：D（一）土的固相土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒

2、 的大小和形状来描述。1. 土的矿物成分土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。 原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳 酸盐等。【例题 2】在下列各类矿物中，属于次生矿物的是（）。A. 石英B. 长石C. 云母D. 蒙脱石答案： D2. 土的粒度成分（颗粒级配） 天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度。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。（1）土的粒组划分 工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组。粒组间

3、的分界线是人为划定的，划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。对粒组的划分，我国有关规范均将砂粒粒组与粉粒粒组的界限为0.075mm。其余粒组划分标准可参见岩土工程勘 察规范（GB50021-2001 ）和土的工程分类标准（GBJ145-90）等。（2）粒度成分及其表示方法 土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示），它可用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。m i5-4*i 土的累计曲锻常用的粒度成分的表示方法是累计曲线法，也称颗分曲线法，它是一种图示的方法，通常用半对数纸绘制，横坐标（按 对数比例尺）表示某一粒径，纵坐标表示

4、小于某一粒径的土粒的百分含量，如图15-4-1 所示。在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：曲率系数Cc=7T（15-42）式中dio j d-（f j丘分别相当于累计百分含量为10z、 Hih和60z的粒径吐胡称为有效粒径乩。称为限定粒径口不均匀系数G反映犬小不同粒组的分布情呪Cu的土称为匀粒土级配不良；C越大 表示粒组分布范围比较广C*1D的土级配良好口但如过大表示可能缺失中间粒径雇 不连续级配故需同时用曲率丟数G来评价口曲率系数则是描述累计曲线整体形状的指标口（3）粒度成分测定方法对于粗粒土可以采用筛分法，而对于细粒土（粒径小于0.075mm）则必须用沉降分析法测定其粒度成分。筛分

5、法是用一套 不同孔径的标准筛把各种粒组分离出来的方法。沉降分析法是根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的司 笃克斯公式来确定各粒组相对含量的方法。【例题 3】粗粒土与细粒土的粒径界限是（）。A. 2mmB. 0.25mmC. 0.075mmD. 0.05mm 答案：C【例题4】在土体粒度成分的表示方法当中，称为有效粒径的是（），称为限定粒径的是（）。A. d10B. d30C. d50D. d60答案： A； D【例题5】对于砂土，当确定其粒度成分时，采用的测定方法为（）。A. 筛分法 B. 沉降分析法 C. 三轴试验 D. 直剪试验 答案： A【例题6】某土的Cu=l3,下列判断正确

6、的是（）。A. 可以认为该土的粒径变化连续性好，填料中不缺失某种粒径含量；B. 可以认为该土的粒径变化连续性不好，填料中缺失某种粒径含量；C. 可以认为该土的粒径变化连续性好，该土的级配良好；D. 可以认为该土的粒径变化连续性不好，级配不良；答案： A（二）土的液相土的液相是指存在于土孔隙中的水。按照水与土相互作用程度的强弱，可将土中水分为结合水和自由水两大类。 结合水是指处于土颗粒表面水膜中的水，它因受到表面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。结 合水又可分为强结合水和弱结合水。强结合水在最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列得非常紧密，以致其密 度大于 1，并有过冷现象，即温

7、度降到零度以下不发生冻结的现象。在距离土粒表面较远地方的结合水称为弱结合水 由于引力降低，弱结合水的水分子的排列不如强结合水紧密，弱结合水可能从较厚水膜或浓度较低处缓慢地迁移到较 薄的水膜或浓度较高处，亦即可从一个土粒迁移到另一个土粒，这种运动与重力无关，这层不能传递静水压力的水定 义为弱结合水。自由水包括毛细水和重力水。毛细水不仅受到重力的作用，还受到表面张力的支配，能沿着土的细孔隙从潜水面 上升到一定的高度。这种毛细上升对于公路路基土的干湿状态及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，对于土颗粒和结构物都有浮力作用，在土力学计算中应当考虑这种渗流及浮力的作用力。【

8、例题7】在土的液相中，冰点最低的是（）。A. 强结合水 B. 弱结合水 C. 毛细水 D. 重力水 答案： A（三）土的气相土的气相是指充填在土的孔隙中的气体，包括与大气连通的和不连通的两类。 与大气连通的气体对土的工程性质没有多大的影响，它的成分与空气相似，当土受到外力作用时，这种气体很快从孔 隙中挤出；但是密闭的气体对土的工程性质有很大的影响，密闭气体的成分可能是空气、水汽或天然气。在压力作用 下这种气体可被压缩或溶解于水中，而当压力减小时，气泡会恢复原状或重新游离出来。含气体的土称为非饱和土， 非饱和土的工程性质研究已成为土力学的一个新分支。【例题 8】下列关于土的气相的叙述，正确的选项

9、为（）。A. 当土受到外力作用时，土中的气体会被很快从孔隙中排出；B. 当土受到外力作用时，与大气连通的气体会被从孔隙中排出，密闭的气体可被压缩；C. 当土受到外力作用时，对于密闭的气体不能被压缩；D. 对于饱和土而言，土内的气体仅存在密闭的气体；答案：B二、土的三相比例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。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是 评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。圉15-4-2 土的三相團3 赛际土悴i W 土的三相图* (H各相的庚量号悴积推导土的三相比例指标时可采用图15-4-2所示的三相图。图

10、15-4-2(c)中土样的体积V为土中空气的体积Va、水的体 积Vw和土粒的体积Vs之和；土样的质量g为土中空气的质量ga水的质量gw和土粒的质量gs之和；由于空气的质量 可以忽略，故土样的质量g可用水和土粒质量之和(gw+gs)表示。三相比例指标可分为两种，一种是试验指标；另一种是换算指标。(一) 试验指标 通过试验测定的指标有土的密度、土粒密度和含水量。1. 土的密度”土的密度是单位体积土的质量，设土朗体积齿V,质量齿田则土的密度沪可由下式表示土的密度常用环刀法测定，其单位是g/cm 含水量通常以百分数表示。含水量常用烘干法测定，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很 大

11、，从干砂的含水量接近于零到蒙脱土的含水量可达百分之几百。 【例题 9】在对土样进行土工试验时，不属于试验指标的是( )。,股土的密度1.60-2.20g/ cm3n当采用国际单位制计算重力W时 由土的质量产生的单位郎积的重力称为重力密度;宀 简称为重度即7 = P g=10/?(15-4-3b)对天然土求得的密度称两天然密度，相应的重度称齿天然重度-2. 土粒密度化土粒密度是干土粒的质重与其体积之比，即(15-4-4)土粒密度的单位是g/cm其值可由比重试验求得.土粒密度主要取决于土矿物成分，不同土粪的土粒密度变化幅度 不犬，在有经验的地冈可按经验值选用-土粒相对密度(比重)旳是指土的质量与4

12、C时同郎积水的质量之比，其值与土 粒密度相同，但没有单位，在用作土的三相指标计算时必须乘以水的密度值才能平衡量纲3. 土的舍水量w土的舍水量是土中水的质量彌与固体土粒)质量乐之比，由下式表示：xlOO%(15-4-5)A. 密度B. 土粒密度C. 孔隙比D. 含水量答案：C （二）换算指标 除了上述三个试验指标之外，还有六个可以计算求得的指标，称为换算指标，包括土的干密度（干重度）、饱和密 度（饱和重度）、有效重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。1. 干密度干密度是土的固相质量乐与土的总体积V之比,可由下式表示：(15-46)干密度的单位是g/ cm:n 土的干密度越大,土越密实,强度就越高水稳定性

13、也好口干 密度常用作埴土密实度的施工控制指标o2. 土的饱和密度土的饱和密度是当土的孔隙中全部为水所理缈密度 即全部充满孑L隙的水的质星J 与固相质量窃之和与土的总体积V之比由下式表示：(15-47)二 g +g y土的饱和密度的单位是g/ cm:o当用干密度或饱和密度计算重力时也应乘以10变换 为干重度或饱和重度口3. 有效重度y有效重度是扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之比（又称为浮重度）由下式表示：(15-48)式中F为水的重度 纯水在4它时的重度等于9.81kN/ mJ ,在工程上常取为kN/ m 在计算地下水位以下土层的自重应力时应当用有效重度口4. 土的孑L隙比e土的孑L隙比是乳

14、隙的体积幵辛与固相体积幵呂之比以小数计由下式表示：(15-49)孔隙比常用来评价土的紧密程度或从乳隙比的变化推算土的压密程度5. 土的孔隙率!1土的孑L隙率是孔隙的体积与土的总体积X之比即(15-410)6. 土的诧和度在土的饱和度是指孔隙中水的体积与孔隙体积仍/之比常用百分数表示即在实际工程计算中一般是先导出相应的换算公式然后直接用换算公式计算口【例题1D】已知土的试验指标y=lSkN in单粒结构 p =2.72g cinJ和kl2： 求仏Si和尸D【解】设土的体积等于1 则土的重力W二ISkNo已知土粒的重力Ws与水的重力Ww之和等于土的重力W即W二Ws+Wwo水的重 力W评与土的重力W

15、s之比等于含水星w j则Ws=0.12Ws j由此求猖土粒的重力 Ws= 15kNo 土粒体积Vs可由土粒的密度qs和土粒的重力Ws求得苴值为0.55m:,乳隙悴积伽则0.45m1 单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。其特点是土粒间没有联结存在，或联结非常微 弱，可以忽略不计。疏松状态 的单粒结构在荷载作用下，特别在振动荷载作用下会趋向密实，土粒移向更稳定的位置，同时产生较大的变形；密实 状态的单粒结构在剪应力作用下会发生剪胀，即体积膨胀，密度变松。单粒结构的紧密程度取决于矿物成分、颗粒形 状、粒度成分及级配的均匀程度。片状矿物颗粒组成的砂土最为疏松；浑圆的颗粒组成的土比带棱角的容易趋向密实 土粒的级配愈不均匀，结构愈紧密。,水的体积Vw由水的重度人和水的重力Ww求得，其值为0.18m3n根据三相指标宦义可计算孔隙比已、饱和度決和干重度仏的数值：Vv 0.45V 0.18w5 15巳=0.82r= =xi00%=40%V,= =15.0kN/m3心 0.55切 0.451