土质学与土力学 土的工程性质与分类

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1、土质学与土力学土的工程性质与分类Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望河北理工大学2教学目教学目标掌握土的物理性物理性质和土的物理性物理性质指指标计算方法算方法，掌握土的土的工程分工程分类方法方法。教学基本要求教学基本要求1了解土的成因和组成2掌握土的物理性质指标3熟练掌握无粘性土和粘性土的物理性质4了解土的结构性和击实性5掌握土的工程分类原则，土的类别与其工程特性的关系第一讲第一讲 土的工程性质与分土的工程性质与分类类参考文献参考文献1.国家标准:岩土工程勘察规范（GB5

2、002194），中国建筑工业出版社，1995。2.国家标准:土工试验方法标准（GB/T501231999）。3.岩土工程手册编写委员会:岩土工程手册，中国建筑工业出版社，1994。土质学与土力学-土的工程性质与分类河北理工大学3土的三相组成土的三相组成土的三项比例指标土的三项比例指标图的结构与构造图的结构与构造粘性土的工程性质粘性土的工程性质砂土地密实度分析砂土地密实度分析土的工程分类原理与方法土的工程分类原理与方法本讲内容本讲内容土质学与土力学-土的工程性质与分类河北理工大学4土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的生成土的生成岩石风化，剥蚀水、风的搬运或就地沉积

3、土物理风化：生成砂、砾等粗颗粒土。化学风化：生成粘性土。生物风化土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土等。特殊土：软土、黄土、红粘土等。河北理工大学土质学与土力学-绪论51.1土的三相组成土的三相组成河北理工大学6土质学与土力学-土的工程性质与分类土固体颗粒（土粒）固相水/水溶液液相气体气相1.1土的三相组成土的三相组成河北理工大学7土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-固相固相土的固相物质包括无机矿物颗粒无机矿物颗粒和有机质有机质，是构成土的骨架最基本的物质，土的固相又称之为土粒。工程上一般从土粒的矿物成分矿物成分、颗粒的大小颗粒的大小和形状形状来描述。河北理工大学

4、8土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-固相固相土无机质/矿物成分原生矿物石英云母长石次生矿物三氧化二铝三氧化二铁有机质土颗粒的矿物成分土颗粒的矿物成分河北理工大学9土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-固相固相土的粒度成分土的粒度成分概念：工程上常用不同粒径工程上常用不同粒径颗粒的相粒的相对含量来描述土的含量来描述土的颗粒粒组成情况，成情况，这种指种指标称称为粒度成分或者叫土的粒度成分或者叫土的颗粒粒级配配。土的粒组划分土的粒组划分粒度成分表示方法粒度成分表示方法粒度成分测定方法粒度成分测定方法河北理工大学10土质学与土力学-土的工程性

5、质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-固相固相土的粒度成分土的粒度成分天然土的粒径是连续变化的，但在工程上为了描述的方便，把直径类似的土粒分成组的形式，也即是粒组。粒组界限粒组界限颗粒组的性质变化颗粒组的性质变化相互适应相互适应河北理工大学11土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-固相固相土的粒度成分土的粒度成分粒 组 名 称 粒 组 范 围 /mm漂石（块石）粒组 200 卵石（碎石）粒组 20200 砾石粒组 220 砂粒粒组 0.0752 粉粒粒组 0.0050.075 粘粒粒组 0.005 表表1 1-1 1粒粒组划分划分标准（准（GB5002194） ）

6、表表1-1岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范中粒组划分标准（粒组划分标准（GB5002194）河北理工大学12土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-固相固相土的粒度成分土的粒度成分表表1 1-1 1粒粒组划分划分标准（准（GB5002194） ）河北理工大学13土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的粒度成分表示方法：土的粒度成分表示方法：表格法表格法累计曲线法累计曲线法三角关系三角关系法法河北理工大学14土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的粒度成分表示方法：土的粒度成分表示方法：表格法表格法累计曲线法累计曲

7、线法三角关系三角关系法法河北理工大学15土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的粒度成分表示方法：土的粒度成分表示方法：表格法表格法累计曲线法累计曲线法三角关系三角关系法法河北理工大学16土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的粒度成分表示方法：土的粒度成分表示方法：表格法表格法累计曲线法累计曲线法三角关系三角关系法法不均匀系数级配良好的土曲率系数且Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。Cc3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。河北理工大学17土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的粒度成分表示方法：土的粒度成分

8、表示方法：河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院18土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的粒度成分表示方法：土的粒度成分表示方法：表格法表格法累计曲线法累计曲线法三角关系三角关系法法河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院19土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的粒度成分分析方法：土的粒度成分分析方法：筛分法（筛分法（0.075mm以上）以上）沉降分析法沉降分析法（0.075mm0.075mm以下）以下）司笃克斯公式司笃克斯公式-土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比成正比河北理工大学轻工分院河北

9、理工大学轻工分院20土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成土的形状：土的形状：圆形圆形菱角形菱角形强度强度河北理工大学21土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-液相液相土中的水土中的水固固态态自由自由水水气气态态液液态态结合结合水水重力重力水水毛细毛细水水强结合水强结合水弱结合水弱结合水粘性土的性质河北理工大学22土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-液相液相强强结合水特点：合水特点：密度大，可以达到密度大，可以达到1.51.8g/cm3；力学性力学性质则类似于固体，具有极大的粘滞性、似于固体，具有极大的粘滞性、

10、弹性和抗剪切性和抗剪切强强度；度；不能不能传递静水静水压力，不能力，不能导电，也没有溶解能力；，也没有溶解能力；冰点是冰点是-78摄氏度氏度弱弱结合水特点是：合水特点是：密度密度较强强结合水效，但相比普通液合水效，但相比普通液态水要大；水要大；具有具有较高的粘滞性，高的粘滞性，弹性，抗剪切性，抗剪切强强度；度；不能不能传递静水静水压力，不力，不导电；冰点在冰点在0摄氏度以下，弱氏度以下，弱结合水合水层的厚度是决定的厚度是决定细粒土物理力学性粒土物理力学性质的重要因素。的重要因素。河北理工大学23土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-液相液相河北理工大学轻工分院24土

11、质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-液相液相自由水包括毛自由水包括毛细水和自由水水和自由水。毛毛细水水- -于公路路基土的干湿状于公路路基土的干湿状态/建筑物的防潮有重要影响。建筑物的防潮有重要影响。重力水在重力或重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，有浮力作用。力差作用下能在土中渗流，有浮力作用。河北理工大学轻工分院25土质学与土力学-土的工程性质与分类1.1土的三相组成土的三相组成-气相气相饱和土饱和土古典土力学古典土力学饱和土饱和土非饱和土力学非饱和土力学河北理工大学轻工分院26土质学与土力学-土的工程性质与分类1.2土的三相含量指标土的三相含量指标土的三相

12、物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标土的干燥与潮湿土的干燥与潮湿疏松与疏松与紧密密最基本的物理性最基本的物理性质指指标定定义：河北理工大学轻工分院27土质学与土力学-土的工程性质与分类土的三相含量关系草图土的三相含量关系草图0=maVwVsVVamwmsmV土样的体积Va土中空气的体积Vw水的体积Vs土粒的体积m土样的质量ma土中空气的质量mw水的质量ms土粒的质量之和V=Va +Vw+Vsm=ma +mw+msm=mw+msma =0气相气相水（液相）水（液相）土粒（固相）土粒（固相）河北理工大学轻工分院28土质学与土力学-土的工程性质与分类土的三相含量指标分类：土的三相含量指标分类

13、：（按照获取方式等可分为二类）实验指标3个密度土粒密度含水量换算指标6个土粒密度含水量孔隙率孔隙比干重度有效中度饱和重度河北理工大学轻工分院29土质学与土力学-土的工程性质与分类1）土的密度）土的密度g/cm3,Mg/m3g/cm3,kN/m3有时为求解的方便，重有时为求解的方便，重力加速度力加速度g=10m/s2试验方法试验方法:灌灌水水法法/灌灌砂砂法法-现场测量封封蜡蜡法法-干、硬的粘性土环刀法环刀法-湿土一般土的密度一般土的密度：1.602.20g/cm3常见种类：常见种类：粘土-1.82.0;砂土-1.62.0;腐殖土-1.71.8河北理工大学轻工分院30土质学与土力学-土的工程性质

14、与分类2）土粒密度）土粒密度Ds=g/cm3,Mg/m3g/cm3,kN/m3g/cm3,kN/m3河北理工大学轻工分院31土质学与土力学-土的工程性质与分类3）土的含水量）土的含水量含水量常用测定方法：烘干法、燃烧法烘干法、燃烧法含水量通常以百分数表示含水量通常以百分数表示它是描述土的干湿程度的重要指标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：土的天然含水量变化范围：干砂-零蒙脱土-百分之几百。河北理工大学轻工分院32土质学与土力学-土的工程性质与分类土的三项草图土的三项草图河北理工大学轻工分院33土质学与土力学-土的工程性质与分类）孔隙比和孔隙率描述土体中空隙的体积）孔隙比和孔

15、隙率描述土体中空隙的体积河北理工大学轻工分院34土质学与土力学-土的工程性质与分类）土的饱和度）土的饱和度河北理工大学轻工分院35土质学与土力学-土的工程性质与分类）土的饱和重度、有效重度和干重度）土的饱和重度、有效重度和干重度河北理工大学轻工分院土质学与土力学-土的工程性质与分类最大干重度和最优含水量饱和线土的干密度越大，土越密实，强度就土的干密度越大，土越密实，强度就越高，水稳定性也好；干密度常用作越高，水稳定性也好；干密度常用作填土密实度的施工控制指标。填土密实度的施工控制指标。36河北理工大学轻工分院土质学与土力学-土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院37土质学与土力学-土的工程性质

16、与分类河北理工大学轻工分院38土质学与土力学-土的工程性质与分类例题例题解：河北理工大学轻工分院39土质学与土力学-土的工程性质与分类例题例题解：河北理工大学轻工分院40土质学与土力学-土的工程性质与分类Ds=河北理工大学轻工分院41土质学与土力学-土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院42土质学与土力学-土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院43土的工程性质与分类土的工程性质与分类土的结构和构造土的结构和构造1.3土的结构和构造土的结构和构造定义：定义：是指物质成分间的联结特点和空间分布、变化规律，反映了物质的存在形式地质历史与环境的产物地质历史与环境的产物工程性质工程性

17、质河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院44土的工程性质与分类土的工程性质与分类1.3.1土的结构土的结构定义：定义：土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排列及联结的特征。土的成分土的成分土的成因土的成因土的年代土的年代土的工程性质与分类土的工程性质与分类典型典型地质灾害：砂土的液化现象。（地震地基的重要危害之一）单粒结构单粒结构碎石土和砂土（无粘性土）碎石土和砂土（无粘性土）特点：特点：土粒间没有联结存在，或非常微弱疏松状态会趋向密实密实状态会发生剪胀矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状粒度成分粒度成分级配的均匀程度级配的均匀程度。紧密程度紧密程度河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分

18、院45土的工程性质与分类土的工程性质与分类蜂窝状结构是以粉粒粉粒为主的土的结构。河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院46土的工程性质与分类土的工程性质与分类定义：定义：絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征压缩性大、强度低、透水性弱、力扰动会显著降低其强度。压缩性大、强度低、透水性弱、力扰动会显著降低其强度。特点：特点：河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院47土的工程性质与分类土的工程性质与分类1.3.土的构造土的构造层状构造层状构造分散构造分散构造裂隙构造裂隙构造河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院48土的工程性质与分类土的工程性质与分类1.4 粘性土的工程性质粘性土的工程性质河北理工

19、大学轻工分院河北理工大学轻工分院49液态液态可塑态可塑态半固态半固态固态固态W固态固态半固态半固态可塑态可塑态液态液态VVs0WsWpWLWABCIpVsVsVsVaVwVw土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院50VswLwPws液限wVOVs+Va气体缩限塑限阿太堡界限 (Atterberglimit)土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院51粘粘粒粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水液液态态可塑态可塑态固态或半固态固态或半固态土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院5

20、2固态固态半固态半固态可塑态可塑态液态液态VVs0WsWpWLWABCIpwL(liquidlimit)流动状态与可塑状态间的分界含水量Wp(plasticlimit)可塑状态与半固体状态间的分界含水量半固体状态与固体状态间的分界含水量Ws(shrinkagelimit)阿太堡界限（阿太堡稠度界限）阿太堡界限（阿太堡稠度界限）粘性土从一种状态转变为另一种状态，可用其自身的某一个界限含水量有关。土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院53塑限塑限wp用搓条法用搓条法液限液限wL平衡锥式液限仪测定平衡锥式液限仪测定碟式液限仪测定碟式液限仪测定液塑限联合测定法液塑

21、限联合测定法土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院54土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院55土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院56WHWpWL土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院57Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性塑性指数Ip 的大小和土中结合水的可能含量有关，和土的颗粒组成、土粒的矿物成份，以及土中水的离子成份以及浓度等因素有关。土粒越细，其比表面积越大，可能的结合水含量越大，其时塑性指数Ip也越大

22、。土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院58IL液性指数（liquidity index）-粘土的状态可塑状态的土的液性指数在0到l之间，液性指数越大，表示土越软；液性指数大于1的土处于流动状态；小于0的土则处于固体状态或半固体状态。IL值值 IL0 0IL0.25 0.25IL0.75 0.75IL1.0 1.0IL 状状态 坚硬硬 硬塑硬塑 可塑可塑 软塑塑 流塑流塑 土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院59 已知粘性土的密度已知粘性土的密度s=27.5 kN/m3，液限，液限为40，塑限，塑限为22，饱和度和度

23、为98%，孔隙比，孔隙比为1.15，试计算塑性指数、液算塑性指数、液性指数及确定粘性土的状性指数及确定粘性土的状态。【解】根据液限和塑限可以求得塑性指数为18: =40-22=18土的含水量及液性指数可由下式求得：IL l，故此粘性土为流塑状态。土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院601.5砂土的密实度砂土的密实度粘性土粘性土无粘性土无粘性土砂土砂土碎石土碎石土粉土粉土孔隙比e、相对密实度Dr和标准贯入捶击数N土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院61当砂土处于最密实状态时孔隙比砂土处于最疏松状态时的孔隙比密实度密实

24、度 密密实 中密中密 松散松散 相对密度相对密度 1.00.67 0.670.33 0.330 砂土密砂土密实度划分度划分标准准1.5.1 砂土的相砂土的相对密密实度度（RelativeDensity）土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院621.1.5.25.2 土的土的压实原理原理最佳含水量最佳含水量最大干密度最大干密度wopwopwp2土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院631.1.5.35.3 标准准贯入入试验标准贯入试验（StandardPenetrationTest）标准贯入数N63.5锤重：63.5kg

25、落距：760mm打入深度：300mm土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院64 N=10,松散松散10N=15,稍密稍密15N=30,中密中密300.075b.d0.005d.d0.0053.下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：_ a.粒径级配b.相对密度c.塑性指数5.某土样的液限55，塑限30，则该土样可定名为：_ a.粉质粘土b.粘质粉土c.粘土d.粉土6.粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量：_a.越多 b.越少 c.可多可少检测题目检测题目土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院907.土不均匀系数越大，说明土的级

26、配：_a.越差b.不一定c.越好8.某原状土样的密度为1.85g/cm3 ，含水量为34%，土粒比重为2.71，该土样的有效密度为：_a.0.83g/cm3b.0.87g/cm3c.0.89g/cm3d.0.85g/cm39.已知土样试验数据为：含水量10%，液限38%，塑限20%，则该土的塑性指数为：_a.8b.13c.18d2310.同上题条件，则该土的状态为：_a.可塑b.硬塑c.坚硬d.软塑11.在下列指标组中全部直接由试验测定的为：_ a.天然重度、含水量、干重度 b.土粒密度、天然重度、含水量 c.土粒密度、天然重度、孔隙比土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河

27、北理工大学轻工分院9112.在地基土的分类中何种土仅根据塑性指数进行分类：_ a.岩石b砂性土c粉土d粘土13.已知土样试验数据为：含水量33%，液限33%，塑限18%，则该土的液性指数为：_a.-0.5b.0c.0.5d.1.014.同上题条件，则该土的状态为：_a.坚硬b.硬塑c.可塑d.软塑土的工程性质与分类土的工程性质与分类河北理工大学轻工分院河北理工大学轻工分院921. 某地基土的试验中，已测得样的干密度d=1.54gcm3，含水量w=19.3，土粒比重Gs=2.71。计算土的e，n和Sr若此土样又测得wL=28.3，wp=16.7，计算Ip和IL，描述土的物理状态，定出土的名称。2.已知土样试验数据为：含水量31%，液限38%，塑限20%，求该土样的塑性指数、液性指数并确定其状态和名称。