土的物理性质指标与分类.ppt

1、第1章土壤的物理性质和工程分类，第1章土壤的物理性质指标和工程分类，1-1土壤的形成，它是松散颗粒的堆积和岩石风化(人工破碎)的产物；堆石坝的坝壳材料；相当于物理风化)。土壤是指覆盖地面的未固结或弱胶结颗粒的堆积。根据来源，有机土和无机土的岩石风化可分为物理风化和化学风化。物理风化：岩石受到风、霜、雨、雪的侵蚀，或受到波浪冲击、地震等各种力量的作用，整个岩石因温度变化、冻胀等因素而开裂、解体、断裂的过程。1.1土壤的形成，是岩石在风化、运输、沉积、形成条件、物理和机械性质、风化、影响和化学风化后在不同条件下形成的自然历史的产物：岩体(或岩块和岩屑)与各种气体如氧气和二氧化碳、水和各种水溶液接触

2、，这些岩石或岩屑逐渐被氧化、碳化和水合。特征：物理风化：数量变化过程，导致土壤颗粒变粗；化学风化：质变过程，产生细小的土壤颗粒。对于普通土壤，它通常经历了物理风化和化学风化，但哪一个是主要的。1-1土壤的形成可分为：残积土：风化后残留在原地的堆积物。特点：湿热带，粘土，深厚，柔软多变；寒冷地带，岩石块或沙子，物理风化，稳定。1-1土壤形成，残积土：岩石风化后沉积的沉积物，通过流水、风、冰川和人类活动运离形成地点。它又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土。冲积土壤：被水流冲积而成；颗粒分选，圆形、光滑的风积土：土壤颗粒被风吹走一定距离后沉积的沉积物；无垫层、细砂或淤泥；黄土冰碛土：冰川剥离和搬运形

3、成的沉积物；分层，从巨石到粘土沼泽：沼泽中的沉积物；有机质，高压缩性，低强度，形成1-1土，气相，固相，液相，起决定性作用，重要影响，土体，次要作用，1-2土组成，1-2土组成，土是固体颗粒，水和空气的混合物，这通常称为三相体系。固相：土壤颗粒和晶间水泥；液相：土壤孔隙中的水；气相：孔隙中的空气。当土骨架的孔隙都充满水时，这种土称为饱和土；当土壤骨架的孔隙只含有空气时，它就变成了干燥的土壤；通常，在地下水位以上和地下的土壤孔隙中既有空气又有水。此时，土壤属于三相体系，称为湿土。根据土壤粘度；粘性土；细颗粒；无粘性土壤：颗粒粗糙甚至很大。沙、砾石，甚至堆石(直径数十厘米甚至1米)，1-2种土壤的

4、组成，不同类型的土壤，1。土壤固体土壤的固体物质包括无机矿物颗粒和有机质，它们是构成土壤骨架的最基本的物质，称为土壤颗粒。土壤颗粒应根据其矿物成分、颗粒大小和形状来描述。(1)成土矿物：原生矿物、次生矿物原生矿物是指岩浆冷凝过程中形成的矿物，如应时、长石和云母。次生矿物是由原生矿物风化形成的新矿物，如氧化铝、氧化铁、次生二氧化硅、粘土矿物和碳酸盐。1-2土壤成分，1。土壤的固相(2)土壤颗粒的大小和土壤的分级组：将工程性质相似的土壤颗粒组合成一组；一个颗粒组的土壤颗粒含量定义为土壤颗粒质量与土壤总干质量之比。土壤分级：土壤中不同粒组土壤颗粒的相对含量。我国岩土工程勘察规范GB50021-94中

5、颗粒组的分类标准见表1-1。1-2土壤成分、粒径和粒组按厚度分组，且粒径接近极限粒径，1-2土壤成分。(3)粒度分析试验确定了每一粒组的粒质量占土壤总质量的百分比，确定粒度分布范围的试验称为土壤粒度分析试验。常用方法：筛分法：粒度0.075毫米密度计法：粒度0.075毫米，1-2土壤成分，(3)粒度分析试验1。筛分方法使用一套大至小孔径的筛子，将一定质量的按规定方法获得的干样品放入一个折叠的筛子中，在振动筛上充分振动后，称量留在每个筛子上的土壤颗粒的质量。根据以下公式计算小于某一颗粒尺寸的土壤颗粒百分比x():mi，m为小于某一颗粒尺寸的土壤颗粒质量和样品总质量，1-2土壤成分，105.02.

6、01.00.50.250.1，200g，1016 18 24 22 38 72，小于某一颗粒尺寸的土壤质量百分比p()，颗粒尺寸(.P% 95 87 78 66 55 36，土壤粒度分布累积曲线，水分法，1-2土壤成分，2。密度计法，利用土壤颗粒在水中不同的沉降速率来测定小于一定粒径的土壤颗粒含量。它是通过用密度计测量土壤-水悬浮液的密度来确定的。1-2土壤成分，3。土壤级配曲线，1-2土壤成分，1-1颗粒分析试验曲线。(4)颗粒分析试验曲线的主要用途可以根据颗粒尺寸分布曲线得出：(1)土壤中各颗粒组的土壤颗粒含量用于粗粒土的分类和粗略评价土壤的工程性质；(2)一些特征粒径用于建筑材料的选择和

7、土壤级配的评价。根据某些特征粒径，可以得到两个有用的指标，即不均匀系数Cu和曲率系数cc，定义为：(12)1-2土壤成分，(13)其中d10、d30和d60分别为粒径分布曲线上小于某一粒径的土壤颗粒含量为10、30和60时的相应粒径。D10被称为有效粒径；D60被称为有限粒度。土壤的组成和级配可以由土壤颗粒的均匀性和颗粒大小分布曲线的形状决定，而颗粒大小分布曲线的形状可以用不均匀系数和曲率系数来衡量。铜小，曲线陡；铜较大，易于压实；Cc太大，步长在d10d30之间；Cc太小，步长在d30d60之间；代码：纯砾石和砂，当Cu=5，Cc=13时，级配良好，否则为不良。1-2土壤成分，2。土壤的液相

8、(1)吸水性强，接近固体，冰点低，沸点高，且不能传递压力。弱吸附水，又称膜水，在孔隙水中不能传递压力，不能自由流动，但由于电场的吸引作用，它可以从一个有厚水膜的地方转移到一个有薄水膜的地方。由于它的存在，土壤具有可塑性和粘性，影响土壤的压缩性和强度，降低土壤的透水性。吸水厚度的影响因素：成土矿物；阳离子浓度和化学性质(低阳离子值，稠；高阳离子浓度，薄)。(2)自由水远离土壤颗粒表面，不受土壤颗粒吸引力的影响，自由流动的水称为自由水。(分为毛细水和重力水)，1。毛细水土壤中有许多相互连接的弯曲通道。由于水分子和土壤颗粒之间的粘附以及水-空气界面上的表面张力，它将导致迫使相邻土壤颗粒彼此紧密堆积的

9、压力。这个压力叫做毛细水压。1-2土壤成分；2.重力水在重力或水位差作用下在土壤中流动的自由水称为微重力水。它具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土壤颗粒有浮力作用。当它在土壤孔隙中流动时，它对流经它的土壤施加渗透力(也称为动水压力和渗透力)，在计算中应考虑它的影响。1-2土壤成分3。土壤气相土壤中的气体可分为两种基本类型：一种1-2土壤成分，1。土壤结构(1)单颗粒结构，1-3土壤结构，1。土结构(2)蜂窝结构，1-3土结构，2。土壤结构(3)絮状结构在角部、边缘和表面接触时具有最大的净吸引力，因此絮状结构的特征是土壤颗粒之间的角部、边缘和表面。这种结构的土壤颗粒随机排列，具有大孔隙、低强

10、度和高压缩性，并且对扰动敏感。1-3土壤的结构、1-4土壤的絮状结构和1-4土壤的物理性质指标可分为两类：一类是直接指标，必须通过实验确定，如土壤颗粒的含水量、密度和比重；另一种是根据直接指标转换的，如孔隙度、孔隙度和饱和度，这些指标称为间接指标。土壤三相图；1.通过试验直接确定的物理性能指标；1.土壤密度和重度土壤密度定义为单位体积的土壤质量，单位为毫克/立方米(或克/立方厘米)。表达式如下：(1-4)对于粘性土，土的密度通常用环刀法测量。1-4土壤的物理性质指数，也称为容重，定义为单位体积的土壤重量，单位为千牛顿/立方米。表达式如下：(1-5)式中：w土的重量，单位为kn；重力加速度。1-

11、4土壤物理性质指数，(2)土壤颗粒比重Gs土壤颗粒比重定义为相同体积下土壤颗粒质量(或重量)与纯水质量(或重量)之比4(无量纲)，其表达式为：(1-6)或(1-7):土壤颗粒密度，即土壤颗粒单位体积质量；纯水的密度为4: 00，纯水的重力为1.0g/cm3。1-4土壤物理性质指数。土壤颗粒的比重在数值上等于土壤颗粒的密度。土壤颗粒的比重通常用比重瓶法测定。比重瓶预先装满纯水，并称量加入比重瓶的水的质量。然后，将几克干燥的土壤放入空比重瓶，加入纯水至满，称出比重瓶内土壤和水的质量，根据以下公式计算土壤颗粒的比重：(1-8)其中：m1瓶水的质量；M2土壤水质瓶；ms干土的质量；t c时蒸馏水的比重

12、、1-4土壤物理性质指数、m0 ms m1 m2空瓶质量、干土质量、瓶水质量、瓶水质量、瓶水质量和干土质量；M1 ms-m2是与土壤颗粒体积相同的水的质量。比重瓶法(3)土壤含水量(Ww)土壤含水量(Ww)曾被称为含水量，定义为土壤中水的质量与土壤颗粒质量之比，用百分比表示，其表达式如下：(1-9)测量含水量的常用方法是干燥法，先称取天然土壤的质量，然后放入烘箱中在100105下干燥，干燥土壤的质量可根据上述公式计算。1-4土壤物理性质指标；2.通过间接换算得到的物理性质指标(1)孔隙比E定义：土壤中孔隙体积与土壤颗粒体积之比，以小数表示，其表达式为：(1-10) (2)孔隙比N定义：土壤中孔

13、隙体积与土壤总体积之比，或单位体积孔隙体积，以百分比表示，其表达式为1-4土壤物理性质指标。 (3)土壤饱和度Sr的定义：土壤中孔隙水体积与孔隙体积之比，用百分比表示，其表达式为：(1-12)，1-4土壤物理性质指数，土壤干重：每单位体积土壤颗粒的重量，其表达式为：(1-14)土壤干燥时，体积应减小，因此，土壤的干密度或干重也是评价土壤密实度的一个指标。 干密度或干重越大，土壤越密实，反之越疏松。(4)干密度D和干重D土壤干密度：单位体积土壤颗粒质量，表达式：(1-13)，1-4土壤物理性质指数，(5)饱和密度sat和饱和重量sat饱和密度定义：土壤完全充满水时单位体积的土壤质量。表达式如下：

14、(1-15)，1-4土壤物理性质指数，在饱和状态下，单位体积土壤的重量称为饱和重量，其表达式如下：(1-16)，1-4土壤物理性质指数，(6)漂浮密度和漂浮重量(有效重量)当土壤在水下时，受水的浮力影响，其有效重量减小，因此提出了漂浮重量1-4土壤物理性质指数，与之对应，提出了漂浮密度的概念。土壤的漂浮密度是单位体积的土壤颗粒质量与相同体积的水质量之差，其表达式为：(1-18)或(1-19)。从上述四种土壤的密度或重量的定义可以看出，同一土样的密度或重量有以下数值关系：(1-4)土壤的物理性质指数。它们中的任何三个都是已知的，剩下的六个可以通过转换来计算。(1)孔隙比与孔隙率的关系。如果土壤中

15、土壤颗粒的体积为1，我们可以看到孔隙的体积Vv为e，土壤的体积v为1e，因此有：(1-20)或(1-21)，三相图(a)，1-4个土壤物理性质指标，以及(2)干密度、湿密度和含水量之间的关系。然后，根据公式(14)的定义，我们可以得到：or (1-22)，1-4个土壤物理性质指标，以及(3)孔隙比与比重和干密度之间的关系。如果土壤中土壤颗粒的体积为1，则孔隙体积为。从质谱/质谱获得的土壤颗粒质量质谱为.然后，根据D的定义，我们可以得到：(1-23)，1-4个土壤物理性质指标，(4)饱和度与含水量、比重和孔隙比的关系，如果土壤中土壤颗粒的体积为1，那么我们可以根据e=Vv/Vs得到体积Vv=E；土壤颗粒质量ms=s由ms/vs获得.根据w=mw/ms和水质量mw=ws，水体积vw=mw/w=ws/w.因此，当土壤饱和时，S (1-24)，即Sr为100，那么：(1-25): wsat饱和含水量。(5)漂浮密度与比重和孔隙比的关系，如果土壤中的土壤颗粒体积为1，则e=Vv/V，孔隙体积