土力学-第一章土的物理性质.ppt

第一章土的物理性质 第一节土的生成第二节土的粒径组成和矿物成分第三节土中的水和气体第四节土的结构及其联结第五节土的三相比例指标第六节土的物理状态及相关指标第七节土的膨胀 收缩及冻融 自学 第八节土 岩 的工程分类 主要内容 第一节土的生成 岩石 风化 剥蚀weathering denudation 水 风的搬运或就地沉积 物理风化PhysicalWeathering 气温变化 水的冻融等作用所引起的岩石机械破坏 原生矿物 生成砂 砾等粗颗粒土 一 风化作用 水解 水化 氧化 碳酸化 溶解等作用 使化学成分发生变化 次生矿物 生成粘性土 化学风化ChemicalWeathering 生物风化Biologicalweathering 残积土ResidualSoil 岩石风化后就地沉积形成的土层 特点 颗粒表面粗糙 多棱角 土层粗细不均 分布无层次 运积土TransportedSoil 岩石风化后经水流 风等搬运后堆积形成的土层 特点 经水流 风等搬运的颗粒表面圆滑 土层中颗粒大小有层次 二 土的堆积类型 运积土的类型 冲积土AlluvialSoil 三 特殊土unusual special problem soil 软土softclay 黄土loess 红粘土redclay 膨胀土expansiveclay 冻土frozensoil 膨胀土 土的形成历史在地质年代中较短 多数在100万年内 属第四纪 符号为Q 堆积 按年代详细划分 从早到晚 早更新世 Q1 中更新世 Q2 晚更新世 Q3 和全新世 Q4 一般生成年代越久 上覆土层越厚 土被压得越密实 土粒间的胶结作用越强 强度也就越高 压缩性越小 反之 新近堆积的土质较松软 工程性质较差 四 土的堆积年代的影响 第二节土的粒径组成和矿物成分 粗粒土 以砾石和砂粒为主要组成的土 也称为无粘性土通常粒径 0 1mm细粒土 以粉粒 粘粒和胶粒为主的土 也称为粘性土通常粒径 0 1mm 1 土的粒径组成 颗粒级配或粒度成分 1 粒组划分 筛分法 0 075mm 60mm 和水分法 0 075mm以下 2 粒径分析 粒径d mm 粘粒clay 粉粒silt 砂粒sand 圆砾 角砾 gravel 卵石 碎石 cobble 漂石 块石 boulder 0 002mm为胶粒 之外的颗粒较圆滑 之外的具有棱角 3 粒径分布曲线 级配曲线 grainsizecurve 不均匀系数uniformitycoefficient 级配良好的土wellgraded 曲率系数coefficientofcurvature Cu 5且Cc 1 3 Cu越大 曲线越平缓 粒径分布越不均匀 级配不好poorlygraded 问题1 为获得密实的填土 填料的Cu应足够的大 还是足够的小 为获得良好的级配 要求Cu 5 d60 限定粒径 d30 中值粒径 d10 有效粒径 为获得良好的级配 要求Cc 1 3 1 0 0 052 0 078 0 28 0 58 土颗粒 无机矿物 有机质 次生矿物 腐殖质 泥炭 粘土矿物 倍半氧化物及次生二氧化硅 可溶性次生矿物 石英 长石 云母等 高岭石 蒙脱石 伊利石 物理风化 化学风化 原生矿物 2 土的矿物成分 物理风化产物 石英 长石 云母等 颗粒粗 为砂 砾的主要成分 1 原生矿物parentmineral 化学性质稳定 水稳性强 颗粒之间以机械作用为主 石英quartz 云母mica 化学风化产物 颗粒细 0 005mm 带电 为粘粒组的主要成分 比表面积大 活性大 亲水性watersensitive强 2 次生矿物secondarymineral 单位质量颗粒的表面积 m2 g a 粘土矿物 复合的铝 硅酸盐晶体 片状 最重要的次生矿物 Si Al 硅氧片 铝氢氧片 高岭石Kaolinite 由长石及云母类矿物转变而成 易在酸性介质下生成 颗粒相对较大 晶胞 亲水性差 性质稳定 易被水分开 蒙脱石Montmorillonite smectite 亲水性强 遇水膨胀 由火山灰或在碱性溶液介质条件下由火山岩风化而成 颗粒极小 伊利石illite 由云母在含有较多钾离子的近于中性的溶液中生成 粒径介于高岭石 蒙脱石之间 亲水性介于高岭石及蒙脱石 土中的水 固态 自由水Freewater 气态 液态 结合水Boundwater 重力水Gravitationalwater 毛细水Capillarywater 强结合水 弱结合水 粘性土的性质 第三节土中的水和气体 1 土中的水 粘土颗粒 水分子 极性 2 土中的气体 第四节土的结构及其联结 1 粗粒土及粉土的结构 土的结构 土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式 生成时重力起主要作用 颗粒之间以机械作用为主 粗粒土 单粒结构Single grainedstructure 粉土 蜂窝结构honeycombstructure 2 粘性土的结构 结构类型 颗粒间的作用力 范德华力 库仑力 水胶结合等 特点 粘聚力和可塑性 3 不均匀土的混合结构 分散结构 淡水dispersedstructureF F 絮凝结构 海水flocculentstructureE F 振冲法vibroflotation vibro compaction 4 土的结构变化及其影响 1 砂土的振动密实和液化liquefaction 1964年6月16日日本新瀉7 5级地震 土耳其1999 8 17 7 4级 2 粘性土的结构性和灵敏度degreeofsensitivity 灵敏度 2 4 中等灵敏 4 8 灵敏 8 16 特别灵敏 16 超灵敏 触变性thixotropy 原状undisturbed土与重塑remolded土的强度比 第五节土的三相three phase含量指标 土颗粒 水 气体 孔隙 1 土的密度 和重度 容重 density unitweight 1 三个基本指标 由室内试验直接测定 单位 g cm3或kg m3 1 6 2 2g cm3 多采用环刀法测定 取重力加速度g 10m s2 单位 kN m3 2 土的含水量 率 wwatercontent 3 土粒相对密度 比重 Gsspecificgravityofsoilparticle 用烘干法确定 问题 含水量是否可能超过100 颗粒质量与同体积4oC纯水质量之比 对大多数土 Gs 2 65 2 76 土粒密度 用比重瓶法测定 土粒重度 4 孔隙比e和孔隙率 度 nvoidratio porosity 5 饱和度Srdegreeofsaturation 稍湿 很湿 饱和 砂土湿度划分 6 各种密度 重度 指标 干密度 ddrydensity 1 3 1 8g cm3 用于评价填土的密实程度 饱和密度 satsaturateddensity 1 8 2 3g cm3 浮密度 submerged buoyant density 0 8 1 3g cm3 地下水位以下 单位体积土的质量扣除同体积水的质量 单元土三相图 指标换算 体积 质量 1 e 1 孔隙比及孔隙率 2 饱和度 3 干密度 饱和密度 有效密度 7 最大干重度和最优含水量maximumdrydensity optimumwater moisture content 粘性土的最大干密度和最优含水量 饱和曲线 轻型 粒径小于5mm的土 重型 粒径小于20mm的土 1 击实试验及击实曲线 最大干密度 最优含水量 2 影响击实效果的因素 1 含水量 2 击实功 3 土的类型及级配 3 压实特性在现场填土工程中的应用 压实系数 第六节土的物理状态state及其指标index 土的物理状态 粗粒土及粉土 密实程度compactness 松loose 密dense 粘性土 软硬程度 稠度consistency 软soft 硬hard 1 粗粒土及粉土的密实程度 相对密实度RelativeDensity 问题 能否直接用孔隙比 度 描述粗粒土土的密实程度 漏斗法和量筒法 振动锤击法 标准贯入试验StandardPenetrationTest 标准贯入数N63 5 锤重 63 5kg 落距 760mm 打入深度 300mm Vs wL wP ws 缩限Shrinkagelimit 塑限plasticlimit 液限liquidlimit 阿特堡界限Atterberglimit1911 2 粘性土的稠度和可塑性consistency plasticity 自由水 液态liquidstate 可塑态plasticstate 固态或半固态solidstate semi solidstate 液限和塑限的测定方法 液限锥式 瓦氏 液限仪或碟式 卡式 液限仪 塑限搓条法或液塑限联合测定仪 塑性指数liquidindex 2 可用于土的分类及其性质的评估 1 反映粘性土中细颗粒含量的多少 颗粒活性的大小 通过可塑性综合反映出来 3 粘性土的塑性指数和液性指数 液性指数plasticindex 固态或半固态 可塑态 液态 岩土工程勘察规范 塑限及液限均由重塑土获得 以此判断原状土的状态常偏于保守 物理状态指标与原状土的状态 4 影响粘性土可塑性的因素 粒径组成的影响 粘粒 粒径 0 005mm 含量的增加及粒径的减小 使塑限及液限提高 但对液限的影响更为明显 故可塑性随粘粒含量的增加及粒径的减小而提高 矿物成分和交换离子成分的影响 1 可塑性随矿物成分亲水性的加大而提高 蒙脱石 伊利石 高岭石 2 交换离子成分对蒙脱石的影响最大 活性指数 胶体活动性指数 第八节土 岩 的工程分类 粗粒土和细粒土 粗粒土 粒径较大 颗粒之间联结微弱 仅有重力或毛细压力作用 亦称无粘性土 细粒土 粒径很小 颗粒之间由分子引力和静电力 使土具有粘聚力 颗粒之间的结合水膜使其具有可塑性 其中的粘土矿物使其具有胀缩性 亦称粘性土 粗粒土和细粒土的工程划分 粗粒土的工程性质 强度 压缩性 渗透性 主要取决于其颗粒级配 细粒土的则主要取决于颗粒的矿物成分 工程上 粒径大于0 0075mm颗粒质量占全部土粒质量50 的称为粗粒土 小于50 称为细粒土 土 岩石 岩石