土力学与地基基础(第一章土物理性质与工程分类)

土力学与地基基础(第一章土物理性质与工程分类)第一页，共49页。1.1土的形成与特性土的形成一、土的形成风化搬运堆积第二页，共49页。二、土的结构与构造土的结构：土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。（a）（b）单粒结构、（c）蜂窝结构第三页，共49页。絮状结构第四页，共49页。土的构造：在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征土的构造最主要特征就是成层性，即层理构造(右图)；另一特征是土的裂隙性（裂隙构造）；还有土中有无包裹物（如腐殖物、贝壳、结核体等）（核状构造）以及天然或人为的孔洞存在；以及分散构造。这些构造特征都造成土的不均匀性。土的层理构造

1—淤泥夹粘土透镜体；

2一粘土尖灭层

3一砂土夹粘土层；

4一砾石层；5一基岩第五页，共49页。三、土的特性松散性多孔性三相性复杂性易变性第六页，共49页。1.2土的三相组成图1.2土的三相组成示意图土的三相水（液态、固态）气体（包括水气）固体颗粒（骨架）第七页，共49页。一、土的固体颗粒（简称土粒）第八页，共49页。第九页，共49页。

颗粒分析试验：确定土中各个粒组相对含量的方法。试验方法：

①筛分法。适用于粒径大于0.075mm的粗粒土。用一套标准筛（筛子孔径分别为60、40、20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.1、0.075mm），将分散了的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。

②沉降分析法。适用于粒径小于0.075mm的细粒土具体有密度计法（也称比重计法）和移液管法（也称吸管法）。

颗粒分析试验第十页，共49页。土的颗粒级配曲线第十一页，共49页。二、土中的水固态水－又称矿物内部结晶水或内部结合水，是指存在于土颗粒矿物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水。结合水－指受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。结合水分为强结合水和弱结合水两种。自由水－存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。它的性质与普通水一样，能够传递静水压力，冰点为0℃，有溶解盐类的能力。

自由水按所受作用力的不同，又可分为重力水和毛细水两种。第十二页，共49页。土中水液态水自由水结合水气态水强结合水弱结合水固态水(内部结晶水、结合水)重力水毛细水第十三页，共49页。三、土中的气体密闭性流通性第十四页，共49页。土的物理状态粗粒土的松密程度黏性土的软硬状态土的物理性质指标(三相间的比例关系)表示影响力学特性第十五页，共49页。土的三个组成相的体积和质量上的比例关系密实程度干湿程度……特点:

指标概念简单，数量很多

要点：名称、概念或定义、符号、表达式、

单位或量纲、常见值或范围、联系与区别

基本方法:定义三相草图法第十六页，共49页。1.3土的物理性质指标空气Air三相草图水Water固体Solidma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积第十七页，共49页。定义：土单位体积的质量表达式：单位:kg/m3

或g/cm3一般范围:1.60~2.20g/cm3土的密度相关指标:土的重度=g单位:kN/m3

工程上更常用,用于计算土的

自重应力基本试验指标-土的密度第十八页，共49页。基本试验指标-含水量定义：土中水的质量与土粒质

量之比，用百分数表示表达式：单位:无量纲一般范围：变化范围大注意:其实是含水比,可达到或超过100％土的含水量W第十九页，共49页。定义：土粒的密度与4˚C时

纯蒸馏水密度的比值表达式：单位:无量纲一般范围：黏性土2.70~2.75，砂土2.65土粒比重Ds基本试验指标-土粒比重=1.0g/cm3土粒相对密度在数值上等于土粒的密度第二十页，共49页。表示土体密度和重度的指标干密度：土被烘干时的密度，

干重度：天然密度

天然重度饱和密度：土被饱和时的密度，

饱和重度：浮重度：静水下的有效容重浮密度第二十一页，共49页。各种密度、重度间的大小关系天然密度干密度饱和密度天然重度干重度饱和重度浮重度第二十二页，共49页。可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：表示土中孔隙含量的指标砂类土：28-35%黏性土：30-50%，有的可达60-70%孔隙比e：土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,为无量纲孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示可用三相草图推出第二十三页，共49页。表示土中含水程度的指标对干土：Sr=0对饱和土：Sr=1含水量：饱和度：土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水的程度：第二十四页，共49页。常用的物理性质指标间的换算关系：教科书P18表1.3学习要点：从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导第二十五页，共49页。土的三个组成相的体积和质量上的比例关系定义三相草图法室内测定三个基本物理性质指标：土的密度土粒比重土的含水量其它物理性质指标孔隙含量含水程度密度和容重特点:指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、

单位或量纲、常见值或范围、联系与区别密实程度干湿程度……第二十六页，共49页。土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态土的物理性质指标(三相间的比例关系)表示影响力学特性密实度稠度第二十七页，共49页。1.4土的物理状态指标粗粒土的密实状态

密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响

物理性质指标：孔隙比e（孔隙率n）

干密度demin

=0.35emin

=0.20

相对密度：emax与emin：最大与最小孔隙比第二十八页，共49页。最大孔隙比emax:

将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比最小孔隙比emin

:将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比理论上的最大与最小孔隙比在室内的测定有时很困难粗粒土的最大与最小孔隙比第二十九页，共49页。相对密度粗粒土的相对密度粗粒土的密实度标准Dr=0 最松状态Dr1/3 疏松状态1/3<Dr2/3 中密状态

Dr>2/3 密实状态Dr=1 最密状态相对密度指标主要用于人工填土，对天然砂土层采用原位标准贯入试验法测定碎石土密实度鉴别方法（见表1.4）第三十页，共49页。黏性土最主要的物理状态特征是它的稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力稠度状态与含水量有关黏性土含水量较硬变软流动黏性土的稠度状态第三十一页，共49页。塑限wp液限wl黏性土的稠度反映土中水的形态固态或半固态可塑状态流动状态强结合水弱结合水自由水w土颗粒强结合水弱结合水土颗粒强结合水土颗粒自由水弱结合水强结合水强结合水膜最大出现相当数量自由水黏性土的稠度状态稠度界限（界限含水量）稠度状态含水量土中水的形态示意图第三十二页，共49页。液性指数：wpwwlIL0坚硬(半固态)0<IL0.25 硬塑0.25<IL0.75 可塑0.75<IL1 软塑IL>1 流塑土的稠度状态–液性指数不同黏性土，wp、wl

大小不同。对于不同的黏土，含水量相同，稠度可能不同液性指数是表征土的含水量与分界含水量之间相对关系的指标。对重塑土较为合适。第三十三页，共49页。土的稠度状态–塑性指数问题：反映的是全部土颗粒吸附结和合的能力，不能充分反映黏土矿物表面活性的高低活性指数：粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比A<0.75 非活性黏土A=075–1.25 正常黏土A>1.25 活性黏土定义：大体上表示土的弱结合水含量反映吸附结合水的能力，即黏性大小大致反映黏土颗粒含量常作为细粒土工程分类的依据第三十四页，共49页。粗粒土的密实状态指标:

相对密度Dr

细粒土的稠度状态指标:

液性指数IL定义判别标准界限含水量

wP、wL土中水形态塑性指数Ip

吸附结合水的能力定义判别标准小结第三十五页，共49页。反映黏性土结构性的指标灵敏度触变性St11-22-44-88-16>16黏性土不灵敏低灵敏中等灵敏灵敏很灵敏流动3=0相同含水量、密度ququ原状土重塑土灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度qu和重塑土的无侧限抗压强度qu之比第三十六页，共49页。含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。反映黏性土结构性的指标土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。灵敏度触变性第三十七页，共49页。1.5土的工程分类土的组成土的状态土的结构建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法水利部SL237-1999分类法土的工程分类目的：便于调查研究；便于分析评价；便于交流(基于共同的概念)依据：最能反映土的物理力学性质的指标要求：要有一定的逻辑性、系统性，

纲目分明，简单易记，便于运用第三十八页，共49页。岩石碎石土砂土粉土黏性土人工填土土漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石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砾角砾粒径大于20mm的颗

粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%名称颗粒形状粒组含量建筑场地基基础规范GB50007-2002第三十九页，共49页。土的名称粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25-50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%建筑场地基基础规范GB50007-2002岩石碎石土砂土粉土黏性土人工填土第四十页，共49页。岩石碎石土砂土粉土黏性土人工填土土黏性土：塑性指数Ip>10的土粉质黏土：10<Ip17的土黏土：Ip>17的土非活性黏土：A<0.75

正常黏土A=075–1.25活性黏土A>1.25粉土：粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土建筑场地基基础规范GB50007-2002第四十一页，共49页。水利部SL237-1999分类法土颗粒组成及其特性塑性指标：液限、塑限、塑性指数有机质含量土的分类巨粒土和含巨粒土粗粒土：砾类土、砂类土细粒土：根据塑性图分类特殊土：黄土、膨胀土、红黏土分类依据：第四十二页，共49页。土的形成土岩石风化、搬运、沉积地质成岩作用土的组成、结构和物理力学性质过程、条件总结第四十三页，共49页。总结土体有三个组成部分：固相、液相和气相土的三相组成固体颗粒土