土的特性-基本概念.ppt

1 1 土的特性土的特性 v土：母岩风化而来的各种矿物颗粒（土粒）的 集合体 v土的特征多孔性、散粒体 v土的特点多样性、易变性（受温度、湿度影 响） v土的工程现象受力变性、渗透失稳（湿陷、 膨胀、溶解、变性等）、固结沉降、动荷效应 v土的工程性质在自然环境与外力作用下的稳 定性即抗水、抗冻、抗变形与强度稳定性。 v土的物理状态粗粒土指密实程度；细粒土指 软硬程度（粘性土的稠度） 1.11.1土的成因与颗粒组成决定了土的工程性质土的成因与颗粒组成决定了土的工程性质 土的成因土的成因 自然结构自然结构 a.b)单粒结构 c) 蜂窝结 构 d)絮状结构 颗粒组成颗粒组成 孔隙性 压缩与固结 毛细与渗透性 沉降与变形 工程划分大类的依据 界面性质界面性质 粒间粒间 粘结力粘结力 与水与水 作用作用 胀缩胀缩 性性 毛细与渗透性 扰动土用于工程的性状扰动土用于工程的性状 压实压实 性状性状 渗透与毛渗透与毛 细作用细作用 强度与强度与 变形变形 动荷动荷 效应效应 沉降与沉降与 固结固结 1.2 1.2 土的自身特点与工程性质是通过力土的自身特点与工程性质是通过力 学与土工试验技术来研究的学与土工试验技术来研究的 土工试验的目的：土工试验的目的： 用特定的试验方法获得表征土的某种工程性能用特定的试验方法获得表征土的某种工程性能 的指标的指标试验指标。试验指标。 工程性能指标的可靠性：工程性能指标的可靠性： 试验方法的科学性试验方法的科学性 试验人员的技术品德试验人员的技术品德 试验人员的经验与悟性试验人员的经验与悟性 一般土的工程试验项目：一般土的工程试验项目： 土性的试验：土性的试验： 成分分析成分分析化学成分、矿物成分化学成分、矿物成分 颗粒分析、密度颗粒分析、密度 可塑性可塑性 毛细作用毛细作用 酸碱度酸碱度 烧失量烧失量 渗透性、毛细作用、湿化渗透性、毛细作用、湿化 土的强度试验：土的强度试验： 抗剪试验抗剪试验 三轴压缩试验三轴压缩试验 无侧限抗压试验无侧限抗压试验 土的变形试验：土的变形试验： 模量试验模量试验 CBRCBR试验试验 土的动力性能与压实试验：土的动力性能与压实试验： 击实试验击实试验 震动液化震动液化 重复加载试验重复加载试验 v特殊土特殊土是指具有一定分布区域或 工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征 的土。如盐渍土，盐结晶膨胀，溶解湿坍， 膨胀土湿胀干缩，黄土的湿陷性所以单独分 类。 v特殊土主要包括： 黄土、膨胀土、红粘土和盐渍土、冻土 2. 土的几个关键指标的工程意义 w w 是土的什么决定了土的工程性质？为什么粒径与可塑性是土的什么决定了土的工程性质？为什么粒径与可塑性 成为路基土分类的基本依据？成为路基土分类的基本依据？ w2.1.1 土的基本定性指标：级配、可塑性、密度、含水量 w 土的组成与结构决定了土的工程性质。粒径与粒级的含量可明显 显现土的工程性质，也是划分土类别的关键参数。 w 对于粘性土，所含粘土矿物的类别与含量的差异从本质上决定了 它的工程性质； w 对于砂性土，级配决定了它的工程性质； w 对于粉性土，粉粒含量与其结构决定了它不良的工程性质。 v 土的颗粒级配：两个重要参数 Cu Cc 它对粘性土意义不大，它对粗粒土和含粗粒细粒土具有重要工程意义。 工程中常用不均匀系数Cu和曲率系数Cc来反映颗粒级配的不均匀程度。 vCu反应土的级配累积曲线的展布范围，指示粒径大小的悬殊、粗细不同 粒组的变化范围；Cc反应土的级配累积曲线的形态（陡缓），指示级配 累积曲线的斜率连续状况， Cc 3级配曲线不连续。 c：常数 e：孔隙比。式中d60小于某粒径的土粒重量占土总重 60%的粒径，称限定控制粒径；d10小于某粒径的土粒重量占土总重 10%的粒径，称有效粒径；d30小于某粒径的土粒重量占土总重30% 的粒径。 vCu反映曲线的坡度，实质是粒径分布不均匀 程度的反映。Cc反映粒径曲线的形状，实质 反映粒径间的变化规律，即连续性。Cu5 ， Cc=13 良好级配；若Cu5, Cc10 ， IP可分为粘土（IP17）和粉质粘土（ 10IP17），粉土是指粒径大于0.075mm 的颗粒含量不超过总重50%，且塑性指数 10的土，其性质介于粘性土与砂土这间 。 粘性土的可塑-与粘粒的表面引力有关的一个现象 n粘性土: 就是指具有可塑状态性质的土。 n可塑性: 指在一定的含水量状态、外力的作 用下，可塑成任何形状而不发裂，当外力去 掉后，仍可保持原形状不变。 n含水量对粘性土的工程性质有着极大的影响 。 n土的毛细性：指土中水在表面张力作用下，沿着细 的孔隙向上及向其它方向移动的现象。土能够产生 毛细现象的性质称为土的毛细性。 n毛细水的上升是引起路基冻害的重要因素之一！ n毛细带：毛细现象可湿润的范围；毛细网状水带（ 毛细影响带）：位于毛细水带的中部，在毛细水带 内，土的含水量是随温度而变化的。 n毛细粘聚力：水和空气的分界面上产生的表面张力 。 毛细现象： 图6 土层中的毛细水带 v毛细上升高度：液体总是力图缩小自己的表面积 ，以使表面自由能变为最小（这是一滴水球完成球 状的原因）。毛细管壁的分子与水分子之间有引力 作用，使管壁接触部分的水面呈向上的弯曲状，这 种现象称为湿润现象。 毛细上升高度： v经验认为：碎石类土，无毛细作用，砂土 hc=0.20.3m，粉性土0.91.5m，粘性土hc 粉性 土，粉砂、粉土和粉质粘土等毛细现象较显著，毛 细上升高度大，上升速度快。 土的分类 土的三 相组成 土的颗粒 性质 土的物 理状态 土的水理 性质 土的 结构 粒间的 联结力 2.1.3 土的工程分类 n由= ， 可知， C、值是影响土的 强度与抗变形能力的关键因素。C由颗粒界面引力 决定。由粒径分布（级配）和嵌挤填充程度决定 。抗水、抗冻性能由毛细管径（即孔隙率或孔隙比 ）产生。 n 从土的比表面、吸附能力，与水作用的能力上划分 ：20.075砂，0.0750.005粉粒， 0.0050.002粉粒，0.002粘粒。 c：常数 e：孔隙比 。 2.1.3 土的工程分类把影响路基土工程性质 的关键因素作为土的分类依据。 1）塑性图是按国际上广泛应用的碟式液限仪的试验标准和我国以往长 期采用的按塑性指数IP分类的标准确定的。 2）塑性图中IP=7和IP=4两条横虚线，由于该区域液限很小，特别是液限 15，土处于液限饱和状态，依据抗剪试验摩擦角等于零画出的。 两横线之间的区域，可能由低液限粉土ML过渡为低液限黏土CL，是土性 变异性最大区域。 3）93规程塑性图中采用的IP=10和IP=6两条横虚线是按理论液限值推算 出来的。 为什么塑性图中出现了IP=7和IP=4两条横虚线呢？ v 用塑性图划分细粒土应注意： 土的塑性指数 取决于粘粒含量、粘粒的矿物种类 、有机质含量。而液限又是最敏感的指标，因而不 同的液限、塑限可能给出相同的塑性指数，而土性 却可能根本不同，此乃塑性图分类的一个缺陷。 v第二个缺陷：试验的操作误差，如装土密度、特别 是粉性土刮的次数（1、2次可以，刮3次水上来了 ） v有机质的影响用烘烤后的液限降低来判别是最简易 的方法。 土的压实试验指标，用来 判断土的压实性状、压实 工艺选择，判断压实土的 工程稳定性 3. 路基土压实特性与压实工艺选择 我国的公路压实标准 压实标准： 压实度： 如何分析土的击实曲线反映的压实性状？ 粉土1含水量-干密度曲线 粉土2含水量-干密度曲线 粉土1的粉粒含量占55.7%，砂粒占40.2%，粘粒占4%。粉 土2的粉粒含量占70.1，砂粒占26.5%，粘粒仅占3.5%， 为典型的粉土。 粘土1含水量-干密度曲线 粘土2含水量-干密度曲线 粘土1的砂粒含量占3.1，粉粒占84.2，粘粒占12.7， 粘土2不含砂粒，粉粒占54.0，粘粒占45.9。