土的组成性质和工程分类 土力学北京交通大学PPT教案

1、土的组成性质和工程分类土的组成性质和工程分类 土力学北京交土力学北京交通大学通大学第1页/共76页第2页/共76页（3）生物风化 植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用 动植物或人类活动的影响。第3页/共76页需要注意：a、上述风化作用常常是同时存在的。 b、不同地区，自然条件不同，风化作用有主次。 c、风化作用由地表向下逐渐减弱第4页/共76页第5页/共76页第6页/共76页第7页/共76页第8页/共76页()土 三相体混合物土颗粒(土固体骨架)孔隙水孔隙气第9页/共76页第10页/共76页第11页/共76页图图6 摆筛图摆筛图第12页/共76页第13页/共76页由颗粒级配曲线可知道某一粒径

2、范围的百分含量！问题：如何判断级配的好坏？第14页/共76页6010udCdq该指标考虑了大颗粒和小颗粒含量的差异；该指标考虑了大颗粒和小颗粒含量的差异；qCuCu愈大，颗粒愈不均匀；愈大，颗粒愈不均匀；第15页/共76页2306010cdCddq该指标考虑了中间粒径的影响；该指标考虑了中间粒径的影响；qCcCc大于大于3 3，曲率变化快，土均匀；，曲率变化快，土均匀；qCcCc小于小于1 1，曲率变化平缓，中间颗粒少；，曲率变化平缓，中间颗粒少；第16页/共76页图2-2 土的颗粒级配曲线第17页/共76页图2-2 土的颗粒级配曲线第18页/共76页第19页/共76页 筛孔直径(mm) 10

3、 5 2.0 1.0 0.5 0.25 0.15 0.075 0.075 各层筛子上土粒质量(g) 25 40 45 60 55 95 50 25 105 各层筛子上土粒含量(%) 5 8 9 12 11 19 10 5 21 小于各层筛孔直径的土粒含量(%) 95 87 78 66 55 36 26 21 21 各粒组土粒质量(g) 65 45 115 95 75 105 各粒组的相对含量(%) 13 9 23 19 15 21 粒组名称 中砾 细砾 粗砂 中砂 细砂 细粒组 第20页/共76页图2-3 细颗粒土试验结果第21页/共76页土无机矿物有机矿物-腐殖质,颗粒很小,与水作用大原生矿

4、物次生矿物-物理风化产物,颗粒一般较粗高岭石蒙脱石,化学风化产伊石物利颗粒较细第22页/共76页图2-4 土的矿物成分与粒组的关系第23页/共76页第24页/共76页第25页/共76页图A 砂土结构特点第26页/共76页第27页/共76页a 单粒非絮凝结构结构b 粒组的非絮凝结构d 单粒的角-角凝絮结构e 粒组的角-面絮凝结构f 粒组的角-角絮凝结构c 单粒的角-面絮凝结构g 粒组的角-面絮凝结构与角-角絮凝结构第28页/共76页物理模型 假定模型第29页/共76页总质量：m=ms+mw总体积：V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw 符号： ssoil vvoid aair wwater图2-25

5、土的三相图2.6.1土的三相草图 可用三相草图来描述土的三相组成 定义土的物理性质指标。第30页/共76页土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标；三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密；评价土的工程性质的最基本的物理性质指标；工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。 第31页/共76页第32页/共76页3/(/)MW gkg mVV密度：测定方法:环刀法3(/)WkN mV重力密度(重度):g显然:3一般土的重度为16-22kN/m第33页/共76页100%WWSSWMwWM测定方法:烘干法第34页/共76页第35页/共76页SssswwmGV土粒比重的变化范围见表2-7:测

6、定方法 比重瓶煮沸法第36页/共76页结论：土粒比重变化不大！第37页/共76页vsVeV100%vVnV于是可得两者关系：于是可得两者关系：孔隙率孔隙率 11vvvvsvVVVnVeVVVVnV第38页/共76页wrvVSV饱和度饱和度一般一般 0 0S Sr r1 1饱和土：饱和土：S Sr r=1 1干土：干土：S Sr r=0 0 第39页/共76页SvwsatWVVsatwsdWVg土的有效重度（浮重度）土的有效重度（浮重度） 土的干重度土的干重度第40页/共76页2.6.5 几种常用指标之间关系式的推导土的三相比例指标之间可以互相换算：方法1： 由三相图及其定义计算，见教材48页例

7、2-3。 假定V=1, 或者假定Vs=1 方法2： 由三相图导出的计算公式（见表2-8 ）。 第41页/共76页2.7.1 粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）q用孔隙比用孔隙比e e可评价砂土的密实度；可评价砂土的密实度；q优缺点：优缺点：优点：应用方便、简单优点：应用方便、简单缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响q所以：所以：应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；建立相对密度的概念。建立相对密度的概念。第42页/共76页最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin 用“振击法”测定。最大

8、孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax 用“松散器法”测定。相对密度： maxmaxminreeDee最大孔隙比、最小孔隙比的概念：最大孔隙比、最小孔隙比的概念：第43页/共76页土类最大孔隙比emax最小孔隙比emin实际孔隙比e土样5土样5问题：问题： 哪个土样密实哪个土样密实？第44页/共76页0.671rD密实0.330.67rD中密00.33rD松散1 1 用用DrDr表示砂土密实度表示砂土密实度第45页/共76页第46页/共76页63.5N显然，土层的密实程度与密切相关。显然：第47页/共76页63.510N松散63.51015N稍密

9、63.51530N中密63.530N密实判断标准：第48页/共76页塑性塑性：可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。PlasticityPlasticity。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。 第49页/共76页图图2-29 含水量与体积的关系含水量与体积的关系 第50页/共76页第51页/共76页问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？注意：塑限和液限是土力学中常用的。第52页/共76页碟式液限仪碟式液限仪 平衡

10、锥式液限仪平衡锥式液限仪 第53页/共76页1 7 mm第54页/共76页1 7 mm第55页/共76页第56页/共76页第57页/共76页塑限的测定： 搓条法测定。3mm土条。缩限的测定： 收缩皿法测定。第58页/共76页讨论：液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；试验的具体程序和步骤详见土工试验方法标准；界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定结构性；所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。第59页/共76页PLPIWW 常省略常省略 %； 变化范围很大（如大于变化范围很大（如大于200）；）； 是粘性土区别于砂土的重要特征；是粘性土区别于砂土的重要特征；反映了土与水之间物理化

11、学作用的强弱。反映了土与水之间物理化学作用的强弱。第60页/共76页P土颗粒愈细，比表面积增加,I 增加P,粘粒含量愈多，亲水性矿物含量增加 I 增大为什么对于砂土颗粒，即使磨成极细颗粒也不具有塑性？思考：第61页/共76页仅仅知道土样含水量，能否判断土的物理状态？（液态、固态还是半固态？）结论：不能。第62页/共76页举例说明：土类液限wL塑限wL含水量土样132%12%20%土样242%24%20%问题：问题： 判断土样物理状态判断土样物理状态？“必须建立含水量与界限含水量的关系必须建立含水量与界限含水量的关系”第63页/共76页PLLPWWIWW液性指数 IL0 0 IL0.25 0.2

12、5 IL0.75 0.751 状态 坚硬 硬 塑 可 塑 软 塑 流 塑 天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（Liquidity index）。第64页/共76页关于IL结论：结论：第65页/共76页求证（1）1dw求证（2）srG wSe例题：(1)1(1)(1)(1)swssdWWWwWWwVwVwVwV证明：第66页/共76页查表2-11可知该土的状态为硬塑状态。19.3-16.711.6IL= = =0.224PPwwI解：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6第67页/共76页 分类存在不同体系，主要有： (1) 建设部土的分类标准(GBJl4590)； (2) 建设部

13、建筑地基基础设计规范(GB500072002)； (3) 水利部土工试验规程(SL2371999)中的12884分类法； (4) 交通部公路土工试验规程(JTJ05193)。第68页/共76页l对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；l对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；l给出岩石的分类标准；l将天然土分为6大类：岩石、碎石土、砂类土、粉土、粘性土和人工填土。第69页/共76页l岩石：表2-12和表2-13l碎石类土：表2-14l砂类土:表2-15l粉土：表2-16l粘性土：表2-17l人工填土:表2-18 第70页/共76页问题：问题：土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）回答：回答：粉粒组粉粒组:0.075mm=d0.005mm :0.075mm=d0.005mm 粉土：大于粉土：大于0.075mm0.075mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50%50%，且塑性指数，且塑性指数I IP P1010的土。的土。 0.0750.005d第71页/共76页l考虑了土的有机质含量、颗粒组成特征以及土的塑性指标。 （总的分类体系如图2-30）；l先判断该土属于有机土还是无机土