工程基础及地质 8

工程地质任务二

评价土的工程性质二、土的结构三、土的物理性质指标四、土的水理性质五、土的压实性六、土的工程分类一、土的三相组成一、土的三相组成

固体颗粒1土中水2

土中气体3土的三相组成-视频1.1固体颗粒土粒粒度成分矿物成分1）粒度成分粒度土粒的大小粒度成分不同粒径所占的百分比粒组土粒按粒径大小分为若干组别粒组划分表建设部《土的工程分类标准》（GB/T50145-2007）粒组颗粒名称粒径范围（mm）巨粒漂石（块石）d＞200卵石（碎石）60＜d≤200粗粒砾粒粗砾20＜d≤60中砾5＜d≤20细砾2＜d≤5砂粒粗砂0.5＜d≤2中砂0.25＜d≤0.5细砂0.075＜d≤0.25细粒粉粒0.005＜d≤0.075黏粒d≤0.005粒度成分的测定方法筛分法:（适用于砾石类和砂类土，d>0.1或0.074mm）是利用一套孔径大小不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，称留在各筛上的土重，然后计算相应的百分比。粒度成分的测定方法土的筛分试验-视频粒度成分的测定方法静水沉降分析法：（适用于粉土和黏性土，d<0.1或0.074mm）根据stokes定理：球状的细土颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比。粒度成分的表示方法表格法：以列表形式直接表达各粒组的相对含量。土样编号粒组（mm）百分含量>22-0.50.5-0.250.25-0.0750.075-0.005<0.0051281015201017土样编号小于某粒径（mm）累积百分含量>2<2<0.5<0.25<0.075<0.0051287262472717粒度成分累计曲线静水沉降法粒度成分累计曲线特征粒径:d50:平均粒径d60:控制粒径d10:有效粒径d30:中值粒径土的级配指标土的不均匀系数Cu，表示土的不均匀程度。Cu>5的土称为不均匀土，反之称为均匀土。土的曲率系数Cc（级配系数)，描述累计曲线的分布范围。Cc=1~3时，为级配连续（较好）；Cc<1或Cc>3时，级配不连续（较差）。土按颗粒级配的分类

工程上常用这两个指标来衡量土的级配：同时满足这两个条件为级配良好的土；不能同时满足上述两个条件的土称为级配不良的土。黏土矿物无定形氧化物胶体可溶盐

矿物成分原生矿物石英、长石、云母等次生矿物有机质2）矿物成分岩石岩石破碎、化学成分不改变原生矿物物理风化原生矿物石英、云母、长石等颗粒较大，存在于卵、砾、砂、粉粒组中性质稳定，无黏性、透水性大、压缩性低原生矿物

化学风化成分改变溶滤带走、沉积残留部分原生矿物可溶性次生矿物不可溶性次生矿物次生矿物

高岭石亲水性低胀缩性弱伊利石亲水性较强胀缩性较强蒙脱石亲水性很强胀缩性很强黏土矿物的类型与性质

1.2

土中水土中的水矿物成分水结合水

重力水

毛细水结晶水自由水

弱结合水

强结合水气态水固态水结构水空隙中的水1.2

土中水1.3土中气体成分更多的CO2较少的O2较多的N2种类自由气体：对土的性质影响不大封闭气泡：增加土的弹性，阻塞渗流通道，降低渗透性影响含气体的土称为非饱和土土的三相组成小结粒径级配矿物成分颗粒形状结合水自由水自由气体封闭气体土的三种状态土的结构联接方式无联接水联接胶结联接冻结联接排列形式单粒结构絮凝结构二、土的结构蜂窝结构絮状结构粗粒土结构细粒土结构粒间作用力：重力起决定性的作用。在非饱和土中，还受到毛细力的作用粒间作用力：土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要作用，其他粒间力起主导作用（范德华力、库仑力、胶结力、毛细力）四、土的结构松散结构紧密结构定义：原状土的无侧限抗压强度与重塑土的无侧限抗压强度的比值。物理意义：反映黏性土结构性的强弱。工程应用：a保护基槽，避免扰动；b利用触变性。黏性土的灵敏度物理意义：含水率不变，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。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。工程应用：在黏性土中打桩时，可利用土的灵敏度，桩侧土的结构受到破坏而强度降低，将桩打入土中；利用土的触变性，在停止打桩以后，土的强度逐渐恢复，桩的承载力增加。黏性土的触变性三、土的物理性质指标

三项基本指标1其他常用指标2

常用指标之间的关系3土的三相组成简图3.1

三项基本指标三项基本指标土的密度土粒比重含水率3.1

三项基本指标为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：土的密度试验土粒比重试验土的含水率试验1）密度天然密度干密度饱和密度水下密度天然密度物理意义：指单位体积的质量，g/cm3。常见值为1.6~2.2g/cm3。定义公式：应用：工程上常用容重（unitweight)，指单位体积土的重量，kN/m3。测定方法：环刀法、灌水法。环刀法测定土的天然密度环刀法测定土的密度试验-视频环刀法测定土的天然密度环刀的容积V；环刀的质量m1；环刀和土的质量m2；干密度物理意义：土在干燥状态下的密度，g/cm3。常见值为1.3～2.0g/cm3。定义公式：应用：工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。测定方法：通过土的密度及含水率计算得来。饱和密度物理意义：土的空隙完全充满水时的密度，g/cm3。常见值为1.8～2.30g/cm3。定义公式：水下（浮）密度物理意义：指单位体积的水下土质量，g/cm3。常见值为0.8～1.30g/cm3。定义公式：2）土粒比重Gs物理意义：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4度时的质量之比，常见指2.65~2.75定义公式：测定方法：比重瓶法、虹吸筒法、经验法2）土粒比重Gs比重瓶法测定土的比重试验-视频

比重瓶法测定土粒比重3）土的含水率w物理意义：土中水的质量与土粒质量之比。定义公式：

测定方法：烘干法、酒精燃烧法烘干法测定土的含水率烘干法测定土的含水率试验-视频烘干法测定土的含水率小铝盒质量m0；小铝盒加湿土质量m1；小铝盒加干土质量m2；酒精燃烧法测定土的含水率小铝盒质量m0；小铝盒加湿土质量m1；小铝盒加干土质量m2；3.2其它常用指标松密程度指标孔隙比孔隙度含水程度指标饱和度密实程度指标孔隙比为标准相对密度为标准标贯数为标准1）反映土的松散程度的指标孔隙比e：孔隙体积与固体体积之比，用小数表示：孔隙率n：孔隙体积与土总体积之比，用百分数表示：饱和度Sr(degreeofsaturation)：土中水的体积与孔隙体积比值：饱和度对砂土和粉土有一定的实际意义。2）反映土中含水程度的指标

3）反映土的密实程度的指标

密实度砂土名称密实的中密的松散的砾砂~中砂细砂粉砂用空隙比e为标准用相对密度为标准emax

=0.35emin=0.20用标贯锤击数为标准

3.3常用指标之间的关系

土的三相指标之间可以进行换算，由于三个基本指标可以实测，因此，一般用它们来换算其他指标。换算的一般思路是：1.求出土的三相组成；2.根据定义公式求其他指标。指标之间的换算思路

指标之间的换算例题1方法一方法二干密度的定义公式令Vs=1，则由孔隙比的定义可得由土粒比重的定义可得把（2）、（3）代入（1）得推导公式指标之间的换算例题2指标之间的换算例题3指标之间的换算例题3四、土的水理性质

土的渗透性1土的毛细性2

黏性土的稠度和塑性34.1土的渗透性渗透的概念达西定律渗透系数土的渗透变形土中的自由液态水在重力作用下沿孔隙发生运动的现象，称为渗透。土能使水透过孔隙的性能，称为土的透水性。1）渗透的概念渗透性取决于土的粒度成分及其孔隙特征：即孔隙的大小、形状、数量及连通情况等。粗碎屑土和砂土都是透水性良好的土，细粒土为透水性不良的土，黏土可视为不透水层，也称为“隔水层”。1）渗透的概念汾河水库2）达西定律达西试验模拟-动画2）达西定律达西试验1856年达西(Darcy，法国)在研究城市供水问题时进行的渗流试验K是渗透系数,m/dA是试样的断面积i是水力坡降=KAiA在纯砾以上的很粗的粗粒土如堆石体中，在水力坡降较大时，达西定律不再适用。对致密的粘性土，存在起始水力坡降i0

2）达西定律达西定律的适用范围2）渗透系数渗透系数K定义：当水力坡降i=1时的渗透速度，(m/d)。渗透系数范围值：如下表。测定方法：现场试验和室内试验两大类。渗透系数测定室内测定室外测定渗透系数影响因素颗粒级配土粒越细或粗大颗粒间含细颗粒越多，土的渗透性越弱；反之，渗透性越强矿物成分原生矿物不同，孔隙形态不同，渗透性有明显差异；黏土矿物不同，形成结合水膜的厚度不同，亲水性越强，渗透性越小。土的密度渗透性随密实程度增加而降低。土的结构土的渗透性具各向异性水的性质水的粘滞度与水温，温度上升，水粘滞性降低，k增大4）土的渗透变形静水中，土骨架会受到浮力作用。水在流动时，水流受到来自土骨架的阻力，同时流动的孔隙水对土骨架产生一个摩擦、拖曳力。渗透力：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向与渗流方向一致。单一土层渗透变形的两种基本型式：管涌和流土流土（沙）：在向上的渗透作用下，表层局部范围内的土体或颗粒群同时发生悬浮、移动的现象。任何类型的土，只要水力坡降达到一定的大小，都可发生流土破坏。流土（沙）管涌：在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。管涌形成的原因-视频管涌路基渗流引发管涌、流土基坑渗流引发基坑坍塌边坡渗流滑坡、泥石流水井渗流引发地面沉降4）土的渗透变形4）土的渗透变形大唐碧口水力发电工程4）土的渗透变形4）土的渗透变形4）土的渗透变形三峡大坝—重力坝4.2

土的毛细性土层中的毛细水带毛细水上升的高度和速度1）土层中的毛细水带2）毛细水上升高度和速度2）毛细水上升高度和速度2）毛细水上升高度和速度4.3

黏性土的稠度和塑性黏性土的三种状态粘性土的稠度反映土中水的形态液限定义：黏性土呈液态与塑态之间的界限含水率。液限和塑限塑限定义：黏性土呈塑态与半固态之间的界限含水率。测定方法：液塑限联合测定或滚搓法，具体内容见《公路土工试验规程》有关内容。液塑限联合仪液塑限联合测定界限含水率液塑限联合测定界限含水率试验-视频定义：黏性土的天然含水率与塑限的差值和液限与塑限差值之比。物理意义：又称相对稠度，反应土的软硬不同。工程应用：划分黏性土的稠度状态。

液性指数定义：黏性土与粉土的液限与塑限的差值，去掉百分数。工程应用：用塑性指数对细颗粒土进行分类和命名。

塑性指数

活性指数定义：黏性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值。物理意义：反映黏性土中所含矿物的活动性。工程应用：值越大，胶粒对土塑性的影响越大。五、土的压实性

击实试验