第1章土的物理性质及工程分类ppt课件

1、土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类第一章第一章主主 要要 内内 容容 土的组成土的组成 土的物理性质指标土的物理性质指标 土的物理状态指标土的物理状态指标 土的工程分类土的工程分类本章目的本章目的: : 对土的特点进行详细解释和定量描述对土的特点进行详细解释和定量描述 本章特点本章特点: : 看起来零散，实践内容较多看起来零散，实践内容较多重点内容重点内容: : 土的物理性质及物理状态指标土的物理性质及物理状态指标土土岩石岩石风化、搬运、堆积风化、搬运、堆积地质成岩作用地质成岩作用土的组成、构造土的组成、构造和物理力学性质和物理力学性质过程、条件过程、条件土的生成土的生成土的三相组成

2、土的三相组成气相气相固相固相液相液相+ + +构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体土体次要作用次要作用土的形成土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的工程分类土的工程分类土的压实性土的压实性 决议决议影影响响如何获得较好的土如何获得较好的土便于研究和应用便于研究和应用一一.土的固体颗粒土的固体颗粒二二.土中水土中水三三.土中气体土中气体四四.土的结构土的结构五五.土的构造土的构造第一节 土的组成土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土

3、体骨架 起决定作用起决定作用土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响土体的三相构成土体的三相构成饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在第一节 土的组成 固体颗粒物理状态力学特性粒径级粒径级配配矿物成矿物成分分颗粒形颗粒形状状 一一.土的固体颗粒固相）土的固体颗粒固相）1. 粒径级配颗粒大小各粒径成分在土中占的比例粒径级配影响土性影响土性的主因的主因粒度：土粒的大小粒度：土粒的大小粒组：粒度相近，性质相同的一组土粒粒组：粒度相近，性质相同的一组土粒界限粒径：划分粒组

4、的分界尺寸界限粒径：划分粒组的分界尺寸颗粒大小颗粒大小粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒圆砾圆砾角砾角砾碎石碎石卵石卵石块石块石漂石漂石0.0050.075260200粒组的划分粒组的划分粒径级配确定方法确定方法 筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 (0.1 mm) (0.1 mm) 水分法：适用于细粒土水分法：适用于细粒土 (0.1 mm)(0.075mm的土）的土）密度计法密度计法d10,级配良好粗细程度：粗细程度： 用用d50 表示表示 胶体胶体可溶盐可溶盐粘土矿物粘土矿物固体成分固体成分矿物质矿物质有机质有机质原生矿物原生矿物 - 石英、长石、云母等石英、长石、云母等次生矿物次生矿物具有和

5、原生矿物很不相同的特性具有和原生矿物很不相同的特性对粘土性质的影响很大对粘土性质的影响很大2. 矿物成分 结晶水结晶水 矿物内部的水矿物内部的水 结合水结合水 吸附在土颗粒表面的水吸附在土颗粒表面的水 自由水自由水 电场引力作用范围之外的水电场引力作用范围之外的水 土中冰土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷由自由水冻成，冻胀融陷二二. 土中水液相）土中水液相）- 强结合水：强结合水： 排列致密，密度排列致密，密度1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度略高于温度略高于100C时可蒸发时可蒸发- 弱结合水：弱结合水： 受电场引力

6、作用，为粘滞水膜受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水土中水土中水 结合结合水水n 结合水：受颗粒表面电场结合水：受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，四周，不传递静水压力，不能任意流动的水不能任意流动的水- 毛细水：由于土体孔隙的毛细毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛细

7、水承受表面张力和重力的毛细水承受表面张力和重力的作用作用- 重力水：自由水面以下的孔隙重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流动中自由流动土中水土中水 自由自由水水n 自由水：不受颗粒电场引自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水F自由气体：与大气连通连通的气体自由气体：与大气连通连通的气体对土的性质影响不大对土的性质影响不大F封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性三三.

8、 土中气体气相）土中气体气相） 土有三个组成部分：固相、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相 小小 结结1. 固体颗粒固体颗粒2. 土中水土中水3. 土中气土中气体体 粒径粒径级配级配 矿物矿物成分成分结合水结合水 (强结合水、强结合水、弱结合水弱结合水) 自由水自由水 (重力水、毛重力水、毛细水细水) 自由自由气体气体封闭封闭气体气体土颗粒之间的相互排列和联结形式土颗粒之间的相互排列和联结形式 单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构 絮状结构絮状结构无粘性土结构无粘性土结构 粘性土结构粘性土结构四四. 土的结构土的结构同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征同一土层中，土颗粒之间相互关系的特

9、征土土的的构构造造层状构造层状构造分散构造分散构造结核状构造结核状构造裂隙状构造裂隙状构造土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地土层由不同颜色，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。个重要特征。土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造。分散构造。在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细质粘土，含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细粒土部分。粒土部分。土体中

10、有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状土体中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。裂隙强度低，渗透性高，工态的粘土为此种构造。裂隙强度低，渗透性高，工程性质差。程性质差。五五. 土的构造土的构造（1压缩性高压缩性高（2强度低强度低（3透水性大透水性大常用材料弹性模量常用材料弹性模量钢筋：钢筋：E1=2.1*106MPaC20砼：砼：E2=0.26*106MPa卵石：卵石：E3=(4050)MPa饱和细砂：饱和细砂： E3=(816)MPa(特指抗剪强度，非抗拉或抗压强度特指抗剪强度，非抗拉或抗压强度)六六. 土的工程特性土的工程特性土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬程

11、度土的物理性质指标(松密程度、干湿程度、轻重程度)力学力学特性特性影响影响表表示示某粉土孔隙比某粉土孔隙比0.8含水率含水率10%时承载力特征值为时承载力特征值为200KPa，当孔隙比为，当孔隙比为1.6含含水率为水率为70%时承载力不足时承载力不足50KPa第二节第二节 土的物理性质指标土的物理性质指标三相指标物理性质指标）三相指标物理性质指标）土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系松密松密程度程度干湿干湿程度程度轻重轻重程度程度特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多(9个个)要点：称号、概念或定义、符号、表达式、要点：称号、概念或定义

12、、符号、表达式、定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法1. 三相草图三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积2.三个基本指标三个基本指标WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的密度、土粒的比重、土的含水土的密度、土粒的比重、土的含水量量土的密度土的密度awswsVVVmmVm 土的重度土的重度=g工程上更常用工程上更常用, 用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3定义定义: 单位体积土的质

13、单位体积土的质量量有时也称土的天然密有时也称土的天然密度度表达式表达式:相关指标相关指标:环刀法环刀法WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s: 土粒的密度，单位体积土粒的质土粒的密度，单位体积土粒的质量量sssVm 单位单位: 无量无量纲纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围: 2.652.75w4C时纯蒸馏水的密时纯蒸馏水的密度度w=1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义: 土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值表达式表达式:也称土粒相对密度也称土粒相对密

14、度wswsssvmdWaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水量土的含水量ssswmmmmm(%)w 定义定义: 土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示用百分数表示留意留意: 其实是含水比其实是含水比, 可达到或超过可达到或超过100表达式表达式:v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)svVVe . 其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标VV(%)nv 关系关系: :e1en n1ne 砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可达有的可达60-70

15、%定义定义: 土中孔隙体积与固体颗土中孔隙体积与固体颗粒体积之比粒体积之比, 无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSolidVaVwVsVvV体积体积定义定义: 土中孔隙体积与总体土中孔隙体积与总体积之比积之比, 用百分数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid体积体积v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标swmm(%)w 含水量含水量饱和度饱和度vwrVVS WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满

16、水的程度饱和度表示孔隙中充满水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=1 : 饱和土饱和土v表示土的密度和重度的指标表示土的密度和重度的指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度awswsVVVmmVm 天然重度天然重度干重度干重度Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮重度浮重度wsat 浮密度浮密度有效重度有效重度饱和重度饱和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 定义定义: 土被完全烘干时的密度土被完全烘干时的密度, 等于等于 单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的

17、质量表达式表达式:各种密度重度之间的大小关系：各种密度重度之间的大小关系：dsat dsat天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度Vm 天然重度天然重度干重度干重度Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 有效重度有效重度wsat 饱和重度饱和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积常用的物理性质指标间的换算关系常用的物理性质指标间的换算关系要点要点从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导三相草图三相草图WaterAirSolidVaVwVsV

18、vVma=0mwmsm质量质量体积体积sawvawVVVVVVVswaawwwmmmmm0mV 已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法物性指标是比例关系物性指标是比例关系: :可假设任一参数为可假设任一参数为1 1对于饱和土对于饱和土, Va=0剩下两个独立变量剩下两个独立变量实验室测实验室测定定其它指其它指标标土的物理状土的物理状态态粘性土的软粘性土的软硬程度粗粒硬程度粗粒土的松密程土的松密程度度土的物理性质指土的物理性质指标标(三相间的比例关三相间的比例关系系)力学

19、力学特性特性影影响响表表示示第三节第三节 土的物理状态指标土的物理状态指标（1孔隙比孔隙比e优点：简单方便优点：简单方便缺陷：无法反映土的级配因素缺陷：无法反映土的级配因素一一. 砂土的物理状态指标砂土的物理状态指标密实度密实度e增大最紧密最紧密最松散最松散minemaxeemaxdmindd天然天然（2相对密度Dr（2 2相对密度相对密度DrDr 定义：定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。完善。缺陷：天然孔隙比难以获取，且缺陷：天然孔隙比难以获取，且emax,eminemax,emin 的测定受人为的影响较大。的测定受人为的影响较大。minmax

20、maxreeeeD0.330.671松散松散中密中密密实密实（3标准贯入试验击数N为标准中密中密密实密实301510松散松散稍密稍密 粘性土的物理状态也称稠度粘性土的物理状态也称稠度稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关粘性粘性土土含水含水量量较较硬硬变变软软流流动动二二. 粘性土的物理状态指标粘性土的物理状态指标塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或半固态固态或半固态塑态塑态 流态流态 强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形

21、态w土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水plpIww吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小塑性指数塑性指数常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据不同的粘土矿物结合水的能力不不同的粘土矿物结合水的能力不同同pLlpwwIww 液性指数液性指数IL1坚硬状坚硬状态态可塑状可塑状态态流流 态态0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬硬塑塑可可塑塑软软塑塑用于判别粘性土所处的物理状态用于判别粘性土所处的物理状态wpwwl粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标: 相对密度相对密度Dr 小结小结粘性土的稠