工程地质与地基基础土的性质及工程分类

2、土的物理性质及工程分类

2.1概述2.2土的组成及土的结构2.3

土的物理性质指标2.4

无粘性土的密实度2.5

粘性土的物理特性2.6

土的渗透及渗流2.8

土的工程分类土的形成形成过程形成条件物理力学性质影响土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积风化岩石地球土地球2.1概述固体矿物颗粒（固相）土中气体（气相）土中水（液相）2.2土的三相组成及土的结构土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。

1.土粒的矿物成分（1）原生矿物（2）次生矿物（3）腐植质2.2.1土的固体颗粒次生矿物蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石2.土颗粒的大小与形状粒组按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径3.土的粒径级配（1）定义

工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2）粒径分析方法筛分法（d>0.075mm的土）密度计法（d<0.075mm的土）筛分法（d>0.075mm的土）筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。沉降分析法：具体有密度计法(也称比重计法)或移液管法(也称吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理图筛分法密度计法（d<0.075mm的土）（3））颗粒粒级配配的表表示方方法表示方方法：表格法法、颗颗粒累累计级级配曲曲线法法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600特征粒粒径:d60:限定粒径d10:有效粒径d30:中值粒径径不均匀匀程度度：Cu=d60/d101、不均匀匀系数数连续程程度:Cc=d302/(d60×d10)2、曲率系系数粒径级级配累累积曲曲线及及指标标的用用途：：粒组组含含量量用用于于土土的的分分类类定定名名；不均均匀匀系系数数Cu用于于判判定定土土的的不不均均匀匀程程度度：：Cu≥5,不均均匀匀土土；Cu<5,均匀匀土土曲率率系系数数Cc用于于判判定定土土的的连连续续程程度度：：Cc=1~3,级配配连连续续土土；Cc>3或Cc<1,级配配不不连连续续土土不均均匀匀系系数数Cu和曲率率系系数数Cc用于于判判定定土土的的级级配配优优劣劣：：如果果Cu≥5且Cc=1~3，级配配良良好好的的土土；如果果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配配不不良良的的土土2.2.2土中中水水和和气气（1）固固态态水水（2）气气态态水水（3）液液态态水水结合合水水:吸附附在在土土颗颗粒粒表表面面的的水水自由由水水:电场场引引力力作作用用范范围围之之外外的的水水2.2.2.1土中中水水存存在在的的状状态态强结结合合水水弱结结合合水水重力力水水毛细细水水结合合水水排列列致致密密、、定定向向性性强强密度度>1.2~2.4g/cm3冰点点-76℃℃具有有极极大大的的粘粘滞滞性性和和固固体体的的特特性性温度度高高于于100°°C时可可蒸蒸发发强结结合合水水位于于强强结结合合水水之之外外，，电电场场引引力力作作用用范范围围之之内内密度度>1.0~1.7g/cm3冰点点-20~30℃℃外力力作作用用下下可可以以移移动动不因因重重力力而而移移动动，，有有粘粘滞滞性性弱结结合合水水图2.8矿物物颗颗粒粒对对水水分分子子的的静静电电引引力力作作用用土中中毛毛细细现现象象2.2.2.3毛细细水水分布布在在土土粒粒内内部部相相互互贯贯通通的的孔孔隙隙可可以以看看成成许许多多形形状状不不一一、、直直径径互互异异、、彼彼此此连连通通的的毛毛细细管管上升升高高度度:毛细细升升高高与与孔孔径径成成反反比比粘土土粉土土砂土土砾石石分析析对对象象:水柱柱T为表表面面张张力力2.2.2.5土体体中中气气体体(气相相)土体体中中的的气气体体是是指指存存于于土土体体空空隙隙中中未未被被水水占占据据的的部部分分,存在在形形式式有有两两种种:自由由气气体体:与大大气气相相通通,对土土的的性性质质影影响响不不大大封闭闭气气体体:与大大气气隔隔绝绝,增大大土土体体的的弹弹性性和和压压缩缩性性土体体中中气气体体2.2.1土的的结结构构2.2.3土的结构构构造单粒结构

蜂窝结构

絮状结构砂粒粉粒粘粒2.2.2土的构造造层状构造造分散构造造结核状构构造裂隙状构构造2.3.1土的三相相比例指指标概述土的物理理性质直直接反映映土的松松密、软软硬等物物理状态态，也间接反反映土的的工程性性质。土土的松密密和软硬硬程度主主要取决于于土的三三相各自自在数量量上所占占的比例例。三相指标标的定义义2.3土的物理理性质指指标固相液相气相土颗粒土中水土中气Water水Air空气Soil固体颗粒VaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的物理理性质指指标一共共有9个。（1）反映土松松密程度度的指标标有2个：土的孔隙隙比e=Vv/Vs土的孔隙隙率n=Vv/V×100％（2）反映含水水程度的的指标有有2个：土的含水水量w=mw/ms×100％土的饱和和度Sr=Vw/Vv×100％(3)特定条件件下的密密度指标标有5个：土的天然然密度ρ=m/v土的干密密度ρd=Ms/V土的饱和和密度ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V土的浮密密度（有有效密度度）ρ/=(ms-Vs×ρw)/V=ρsat-ρw土粒相对对密度（（土粒比比重）ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)=ρs/ρw1其中三个个基本试试验指标标土的天然然密度ρ测定：环环刀法土的含水水量w测定：烘烘干法土粒相对对密度（（土粒比比重）ds测定：比比重瓶法法其它6个指标：：Sr、ρd、ρsat、ρ/、e、n可通过指指标换算算得到。。2.3.4指标的换换算土的密度度、含水水量、土土粒比重重是通过过试验测测定，其其他指标标可由这这三个指指标换算算得到。。2.4无粘性土土的密实实度（1）孔孔隙比e优点：简简单方便便缺点：无无法反映映土的级级配因素素0.60.750.85松散中密密实稍密（2）相对密密实度Dr定义：优点：计计入土的的级配因因素，理理论上比比较完善。缺点：天天然孔隙隙比难以以获取，，且emax,emin的测定受受人为的的影响较较大。（3）标准贯贯入试验验锤击数数N为标准301510松散中密密实稍密2.5粘性土的的物理特特性界限含水水量、液液限、塑塑限、缩缩限塑性指数数液性指数数灵敏度粘性土的的物理特特性可以以用稠度度表示。。稠度是指指粘性土土含水量量不同时时所表现现出的物物理状状态，，反映土土的软硬硬程度。。液限、塑塑限、缩缩限一、定义义界限含水水量、液液限WL、塑限Wp、缩限Ws二、测定定方法液塑限联联合测定定法wSWpWL流动状态固态可塑状态半固态0测试结果果整理粘性土的的可塑性性指标塑性指数数IP液性指数数IL>1.0

0.75<IL≤1

0.25<IL≤0.75

0<IL≤0.25

IL<0

液性指数

流塑

软塑

可塑

硬塑

坚硬

状态

无单位粘性土的的灵敏度度和触变变性低灵敏度度中灵敏度度高灵敏度度2.6土的渗透透及渗流流土中通常常含有水水，土中中含水量量的变化化及土体体中水的的流动对对土特性性的影响响非常大大。有时时这种影影响可能能会带来来灾难。。当水在土土中流动动较快时时，将引引起坝基基渗流、、基坑渗渗流、塌塌方、泥泥石流及及流土、、地下工工程受淹淹等灾害害。透水层不透水层层基坑板桩墙板桩围护护下的基基坑渗流流第1节地下下水引发发的工程程问题一、渗渗透试验验与达西西定律1.渗透试验验粗粒土：：①砾石类类土中的的渗流不不符合达达西定律律②砂土中中渗透速速度vcr=0.3-0.5cm/s2、适用条条件ivovcrivoi0层流（线线性流））——大部分砂砂土，粉粉土；疏疏松的粘粘土及砂砂性较重重的粘性性土两种特例例粘性土：：致密的粘粘土i>i0,v=k(i-i0)二、渗透系数数的测定定测定土的的渗透系系数的方方法有:室内试验验测定方方法野外试验验测定方方法常水头试试验法变水头试试验法井孔抽水水试验井孔注水水试验三.渗透破坏在渗透力较较大时，土土体内会发发生流土、、管涌等渗渗透破坏现现象。介绍绍如下：流土:在向上的渗渗透作用下下，表层局局部土体颗颗粒同时发发生悬浮移移动的现象象。原因：动水水压力GD大于水的浮浮重度动水压力：：渗透作用中中，孔隙水水对土骨架架的作用力力，方向与与渗流方方向一致。。大小:在渗流作用用下，一定定级配的无无粘性土中中的细小颗颗粒，通过过较大颗粒粒所形成的的孔隙发生生移动，最最终在土中中形成与地地表贯通的的管道。管涌原因：内因——有足够多的的粗颗粒形形成大于细细粒直径的的孔隙外因——渗透力足够够大管涌流土与管涌涌的比较流土土体局部范范围的颗粒粒同时发生生移动管涌只发生在水水流渗出的的表层只要渗透力力足够大，，可发生在在任何土中中破坏过程短短导致下游坡坡面产生局局部滑动等等现象位置土类历时后果土体内细颗颗粒通过粗粗粒形成的的孔隙通道道移动可发生于土土体内部和和渗流溢出出处一般发生在在特定级配配的无粘性性土或分散散性粘土破坏过程相相对较长导致结构发发生塌陷或或溃口图为发生在在上海黄浦江江隧道施工中中流土带来来的灾害。。施工中发发生渗水后后，随后出出现大量流流砂涌入施施工中的隧隧道，导致致中山南路路部分地面面下沉，建建筑倾斜。图为发生在在湖南望城湘江大大堤最大的管涌涌。由于暴暴雨使湘江江水猛长，，使土体中中的水力坡坡降增加，，加之土结结构的几何何原因，发发生了图中中的管涌。。沙袋用来来提高逸出出口水位，，以降低水水力坡降。。此外还抛抛了一些大大的砾石形形成反滤层层。四、防治流流土、管涌涌的基本措措施防治流土的的关键在于于控制渗流流逸出处的的水力坡降降,基本措施是是确保实际际的逸出坡坡降不超过过允许坡降降。防止管管涌一般可可从下两方方面采取措措施:1.改变水力条条件,降低土层内内部和渗流流逸出处的的渗透坡降降。如上游游做防渗铺铺盖或打板板桩等；2.改变几几何条条件,在渗流流逸出出部位位铺设设层间间关系系满足足要求求的反反滤层层,是防止止管涌涌破坏坏的有有效措措施。。第5节流流土、、管涌涌及其其防治治大堤江河沙袋砾石工民建建标准准水利部部标准准铁道部部标准准交通部部标准准2.8土的工工程分分类分类依依据：：能反映映土的的物理理力学学性质质－土的组组成土的状状态土的结结构土的工工程分分类是是将工工程性性质相相近的的土进进行分分类，，以便便于工工程应应用及及研究究本节主主要介介绍建建筑地地基基基础设设计规规范———GB50007－2002分类类法法土岩石石碎石石土土砂土粉土粘性土人工填土土一、岩石石按成因分分类岩浆岩沉积岩变质岩按坚硬程程度分类类按完整程程度分类类二、碎石石土土的名称称颗颗粒形形状粒粒组含含量漂石块石圆形及亚亚圆形为为主棱角角形为主主粒径大于200mm的颗粒超超过全质质量50%卵石碎石圆形及亚亚圆形为为主棱角角形为主主圆形及亚亚圆形为为主棱角角形为主主圆砾角砾粒径大于20mm的颗粒超超过全质质量50%粒径大于于2mm的颗粒超超过全质质量50%三、砂土土土的名称称粒粒组含量量粒径大于于2mm的颗粒占占全质量量25--50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于于0.5mm的颗粒超超过全质质量50%粒径大于于0.25mm的颗粒超超过全质质量50%粒径大于于0.075mm的颗粒超过全质质量85%粒径大于于0.075mm的颗粒超超过全质质量50%