土的工程性质

土的工程性质第1页，共58页，2023年，2月20日，星期六第一节土的物质组成土的粒度成分土的矿物成分土中的水和气体土的结构和构造第2页，共58页，2023年，2月20日，星期六1.粒组及划分一、土的粒度成分粗粒>2mm

细粒2～0.005mm粘粒<0.005mm漂石或块石>200mm

卵石或碎石200～20mm圆砾或角砾20～2mm砂粒组2～0.05mm粉粒组0.05～0.005mm第3页，共58页，2023年，2月20日，星期六2.粒度成分与粒度分析粒度成分—土中各个粒组的相对含量。以各粒组土粒的质量占该土总质量的百分数表示。粒度分析—测定各粒组相对含量的试验方法。粗粒(粒径>0.075mm)筛分法细粒(粒径<0.075mm)静水沉降法第4页，共58页，2023年，2月20日，星期六20105210.50.250.075第5页，共58页，2023年，2月20日，星期六静水沉降分析法:大小不同粒径的土粒在静水中的下沉速度不同D—粒径L—沉距t—时间G—土粒比重η—水的动力粘滞系数γw—水重度

第6页，共58页，2023年，2月20日，星期六3、颗粒分析成果表示粒径范围(mm)百分含量(%)颗粒直径(mm)累积百分含量(%)>0.10.1~0.050.05~0.0050.005~0.0020.002~0.001<0.0014.016.969.25.91.03.0>0.1<0.1<0.05<0.005<0.002<0.0014.0096.0079.109.904.003.00第7页，共58页，2023年，2月20日，星期六颗粒级配累积曲线10080604020010.10.010.001

粒径(mm)累积百分含量(%)

d60d30d10第8页，共58页，2023年，2月20日，星期六★曲率系数

d60—限制粒径，相应于累积百分含量为60%的粒径，mm；

d10—有效粒径，相应于10%的粒径，mm；

d30—限制粒径，相应于30%的粒径，mm。

一般当Cu≥5及Cq=1-3时的土为级配良好的土。★不均匀系数*Cu值大表示级配良好

，土不均匀，分选性不好*第9页，共58页，2023年，2月20日，星期六有机物：有机残余物和腐殖质二、土的矿物成分原生矿物：石英、长石、云母水溶盐(溶水)：方解石、石膏不溶水：次生SiO2、Al2O3、Fe2O3、粘土矿物

次生矿物第10页，共58页，2023年，2月20日，星期六粘土矿物—一种具有层状构造的次生硅酸盐

类矿物，颗粒微细。氧硅硅氧四面体四面体排列成晶片氢氧铝铝氢氧八面体八面体排列成晶片第11页，共58页，2023年，2月20日，星期六

高岭石

硅氧四面体层铝氢氧八面体层晶胞硅氧四面体层铝氢氧八面体层晶胞H+第12页，共58页，2023年，2月20日，星期六

蒙脱石

晶胞硅氧四面体层铝氢氧八面体层硅氧四面体层晶胞硅氧四面体层铝氢氧八面体层硅氧四面体层nH2O第13页，共58页，2023年，2月20日，星期六伊利石

晶胞硅氧四面体层铝氢氧八面体层硅氧四面体层晶胞硅氧四面体层铝氢氧八面体层硅氧四面体层K+第14页，共58页，2023年，2月20日，星期六三、土中的水和气体土中的水存在形式气态水液态水固态水结合水毛细水重力水土中水强结合水（吸着水）弱结合水（薄膜水）+++++++++++++++++++----固定层土粒表面净负电荷扩散层第15页，共58页，2023年，2月20日，星期六土粒强结合水弱结合水自由水阳离子水分子负电荷第16页，共58页，2023年，2月20日，星期六毛细压力示意图土粒土粒弯液面孔隙水第17页，共58页，2023年，2月20日，星期六土中的气体与大气连通的气体密闭气体土中气体1、使土的弹性变形增加。2、使土的透水性减小。3、使土层，成为高压缩性土层。4、造成土体变形、断裂。第18页，共58页，2023年，2月20日，星期六四、土中的结构和构造土的结构—土粒的大小、形状、表面特征、相互排列及粒间连接关系。单粒结构——碎石土与砂土蜂窝状结构絮状结构团聚结构第19页，共58页，2023年，2月20日，星期六紧密单粒结构：级配良好，土粒浑圆，缓慢堆积，骨架稳定松散单粒结构：迅速堆积形成，易错位，骨架不稳定单粒结构—颗粒粗大，粒间无连结，单一颗粒相互堆砌。第20页，共58页，2023年，2月20日，星期六粘粒及叠片体的接触方式第21页，共58页，2023年，2月20日，星期六团聚结构—粘土颗粒细小，比表面积大，连接力强，相互接触时若干粘粒集合在一起形成团聚体。絮状结构:小于0.002mm土粒在水中凝聚形成絮状物下沉形成

蜂窝状结构:土粒0.02~0.002mm左右土粒在水中沉积时相互连结形成第22页，共58页，2023年，2月20日，星期六土的构造—土体构成上的不均匀性特征的总合。块石状（土中粗大颗粒彼此直接依靠）假斑状（土中细粒物质占优势，将粗大颗粒包围在细粒物质中间）粗碎屑土交错层状层状（砂土和粘土交替沉积层）砂质土粘土

薄叶状第23页，共58页，2023年，2月20日，星期六第二节土的物理性质土的重量土的含水性土的孔隙性土的指标换算关系第24页，共58页，2023年，2月20日，星期六一、土的重量土粒ms水Vw气VamVvVsV土的三相图mw

第25页，共58页，2023年，2月20日，星期六1、土粒密度和相对密度土粒相对密度(G)ρw1—4℃纯水的密度，ρw1≈1g/m3。

土粒密度主要取决于土矿物成分，而与土的孔隙大小和含水多少无关土粒密度(ρs)ρ砂土:2.65～2.70ρ粘性土:2.70～2.75第26页，共58页，2023年，2月20日，星期六2、土的密度和重度土的密度土的干密度(ρd)土的饱和密度(ρsat)

浮重度(γ')土的重度:由土的质量产生的单位体积的重力，重力等于质量乘以重力加速度第27页，共58页，2023年，2月20日，星期六二、土的含水性土的含水量(w)

土的饱和度(Sr)砂土湿度状态:稍湿的(Sr≤50%)很湿的(50%<Sr≤80%)饱和的(Sr≥80%)第28页，共58页，2023年，2月20日，星期六三、土的孔隙性土的孔隙度(n)土的孔隙比(e)砂土的相对密度(Dr)四、土的指标换算关系第29页，共58页，2023年，2月20日，星期六第三节土的水理性质粘性土的稠度粘性土的抗水性土的渗透性和毛细性第30页，共58页，2023年，2月20日，星期六一、粘性土的稠度稠度界限—随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量。土的稠度—粘性土因含水量变化而表现出的稀稠软硬程度。界限含水量(稠度界限)液限(WL)塑限(WP)固体干硬状态流动状态塑性状态含水量含水量第31页，共58页，2023年，2月20日，星期六液限wL:粘性土从流动状态转变为可塑性状态的界限含水量，也叫塑性上限或流限。塑限wP:粘性土从可塑状态变为半固体状态的界限含水量，又叫塑性下限。液限(WL)塑限(WP)固体干硬状态流动状态塑性状态第32页，共58页，2023年，2月20日，星期六液限(WL)塑限(WP)固体干硬状态流动状态塑性状态塑性指数IP:土的液限与塑限的差值。IP=wL-wP反映土的可塑性

第33页，共58页，2023年，2月20日，星期六液限(WL)塑限(WP)固体干硬状态流动状态塑性状态w<wP时，坚硬状态；W>WL时，流动状态；wP<

w<wL时，塑性状态。液性指数IL：土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。判别粘性土在天然状态下的稠度

硬塑(0<IL≤0.25)可塑(0.25<IL≤0.75软塑(0.75<IL≤1.00)

第34页，共58页，2023年，2月20日，星期六二、粘性土的抗水性—粘性土抵抗因水变形破坏

的能力1.土的膨胀性

膨胀率(eP)膨胀力土膨胀产生的最大内应力膨胀含水量：土浸水膨胀稳定后的含水量水水hoh第35页，共58页，2023年，2月20日，星期六2.土的收缩性线缩率(eSL)体缩率eS：粘性土在温度100-105℃下烘干至收缩稳定后所减少的体积与原体积之比第36页，共58页，2023年，2月20日，星期六3.土的崩解性：粘性土在水中崩散解体的性能。崩解时间：边长为5cm的立方体土样，在水中完全崩解所需的时间。崩解速度：土样在崩解过程中的重量损失和原土样重量之比与时间的关系。崩解特征：土样在崩解过程中的各种现象。

第37页，共58页，2023年，2月20日，星期六1.土的渗透性：土体的透水能力。三、土的渗透性和毛细性2.土的毛细性：水沿着毛细管上升的性质毛细上升高度毛细上升速度：水在土的毛细孔隙中单位时间上升的高度，以cm/s或m/d表示毛细压力：土中毛细水附加于土粒上的静水压力毛细压力表示。第38页，共58页，2023年，2月20日，星期六第四节土的力学性质土的抗剪性土的压缩性土的动力压实性第39页，共58页，2023年，2月20日，星期六一、土的抗剪性：土在荷载作用下，抵抗剪切破坏的能力。1.土的抗剪强度：土抵抗剪切破坏的极限强度S剪切下盒剪切上盒土样P未来剪切面0τfσ粘性土f＝tg+cφ砂土Cφ粘性土砂土f＝tg第40页，共58页，2023年，2月20日，星期六2、砂土液化

饱和的粉土、粉砂、细砂在受到地震或动力机器产生的突发的或周期性的荷载作用下，抗剪强度急剧降低甚至接近于零而丧失承载能力的现象称为砂土液化。第41页，共58页，2023年，2月20日，星期六1.土的压缩指标二、土的压缩性土样e0h土样e1h1s1PV=F•hV1=F•h1=F•(h-s1)颗粒体积Vs第42页，共58页，2023年，2月20日，星期六

M1M2e1e2P2=0.2P1=0.1ΔPΔee0Pe-p曲线0lgPe1e2P2P1ee-lgp曲线压缩系数压缩指数第43页，共58页，2023年，2月20日，星期六侧压力系数：土在无侧膨胀条件下压缩，由于土粒只能做铅直方向的移动，产生纵向变形，作用在土上的铅直压力将在土内引起侧向压力。侧向压力的增加值x与铅直压力的增加值z之比值称为土的侧压力系数或静止侧压力系数2.土的侧压力系数及侧膨胀系数土样σzσxσx=x/z

第44页，共58页，2023年，2月20日，星期六侧膨胀系数：土在无侧限条件下压缩，在产生铅直压缩变形的同时也产生侧向膨胀变形。土在无侧限压缩时侧向膨胀应变x(或y)与铅直应变z之比，称土的侧膨胀系数，也称泊松比.=-x/z=-y/z=/(1+)σ½Δd½Δd

Δhhdεx=Δd/dεz=Δh/h第45页，共58页，2023年，2月20日，星期六变形模量Eb:土在无侧限条件下，由于侧向膨胀使铅直变形增大，所以在这种情况下铅直压力与相应的压缩变形之比，称为无侧限压缩模量或变形模量Eb。σ½Δd½Δd

Δhhd第46页，共58页，2023年，2月20日，星期六Es≤4MPa高压缩性土

4≤Es≤15MPa中等压缩性土

Es＞15MPa低压缩性粘土3.土的压缩模量E:在侧限条件下，土的竖向压应力与土的竖向应变之比值Es=/，Es=(1+e1)/a1-2ε=Δh/hσ土样Δhh第47页，共58页，2023年，2月20日，星期六4.土的前期固结压力:该土曾经经受过的上覆土层的自重压力或其它外来荷载(在该荷载下土层已经压密稳定)，通常用pc表示.

pc＜po

欠压密状态土，欠固结pc=po

正常压密状态土pc＞po

超压密状态土0lgPepc第48页，共58页，2023年，2月20日，星期六R＞1，超压密状态土；R=1，正常压密状态土；R＜1，欠压密状态土。

超固结比RR=pc/po第49页，共58页，2023年，2月20日，星期六饱水土体的压缩是荷载作用下孔隙水从孔隙中排出的过程。对渗透性弱的土体，这一随时间的排水压缩过程称为渗透固结。

5.饱和粘性土的渗透固结=′+u—总应力，′—土粒骨架承受的应力,称有效应力u—孔隙水压力。t=0时，=ut→，u=0，=′第50页，共58页，2023年，2月20日，星期六砂土黏性土压缩变形变形速度变形特征6.不同土的压缩特性不大较快永久变形，弹性变形部分很少取决于稠度状态，一般很大，很慢。透水越小变形越慢除永久变形外还有很大的弹性变形第51页，共58页，2023年，2月20日，星期六第五节土的工程分类老堆积土：Q3以前堆积，超固结，结构强度高。一般堆积土：Q4堆积。新堆积土：Q4以后堆积，欠压密状态，结构强度低。1.堆积年代划分无机土(Wu<5%)有机质土(5%≤Wu≤10%)泥炭质土(10%<Wu≤60%)泥炭(Wu>60%)2.有机质含量残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冰积土和风积土3.地质成因第52页，共58页，2023年，2月20日，星期六5.特殊土黄土、红粘土、软土冻土、膨胀土、盐渍土、填土碎石土：>2mm颗粒含量超过全重的50%以上砂土：<2mm颗粒含量不超过全重的50%，

>0.075mm颗粒含量超过全重的50%粉土：>0.075mm颗粒含量不超过全重的50%，

Ip≤10粘性土：Ip>104.颗粒级配和塑性指数第53页，共58页，2023年，2月20日，星期六碎屑土分类表第54页，共58页，2023年，2月20日，