土的物理性质及其工程分类-土的颗粒级配分析（地基基础课件）

土的组成与构造土的形成contents目录土的三相组成土的结构土力学与地基基础案例一意大利比萨斜塔1173年9月动工，至1178年建至第四层中部，高度约29米时，因塔身明显倾斜而停工。100年后，续建至高度55米。至今塔身一侧下沉1m多，另一侧下沉约3m。土力学与地基基础案例二苏州虎丘塔此塔位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1036年。全塔7层，高47.5米。平面呈八角形。青砖砌筑。

1980年时，塔身已向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31米。底层塔身出现不少裂缝。宝塔倾斜为地基覆盖层相差悬殊等原因造成。土力学与地基基础案例三加拿大特朗斯康谷仓该谷仓建于1911年，1913年秋完工，9月装谷。10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜并在24小时内倾倒。谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，仓身倾斜27度。事故原因为谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。土力学与地基基础基础：建筑物最底下扩大的这一部分。地基：承受由基础传来荷载的土层（或岩层）。持力层：位于基础底面下的第一层土。下卧层：持力层下的土层。。天然地基：不需处理而直接利用的地基（土和岩石）。人工地基：经过人工处理而达到设计要求的地基。应满足地基强度要求地基变形应该允许范围内土力学与地基基础解决三个工程中的基础性问题土体稳定问题：研究土体中的应力和强度，例如地基的稳定性问题；土体变形问题：有足够强度保持自身稳定；土体渗流问题：渗流对土体稳定和变形的影响。三、土的结构与构造土的结构1、概念

土的结构是指土粒相互排列的特征和粒间的联结能力。它与土的矿物成分、颗粒形态和沉积条件有关。2、分类

一般土的结构可归纳为三种基本类型。（a）单粒结构（b）蜂窝结构（c）絮状结构

三、土的结构与构造土的结构※粗粒土的结构

粒间作用力

排列形式

矿物成分单粒结构

示意图重力，毛细力点与点、点与面原生矿物三、土的结构与构造土的结构※细粒土的结构

粒间作用力

形成环境

排列形式

矿物成分表面力、胶结力（斥力减小引力增加）片架结构(凝聚结构)片堆结构(分散结构)

示意图表面力、胶结力（粒间斥力占优势）淡水中沉积海水中沉积次生矿物次生矿物天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。面与面边、角与面三、土的结构与构造土的构造1、概念

土的构造是指土层在空间的赋存状态,表征土的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。2、土的构造主要特征

a)成层性：即层理构造。

b)裂隙性:

裂隙破坏土的整体性。沿裂隙面的抗剪强度很低，渗透性很高，浸水以后裂隙张开，严重破坏土的结构，使土的强度降低，这对工程建设是不利的。土的组成与构造土的形成contents目录土的三相组成土的结构土力学与地基基础案例一意大利比萨斜塔1173年9月动工，至1178年建至第四层中部，高度约29米时，因塔身明显倾斜而停工。100年后，续建至高度55米。至今塔身一侧下沉1m多，另一侧下沉约3m。土力学与地基基础案例二苏州虎丘塔此塔位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1036年。全塔7层，高47.5米。平面呈八角形。青砖砌筑。

1980年时，塔身已向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31米。底层塔身出现不少裂缝。宝塔倾斜为地基覆盖层相差悬殊等原因造成。土力学与地基基础案例三加拿大特朗斯康谷仓该谷仓建于1911年，1913年秋完工，9月装谷。10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜并在24小时内倾倒。谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，仓身倾斜27度。事故原因为谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。土力学与地基基础基础：建筑物最底下扩大的这一部分。地基：承受由基础传来荷载的土层（或岩层）。持力层：位于基础底面下的第一层土。下卧层：持力层下的土层。。天然地基：不需处理而直接利用的地基（土和岩石）。人工地基：经过人工处理而达到设计要求的地基。应满足地基强度要求地基变形应该允许范围内土力学与地基基础解决三个工程中的基础性问题土体稳定问题：研究土体中的应力和强度，例如地基的稳定性问题；土体变形问题：有足够强度保持自身稳定；土体渗流问题：渗流对土体稳定和变形的影响。二、土的三相组成气相固相液相++构成土骨架，起决定作用重要影响土体次要作用二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）1、矿物成分原生矿物次生矿物物理风化作用下，土粒保持与母岩相同的矿物成分。如：长石、石英、云母颗粒在化学风化作用下，由于改变了母岩原来的矿物成分，形成了新矿物。主要是粘土矿物。如：蒙脱石、伊利石、高岭石二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）1、矿物成分粘土矿物的带电性质研究表明：粘土颗粒的表面电荷，通常为负电荷二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）2、土粒粒组和颗粒级配粒度土粒的大小粒组介于一定粒度范围内的土粒界限粒径划分粒组的分界尺寸dmm卵石砾石砂粒粉粒粘粒6020.0050.250.5520粗

中

细粗

中

细0.075粗粒土细粒土土粒粒组的划分（土的分类标准GB/T50145-2007)200块石巨粒土二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）2、土粒粒组和颗粒级配颗粒级配——土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重量百分数来表示确定方法颗粒分析试验

筛分法：适用于粗粒土(>0.075mm)

沉降法：适用于细粒土(<0.075mm)表述方法

颗粒级配曲线：根据颗粒分析结果求出各粒组的含量占全部土粒重量的百分比，然后按小颗粒至大颗粒计算累积百分含量，用半对数坐标绘制成颗粒级配累积曲线。

二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）2、土粒粒组和颗粒级配筛分法二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）2、土粒粒组和颗粒级配沉降法二、土的三相组成105.02.01.00.50.250.1200g10g16g18g24g22g38g72g1009080706050403020100小于某粒径之土粒重百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)P%958778665536土的颗粒级配累积曲线水分法粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）2、土粒粒组和颗粒级配1009080706050403020100小于某粒径之土重百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的颗粒级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:d50:平均粒径d60:限定粒径d10:有效粒径d30:中值粒径不均匀程度：不均匀系数Cu=d60/d10粗细程度：用d50

表示

连续程度:曲率系数Cc=d302

/(d60×d10)

Cu

≥5,级配不均匀Cc=1~3,

级配连续性好二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）2、土粒粒组和颗粒级配颗粒级配颗粒级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：

Cu≥5，不均匀土；Cu<5,均匀土。3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：

Cc=1~

3，级配连续土；Cc>3或Cc<1，级配不连续土。4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1，级配不良的土。二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）【例题1】

如例图1-2.1所示A、B、C为三种用不同粒径曲线所代表的土。试求每种土中的砾石、砂粒、粉粒、粘粒粒组的含量各占多少?不均匀系数Cu及曲率系数Cc各为多少?并对各曲线所反映的土的级配特性进行分析。二、土的三相组成土的固体颗粒（固相）【解】(1)按曲线A知砂粒(2～0.075毫米)占100-5=95%粉粒(0.075～0.005毫米)占5%

级配均匀在1～3之间虽然Cc在1～3之间，但从曲线看其坡度陡，Cu＜5，故为级配不良的土。二、土的三相组成土中水（液相）

结晶水：矿物内部的水结合水：吸附在土颗粒表面的水自由水:电场引力作用范围之外的水土中冰:由自由水冻成，冻胀融陷1、土中水的存在形态天然土体中常含有一定数量呈液态、固态或气态的水。一般土需研究液态水，冻土还需研究固态水的含量。土中气态水，对土的性质影响不大，通常不作重点研究。二、土的三相组成土中水（液相）2、土中水的分类结合水自由水强结合水:(强束缚水或吸着水)紧附于矿物颗粒表面。

弱结合水:是在强结合水外围形成的一层结合水膜。

重力水:重力水可以在土孔隙中自由流动毛细水:受到水和空气交界面处表面张力的作用，存在于地下水位以上的透水层中自由水二、土的三相组成土中水（液相）2、土中水的分类结合水

排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的的特性温度高于100°C时可蒸发强结合水

位于强结合水之外，电场引力作用范围之内外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性弱结合水二、土的三相组成土中水（液相）2、土中水的分类土中毛细现象

上升高度:毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管毛细升高与孔径成反比粘土粉土砂土砾石毛细水上升的高度和速度取决于土的孔隙、有效粒径、土孔隙中吸附的空气和水的性质等二、土的三相组成土中气体（气相）2、土中水的分类自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大

在粗粒土中常可见与大气相连通的空气，在受力时，气体能很快从孔隙中逸出，一般不影响土的性质。在细粒土中，常存在与大气不相连通的封闭气泡，在土体受压时，气体体积缩小，卸荷后体积又恢复，这使土的弹性变形增大而透水性减小。封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道土的组成与构造土的形成contents目录土的三相组成土的结构土力学与地基基础案例一意大利比萨斜塔1173年9月动工，至1178年建至第四层中部，高度约29米时，因塔身明显倾斜而停工。100年后，续建至高度55米。至今塔身一侧下沉1m多，另一侧下沉约3m。土力学与地基基础案例二苏州虎丘塔此塔位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1036年。全塔7层，高47.5米。平面呈八角形。青砖砌筑。

1980年时，塔身已向东北方向严重倾斜，塔顶离中心线已达2.31米。底层塔身出现不少裂缝。宝塔倾斜为地基覆盖层相差悬殊等原因造成。土力学与地基基础案例三加拿大特朗斯康谷仓该谷仓建于1911年，1913年秋完工，9月装谷。10月17日发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜并在24小时内倾倒。谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1.52m，仓身倾斜27度。事故原因为谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。土力学与地基基础基础：建筑物最底下扩大的这一部分。地基：承受由基础传来荷载的土层（或岩层）。持力层：位于基础底面下的第一层土。下卧层：持力层下的土层。。天然地基：不需处理而直接利用的地基（土和岩石）。人工地基：经过人