土的物理性质及工程分类.ppt

1,第一章土的物理性质及工程分类PhysicalCharacteristicsandEngineeringClassificationofSoils,本章重点：第37节,概述土的三相组成与土的结构土的三相比例指标无粘性土的密实度粘性土的物理特性土的压实性地基土的工程分类,主要内容,2,1.1概述,岩石,风化（物理、化学）作用,岩石破碎化学成分改变,搬运沉积,大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集合体（土）,土,固相,液相,气相,土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质。,3,土性取决于：,1.2土的三相组成及其结构TheThree-PhaseCompositionandStructureofsoils,一、固体颗粒（固相）SolidParticle,矿物成分：无机矿物（原生矿物、次生矿物），有机质。颗粒的形状：园块、片粗细：细，颗粒比表面积，颗粒与H2o接触面积大，颗粒间力,1土粒的矿物成分和形状,4,粘土矿物颗粒的结晶结构和基本特性,粘土矿物的结晶结构主要是由两个基本单元组成的：硅氧四面体；氢氧化铝八面体。矿物的层状结构主要有,高岭石：膨胀性压缩均较小。蒙脱石：膨胀性、压缩均大。伊利石：膨胀性、压缩性介于高岭石和蒙脱石之间。,高岭石,伊利石,蒙脱石,5,2土粒大小及粒组划分,粒度：粒组：划分粒组方式,天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度,工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组,见表1-1,6,3粒度成分及其表示方法,通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。1)表格法（见表1-2）2)累计曲线法（级配曲线）：不均匀系数Cu=d60/d10，曲率系数Cc=d302/(d10d60)Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu，土粒大小分布范围大，土的级配良好，Cu10级配良好的土；Cu5且Cc=13级配良好。,7,3)三角坐标法：表示三种粒组含量h1+h2+h3=H取H=100%（道路、水利工程常用）,8,4粒度成分分析方法,试验方法,筛分法：适用于0.1mm(建筑工程0.075mm）d60mm,比重计法:适用于d0.1mm(建筑工程0.075mm）,筛分法,9,比重计法,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,10,二、土中的水Waterinsoils,水按其所吸引力大小分为：1、强结合水（吸着水）strongheldwater：性质接近于固体，对土工程性质影响较小，只有在105烘烤才能蒸发,土粒细，含量越大。2、弱结合水（薄膜水）heldwater：使土具有塑性，冻结温度-0.5-30。3、自由水freewater：又可分为重力水gravitywater：毛细水capillarywater：,11,三、土中气体airinsoils,1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大。,2.封闭气体：对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时。,有封闭气体的土，称为橡皮土，工程中决不允许。,对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物的分解作用，在土中蓄积了某种可燃气体（如硫化氢、甲烷等），使土层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。,12,1粘土颗粒表面带电现象电泳在直流电作用下粘土颗粒向阳极移动的现象电渗水分子则向阴极移动的现象。利用该原理发明了电渗法处理软土地基,四、粘土颗粒与水的相互作用,2双电层与扩散层的概念吸附层扩散层双电层土粒表面的负电荷和扩散层合起来称为双电层,13,3影响双电层厚度的因素矿物成份：蒙脱石伊利石高岭石水的PH值：PH带负电，双电层厚溶液中阳离子价数及半径：价高，半径小则双电层薄，土性也稳定。注：利用离子交换可改善土的工程性质4粘土颗粒间的相互作用力粒间的排斥力：粒间的吸引力：,14,五、土的结构structureofsoils,1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态。,15,2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成很多链环联结起来孔隙较大的蜂窝状结构。,3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构。,土的结构受扰动后强度降低,16,六、土的构造,1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成层特征。,2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。,17,1.3土的三相比例指标,土的三相图Threephaseskeletal,质量m,体积V,一、反映土轻重程度的指标,1.土的天然密度：单位体积土的质量(g/cm3),一般1.62.2gcm3,环刀法蜡封法灌砂法,土的密度测定方法,ma=0,18,注：1)：干密度(g/cm3)drydensity,重力密度(简称重度),天然重度=g干重度d=dg饱和重度sat=satg浮重度=g,2:)：饱和密度(g/cm3)saturateddensity,3)：浮密度(g/cm3)显然：satd,satd,19,2.土粒相对密度s（土粒比重）：无量纲单位体积土颗粒质量与4纯水单位体积的质量之比,粘性土：s2.72.75砂性土：s2.65土中有机质含量增加，土粒相对密度减小,比重瓶法,土的相对密度测定方法,s土粒密度，即土颗粒单位体积的质量(g/cm3),ma=0,20,二、反映土的松密程度的指标,1孔隙比voidratioe=vv/vs2孔隙率porosityn=vv/v100%三、反映土中含水程度的指标，Sr1、土的含水率(含水量)watercontent用烘干法测定2土的饱和度degreeofsaturationSr=vw/vv100%,Sr=1完全饱和Sr0.8饱和Sr=0完全干燥,21,注：（1）实验直接测定的指标为：，ds(或s）（2）各指标间关系可用三相草图法换算,不必死记这些换算公式,四、指标间的换算,22,【例1-1】已知某土样=1700Kg/m3,ds=267,=14%求e、Sr及sat【解】：用三相草图法，如图令V=1m3则重量m=*V=1700kg而=mmm=m+ms解得ms=1490kgm=210gkVs=ms/ds=1.49/2.67=0.558m3Vv=V-Vs=1-0.558=0.442m3V=m/=210/1000=0.21m3在图中填各数可得e=VV/Vs=0.79Sr=V/VV=0.47,五、例题分析,23,1-4无粘性土的密实度Thecompactnessofnone-cohesivesoil,无粘性土主要包括砂类土和碎石土，而影响无粘性土工程性质的主要因素是密实度,1.孔隙比e（老规范）:没考虑级配因素,对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散。,24,2.由相对密实度Dr判断（公路规范用）relativedensity,砂土在天然状态下孔隙比,砂土在最密实状态时的孔隙比,砂土在最松散状态时的孔隙比,当Dr=0时，e=emin，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时，e=emax，表示土体处于最密实状态,Dr1/3,疏松状态,1/3Dr2/3,中密状态,2/3Dr1,密实状态,优缺点？,25,3据标准贯入击数判断（新规范采用）,建筑地基基础设计规范：N30密实；15全重50%，且颗粒间未经胶结的粗粒土,（3）砂土土中2mm颗粒50%全部土重，且粒径0.075mm的颗粒50%全部土重。又可分为,（4）粉土的分类粒径0.075mm颗粒含量50%全土重，且IP10的土。e1.0为软弱地基。,（5）粘性土的分类粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑性指数IP10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分。,41,（6）人工填土,由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱,均匀性较差，根据其物质组成和成因,可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。,（7）特殊土,软土：（(e1，L)压缩性高、强度低和具有灵敏性、结构性。其包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土。人工填土：具有湿陷性湿陷性土（西北、华北）红粘土（云贵，广西）膨胀土：十几个省多年冻土盐渍土污染土,42,43,2公路桥涵地基土的分类,碎石土的分类与建筑地基基础设计规范完全相同。砂土和粘性土的分类名称和标准如表1-9和表1-10所示。,3公路路基土的分类,公路土工试验规程(JTJ0511993)与国标土的分类标准(GBJl451990)相同，将土分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土,a.巨粒土和含巨粒土的分类,巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于50%,属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土。,b.粗粒土的分类,巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类。,44,c.细粒土的分类,土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。,图中液限为17mm液限,细粒土按塑性图进行细分,45,三、例题分析,【例】下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按地基规范分类法确定三种土的名称,46,【解答】,A土:从A土级配曲线查得,粒径小于2mm的占总土质量的67%、粒径小于0.075mm占总土质量的21%,满足粒径大于2mm的