01土的物理性质及工程分类ppt课件

1、土 力 学Soil Mechanics.第2章 土的物理性质及工程分类1.土的组成与土的构造构造2.土的物理性质目的3.土的物理形状目的4.土(岩)的工程分类5.土的压实性.土的物理性质概述岩石岩石破碎 化学成分改动大小、外形和成分都不一样的松散颗粒集合体土 土固相液相气相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质。 风化物理、化学作用搬运堆积.2.1 土的组成及其构造与构造一、土的固相 土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的物理力学性质有明显影响。 1.土的颗粒级配 工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为假设干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以

2、土中各个粒组的相对含量即各粒组占土粒总量的百分数来表示，称为土的颗粒级配。 实验方法筛分法：适用于 0.075mmd60mm比重计法：适用于d0.075mm.1.1 土的组成及其构造与构造筛分法用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数。 比重计法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。.1.1 土的组成及其构造与构造颗粒粒径级配曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标.1.1 土的组成及其构造与构造颗粒级配的描画 工程上常用不均匀系数Cu描画

3、颗粒级配的不均匀程度。 Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu5的土视为级配不良的土； Cu10的土视为级配良好的土。 曲率系数Cc描画颗粒级配曲线整体形状，阐明某粒组能否缺失情况。 对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和Cc=13时，定名为良好级配砂或良好级配砾。 d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、 30% 和 60%时所对应的粒径.1.1 土的组成及其构造与构造2、土粒的矿物成分矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用。原生矿物：由岩石经过物理风化构成，其矿物成分与母岩相 同。次生矿物：岩石经化学风化后所构成的新的矿物，其成分与母岩不一样。 例：石英、云母、长石等特征：矿物

4、成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、紧缩性较低的特点。 例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点。 .1.1 土的组成及其构造与构造二、土中的水 土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水的方式吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自在水。1.结合水强结合水：紧靠于颗粒外表、所受电场的作用力很大、几乎完全固定陈列、丧失液体的特性而接近于固体。 弱结合水：紧靠强结合水的外围构成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒间隔增大而减弱 2.自在水存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传送水

5、压力，冰点为0，有溶解才干 以两种方式存在：毛细水、重力水.1.1 土的组成及其构造与构造三、土中气体 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封锁气体和与大气不连通的封锁气体。1.非封锁气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大。 2.封锁气体：受外荷作用，不能逸出，被紧缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的浸透性减小，弹性增大和延伸土体受力后变形到达稳定的历时。 .1.1 土的组成及其构造与构造四、土的构造 在成土过程中所构成的土粒的空间陈列及其结合方式，与组成土的颗粒大小、颗粒外形、矿物成分和堆积条件有关 1.单粒构造粗矿物颗粒在水

6、或空气中在自重作用下沉落构成的单粒构造，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据构成条件不同，可分为疏松形状和密实形状。密实形状疏松形状.1.1 土的组成及其构造与构造2.蜂窝构造颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，构成链环单位，很多链环结合起来，构成孔隙较大的蜂窝状构造。 蜂窝构造絮状构造3.絮状构造细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮形状。当悬液介质发生变化时，土粒外表的弱结合水厚度减薄，粘粒相互接近，凝聚成絮状物下沉，构成孔隙较大的絮状构造。.1.1 土的组成及其构造与构造四、土的构造 土的构造是指土体中各构造单元之间的关系。主要特征是土的成层性和

7、裂隙性,即层理构造和裂隙构造，二者都呵斥了土的不均匀性。1.层理构造土粒在堆积过程中,由于不同阶段堆积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成层特征。2.裂隙构造土体被许多不延续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 。.1.2 土的物理性质目的一、土的三相图 气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V1.土的密度：单位体积土的质量 工程中常用重度 来表示单位体积土的重力 重力加速度，近似取10m/s2 2.土粒相对密度Gs土粒比重：土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比 土粒相对密度变化范围不大：细粒土粘性土普通2.702.75；砂土普通为2.65左右。土中有机质含量添加，

8、土粒相对密度减小。Vv二、直接测定目的.1.2 土的物理性质目的气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv3.土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理目的。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精熄灭法。 .1.2 土的物理性质目的气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv四、目的间的换算土的三相目的中，土粒比重Gs ，含水量和密度是经过实验测定的，可以根据三个根本目的换算出其他各目的：换算关系式：推导：.1.3 土的物理形状目的一、无粘性土的密实度土的

9、密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少，天然形状下的砂、碎石等处于从严密到松散的不同物理形状。无粘性土的密实度与其工程性质有着亲密关系。1.孔隙比e 孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限制时，处于密实形状。孔隙比愈大，土愈松散 2.相对密实度Dr砂土在天然形状下孔隙比砂土在最密实形状时的孔隙比砂土在最松散形状时的孔隙比.1.3 土的物理形状目的当Dr=0时，e=emin，表示土处于最疏松形状;当Dr=1.0时， e=emax，表示土体处于最密实形状Dr1/3疏松形状1/3Dr2/3中密形状2/3Dr1密实形状 天然砂土的密实度，可按原位规范贯入实

10、验的锤击数N进展评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N63.5进展评定(GB50007-2002) 密实度按N评定砂石密实度 按N63.5评定碎石土密实度 松散稍密中密密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.5203.按动力触探确定无粘性土的密实度.1.3 土的物理形状目的二、粘性土的稠度 1.粘性土的稠度形状 稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗才干,是粘性土最主要的物理形状特征。 0固态或半固态可塑形状流动形状塑限P液限L 粘性土由某一种形状过渡到另一形状的界限含水量称为土的稠度界限。 液塑限测定根

11、据(SL237-007-1999)规定，采用液塑限结合测定仪进展测定。.1.3 土的物理形状目的液塑限结合测定仪 下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限 。 .1.3 土的物理形状目的2. 粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑形状的含水量变化范围阐明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的才干,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高 阐明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当IL0时,P,土处于巩固形状;当IL1时,L,土处于流动形状。根据IL值可以直接断定土的软硬形状 液性指数

12、IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 形状液性指数巩固硬塑可塑软塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1.1.4 土岩的工程分类一、分类的目的和原那么 土的分类体系就是根据土的工程性质差别将土划分成一定的类别，目的在于经过通用的鉴别规范，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与阅历的交流。分类原那么： 1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，运用方便。 2.土的分类体系所采用的目的要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性。.1.4 土岩的工程分类二、分类体系与方法 分类体系：1.建筑工程系统分类体系2.工程资料系统

13、分类体系偏重把土作为建筑地基和环境，研讨对象为原状土，例如：(GB50007-2002)地基土分类方法偏重把土作为建筑资料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研讨对象为扰动土，例如：(GBJ145-90)工程用土的分类和(JTJ051-93)土的工程分类.1.4 土岩的工程分类分类方法：1.(GB500072002) 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土岩分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类。a.岩石的分类 颗粒间结实粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，巩固程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类 巩固程度类别饱和单轴抗压强度frk(Mpa)巩固岩较硬岩较软岩软岩极软岩3

14、0frk60frk6015frk305frk15frk5b.碎石土的分类 粒径大于2mm的颗粒含量超越全重50%的土称为碎石土。.1.4 土岩的工程分类c.砂土的分类 粒径大于2mm的颗粒含量不超越全重50%的土，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超越全重50%的土称为砂土 土的称号漂石块石卵石碎石圆砾角砾颗粒外形圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主颗粒级配粒径大于200mm的颗粒含量超越全重50粒径大于20mm的颗粒含量超越全重50粒径大于2mm的颗粒含量超越全重50注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定碎石土的分类.1.4 土岩的工程分类

15、d.粉土的分类 粒径大于0.075mm的颗粒含量超越全重50%，塑性指数IP10的土称为粉土。土的称号砾砂粗砂中砂细砂粉砂颗粒级配粒径大于2mm的颗粒含量占全重2550注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于0.5mm的颗粒含量超越全重50粒径大于0.25mm的颗粒含量超越全重50粒径大于0.075mm的颗粒含量超越全重85粒径大于0.075mm的颗粒含量超越全重50砂土的分类e.粘性土的分类 粒径大于0.075mm的颗粒含量不超越全重50%，塑性指数IP10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分。土的称号粘土粉质粘土塑性指数注：塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10

16、mm测定的液限计算而得 IP1710IP17.1.4 土岩的工程分类f.人工填土的分类 由于人类活动而构成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱，均匀性较差，根据其物质组成和成因,可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土 2.(GBJ14590) 根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类a.巨粒土和含巨粒土的分类 巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。假设土中巨粒含量多于50%，属于巨粒土；假设土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土b.粗粒土的分类 巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，假设土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，属于粗粒土。

17、粗粒土分为砾类土和砂类土两类.1.4 土岩的工程分类c.细粒土的分类 土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。细粒土按塑性图进展细分图中液限为17mm液限.1.5 土的压实性一、土的击实实验 在实验室内经过击实实验研讨土的压实性。击实实验有轻型和重型两种。1.轻型击实实验 适用于粒径小于5mm的土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm。 2.重型击实实验击实筒护筒击锤导筒 适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为2104cm3，击锤质量为4

18、.5kg，击锤落高为45.7cm 。分五层击实，每层56击。根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度。.1.5 土的压实性二、填土的击实特性影响土压实性的要素很多，主要有含水量、击实功能、土的种类和级配等 。 当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的添加而增大。而当干密度增大到某一值后，含水量的继续添加反招致干密度的减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，与它对应的含水量称为最优含水量。1.含水量的影响阐明：当击数一定时，只需在某一含水量下才获得最正确的击实效果。 dmaxd0op.1.5 土的压实性 1土料的最大干密度和最优含水量不是常数。最大干密度随击数的添加而逐渐增大，最优含水量逐渐减小。然而，这种变化速率是递减的。同时，光凭添加击实功能来提高土的最