ch土的物理性质与工程分类实用实用教案

1、11.1 土的生成(shn chn)地壳表岩地球风化作用搬运、沉积土地球土是岩石土是岩石(ynsh)经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物形成(xngchng)过程形成(xngchng)条件物理力学性质影响第1页/共41页第一页，共42页。2生物(shngw)风化物理(wl)风化化学(huxu)风化量变无粘性土原生矿物质变粘性土次生矿物动植物的活动有 机 质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝, ,或在运动过或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。程中因碰撞和摩擦而破碎。母岩表面和碎

2、散的颗粒受环境因素的作用而母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。风化作用种类第2页/共41页第二页，共42页。3物理(wl)风化第3页/共41页第三页，共42页。4化学(huxu)风化第4页/共41页第四页，共42页。5搬运(bnyn)和沉积 搬运：由风力、水流(shuli)、重力等完成。 沉积：残积、坡积、冲积等。残积土残积土无搬运无搬运(bnyn)土土质质较较好好颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙多棱角多棱角粗细不均粗细不均无层理无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒

3、后，未经搬运残留在原地的堆积物原地的堆积物第5页/共41页第五页，共42页。6搬运(bnyn)和沉积运积土运积土有搬运有搬运(bnyn)风化所形成的土颗粒风化所形成的土颗粒(kl)，受自然力的作用搬运到远近不同的地，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物点所沉积的堆积物第6页/共41页第六页，共42页。7运积土运积土有搬运有搬运(bnyn)风：风：风积土风积土重力重力(zhngl): (zhngl): 坡积土坡积土 流水流水(lish(lishu):u):洪积土洪积土冲积土冲积土湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物冰川冰川: : 冰积土冰积土土粒粗细不同，性质不均匀土粒粗

4、细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理搬运和沉积第7页/共41页第七页，共42页。81.2 土的概念(ginin)与基本特征 土是岩石经风化、搬运、沉积所形成(xngchng)的产物. 本学科强调土的工程性质 （土的物理力学性质）土的基本特征 土是自然历史的产物土是相系组合体 土是分散体系 土是多矿物组合体 第8页/共41页第八页，共42

5、页。91.3 土的组成(z chn)土是由固相，液相，气相组成的三相分散系。固相包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙(kngx)为液相和气相填满，这些空隙(kngx)是相互连通的形成多孔介质。液相主要是水(溶解有少量的可溶盐类)。气相主要是空气，水蒸气，有时还有沼气等。第9页/共41页第九页，共42页。101.3.1 土的固相构成土骨架(gji)，起决定作用矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 粒径级配粒径级配固相第10页/共41页第十页，共42页。111、土粒的矿物(kungw)组成 土是岩石(ynsh)风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其后的风化作用。矿物(kun

6、gw)成分原生矿物有机质次生矿物第11页/共41页第十一页，共42页。12由岩石经物理风化生成的颗粒通常是由一种或几种原生矿物所组成。成分与母岩的相同，常见的有石英，长石和云母(ynm)。颗粒一般较粗，多呈浑圆形，块状或板状。吸附水的能力弱，性质比较稳定，无塑性。原生矿物(yunshng-kungw)第12页/共41页第十二页，共42页。13次生矿物(c shn kun w) 由原生矿物经化学(huxu)风化生成的新矿物，它的成分成分与母岩的完全不同。 次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石，伊利石和蒙脱石。 颗粒极细，且多呈片状。 性质活泼，有较强的吸附水能力（尤其是由蒙脱石组成的颗粒），具塑性。

7、第13页/共41页第十三页，共42页。14有机质第14页/共41页第十四页，共42页。152、土的颗粒(kl)级配 土是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。 土的颗粒级配土中各粒组的相对百分含量。 通常用各粒组占土粒总质量(zhling)（干土质量(zhling)）的百分数表示。 粒组人为的把大小相近的土粒合并为组。第15页/共41页第十五页，共42页。16颗粒(kl)级配的测定第16页/共41页第十六页，共42页。17颗粒(kl)级配的测定o 比重计法o 适用于粉土和粘性土o d 3 或 Cc 105 C）下，才能从矿物中吸出。）下，才能从矿物中吸出

8、。自由水自由水强结合水：紧靠土颗粒表面强结合水：紧靠土颗粒表面弱结合水：紧靠强结合水外围弱结合水：紧靠强结合水外围重力水：能形成水压力并能在土中流动的水，位重力水：能形成水压力并能在土中流动的水，位 于地下水位以下于地下水位以下毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自 由水，存在于地下水位以上的透水层中。由水，存在于地下水位以上的透水层中。气态水：土中气的一部分气态水：土中气的一部分由于电分子引力作由于电分子引力作用而紧密吸附于土用而紧密吸附于土粒表面的水粒表面的水第25页/共41页第二十五页，共42页。26 排列致密、定向性强排列致密、定向性强

9、 密度密度1.2-2.4g/cm31.2-2.4g/cm3 冰点冰点(bngdin)(bngdin)处于处于-78-78摄氏度摄氏度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发 结合水第26页/共41页第二十六页，共42页。27 对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土矿物组成时，由于它们多呈片状，比表面很大，结合(jih)水往往占有很大的孔隙体积，故细粒土的性质将受结合(jih)水的重大影响。 对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量级，比表面较小，因此，在孔隙水的体积中结合(jih)水的体积可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状

10、、级配和排列。结合水对土的工程(gngchng)性质的影响第27页/共41页第二十七页，共42页。28自由(zyu)水 自由水：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力(ynl)作用，且可自由移动的水。hc毛细水毛细水重力重力(zhngl)水水自由水自由水重力水重力水毛细水毛细水在重力作用下可在土中自由流动在重力作用下可在土中自由流动 存在于固气之间存在于固气之间 在重力与表面张力作用下在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动可在土粒间空隙中自由移动第28页/共41页第二十八页，共42页。291.3.3 土的气相分类: 1. 吸附于土颗粒表面的气体 2. 溶解于水中的气体 3. 四周为

11、颗粒和水所封闭的气体以及自由气体特点: 通常认为自由气体与大气连通，对土的性质无大影 响。密闭气体的体积与压力有关，压力增加(zngji)，则体 积缩小，压力减小，则体积胀大。因此，密闭气体 的存在增加(zngji)了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流 通道，减小土的渗透性。第29页/共41页第二十九页，共42页。301.3.4 土的结构(jigu)和构造1、土的结构土颗粒之间的相互(xingh)排列和连续形式，称为土的结构。 粗粒土：单粒结构单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与

12、点的接触。根据形点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态成条件不同，可分为疏松状态(zhungti)(zhungti)和密实状态和密实状态(zhungti)(zhungti)。 第30页/共41页第三十页，共42页。31土的结构(jigu)粉粉 土：蜂窝土：蜂窝(fngw)结构结构蜂窝结构：颗粒蜂窝结构：颗粒(kl)(kl)间点与点接间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位触后，不再继续下沉，形成链环单位, ,很多链环联结起来，形成孔隙较大的很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构。蜂窝状结构。 絮状结构：

13、海水絮状结构：海水絮状结构：絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。粘质量极轻，在水中处于悬浮状态。粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的成孔隙较大的絮状结构。絮状结构。 第31页/共41页第三十一页，共42页。322、土的构造(guzo) 同一土层中，土颗粒或颗粒集合体相互间的分布(fnb)特征，称为土的构造。土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地区的层理通常为水平层理。层状构造是细粒土的一个重要特征。 土的构造层状构造 裂隙构造 土体中有很多不连续的小裂隙，降低土体的强度和稳定性，增大透水性。

14、 分散构造 土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造。 第32页/共41页第三十二页，共42页。33水平层理水平层理 交错层理交错层理第33页/共41页第三十三页，共42页。34分散构造：土层中各部分的土粒无明显(mngxin)(mngxin)差别，分布均匀，各部分性质亦接近。如砂、砾石、卵石等沉积厚度较大时，无明显(mngxin)(mngxin)层次，都属于分散构造。 具有分散构造的土可作为各向同性体看待。第34页/共41页第三十四页，共42页。35 裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割，在裂隙中常充填(chn tin)有各种盐类的沉淀物。 裂隙破坏土的整体性，增大透水性，对

15、工程不利。第35页/共41页第三十五页，共42页。36土的工程(gngchng)特性 压缩性高。钢材E=2.1105MPa；C20混凝土的弹性模量约为2.6104MPa；饱和细砂E=816MPa。饱和细砂的压缩性是混凝土压缩性的数千倍，证明土的压缩性极高。软塑或流塑状态的粘性土往往比饱和细砂的压缩性还要高很多。 强度低。土的强度是指其抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦；粘性土的强度除摩擦力外，还有粘聚力。无论摩擦力还是粘聚力，均远远小于其他建筑材料（如钢材、混凝土等）本身的强度。 透水性大。由于(yuy)土体中固体矿物颗粒之间具有很多透水

16、的孔隙，因此土的透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗颗粒的卵石或砂土，其透水性更大。 土的工程特性与土木工程设计和施工密切相关，需引起高度重视。第36页/共41页第三十六页，共42页。371 1）风化）风化 2 2）搬运）搬运(bnyn)(bnyn)与沉积与沉积1. 1. 土的生成土的生成(shn(shn chn chn) )2.2.土的结构(jigu)(jigu)：单粒结构(jigu)(jigu)；蜂窝结构(jigu)(jigu)；絮状结构(jigu)(jigu)。3.土的构造：土的构造：层状构造； 分散构造；裂隙构造。4.4.土的工程特性: : 1）压缩性高；2）强度低；3）透水性大5.5.

17、土的三相组成: :气相+液相+固相本次课小结:第37页/共41页第三十七页，共42页。38Cu = d60 / d10 不均匀(jnyn)系数：Cu 5,级配不均匀(jnyn)Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数（连续曲率系数（连续(linx)(linx)程度）程度）: :特征粒径: d30 : 中值中值粒径粒径d60 : 控制控制粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径6.6.粒径级配 筛分法：适用于粗粒土 (0.075 mm) 比重计法：适用于细粒土 (0.075 mm)本次课小结:第38页/共41页第三十八页，共42页。397. 土中水土中水结合水结合水 (强结合水、强结合

18、水、弱结合水弱结合水) 自由自由(zyu)水水 (重力重力水、毛细水水、毛细水) 8. 土中气体土中气体(qt)9. 粘土(zhn t)颗粒与水的相互作用本次课小结:第39页/共41页第三十九页，共42页。40105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量小于某粒径之土质量(zhling)百分数百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536土的粒径级配累积土的粒径级配累积(lij)曲线曲线水分水分(shufn)法法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.5102. 土粒粒组及级配一一. . 土中的固体颗粒土中的固体颗粒第40页/共41页第四十页，共42页