地基与基础-土的物理性质与工程分类

,地基与基础工程SoilMechanicsandFoundationEngineering,第一章,介绍土的形成及物质组成,从定性和定量两个方面描述土体的物质组成密实程度及工程应用,土的物理性质及工程分类,主要内容:,知识要点：,掌握土体的三相组成、三相比例指标之间的换算及土的基本指标测试方法。了解无粘性土的密实度概念及判别方法。掌握粘性土的塑性指数和液性指数的作用和用途，以及粘性土的物理状态评价。掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分类方法。,1.1土的成因,土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物,搬运、沉积,一、土体的生成,风化,生物风化,物理风化,化学风化,矿物成分未变,无粘性土,原生矿物,矿物成分改变,粘性土,次生矿物,风化作用分类,有机质,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物,动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化,定义：土体的结构是指土生成工程中所形成土粒的空间排列及其形式。,力学特性,影响,土的结构,反映,土的成分形成条件,分类,单粒结构蜂窝结构絮状结构,二、土的结构和构造,粒间作用力,可否作天然地基,矿物成分,单粒结构,示意图,重力、毛细力,密实的单粒结构是良好的天然地基,原生矿物,指粗砂粒或更粗大的颗粒在水或空气中沉积形成。,粗粒土的结构,松散,密实,粒间作用力,形成环境,可否作为天然地基,矿物成分,水中的悬浮力、自重力（斥力减小引力增加）,絮状结构(凝聚结构),蜂窝结构(分散结构),示意图,颗粒间的引力、自重力（粒间引力占优势）,淡水中沉积,海水中沉积,次生矿物,次生矿物,注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。,不可,不可,细粒土的结构,是指由粉粒（粒径0.0050.075mm）在水中下沉时形的。,是指由粘粒（粒径0.005mm）集合体组成。,颗粒形状,原生矿物圆状、浑圆状、棱角状次生矿物针状、片状、扁平状,土的构造：是指土体中各结构单元之间的关系，主是从宏观角度研究土的组成，其主要特点是土的成层性和裂缝性。,力学特性,影响,土的构造,类型,层状构造分散构造裂隙构造结核状构造,通常分散构造土的工程性质最好是理性地基，结核状构造土的工程性质取决于细粒土部分，裂隙构造不连续的裂缝破坏土的整体性故土的工程性质最差。,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起主体作用,重要影响,土体,次要作用,土体三相组成示意图,1.2土的组成,一、土中的固体颗粒(固相),物理状态力学特性,粒组的划分,土的颗粒级配,土粒的矿物成分,.颗粒级配,颗粒大小,土中各个粒组的相对含量,常用表格法或粒径曲线法表示,影响土性质的主因,表格法表示的粒组划分,粒径级配,确定方法筛分法：适用于粒径在0.07460mm的土密度计法：适用于粒径小于0.074mm的土,通常将各粒组的相对含量，用质量百分数来表示,表述方法粒径级配累积曲线,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,P%958778665536,筛分法原理图,筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。密度计法(也称比重计法)：是沉降分析法的一种，另外还有移液管法(也称吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比,典型颗分级配曲线,沉降分析结果,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),d60,d50,d10,d30,特征粒径:d60控制粒径d10有效粒径d30中值粒径,不均匀程度：Cu=d60/d10,连续程度:Cc=d302/(d60d10)曲率系数,不均匀系数,Cu5,级配不均匀,粗细程度：用平均粒径d50表示,连续程度:Cc=d302/(d60d10)曲率系数,较大颗粒缺少,Cc减小,较小颗粒缺少,Cc增大,Cc=13,级配连续性好,粒径级配累积曲线及指标的用途：,粒组含量用于土的分类定名；,工程中用不均匀系数Cu评价土的不均匀程度：Cu5,不均匀土；Cu3或Cc4,粘性土低灵敏中等灵敏高灵敏,含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。土的触变性是土的结构联结形态发生变化引起的，是土微观结构随时间变化的宏观表现。,2.粘性土的触变性,四、活动度,活性指数,p0.002:粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比,A1.25,非活性粘土正常粘土活性粘土,粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值称为活动度（活性指数）,反映粘性土中所含矿物的活动性,1.5地基岩土的工程分类,分类依据：,粘性土按塑性指数和沉积条件无粘性土按粒径及相对含量,评价岩土的工程性质以及为地基基础的设计与施工提供依据,本节主要介绍建筑地基基础设计规范-GB5007-2002分类法,土,岩石分类见表至表碎石土分类见表砂土分类见表粉土分类塑性指数，粒径.颗粒含量不超过粘性土分类塑性指数的土表人工填土分为杂填土，素填土，冲填土,分类目的：,1、岩石,按成因分类,岩浆岩,沉积岩,变质岩,按坚硬程度分类,按完整程度分类,2、碎石土,土的名称颗粒形状粒组含量,漂石块石,圆形及亚圆形为主棱角形为主,粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%,卵石碎石,圆形及亚圆形为主棱角形为主,圆形及亚圆形为主棱角形为主,圆砾角砾,粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%,3、砂土,土的名称粒组含量,粒径大于2mm的颗粒占全质量25-50%,砾砂粗砂中砂细砂粉砂,粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%,4、粉土,粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土,塑性指数Ip10的土,5、粘性土,1017的土,粘土,粉质粘土,6、人工填土,由于人类活动而推填土。其物质成分杂乱，均匀性差。,按其组成和成因分类,素填土,压实填土,杂填土,冲填土,除了以上六种土外还有特殊土，见第十章。,细粒土按塑性图分类,细粒土是指粒组小于0.075mm者超过50时的土。在塑性图中，以塑性指数IP为纵轴、液限wL横轴。根据细粒土在坐标图上的位置，就可方便地进行细粒土地分类,塑性图分类法,三、例题分析,【例】A、B两种土样，试验结果见表，试确定该土的名称及软硬状态。,【解答】,A土,因IP17，0.25IL0.75，所以该土为黏土，可塑状态：,B土,因10IP17，0IL0.25，所以该土为粉质黏土，硬塑状态。,1.6土的压实机理及工程控制,土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压密的特性,压实的本质,土料孔隙率减小，密实度提高,1、击实机理：,颗粒被击碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;气被挤出或被压缩等,2、影响击实效果的因素：,土的性质含水量：压实功：,粘粒含量：粘粒含量越少，最大干重度越大,颗粒级配：颗粒级配越均匀，击实效果越差,含水量的不同改变了土颗粒间的作用力，并改变土的结构与状态，含水量与击实效果如下图所示,要达到一定的击实干密度，则含水量小时，击实功大，含水量大时，则应选取击实功小的机具。,a.粘性土存在最优含水量op，在填土施工中应该将土料的含水量控制在op左右，以期得到dmax，通常取,b.工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）,、级土石坝Dc9598%级土石坝Dc9295%,3、压实标准与控制：,.细粒土