土力学与地基基础(土的物理性质及工程分类).ppt

第二章 土的物理性质及工程分类 一、土的成因 （一）土的定义 地球岩石圈经风化形成的散粒堆积物。特点是压缩性 大、强度低、渗透性大。 （二）土的成因类型 1、形成过程：风化、剥蚀、搬运及沉积 2、成因类型 （1）残积物 残积物断面 （2）坡积物 (3)洪积物（4）冲积物 坡积物断面 洪积物断面 平原冲积物 山区冲积物 二、土的组成、结构与构造 （一）土的三相组成： 土一般由颗粒(固相)、水(液相)和空气(气相)所组成的三相体系 。 饱和土和干土为二相体系。 1、矿物颗粒 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成 情况是决定土的物理力学性质的重要因素。 粒组：把不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干个组 ，同一组内的土具有相似的工程性质。 界限粒径：划分粒组的分界尺寸 （1）粒组的划分 漂石组卵石组砾粒组粉粒组砂粒组粘粒组 200mm60mm2mm0.005mm0.075mm （2）颗粒级配 概念：土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的 相对含量(各粒组占土粒总量的百分数)来表示。 级配测定：筛分法（粗粒土）；密度计法（细粒土） 级配表达方式：表格法；颗粒级配累积曲线（见图） 颗粒级配累积曲线的意义：由曲线的坡度可判断土的均匀程 度，越缓越不均匀，级配良好；越陡，土粒越均匀，级配不好 级配指标： 不均匀系数: 不均匀系数越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好 ，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度大 于10级配良好；小于5级配不好 曲率系数： 13，且不均匀系数5级配良好 颗粒级配曲线 孔径（ mm） 520.50.250.075底盘盘 留筛筛土重 （g） 202010152510 留筛筛土重 （%） 202010152510 大于某粒 径土重百 分比 小于某粒 径土重百 分比 例：土样总质量100g，根据下表土工试验结果，判断该 土样的级配情况 Cu=d60/d10= (3)土粒的矿物成分 土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用 。 漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒与原生矿物成分相同；砂粒是原 生矿物的单矿物颗粒；粉粒主要是石英,MgCO3,CaCO3；粘粒几乎都 是次生矿物。 2、土中水 土中水可以处于液态、固态或气态。液态水可分为结合水和自由水 两大类，主要介绍液态水 （1）结合水 结合水是指受电分子吸引力 吸附于土粒表面的土中水。 分为强结合水和弱结合水 结合水分子的定向排列 （2）自由水 重力水、 毛细水 3、土中气体 自由气体和封闭气泡 （二）土的结构和构造 1、土的结构 指土粒间的相互排列和联结形式。 一般分为单粒结构（粗大土粒）、蜂窝结构（粉粒） 和絮状结构（粘粒）三种基本类型。 2、土的构造 在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部 分之间的相互关系的特征称为土的构造 分层理构造、分散构造和裂隙构造。 土的单粒结构土的蜂窝结构土的絮状结构 三、 土的物理性质指标 土是由三相组成 的即土粒(固相)、 土中水(液相)和土 中气(气相) ，三部 分不同的比例，反 映土的不同状态， 影响土的物理性质 V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw m=ms+mw 土的三相组成示意图 基 本 指 标 土的重度：单位体积土所受的重力 每个密度相对应有自己的重度，都是在密度基础上乘以重力加速度，大小关系为 反映紧密程度，达到 1.51.65t/m3土就比较密实 e和n反映土的密实程度，孔隙比1土的工程性质较差 基本指标与其他指标的关系 例：某土样V=100cm3,m=187g,ms=167g，ds=2.66 求w、d e、Sr、sat、 / 答案:依次为 11.98%,1.87g/cm3,18.7kN/m3,16.7kN/m3, 0.593,53.7%,20.4kN/m3,10.4kN/m3 例、某完全饱和粘性土的含水量40%，土粒比重为2.7 ，求土的孔隙比e和干密度d 答案:分别为1.08和1.30g/cm3 四、无粘性土的密实度 无粘性土的密实度与其工程性质有着密 切的关系，呈密实状态时，强度较大，压 缩性低，可作为良好的天然地基，呈松散 状态时，则是不良地基。以下介绍砂土和 碎石土密实度的判定方法。 （一）砂土的密实度 1、以孔隙比e评定。分为密实、中密、稍密 和松散。孔隙比越大越疏松。 2、相对密实度Dr评定 密实 中密 松散 3、标准贯入试验划分 分为密实(N30 )、中密(15N30) 、 稍密(10N15)和松散(N10 )。 标准贯入试验锤击数越多越密实。 （二）碎石土的密实度 1、野外鉴别方法 根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性，分为密 实、中密和稍密。骨架颗粒含量越多，排列交错连续， 挖掘困难，钻进困难，密实性越好。 2、重型圆锥动力触探试验划分 分为密实(N20 ) 、中密(10N20) 、 稍密(5N10)和松散(N5)。 动力触探试验锤击数越多越密实。 五、粘性土的物理特征 （一） 粘性土的界限含水量（主要是液限和塑限） 粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态 、半固态、可塑状态及流动状态 粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水 量，叫做界限含水量。 粘性土的物理状态与含水量的关系 我国目前以联合法测定液限和塑限 圆锥入土深度与含水量的关系曲线 塑限：2mm对应的 含水量 液限：10mm对应的 含水量，用于确定土 的承载力 17mm对应的 含水量，用于了解土 的物理性质 试验过程简介:调匀试样,放在测定仪的升降台上,使圆锥尖接触试样 表面,然后在自重下下沉入试样,测下沉深度与试样附近的含水量 （二）粘性土的塑性指数和液性指数 1、塑性指数 指液限和塑限的差值(省去符号)，即土处在可塑状 态的含水量变化范围。 对土进行分类。10为粉土；10为粘性土，10Ip17 为粉质粘土，17为粘土 2、液性指数 指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。 六、土的渗透性 （一）土的渗透定律 土的渗透性：指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或 称透水性。 地下水在土中的渗透速度一般可按达西（Darcy)根据 实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下： 式中： k为渗透系数，反 映了土的渗透性 i为水力坡度（或 水力梯度），水头差 与渗流路径长度的比 值,i=(H1-H2)/L 水在土中的渗流 砂土中：符合达西定律 粘性土中：当水力坡度达到i/也 符合达西定律 水在砂土和粘性土中渗透的比较 砂土和粘性土中的渗透曲线 （二）影响渗透系数的主要因素 土的粒度成分，土的密实度，土 的饱和度，土的结构，温度 （三）渗透对建筑工程的影响 1、流砂（概念、防治措施） 2、管涌（概念、预防措施） 七、土的压实性 （一）土的压实原理 最优含水量Wop和最大干密度dmax的概念 最优含水量和最大干密度的测定： 通过室内击实试验，绘制干密度与含水量的关系曲 线，曲线峰值点的横坐标为最优含水量，纵坐标为 最大干密度。 （二）影响压实效果的因素 1、压实功 2、含水量 3、铺土厚度 4、土的粒径级配 （三）压实填土质量指标 压实系数 八、土的工程分类 （一）岩石 岩石可根据成因、坚硬程度、风化程度和完整程度分为不同的类别 （二）碎石土 粒径大于2mm超过全重的50%，分为漂石(块石)、卵石（碎石）、 圆砾（角砾）。定名从上到下以优先符合者为准见课本表2.13 （三）砂土 粒径大于2mm不超过全重的50%且粒径大于0.075mm超过全重的 50%，分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。定名从上到下以优 先符合者为准见课本表2.14 湿度按饱和度分为饱和、很湿和稍湿见课本表2.15 （四）粉土 塑性指数小于等于10，粒径大于0.075mm不超过全重的50% （五）粘性土 塑性指数大于10，可根据年代、塑性指数和液性指数划分 特殊粘性土：淤泥和淤泥质土；红粘土 （六）人工填土 分为素填土、杂填土和冲填土 复习题 1 哪一项不是土的三相（ ） A 土粒 B 土中水 C 孔隙 D 气体 2、影响粘性土性质的土中水是（ ）。 A、强结合水 B、弱结合水 C、重力水 D、毛细水 3、哪层水膜最不容易蒸发（ ） A 强结合水 B 弱结合水 C 自由水 D 毛细水 4、 下列哪个指标不是基本物理指标（ ） A 含水量 B 土粒相对密度 C 孔隙比 D 重度 5、 水在土中的渗透速度随（ ）增大而增大 A 两点距离 B 两点水头差 C 水力坡度 D 以上都不是 6、当土的密实度达到最大时，所对应的含水量称为（ ）。 A、 WP B、WOP C、 WS D、 W