yantubbs-第02章土的物理性质及工程分类哈工大土力学.pdf

土力学及基础工程 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 2 1 土的生成与特性 2 2 土的三相组成 2 3 土的物理性质指标 2 4 土的物理状态指标 2 5 地基土的工程分类 02规范 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 土是如何生成的 有几相组成 粗颗粒土的矿物成分与细颗粒土的矿物成分有什么不同 用什么指标描述土的颗粒级配状况 土中水的类型 土的三相物理指标 土分几大类 土是如何生成的 有几相组成 粗颗粒土的矿物成分与细颗粒土的矿物成分有什么不同 用什么指标描述土的颗粒级配状况 土中水的类型 土的三相物理指标 土分几大类 2 1 土的生成与特性 物理风化 无粘性土 化学风化 粘性土 生物风化 不改变原岩的矿物成分 一 土的生成 1 土的结构 土颗粒之间的相互排列和连接形式 二 土的结构与构造 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 1 土结构的分类 单粒结构单粒结构蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构 二级蜂窝结构 二级蜂窝结构 2 工程性质 单粒结构 蜂窝 絮状结构 1 土构造的分类 2 土的构造 整个土层 土体 构成上不均匀特征 层状构造 分散构造 结核状构造 裂隙状构造 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 2 工程性质 层状构造 分散构造 结核状构造 裂隙状构造 三 土的工程特性 1 压缩性高 材料弹性模量符号弹性模量 Mpa对比关系 钢筋E121万 2 6万 40 50 8 16 E1 4200E3 C20混凝土E2E2 1600E4 卵石E3 饱和细砂E4 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 2 强度低 3 透水性大 四 土的生成与工程特性的关系 水搬运沉积优于风搬运沉积 沉积年代长短 沉积年代 搬运 沉积条件 沉积的自然地理环境 环境 地形高低 气候冷热 雨量多少 造就的土类沿海地区 淤泥与淤泥质粘土 西北地区及山西 湿陷性黄土 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 西南地区 红粘土 湖北 广西 云南 贵州 四川 膨胀土 寒区 多年冻土 2 2 土的三相组成 固相 矿物颗粒 液相 水 气相 气体 一 三相组成 原生矿物 经物理风化而成 成分与母岩相同 次生矿物 粘土矿物 母岩岩屑 改变成分 颗 粒很细的新矿物 1 土粒的矿物成分 二 固相 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 腐殖质 其含量增大使土的压缩性增大 蒙脱石 亲水性大 剧烈的胀缩性 高岭石 亲水性极小 伊利石 亲水性介于上二者间 2 土颗粒的大小与形状 粒径粒径d mm 0 0050 075260200 粘粒粉粒砂粒圆砾 角砾 卵石 碎石 漂石 块石 3 土的粒径级配 粒径级配 土中各粒组的含量占总质量的百分数 粒径分析方法 筛分法 适用于土粒直径d 0 075mm的土 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 标准筛孔径 20 10 5 2 1 0 0 5 0 25 0 1 0 075mm 密度计法 适用于土粒直径d 0 075mm的土 粒径级配表示方法 累计曲线法 级配曲线 筛孔径10mm5mm2mm 各筛上土样质量 g 050150 小于该粒径质量 1009580 例 土样总质量1000g 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 1 0250 50 250 10 075 土的粒径lgd mm 10 10 60 100 小于某粒径土的质量 土的粒径级配曲线 限定粒径 纵坐标为60 所对应的粒径 d60 有效粒径 纵坐标为10 所对应的粒径 d10 不均匀系数 u6010 Cdd 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 三 液相 1 结合水 受电分子引力作用而吸附在土粒表面 粘土颗粒表面的带电现象粘土颗粒表面的带电现象 粘土 砂 粘土 砂 水水 粘土粘土 粘 粒 粘 粒 105o H H O2 强结合水 粘土颗粒表面2 3个分子层范围 被粘 土表面的电分子力牢固地吸引 特点 冰点 780C 沸点 6800C 密度 1 2 2 4g cm3 不传递静水压力 具抗剪强度和 粘滞阻力 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 弱结合水 位于强结合水外侧 也是粘土表面电分 子力吸引的水分子 特点 冰点 0 5 780C 沸点 100 6800C 密度 1 1 7g cm3 不传递静水压力 具一定的抗剪强度和粘滞阻 力 矿物 颗粒 结合水 强 弱 自由水 电分子力 2 自由水 离土粒较远 在土粒表面的电场作用以外 自由散乱排列 重力水 位于地下水位以下 受重力作用可流 动 具有浮力作用 毛细水 位于地下水位以上 受毛细作用而上升 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 2 3 土的物理性质指标 一 直接测得的三相物理指标 1 密度 单位体积土的质量 重力密度 单位体积土所受的重力 3 mg g k N m V 常见值 3 1 6 2 2 g cm 测定方法 环刀法 3 m g cm V 液相 气相 质量 a m a V w V Vv s V V 体积 w m s m m 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 液相 气相 质量 a m a V w V Vv s V V 体积 w m s m m 2 土粒比重 土中固体矿物的质量 与同体积40C时纯水质量的比值 0 4 s s sw C m G V 测定方法 比重瓶法 经验法 常见值 砂土 2 65 2 69 粉土 2 70 2 71 粘性土 2 72 2 75 3 土的含水量 土中水的质量与固体矿物质量的比值 100 s w m m 测定方法 烘干法 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 液相 气相 质量 a m a V w V Vv s V V 体积 w m s m m 1 孔隙比 土中孔隙体积与土颗 粒体积之比 二 其它六项物理指标 s v V V e 常见值 砂土 0 5 1 0 粘性土 0 5 1 2 100 V V n v 常见值 n 30 50 2 孔隙率 土中孔隙体积与土总体积之比 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 w r v V s V 常见值 0 1 3 饱和度 土中被水充满的孔 隙体积与孔隙总体积的比值 4 干密度 单位体积土中固体颗粒部分的质量 3 s d m g cm V 直接反应土体的密实度 干重度 3 dd g kN m 液相 气相 质量 a m a V w V Vv s V V 体积 w m s m m 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 5 饱和密度 土孔隙完全被水充 满时 单位体积的质量 3 svw sat mV g cm V 饱和重度 3 satsat g kN m 有效重度 3 ssw mV g cm V sswsVw satw mVmVV VV 3 kN gg m 6 有效密度 地下水位以下 单位体积土体中土粒 的质量扣除同体积水的质量后 即为单位体积土体 中土粒的有效质量 液相 气相 质量 a m a V w V Vv s V V 体积 w m s m m 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 m V 1 密度 0 4 s s s wc m G V 2 土粒比重 3 含水量 100 s w m m 基本指标 1 孔隙比 物理指标小结 s v V V e 2 孔隙率 100 V V n v 3 饱和度 v w r V V s 4 干密度 s d m V 5 饱和密度 导出指标 svw sat mV V 6 有效密度 ssw mV V 液相 气相 质量 a m a V w V Vv s V V 体积 w m s m m 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 三 指标间的换算 1 sw mG 1 s V v Ve 1Ve 0 4 s s s wc m G V ssw mG 100 s w m m wsw mG 1 1 sw G e 1 1 sw G e 液相 气相 sw G Vve 1 s V 1Ve 体积 sw G 1 sw mG 质量 1 1 sw Gm Ve 1 e n e s r G s e 1 sw d G e 11 swwsw sat GeGe ee 1 11 swwsw GG ee 1 sw sat Ge e 1 1 sw G e 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 求孔隙比及饱和度 3 17mkN 2 72 s G 10 例1 1 10 761 sw G e 解1 0 36 s r G S e kNVW17 解2 令土的体积为V 1m3 kN W Ws45 15 1 01 17 1 s s s w W WW W W kNWWW sw 55 1 3 15 45 0 568 2 72 10 s s sw W Vm G 3 432 0568 01mVv 3 1 55 0 155 10 w w w W Vm 0 155 0 36 0 432 w r v V S V 0 432 0 761 0 568 v s V e V 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 解 V V n v s w m m w ws s s V m d 10m3土中的孔隙体积 10n 5m3 10m3土中土颗粒体积 10 5 5m3 10m3土中水的质量 13 5 w 2 7t 10m3土中土颗粒质量 Vs ds 1 0 13 5t 充满孔隙所需水的质量 5 2 7 2 3t 例题2 求 10m3这样的土加多少水能饱和 已知 20 50 7 2 wnd s 10m3土饱和时水的质量 5 5t 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 2 4 土的物理状态指标 一 无粘性土 1 以孔隙比为标准 工业与民用建筑地基基础设计规范 1974 缺点 无法反应土的颗粒级配影响 2 以相对密度为标准 缺点 emin及emax不易准确测定 e也不易准确测定 max maxmin r ee D ee emax 最松状态孔隙比 emin 最密状态孔隙比 建筑地基基础设计规范 1989 3 以标准贯入试验锤击数为标准 标准贯入试验锤击数 N 密实度 10 N 松散 1510 N 稍密 3015 N 密实 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 建筑地基基础设计规范 2002 二 粘性土 S 0 L P 固态半固态塑态液态 粘性土的稠度 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 1 液限 粘性土呈液态与塑态之间的分界含水量 测定方法 锥式液限仪 10 锥式液限仪 2 塑限 粘性土呈塑态与半固态 之间的分界含水量 测定方法 搓条法 3 塑性指数 粘性土与粉土的 液限与塑限的差值 去掉百分数 plp I 物理意义 细颗粒土体处于可塑状态下 含水 量的变化最大区间 其值大 表明该土粘粒含量 高或矿物成分吸水能力强 I p 17 粘土 1060 60 frk 3030 frk 1515 frk 5frk 5 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 岩石完整程度划分 按风化程度划分 未风化 微风化 中风化 强风化 全风化 1 定义 土的粒径d 2mm的颗粒含量大于50 的土 2 分类依据 颗粒级配 颗粒形状 二 碎石土 完整性指数 岩石纵波波速与岩块纵波波速之比的平方 完整程度等级完整较完整较破碎破碎极破碎 完整性指数 0 750 75 0 55 0 55 0 35 0 35 0 15 0 15 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 土的名称为主的颗粒形状粒组含量 漂石圆形及亚圆形 块石棱角形 卵石圆形及亚圆形 碎石棱角形 圆砾圆形及亚圆形 角砾棱角形 粒径大于2mm的颗粒含 量超过全重的50 粒径大于20mm的颗粒含 量超过全重的50 粒径大于200mm的颗粒 含量超过全重的50 3 碎石土的密实度 N63 5 20密实 10 N63 5 20中密 5 N63 5 10稍密 N63 52mm的颗粒含量不超过全重的 50 且d 0 075mm的颗粒含量超过全重50 的土 2 分类 土的名称粒组含量 砾砂粒径d 2mm的颗粒占总质量25 50 粗砂粒径d 0 5mm的颗粒超过总质量50 中砂粒径d 0 25mm的颗粒超过总质量50 细砂粒径d 0 075mm的颗粒超过总质量85 粉砂粒径d 0 075mm的颗粒超过总质量50 三 砂土 3 砂土的密实度 密实度标贯击数N 松散N 10 稍密10 N 15 中密15 N30 第二章土的物理性质及工程分类第二章土的物理性质及工程分类 定义 塑性指数Ip