土力学与地基基础(土的物理性质及工程分类)

1、 第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类一、土的成因一、土的成因（一）土的定义（一）土的定义 地球岩石圈经风化形成的散粒堆积物。特点是压缩性地球岩石圈经风化形成的散粒堆积物。特点是压缩性大、强度低、渗透性大。大、强度低、渗透性大。（二）土的成因类型（二）土的成因类型1 1、形成过程：、形成过程：风化、剥蚀、搬运及沉积风化、剥蚀、搬运及沉积2、成因类型、成因类型（1 1）残积物）残积物 残积物断面（2）坡积物）坡积物 (3)洪积物洪积物（4）冲积物）冲积物坡积物断面洪积物断面平原冲积物山区冲积物二、土的组成、结构与构造二、土的组成、结构与构造（一）土的三相组成：（一）土的三相

2、组成：土一般由土一般由颗粒颗粒(固相固相)、水、水(液相液相)和空气和空气(气相气相)所组成的三相体系。所组成的三相体系。饱和土和干土饱和土和干土为二相体系。为二相体系。1、矿物颗粒、矿物颗粒土中的固体颗粒土中的固体颗粒( (简称土粒简称土粒) )的大小和形状、矿物成分及其组成的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。情况是决定土的物理力学性质的重要因素。粒组粒组：把不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干个组，：把不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干个组，同一组内的土具有相似的工程性质。同一组内的土具有相似的工程性质。界限粒径界限粒径：划分粒组的分界尺寸：划

3、分粒组的分界尺寸（1 1）粒组的划分）粒组的划分漂石漂石组组卵石卵石组组砾粒砾粒组组粉粒粉粒组组砂粒砂粒组组粘粒粘粒组组200mm200mm60mm60mm2mm2mm0.005mm0.005mm0.075mm0.075mm（2 2）颗粒级配）颗粒级配 概念概念：土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的：土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量相对含量( (各粒组占土粒总量的百分数各粒组占土粒总量的百分数) )来表示。来表示。 级配测定级配测定：筛分法（粗粒土）；密度计法（细粒土）：筛分法（粗粒土）；密度计法（细粒土） 级配表达方式级配表达方式：表格法；：表格法；颗粒级配累积曲

4、线颗粒级配累积曲线（见图）（见图） 颗粒级配累积曲线的意义颗粒级配累积曲线的意义：由曲线的坡度可判断土的均匀由曲线的坡度可判断土的均匀程度，越缓越不均匀，级配良好；越陡，土粒越均匀，级配不程度，越缓越不均匀，级配良好；越陡，土粒越均匀，级配不好好 级配指标级配指标：不均匀系数不均匀系数: :不均匀系数越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，不均匀系数越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度大于作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度大于10级配良好；小于级配良好；小于5级配不好级配不好曲率系数曲率系数：1313，且不均匀系数，

5、且不均匀系数5级配良好级配良好1060ddCu6010230dddCc颗粒级配曲线孔径孔径（mm）575底盘底盘留筛土重留筛土重（g）202010152510留筛土重留筛土重（%）202010152510大于某粒大于某粒径土重百径土重百分比分比小于某粒小于某粒径土重百径土重百分比分比例：土样总质量例：土样总质量100g100g，根据下表土工试验结果，判断该，根据下表土工试验结果，判断该土样的级配情况土样的级配情况Cu=dCu=d6060/d/d1010= = (3)(3)土粒的矿物成分土粒的矿物成分 土粒的矿物成分主要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。土粒的矿物成分主

6、要决定于母岩的成分及其所经受的风化作用。 漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒与原生矿物成分相同；砂粒是原漂石、卵石、圆砾等粗大颗粒与原生矿物成分相同；砂粒是原生矿物的单矿物颗粒；粉粒主要是石英生矿物的单矿物颗粒；粉粒主要是石英,MgCO,MgCO3 3,CaCO,CaCO3 3；粘粒几乎都；粘粒几乎都是次生矿物。是次生矿物。 2 2、土中水、土中水土中水可以处于液态、固态或气态。液态水可分为土中水可以处于液态、固态或气态。液态水可分为结合水和自由水结合水和自由水两大类，主要介绍液态水两大类，主要介绍液态水（1）结合水）结合水 结合水是指受电分子吸引力结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。吸附

7、于土粒表面的土中水。 分为强结合水和弱结合水分为强结合水和弱结合水 结合水分子的定向排列（2 2）自由水）自由水 重力水、重力水、 毛细水毛细水3 3、土中气体、土中气体自由气体和封闭气泡自由气体和封闭气泡 （二）土的结构和构造（二）土的结构和构造 1、土的结构、土的结构 指土粒间的相互排列和联结形式。指土粒间的相互排列和联结形式。 一般分为单粒结构（粗大土粒）、蜂窝结构（粉粒）一般分为单粒结构（粗大土粒）、蜂窝结构（粉粒）和絮状结构（粘粒）三种基本类型和絮状结构（粘粒）三种基本类型。 2 2、土的构造、土的构造 在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部在同一土层中的物质成分和颗粒大小等

8、都相近的各部分之间的相互关系的特征称为土的构造分之间的相互关系的特征称为土的构造 分层理构造、分散构造和裂隙构造。分层理构造、分散构造和裂隙构造。 土的单粒结构土的蜂窝结构土的絮状结构三、三、 土的物理性质指标土的物理性质指标 土是由三相组成土是由三相组成的即土粒的即土粒(固相固相)、土中水土中水(液相液相)和土和土中气中气(气相气相) ，三部，三部分不同的比例，反分不同的比例，反映土的不同状态，映土的不同状态，影响土的物理性质影响土的物理性质V=Vs+Vv=Vs+Va+Vwm=ms+mw土的三相组成示意图基基本本指指标标土的重度：单位体积土所受的重力土的重度：单位体积土所受的重力gvmg/每

9、个密度相对应有自己的重度，都是在密度基础上乘以重力加速度，大小关系为每个密度相对应有自己的重度，都是在密度基础上乘以重力加速度，大小关系为反映紧密程度，达到反映紧密程度，达到1.51.65t/m1.51.65t/m3 3土就比较密实土就比较密实gddgsatsatgdsatwsate e和和n n反映土的密实程度，孔隙比反映土的密实程度，孔隙比0.61e1土的工程性质较差土的工程性质较差svVVe %100VVnv%100vwrVVS基本指标与其他指标的关系基本指标与其他指标的关系ewdSreedweenwdeswsatwssatds1)(111)1(例：某土样例：某土样V=100cm3,m=

10、187g,ms=167g，ds=2.66求求w、d e、Sr、sat、 /答案答案:依次为依次为11.98%,1.87g/cm3,18.7kN/m3,16.7kN/m3,0.593,53.7%,20.4kN/m3,10.4kN/m3例、某完全饱和粘性土的含水量例、某完全饱和粘性土的含水量40%，土粒比重为，土粒比重为2.7，求土的孔隙比求土的孔隙比e和干密度和干密度d答案答案:分别为分别为1.08和和1.30g/cm3四、无粘性土的密实度四、无粘性土的密实度 无粘性土的密实度与其工程性质有着无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，密切的关系，呈密实状态时，强度较大，

11、压缩性低，可作为良好的天然地基，呈松压缩性低，可作为良好的天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。以下介绍砂土散状态时，则是不良地基。以下介绍砂土和碎石土密实度的判定方法。和碎石土密实度的判定方法。（一）砂土的密实度（一）砂土的密实度1 1、以孔隙比、以孔隙比e e评定评定。分为密实、中密、稍密。分为密实、中密、稍密和松散。孔隙比越大越疏松。和松散。孔隙比越大越疏松。2 2、相对密实度、相对密实度DrDr评定评定maxmaxminreeDee10.67rD0.670.33rD0.330rD密实密实中密中密松散松散 3、标准贯入试验划分、标准贯入试验划分 分为密实分为密实(N N3030 )、中密

12、、中密(15N30)N30) 、 稍密稍密(10N15)N15)和松散和松散(N10 )。 标准贯入试验锤击数越多越密实。标准贯入试验锤击数越多越密实。（二）（二）碎石土的密实度碎石土的密实度 1、野外鉴别方法、野外鉴别方法 根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性，分为密根据骨架颗粒含量和排列、可挖性、可钻性，分为密实、中密和稍密。实、中密和稍密。骨架颗粒含量越多，排列交错连续，骨架颗粒含量越多，排列交错连续，挖掘困难，钻进困难，密实性越好。挖掘困难，钻进困难，密实性越好。 2、重型圆锥动力触探试验划分、重型圆锥动力触探试验划分 分为密实分为密实(N(N2020 ) ) 、中密、中密(10(1

13、0N20)N20) 、 稍密稍密(5 5N10)N10)和松散和松散(N5)N5)。动力触探试验锤击数越多越密实。动力触探试验锤击数越多越密实。五、粘性土的物理特征五、粘性土的物理特征 （一）一） 粘性土的界限含水量（主要是液限和塑限）粘性土的界限含水量（主要是液限和塑限） 粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态态、半固态、可塑状态及流动状态 粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，叫做界限含水量。水量，叫做界限含水量。粘性土的物理状态与含水量的关系 我国目前以联合法测定液限和塑限我国

14、目前以联合法测定液限和塑限 圆锥入土深度与含水量的关系曲线塑限：塑限：2mm对应的对应的 含水量含水量液限：液限：10mm对应的对应的含水量，用于确定土含水量，用于确定土的承载力的承载力 17mm对应的对应的含水量，用于了解土含水量，用于了解土的物理性质的物理性质试验过程简介试验过程简介: :调匀试样调匀试样, ,放在测定仪的升降台上放在测定仪的升降台上, ,使圆锥尖接触试使圆锥尖接触试样表面样表面, ,然后在自重下下沉入试样然后在自重下下沉入试样, ,测测下沉深度下沉深度与试样附近的与试样附近的含水量含水量 （二）粘性土的塑性指数和液性指数二）粘性土的塑性指数和液性指数 1 1、塑性指数、塑

15、性指数 指液限和塑限的差值指液限和塑限的差值( (省去符号省去符号) )，即土处在可塑状，即土处在可塑状态的含水量变化范围。态的含水量变化范围。 plpIww对土进行分类。对土进行分类。10为粉土；为粉土；10为粘性土，为粘性土，10Ip17为粉质粘土，为粉质粘土，17为粘土为粘土ppllppwwwwIwwI2 2、液性指数、液性指数指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。六、六、土的渗透性土的渗透性 （一）土的渗透定律（一）土的渗透定律 土的渗透性：指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或土的渗透性：指水流通过土中孔隙难易程度的性质，或称透

16、水性。称透水性。 地下水在土中的地下水在土中的渗透速度渗透速度一般可按达西（一般可按达西（Darcy)Darcy)根据根据实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下：实验得到的直线渗透定律计算，其公式如下：vki式中：式中：k为渗透系数，反为渗透系数，反映了土的渗透性映了土的渗透性i为水力坡度（或为水力坡度（或水力梯度），水头差水力梯度），水头差与渗流路径长度的比与渗流路径长度的比值值,i=(H1-H2)/L水在土中的渗流砂土中：符合达西定律砂土中：符合达西定律 粘性土中：当水力坡度达到粘性土中：当水力坡度达到i/也也符合达西定律符合达西定律()vk ii水在砂土和粘性土中渗透的比水在砂土和粘性土

17、中渗透的比较较vki砂土和粘性土中的渗透曲线（二）影响渗透系数的主要因素（二）影响渗透系数的主要因素土的粒度成分，土的密实度，土土的粒度成分，土的密实度，土的饱和度，土的结构，温度的饱和度，土的结构，温度（三）渗透对建筑工程的影响（三）渗透对建筑工程的影响1、流砂流砂（概念、防治措施）（概念、防治措施）2、管涌管涌（概念、预防措施）（概念、预防措施）七、七、土的压实性土的压实性（一）土的压实原理（一）土的压实原理最优含水量最优含水量Wop和最大干密度和最大干密度dmax的概念的概念最优含水量和最大干密度的测定：最优含水量和最大干密度的测定： 通过室内击实试验，绘制干密度与含水量的关系曲通过室内

18、击实试验，绘制干密度与含水量的关系曲线，曲线峰值点的横坐标为最优含水量，纵坐标为线，曲线峰值点的横坐标为最优含水量，纵坐标为最大干密度。最大干密度。（二）影响压实效果的因素（二）影响压实效果的因素1、压实功、压实功 2、含水量、含水量3、铺土厚度、铺土厚度 4、土的粒径级配、土的粒径级配（三）压实填土质量指标（三）压实填土质量指标压实系数压实系数maxddc八、土的工程分类八、土的工程分类（一）岩石（一）岩石岩石可根据成因、坚硬程度、风化程度和完整程度分为不同的类别岩石可根据成因、坚硬程度、风化程度和完整程度分为不同的类别（二）碎石土（二）碎石土粒径大于粒径大于2mm超过全重的超过全重的50%

19、，分为，分为漂石漂石(块石块石)、卵石（碎石）、卵石（碎石）、圆砾（角砾）。圆砾（角砾）。定名从上到下以优先符合者为准见课本表定名从上到下以优先符合者为准见课本表2.13（三）砂土（三）砂土粒径大于粒径大于2mm不超过全重的不超过全重的50%且粒径大于且粒径大于0.075mm超过全重的超过全重的50%，分为，分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。定名从上到下以优。定名从上到下以优先符合者为准见课本表先符合者为准见课本表2.14湿度按饱和度分为饱和、很湿和稍湿见课本表湿度按饱和度分为饱和、很湿和稍湿见课本表2.15（四）粉土（四）粉土塑性指数小于等于塑性指数小于等于10，

20、粒径大于，粒径大于0.075mm不超过全重的不超过全重的50%（五）粘性土（五）粘性土塑性指数大于塑性指数大于10，可根据年代、塑性指数和液性指数划分，可根据年代、塑性指数和液性指数划分特殊粘性土：特殊粘性土：淤泥和淤泥质土淤泥和淤泥质土；红粘土；红粘土（六）人工填土（六）人工填土分为素填土、杂填土和冲填土分为素填土、杂填土和冲填土复习题复习题1 1 哪一项不是土的三相（哪一项不是土的三相（ ）A A 土粒土粒 B B 土中水土中水 C C 孔隙孔隙 D D 气体气体2 2、影响粘性土性质的土中水是（、影响粘性土性质的土中水是（ ）。）。A A、强结合水、强结合水 B B、弱结合水、弱结合水 C C、重力水、重力水 D D、毛细水、毛细水3 3、哪层水膜最不容易蒸发（、哪层水膜最不容