土的物理性质和工程分类PPT学习教案

1、会计学1土的物理性质和工程分类土的物理性质和工程分类气相气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用第1页/共72页土颗粒的大小土颗粒的大小粒度粒度：土颗粒的大小（和矿物土颗粒的大小（和矿物成分等因素有关）成分等因素有关）粒径粒径：和土颗粒体积相等的球和土颗粒体积相等的球体的直径。体的直径。粒组粒组：将大小相近的土颗粒的将大小相近的土颗粒的粒径合并成组，称为粒组粒径合并成组，称为粒组第2页/共72页问题：以下两种土，哪种土的工程地质问题：以下两种土，哪种土的工程地质特性较好？特性较好？A、粒径基本一样的土、粒径基本一样的土B、粒径有大有小的土、

2、粒径有大有小的土第3页/共72页级配：级配：土样中各粒组的干土土样中各粒组的干土质量占土颗粒总质量的百分数质量占土颗粒总质量的百分数土的名称土的名称粒组的含量粒组的含量砾砂砾砂粒径粒径2mm颗粒含量占全重颗粒含量占全重25%50%粗砂粗砂粒径粒径0.5mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%中砂中砂粒径粒径0.25mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%粉砂粉砂粒径粒径0.075mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%建筑地基基础设计规范中对砂土的划分建筑地基基础设计规范中对砂土的划分第4页/共72页测定级配的试验方法测定级配的试验方法筛分法：筛分法：适用于粒径大适用于粒径大于粗粒组。于

3、粗粒组。沉降分析法：沉降分析法：适用于粒适用于粒径小于等于细粒组。径小于等于细粒组。第5页/共72页7筛分法筛分法用一套孔径不同的筛子，按从用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百然后计算其占总土粒质量的百分数分数 第6页/共72页8wssisiimm100010001swswisim1000沉降分析法：沉降分析法：第7页/共72页第8页/共72页d d1010小于小于某粒径某粒径的土颗粒的质量的土颗粒的质量占土样总质量的占土样总

4、质量的10%10%，该粒径该粒径称为称为d d1010或有效粒径或有效粒径。例：全班有例：全班有7070人，按成绩排名次，那么人，按成绩排名次，那么类比于土力学中的有效粒径，全班名次类比于土力学中的有效粒径，全班名次的的d d1010，应该是（，应该是（ ）A A、第、第8 8名名 B B、第、第7 7名名C C、第、第6363名名 D D、第、第6262名名第9页/共72页d d3030小于小于某粒径某粒径的土颗粒的质量的土颗粒的质量占土样总质量的占土样总质量的30%30%，该粒径该粒径称为称为d d3030或连续粒径或连续粒径。d d6060小于小于某粒径某粒径的土颗粒的质量的土颗粒的质量

5、占土样总质量的占土样总质量的60%60%，该粒径该粒径称为称为d d6060或限制粒径或限制粒径。例：某组有例：某组有1010人，按成绩排名次，那么人，按成绩排名次，那么类比于土力学中的连续粒径和限制粒径类比于土力学中的连续粒径和限制粒径，全组名次的，全组名次的d d3030，应该是（，应该是（ ）全组名次的全组名次的d d6060，应该是（，应该是（ ）第10页/共72页第11页/共72页工程中衡量级配的指标工程中衡量级配的指标1060ddCu不均匀系数：不均匀系数：1060230dddCc曲率系数曲率系数：C Cu u反映了土的粒径变化范围的大反映了土的粒径变化范围的大小，小，C Cu u

6、越大粒径变化范围越大，越大粒径变化范围越大，累计曲线越平缓。累计曲线越平缓。C Cc c反映了介于反映了介于d d6060与与d d1010之间的中间之间的中间粒径的含量情况，粒径的含量情况，C Cc c越大累计曲越大累计曲线的曲率越大。线的曲率越大。第12页/共72页工程中若能工程中若能同时满足同时满足：Cu5Cu5，且，且1Cc31Cc3的土，属于级配良好的土。的土，属于级配良好的土。例：确定例：确定a a、b b两种两种土级配的土级配的好坏好坏第13页/共72页【例】下图为某三种下图为某三种A、B的颗粒的颗粒级配曲线级配曲线, ,试按试按地基规范地基规范分类法分类法确定三种土的名称确定三

7、种土的名称 图见下页图见下页土的名称土的名称粒组的含量粒组的含量砾砂砾砂粒径粒径2mm颗粒含量占全重颗粒含量占全重25%50%粗砂粗砂粒径粒径0.5mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%中砂中砂粒径粒径0.25mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%粉砂粉砂粒径粒径0.075mm颗粒含量超过全重颗粒含量超过全重50%第14页/共72页A土土: :从从A土级配曲线查得土级配曲线查得, ,粒径小于粒径小于2mm的的占总土质量的占总土质量的67%，粒径大于，粒径大于2mm的占总的占总土质量的土质量的33%, ,满足粒径大于满足粒径大于2mm占总土质占总土质量量25%50%的要求的要求, ,故此

8、土应命名为砾砂故此土应命名为砾砂 第15页/共72页B土土: :粒径小于占总土质量的粒径小于占总土质量的42%, ,粒径粒径大于占总质量的大于占总质量的58%58%此土应命名为粉此土应命名为粉砂砂 第16页/共72页在岩石风化过程中，发生在岩石风化过程中，发生物理变化物理变化保持了母岩保持了母岩的矿物成分和晶体结构的矿物成分和晶体结构如：石英、长石、云母、如：石英、长石、云母、角闪石等角闪石等在岩石风化过程中，发生在岩石风化过程中，发生化学变化，化学变化，而进一而进一步形成的产物步形成的产物第17页/共72页高岭石：亲水性差高岭石：亲水性差蒙脱石：亲水性强，蒙脱石：亲水性强，是钻是钻孔用泥浆的

9、主要成分。孔用泥浆的主要成分。第18页/共72页土中的水土中的水结合水结合水非结合水非结合水强结合水强结合水弱结合水弱结合水重力水重力水毛细水毛细水试验可测试验可测第19页/共72页结合水：结合水：受分子引力、静电引力吸受分子引力、静电引力吸附于土颗粒表面的水。附于土颗粒表面的水。黏土颗黏土颗粒带负粒带负电电 强结合水，靠近土粒表面，和土强结合水，靠近土粒表面，和土粒表面的黏结很牢固，接近于固体粒表面的黏结很牢固，接近于固体 弱结合水，距离土弱结合水，距离土颗粒表面较远，电分颗粒表面较远，电分子力对他作用较小，子力对他作用较小，弱结合水的存在使土弱结合水的存在使土具有塑性、黏性并影具有塑性、黏

10、性并影响土的压缩性和强度响土的压缩性和强度第20页/共72页毛细水：水会因为毛细水：水会因为毛细力毛细力作用，沿作用，沿着着 土颗粒之间形成的缝隙移动土颗粒之间形成的缝隙移动。毛细水上升对地基、基础的毛细水上升对地基、基础的影响见课本影响见课本P11P11第21页/共72页会降低土的透水性和使土会降低土的透水性和使土不易压实，在长期压力作不易压实，在长期压力作用下会有很大的内压力，用下会有很大的内压力，会冲破土层造成意外沉陷会冲破土层造成意外沉陷和大气相通，在受力时，和大气相通，在受力时，气体能很快从孔隙中逸出气体能很快从孔隙中逸出，一般不影响土的性质。一般不影响土的性质。第22页/共72页土

11、的物质组成土的物质组成固态矿物颗粒固态矿物颗粒孔隙中的水孔隙中的水孔隙中的气体孔隙中的气体WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm第23页/共72页土的密度：土的密度：单位体积土的质量单位体积土的质量土颗粒的相对密度：土颗粒的相对密度：土颗粒在温度为土颗粒在温度为105110时时烘至恒量的质量和烘至恒量的质量和同体积同体积4的的纯水质量之比纯水质量之比含水量：含水量：土中水的质量和土颗粒的质量之比土中水的质量和土颗粒的质量之比第24页/共72页土的密度土的密度(density)awswsVVVmmVm 土的容重土的容重( (重度重度) )=g用于计算土的用于计算土的自重应力

12、自重应力单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3定义定义: 土单位体积的质量土单位体积的质量表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积第25页/共72页土粒相对密度土粒相对密度土粒比重一般范围土粒比重一般范围: : 见课本见课本P14P14土粒比重在数值上等于土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒的密度定义定义: :土的质量与同体积土的质量与同体积44时纯水的质时纯水的质量之比（无量纲）量之比（无量纲）表达式表达式: :cwscwsssVmd44)()(341cmgCw第26页/

13、共72页土的含水量土的含水量%100(%)ssswmmmmmw定义定义: :土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, ,用用百分数表示百分数表示含水量能否超过超过含水量能否超过超过100100？表达式表达式: :WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm第27页/共72页 定义：土中孔隙完全被水充满，土处于定义：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量饱和状态时单位体积土的质量或重量VVmVwssatgsatsatWaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm第28页/共72页定义：单位体积内土粒质量与同体积定义：单位体积内土粒

14、质量与同体积水质量之差水质量之差浮密度浮密度 与浮容重与浮容重 VVmwssgwsatwsat310mKNwVVVmVVmswsVwssat第29页/共72页WaterSoilVwVsVmwmsmcwscwsssVmd44)()(gms167gmw20320120cmmVwww380cmVVVws09. 2180167sd【例】某某饱和饱和土样经试验测得体积为土样经试验测得体积为100cm3，饱和土质量为，饱和土质量为187g，烘干后干，烘干后干土质量为土质量为167g。求该土样的含水量。求该土样的含水量、密度密度、重度、重度 、土粒相对密度、土粒相对密度d ds s, ,饱饱和密度和密度sa

15、tsat，浮密度浮密度第30页/共72页【例】某某饱和饱和土样经试验测得体积为土样经试验测得体积为100cm3，饱和土质量为，饱和土质量为187g，烘干后干，烘干后干土质量为土质量为167g。求该土样的含水量。求该土样的含水量、密度密度、重度、重度 、土粒相对密度、土粒相对密度d ds s, ,饱饱和密度和密度satsat，浮密度浮密度%98.11167167187%100smm3/87. 1100187cmgVm3/7 .181087. 1mkNgWaterSoilVwVsVmwmsm第31页/共72页【例】某某饱和饱和土样经试验测得体积为土样经试验测得体积为100cm3，饱和土质量为，饱和

16、土质量为187g，烘干后干，烘干后干土质量为土质量为167g。求该土样的含水量。求该土样的含水量、密度密度、重度、重度 、土粒相对密度、土粒相对密度d ds s, ,饱饱和密度和密度satsat，浮密度浮密度VVmVwssatWaterSoilVwVsVmwmsmgms167320120cmmVwww387. 1100120167cmgsat饱和密度：土饱和时的密度饱和密度：土饱和时的密度87.0187.1wsat第32页/共72页【思考】某某非非饱和饱和土样经试验测得体土样经试验测得体积为积为100cm3，饱和土质量为，饱和土质量为187g，烘干，烘干后干土质量为后干土质量为167g。求该土

17、样的含水量。求该土样的含水量、密度、密度、重度、重度 、土粒相对密度、土粒相对密度d ds s, ,饱和密度饱和密度satsat土颗土颗粒粒水水空空气气gms167gmw20320cmVwcwscwsssVmd44)()(VVmVwssat第33页/共72页干密度干密度d d定义：土中空隙完全被空气充满时的密定义：土中空隙完全被空气充满时的密度度Vmsd 土的干密度是不是就是烘土的干密度是不是就是烘干以后土的密度？干密度干以后土的密度？干密度是不是在数值上和土颗粒是不是在数值上和土颗粒的相对密度相等？的相对密度相等？第34页/共72页【例】推导公式：【例】推导公式：1dWaterAirSoil

18、VaVwVsVvVma=0mwmsmVmsdswmmswdmm1wssdmmmmmsdmmsdVmsd第35页/共72页【例】【例】已知某土样的体积为已知某土样的体积为1000cm1000cm3 3，测，测得湿土质量为，取质量为的湿土，烘干得湿土质量为，取质量为的湿土，烘干后质量为，计算含水量和干密度。后质量为，计算含水量和干密度。gms03.15gmw45. 203.1548.17%3 .1603.1545. 2%100smm395. 110001950cmgVm396. 895. 148.17cmV土样368. 196. 803.15cmgVmsd368. 1163. 0195. 11cm

19、gd第36页/共72页土中的孔隙含量指标土中的孔隙含量指标孔隙比：孔隙比：sVVVe 孔隙率：孔隙率：eeVVnV1WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm第37页/共72页WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsmcwsssVmd4)(11ssVm右端smm111VmVmVmmmVmswssswss右端【例】推导公式：【例】推导公式：11swdeeVVVVsvs1右端第38页/共72页饱和度饱和度表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标%100VwrVVS第39页/共72页无黏性土的密实度指标无黏性土的密实度指标孔隙比：孔隙比： 孔隙比越大说孔隙比越

20、大说明土越松散明土越松散 sVVVe 相对密实度：相对密实度： 相对相对密实度越大说明土越密实密实度越大说明土越密实 minmaxmaxeeeeDr标准贯入锤击数：越大说明土越标准贯入锤击数：越大说明土越密实密实第40页/共72页孔隙比：孔隙比： 孔隙比越大说明土孔隙比越大说明土越松散越松散sVVVe 但孔隙比不能反映级配但孔隙比不能反映级配第41页/共72页相对密实度：相对密实度： 相对密实度越相对密实度越大说明土越密实。大说明土越密实。 minmaxmaxeeeeDre emaxmax和和e eminmin测定的数值和实际工程不符。测定的数值和实际工程不符。地下水以下的砂土取原状土样比较困

21、难地下水以下的砂土取原状土样比较困难。第42页/共72页【例】【例】某砂土的密度为某砂土的密度为3 3，含水量，含水量9.8%9.8%，土粒相对密度，经试验测得土样的最，土粒相对密度，经试验测得土样的最大干密度大干密度3 3，最小干密度，最小干密度3 3，求该砂土的，求该砂土的相对密实度并判定其密实程度。相对密实度并判定其密实程度。minmaxmaxeeeeDr663. 0177. 11098. 0168. 2e11swde1dswde第43页/共72页【例】【例】某砂土的密度为某砂土的密度为3 3，含水量，含水量9.8%9.8%，土粒相对密度，经试验测得土样的最，土粒相对密度，经试验测得土样

22、的最大干密度大干密度3 3，最小干密度，最小干密度3 3，求该砂土的，求该砂土的相对密实度并判定其密实程度。相对密实度并判定其密实程度。minmaxmaxeeeeDr11swde1dswde965. 0137. 1168. 2maxe54. 0174. 1168. 2mine第44页/共72页【例】【例】某砂土的密度为某砂土的密度为3 3，含水量，含水量9.8%9.8%，土粒相对密度，经试验测得土样的最，土粒相对密度，经试验测得土样的最大干密度大干密度3 3，最小干密度，最小干密度3 3，求该砂土的，求该砂土的相对密实度并判定其密实程度。相对密实度并判定其密实程度。minmaxmaxeeeeD

23、r11swde1dswde7 . 054. 0956. 0663. 0956. 0rD属于密实砂土属于密实砂土第45页/共72页【例】证明：【例】证明：ddddddrDminmaxmaxminedswd1maxmin1 edswdminmax1edswdminmaxminmaxmaxminminmax1111111111111111eeeeeeededededededswswswwswsw第46页/共72页【例】证明：【例】证明：ddddddrDminmaxmaxminminmaxminmaxmaxminminmax1111111111111111eeeeeeededededededswsws

24、wwswswrDeeeeeeeeminmaxmaxmaxminmax111111第47页/共72页标准贯入试验：标准贯入试验：用卷扬机将重的钢锤提用卷扬机将重的钢锤提升到升到760mm760mm的高度，使其自由下落，锤的高度，使其自由下落，锤击贯入器，记录贯入击贯入器，记录贯入30cm30cm所需锤击数所需锤击数第48页/共72页衡量黏性土的物理状态指标衡量黏性土的物理状态指标稠度稠度稠度稠度：黏性土在某一含水量下对外黏性土在某一含水量下对外力引起的变形或破坏的抵抗能力力引起的变形或破坏的抵抗能力（反映（反映了黏性土的稀稠、软硬程度）了黏性土的稀稠、软硬程度）黏性土在某种稠度时呈现出的状态，称

25、黏性土在某种稠度时呈现出的状态，称为稠度状态。为稠度状态。含水含水量量固体状固体状态态塑性状态塑性状态流动状态流动状态半固体状态半固体状态第49页/共72页含水含水量量固体状固体状态态塑性状态塑性状态流动状态流动状态半固体状态半固体状态缩限缩限s s塑限塑限P P液限液限L L液限液限L L：液限是黏性土在极小扰力作用：液限是黏性土在极小扰力作用下下将将发生流动的含水量发生流动的含水量将缩限、塑限、液限称为界限含水量将缩限、塑限、液限称为界限含水量第50页/共72页含水含水量量固体状固体状态态塑性状态塑性状态流动状态流动状态半固体状态半固体状态缩限缩限s s塑限塑限P P液限液限L L塑限塑限

26、P P：黏性土：黏性土可以可以产生塑性变形的产生塑性变形的最小含水量最小含水量第51页/共72页含水含水量量固体状固体状态态塑性状态塑性状态流动状态流动状态半固体状态半固体状态缩限缩限s s塑限塑限P P液限液限L L缩限缩限s s：从半固态向固体转变时，黏性：从半固态向固体转变时，黏性土要不断的蒸发水分，体积要不断的缩土要不断的蒸发水分，体积要不断的缩小，直到体积不再缩小时土的界限含水小，直到体积不再缩小时土的界限含水量称为缩限。量称为缩限。第52页/共72页对于不同的黏性土，用塑性指数和液性对于不同的黏性土，用塑性指数和液性指数来衡量他们的稠度关系指数来衡量他们的稠度关系塑性指数：液限和塑

27、限的差值（省去塑性指数：液限和塑限的差值（省去% %）含水含水量量固体状固体状态态塑性状态塑性状态流动状态流动状态半固体状态半固体状态缩限缩限s s塑限塑限P P液限液限L L100PLpI第53页/共72页100PLpI一种土塑性指数越大，表明该土的矿物成分一种土塑性指数越大，表明该土的矿物成分吸水能力越强，从土颗粒来讲，土颗粒越小吸水能力越强，从土颗粒来讲，土颗粒越小黏粒含量越高，比表面积越大，能吸附的弱黏粒含量越高，比表面积越大，能吸附的弱结合水越多，塑性指数就越大结合水越多，塑性指数就越大Ip10Ip10且粒径大于的颗粒不超过总质量且粒径大于的颗粒不超过总质量50%50%的土称为粉土的

28、土称为粉土第54页/共72页液性指数：表征了土的天然含水量和界液性指数：表征了土的天然含水量和界限含水量之间的相对关系，限含水量之间的相对关系，反映了土反映了土的软硬程度的软硬程度含水含水量量固体状固体状态态塑性状态塑性状态流动状态流动状态半固体状态半固体状态缩限缩限s s塑限塑限P P液限液限L LPLLPI第55页/共72页某黏性土样的天然含水量某黏性土样的天然含水量=36.4%=36.4%，液，液限限L L=41%=41%，塑限，塑限P P=26%=26%，则该土的塑，则该土的塑性指数为（性指数为（ ）A A、 B B、15%15% C C、1515 D D、该土的液性指数为该土的液性指

29、数为 该黏性土属于（该黏性土属于（ ）A A、粉质黏土、粉质黏土 B B、黏土、黏土 C C、粉土、粉土 D D、无法判定、无法判定第56页/共72页岩土的工程分类岩土的工程分类岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土人工填土人工填土第57页/共72页 岩石岩石 按坚硬程度划分：坚硬岩、较硬岩、按坚硬程度划分：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。较软岩、软岩、极软岩。 按完整程度划分：完整、较完整、较按完整程度划分：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。破碎、破碎、极破碎。第58页/共72页第59页/共72页碎石土碎石土 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量大于的颗粒含量大于50%5

30、0%的的土属碎石土。土属碎石土。 根据粒组含量及颗粒形状，可细分根据粒组含量及颗粒形状，可细分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。砾。 碎石土的密实度根据标准灌入锤击数，碎石土的密实度根据标准灌入锤击数，可分为松散、稍密、中密、密实。可分为松散、稍密、中密、密实。第60页/共72页第61页/共72页砂土砂土 粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量在的颗粒含量在50%50%以以内，同时粒径大于的颗粒含量超过内，同时粒径大于的颗粒含量超过50%50%的土属砂土。的土属砂土。 砂土根据粒组含量不同又分为砾砂土根据粒组含量不同又分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂五类。

31、砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂五类。第62页/共72页【例】【例】某砂土的颗粒成分分析如下表某砂土的颗粒成分分析如下表所示：试判断砂土的类别所示：试判断砂土的类别(1)(1)、大于、大于2mm2mm粒径的土粒占全重粒径的土粒占全重9.4%9.4%，小于小于25%25%，故该土样不是，故该土样不是砾砂砾砂。(2)(2)、大于粒径的土粒占全重的、大于粒径的土粒占全重的(9.4+18.6)%=28%(9.4+18.6)%=28%，未超过全重，未超过全重50%50%，故，故该土样不是该土样不是粗砂粗砂。粒径范围2mm2-0.50.5-0.25 0.25-0.0750.075占干土质量百分数9.40%18.

32、60%21%36.50%14.50%第63页/共72页(3)(3)、大于粒径的土粒占全重的、大于粒径的土粒占全重的(9.4+18.6+21)%=49%(9.4+18.6+21)%=49%，仍未超过全重，仍未超过全重50%50%，故该土样也不是，故该土样也不是中砂中砂。(4)(4)、大于粒径的土粒占全重的、大于粒径的土粒占全重的(9.4+18.6+21+36.5)=85.5%(9.4+18.6+21+36.5)=85.5%，已超过，已超过85%85%，故定名为，故定名为细砂细砂。粒径范围2mm2-0.50.5-0.25 0.25-0.0750.075占干土质量百分数9.40%18.60%21%36.50%14.50%第64页/共72页粉粉 土土 粒径大于的颗粒含量小于粒径大于的颗粒含量小于50%50%且且塑性指数小于或等于塑性指数小于或等于1010的土属于粉土的土属于粉土 粉土含有较多的粒径为的粉粒粉土含有较多的粒径为的粉粒，其工程性质介于黏性土和砂土之间，其工程性质介于黏性土和砂土之间第65页/共