土的物理性质及地基土的工程分类

1、第二章土的物理性质及地基土的工程分类1. 土力学的研究对象：土土土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。2-1 土的组成一、土的组成土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质，如干湿、轻重、松紧、软硬等。这就是土的物理性质。二、土的固体颗粒（一）土的颗粒级配1土颗粒的大小直接决定土的性质2粒径颗粒直径大小3粒组为了研究方便，将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。粒组的划分：200 60 2 0.075 0.005mm漂石卵石砾石砂粒粉粒粘粒4颗粒级配土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒

2、组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。颗粒级配的测室方法：筛析法比重计法试验成果分析：颗粒级配累积曲线（半对数坐标）见P17 图1-10分析不均匀系数（Cu）式中：d60当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，该粒径称为限定粒径d60。 d10当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d10。曲率系数（Cc）式中：d30当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d30表示。 Cc曲率系数，它描写的是累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。 Cc=13时级配良好（二）土粒的矿物成分漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。（与每岩相同）砂粒的矿物成分

3、大多为母岩中的单矿物颗粒。如石英等。粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。粘土矿物由两种原子层构成，主要类型粘土矿物的特点：细小、亲水性强，吸水膨胀，脱水收缩。二、土中的水和气（一）土中水1. 结合水指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。见P19 图1-13（1）强结合水指紧靠土粒表面的结合水。特征：没有溶解盐类的能力，不传递静水压力，只有吸热变成蒸汽时才能移动。物理指标：容度1.22.4g/cm3固体状态冰点-78砂土吸度占土粒质量1%、粘土17%。特点：极大的粘滞度，弹性和抗剪强度。（2）弱结合水指紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。特征：不能传递静水压力，但水膜较厚的弱结合水能向邻近的较薄的

4、水膜转移。2自由水指存在于土粒表面电场影响范围以外的水。特点：能传递静水压力，冰点为0，有溶解能力。（1）重力水存在于地下水位以下的透水土层中的地下水。特点：有流动时，产生动水压力，带走土颗粒；能溶解土中的盐类；浮力作用。作用：使土中的孔隙增大，压缩性提高，抗剪强度降低。（2）毛细水受水与空气界面的表面张力作用而存在于孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透小层中。机理：当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面与土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。存在范围：直径0.0020.5mm的孔隙中3冰当温度降至零度以下，水结

5、成冰，土即为冻土。冻土的物点：冻胀性。危害：当T，土体下陷，即融陷现象，使承载力下降，道路翻浆。三、土的工程特性：1、 土的压缩性大2、 强度低3、 渗透性大四、土中的结构和构造（一）土的结构土的结构指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。分类：土的结构（二）土的构造土的构造指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。思考题：1土由哪几部分组成？土中三组比例的变化对土的性质有什么影响？2何谓土的不均匀系数？如何从颗粒级配曲线的陡或平缓来评价土的工程性质？3土中水具有哪些形态？每种形态的水其本身具有哪些特征？这些特征对土的性质有何影响？4何谓土的结构？试

6、分析土的各种结构的稳定性。5何谓土的构造，试分析土的各种构造对建筑工程的影响。2.2土的物理性质指标自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模型进行分析。土的三相，即土粒为固相；土中的水为液相；土中的气为气相。表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：比重、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三位计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。这些指标随着土体所处的条件的变化而改变，如地下水位的升高或降低，土中水的含量也相应增大或减小；密实的土，其固相和液相占据的孔隙体积少。这些变化都

7、可以通过相应指标的数值反映出来。土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗剪强度越大，承载力越高。ms-土粒质量mw-土中水质量m-土的总质量= ms+ mwvs -土粒体积vw -土中水体积va -土中气体积vv -土中空隙体积vv= vw+ vaV-土的总体积 = vs+ vv一、指标的定义（一）土粒比重（土粒相对密度）ds定义：土粒质量与同体积4的纯水的质量之比公式：单位：g/cm3参考值：见P23表1-9测定方法：比重瓶法（二）土的含水量定义：土中水的质量与土粒质量之比，称为含水量公式：意义：表示湿度的物理指标，与土的种类，埋

8、藏条件及其所处的自然地理环境等有关。测定方法：烘干法。（三）土的密度定义：土单位体积的质量公式：单位： g/cm3t/m3测定方法：环刀法（四）土的干密度d，饱和密度sat和有效密度1干密度定义：土单位体积中固体颗粒的质量（干燥状态）公式：2饱和密度定义：土孔隙中充满水时的单位体积质量公式：3有效密度（浮密度）定义：在地下水位以下，单体土体积中土粒的质量扣除用体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量。公式：（五）重度，干重度d饱和重度sat，有效重度定义：重度单位体积的重力公式：=G/V单位：kN/m3换算公式：=g（六）土的孔隙比e，和孔隙率n1土的孔隙比定义：土中孔隙体积与土粒体积之

9、比。公式：（用小数表示）意义：用来评价天然土层的密实程度2土的孔隙率定义：土中孔隙所占体积与总体积之比。公式e与n的关系：（七）土的饱和度Sr定义：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比公式：意义：是评价土的潮湿程度的指标二、指标的换算公式要求全部会推导2-3 土的物理状态特性指标一、无粘性土的密实度(鉴别方法三种)1、用空隙比e作为划分密实度的标准2、用相对密实度作为划分密实度的标准相对密实度式中：emax土处于最疏松状态时的孔隙比 emin土被振击后最密实状态下的孔隙比 e天然孔隙比意义：评价土的密实程度3、用标准贯入实验划分密实度的标准二、粘性土的物理特征1、粘性土的界限含水量界限含水量

10、粘性土由一种状态转到另一种状态时的分界含水量，称为界限含水量。包括：缩限、塑限、液限。固态 半固态 可塑状态 流动状态缩限Ws 塑限Wp 液限WL大小测定方法：塑限：联合测定仪搓条法液限：锥式液限仪（碟式少用）2、粘性土的塑性指数和液性指数（一）塑性指数IP用百分数表示，但省去%意义：IP值的大小与粘粘含量有关（二）液性指数Iw意义：表示粘性土软硬程度的物理指标3、粘性土的灵敏度和触变性（一）灵敏度（St）意义：（二）触变性触变性粘性土的抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为触变性。思考题：1. 土的三相比例指标有哪些？哪些可以直接测定？哪些可通过换异求得？试令VS=1，由试验测定的指标推导其他

11、三相比例指标。2. 土粒的相对密度和土的相对密实度有何区别？如何按相对密实度判定砂土的密实程度？3. 什么是土的塑性指数？其中水与土粘粗细有何关系？塑性指数大的土具有哪些特点？4. 土粒的相对密度与土的相对密实度有何区别？如何按相对密实度判定砂土的密实程度。5什么是土的液性指数？如何应用液性指数的大小评价土的工程性质？2-4 地基土（岩）的分类一、岩石的工程分类（一）按坚硬程度分类（二）按成因分类（三）按风化程度分类见P33表1-17（四）按软化系数分类二、碎石类土定义：粒径2mm的颗粘含量超过全重的50%。三、砂类土定义：粒径2mm的颗粒含量不超过全重的50%粒径0.075mm的颗粒超过全重

12、的50%分类：四、粉土定义：粒径0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%，塑性指数IP的土分类：五、粘性土定义：指塑性指数IP10的土。（一）按沉积年代分类（二）按塑性指数分类六、特殊土（一）软土指沿海的滨海相、三角洲相、平原、山区的沼泽相等主要由细粒土组成的孔隙比大（1）天然含水量高（接近或大于WL）压缩性高和强度低的土层。（二）人工填土由人类活动而堆填的土（三）湿陷性土（黄土）指土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变形量达到一定数值的土。评价：按P=200kPa时的湿陷量表示。（四）红粘土指碳酸盐岩系出露的岩石，经“红土化作用”形成并覆盖于基岩上的棕红色高塑性粘土。特征：L50 收缩性不均匀性当在4550之间时称为次生红粘土（五）膨胀土指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物组成的粘性土。特征：含蒙托石、伊里石吸水膨胀、失水收缩（六）风化岩和残积土风化岩指岩石在风化营力等作用下，使其结构、成分、性质等产生不同程度变异的岩石。残积土岩石完全风化后未经搬运的残积物。特点：不均匀性易产生不均匀沉降。（七）冻土多年冻土指土