地基与基础讲义土的物理性质及工程分类

土的物理性质及工程分类第一章§1.1土的形成和三相组成§1.2土的结构与构造§1.3土的物理性质指标§1.4土的物理状态指标§1.5土的压实性§1.6土的工程分类

目录§1.1土的形成和三相组成土的三相组成土的物理状态土的结构便于研究和应用土的工程分类土的压实性土的形成影响从而决定土的渗透特性；变形特性及强度特性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形成过程形成条件物理力学性质影响两个名词：基岩覆盖土一、风化生物风化物理风化化学风化无粘性土原生矿物粘性土次生矿物有机质二、搬运、剥蚀与沉积残积土无搬运土质较好残积土强风化弱风化微风化母岩体颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理运积土有搬运风：风积土重力:

坡积土

流水:洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物冰川:

冰积土土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理土的甲三相叮组成气相固相液相++构成谱土骨即架，嘉起决狠定作复用重要刃影响土体次要私作用1、敬颗粒欲大小舞—粒沙组划乳分粒组按粗糖细进甲行分幸组，差将粒我径接使近的目归成郊一类界限隐粒径一、固体冶颗粒2、土粒愉粒度瓶分析总--渣-颗拾粒级踩配颗粒杠大小各粒汪径成吊分在谅土中路占的羽比例颗粒杆级配——各粒茂组的杰相对伟含量吊，用势质量朝百分状数来来表示确定滤方法筛分蒙法：适音用于航粗粒惭土搬(>0现.07炮5mm魂)沉降虾分析挨法（聪比重催计法）：适种用于丛细田粒土盏(<0溪.07援5mm虏)表述琴方法颗粒高级配彩累积壤曲线筛分炭法：报适用馅于粒底径大骂于0.再07嗓5mm的土比重姐计法惯：叼适用腹于粒约径小西于0.筐07便5mm的土105.爷02.丹01.蹈00.放50.拒250.薪120眉0g10161824223872P%9587786655361009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线筛分偏法1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30特征茶粒径丙:d50:平均粒径d60:限制粒径d10:有效粒径d30;中值狂粒径不均苏匀程壁度：Cu=d60/右d10连续他程度缺:Cc=d302/(d60×d10)—曲率脂系数—不均压匀系到数Cu≥5,级配竞良好粗细恰程度腹：用d50表示1009080706050403020100小于帆某粒稍径之嘱土质雁量百捡分数适（％扛）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(m净m)土的蕉粒径虹级配余累积廊曲线d60d10d30斜率:某粒坚径范蜻围内培颗粒递的含缺量陡—相应席粒组歼质量锹集中缓--相应古粒组签含量鞠少平台--相应体粒组耳缺乏连续乌程度糊:Cc=d302/(d60×d10)—曲率己系数Cc=1-粮3,陕级配欠连续友性好粒径毙级配祝判定1）监粒组休含量浴用于狼土的骆分类德定名井；2）鸡不均炊匀系振数Cu用于篇判定祝土的未不均晨匀程妹度：Cu≥呢5,不均哀匀土伍；Cu<剩5,均匀绳土3）旨曲率宽系数Cc用于鼓判定氧土的屋连续抢程度金：Cc=1－胶3,送级配窑连续问土；Cc>3或Cc<1宏,级配朗不连条续4）答不均伶匀系堪数Cu和曲撕率系郊数Cc用于流判定埋土的暂级配字优劣也：如果Cu≥5且Cc=1－奴3在，沾级配抛良好克的土陆；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1蝇,级配稍不良北的土脉。3、矿物犹成分原生秃矿物石英、长石、云母姿等次生侧矿物主要算是粘泥土矿子物，品包括猾三种疗类型拒：高岭酬石、新伊里番石、煤蒙脱杏石粘土释矿物由硅箩片和如铝片仍构成花的晶岂胞所桥组合寸而成硅片书的结耻构铝片听的结育构粘土寺矿物照的晶倒格构碗造高岭石蒙脱石伊利石比表长面积怀：单抽位质包量土冤颗粒歼所拥目有的掉总表镇面积粘土霉矿物御的带帮电性沈质研究鸣表明烈：粘土泰颗粒枣的表卷面电钞荷，扬静电蒸荷通姜常为绕负电求荷4、颗粒冷形状次生班矿物佣（粘岗土矿廉物）针状舟、片疫状、盼扁平布状原生撤矿物(石英令、长杆石、绒云母)圆状已、浑办圆状插、棱盼角状结合朽水齐吸附桑在土另颗粒植表面展的水自由惭水电场屈引力虾作用屈范围柿之外蜘的水土中第冰侦由自苍由水享冻成罢，冻悟胀融妻陷二、顽土中铸水（淘液相熊）结合莲水强结窜合水护:排列松致密湖、定棒向性想强，乱不能昂传递秘静水结压力密度贪>1g/项cm3冰点砖处于愚零下喷几十上度具有久固体窃的特功性温度爹高于摄10轧0°C时可疲蒸发弱结雀合水姜:位于衣强结拘合水紫之外涌，电更场引朋力作鞠用范倚围之勺内外力凶作用酬下可奶以移峰动不因缸重力扮而移规动，静有粘佛滞性鸡。仍僻然不脖能传穷递静移水压即力自由吐水重力粱水毛细量水在重通力作伟用下债可在侍土中讲自由腥流动存在波于固两气之疾间在重捷力与叹表面歪张力紧作用汁下可甚在土是粒间笛空隙今中自帖由移阻动土中树毛细势现象上升纵高度:πr2hcγw=2πrT牲co都sα毛细栽水毛细培升高年与孔灯径成兼反比分析乖对象:水柱粘土链、粉杜土、段砂土新、砾星石对砂居土强归度的迎影响:毛细浊边角幕水,假凝述聚力假定α=糊0,毛细盆压力2πrT莲co死sα+ucπr2=衣0毛细片压力分析陶对象:水膜三、土中妻气体自由业气体昆：与大染气连栽通，其对土州的性染质影法响不俩大封闭世气体姥：增加为土的阔弹性腾；阻党塞渗默流通修道土颗蜓粒或助粒团语的空间狡排列伶和相乎互联心结§1映.2土的弱结构固和构谢造力学抛特性（微王观结伪构）土的泉结构重塑煎土的挖强度原状献土的群强度<（宏都观结信构）土的号构造+同一吨土层宽中物浊质成圈分、举颗粒茎大小蝴相近忙的各渣部分跌之间组的相超互关在系的等特征影响1、土粒铜间的锈作用汽力重结力毛细颗力胶结移力颗粒菌表面滴力——这土颗有粒的肉自重叼形成守的方伤向向栗下的怎力——砂土——葱土触中毛止细作疼用形续成的看力——细砂管、粉搬土——拿土承粒间立的胶住体物耗质产蜡成的宿作用鹊力——粘土——粘土——库累仑兄力：——范德励华力：颗粒俘表面日的静计电引调力或绿斥力颗粒驾接触优点处虑的分裤子间谈引力--适-粗惩粒土损的结当构粒间溜作用安力排列必形式矿物文成分单粒莫结构示意炎图重力保，毛许细力点与熔点、女点与队面原生效矿物2、赏土的羞结构--侦-细今砂、数粉粒植土的罚结构粒间缩慧作用第力排列宪形式矿物耀成分蜂窝套结构重力处，表险面力蜂窝影状主要护是原乏生矿懂物--贴-细锻粒土葬的结象构粒间柿作用顶力形成扎环境排列坏形式矿物乏成分表面膊力、课胶结倒力（斥框力减叶小引虑力增驶加）示意宴图表面附力、索胶结杯力（粒劝间斥掘力占誓优势别）淡水渐中沉礼积海水寇中沉事积次生追矿物次生申矿物天然婶条件先下，档可能杠是多须种组派合，看或者茄由一拉种结定构过艳渡向苍另一邪种结租构。面与捐面边、航角与挖面边、版角与学边絮状甩结构3、借土的葛构造使类型表征天土层梯的层魂理构普造、农裂沟隙构虹造及费大孔忍隙等铁宏观侵特征§1悔.3土的弃物理披性质至指标土的扩物理血性质厕指标(三相胃间的宵比例希关系)。可佛以用殖来表把示土的锋物理孤状态航，包括益：粗道粒土勉的松讽密程白度和冷粘性付土的县软硬鸦状态声，在随一定校程度裙上决钱定了今土的假力学盘特性盼。一、惰物理葵性质着指标土的塑三个眯组成各相的冰体积全和质母量上命的比俗例关耐系基本侦方法:三相挑草图加法1、三相梅草图朽（三偿相比阿例关执系图匠）WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积已知向关系救五个:共有王九个源参数:V腔VvVsVaVω/msmωmam剩下替三个驶独立斧变量物性挎指标狂是比代例关币系:可假砍设任故一参引数为1实验扇室测侧定其它宁指标2、室内勿测定锣的三枣个物堂理性甲质指谈标—基本匪物理将指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的发密度单位:kg炎/m3或g/闻cm3一般旱范围:1.蓄60锈—2罩.2吨0g/障cm3土单活位体钞积的烛质量有时飞也称土的篮天然伯密度表达州式:相关盆指标:土的愿容重膝（重漏度）γ=ρg单位:kN垃/m3环刀引法测狸得土的牧密度ρ和容咱重γ测定络方法询：环老刀法土粒旱相对叮密度

s:土粒细的密踪蝶度，荡单位嫁体积藏土粒宽的质端量单位:无量桑纲土粒木比重清一般票范围:粘性厚土2.捏70足—2尊.7授5砂异土2.屯65有机丑质、渠泥炭厘土较闹小：4˚吐C时纯却蒸馏仔水的纪密度=1.0g/cm3土粒览比重联在数托值上坟等于站土粒爬的密在度土粒影质量供与4˚馆C时纯念蒸馏丛水质印量的洗比值表达趣式:比重济瓶法家测得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土粒两相对滋密度测定崖方法贪：比重称瓶法蛾，事梳先将仍比重吉瓶注秆满纯片水，扔称瓶孩加水茧的质该量m1。然装后把忧烘干仆土若顿干克(ms)装入员空比愤重瓶僵内，滤再加岛纯水其至满厘，称懂瓶加榴水加匆土的城质量m2，按甘下式缘瑞计算赏土粒洁比重土粒困相对纹密度ds土的亦含水甜量土中挣水的仇质量蓬与土均粒质歇量之莲比,用百糊分数盯表示注:含水甘量可达脖到或暖超过10废0％表达盛式:用烘四干法订测得孔隙弟比３.其它杰常用虚的物退理性警质指玻标—导出油指标土中吸孔隙旺体积泡与固凝体颗塞粒体吵积之炊比,无量铜纲表达绞式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积关系:孔隙运率(孔隙锤度)土中锄孔隙踩体积坊与总暑体积抗之比,用百旱分数军表示表达摘式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积饱和拥度表达尚式:土中澡水的皮体积腐与孔洁隙体币积的喇比值饱和罚度表失示孔隙醒中充晒满水饼的程筑度Sr=0怖:干土Sr=1声:饱和猪土天然绑密度干密堪度天然湿容重干容叫重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位:kg雕/m3或g/岩cm3单位:kN若/m3土被毛完全愤烘干寇时的驳密度,等于单位刑体积物内土杠粒的鲁质量表达钻式:浮容筛重浮密结度有效游容重饱和贵密度饱和休容重各种叮密度楼容重灯之间惹的大怨小关牌系：天然脆密度干密摘度饱和芳密度天然呼容重干容总重浮容悉重饱和臣容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积ema阔x与emi云n：最大掀与最魂小孔果隙比§1.倾4土的惯物理联状态赶指标§无粘借性土泼的密六实度密实坝度单位孤体积贸中固令体颗天粒含巩量的册多少优点乡丰：简单判方便缺点接：不能窃反映欧级配决的影千响只能由用于奖同一予种土2、诊相对候密（剖实）四度（音砂土冻）1、锅天然伯孔隙称比e或孔莫隙率n缎(砂土乡丰)ema怪x:最大毕孔隙粥比将松乘散的横风干驴土样输通过竞长颈面漏斗章轻轻回地倒必入容级器，大避免鹅重力戏冲击啊，求盈得土栋的最畏小干毯密度临再经紫换算近得到阔最大抚孔隙裤比emi戚n:最小箱孔隙烛比将松墙散的性风干勿土样堤装入腥金属覆容器熄内，弯按规因定方慕法振津动和秆锤击初，直庙至密托度不送再提张高，副求得号土的牺最大绳干密惰度再果经换缴算得冰到最罢小孔汗隙比ema进x与emi叫n：最大阅与最蓄小孔胁隙比砂土矿的密笑实状岗态指禽标判别柜标准朴：Dr=午1,最密淡状态Dr=兰0堤,最松渴状态Dr≤1/让3械,疏松蛾状态1/往3<Dr≤2/新3贞,中密习状态Dr>2/庄3,密实甚状态相对脑密度3、置标准修贯入些锤击卷数N（砂演土、英碎石鲜土）表1-劈燕3表1-魂41、氧稠度瘦状态重与界脖限含倦水量固态或半固态塑态

流态

强结合水弱结合水自由水稠度状态含水量土中水的形态w粘性欲土的歉稠度色、灵敏纺度和触郊变性塑限ωp液限ωl稠度型界限粘性挖土的绒稠度仪反映内土中掘水的绝形态强结片合水携膜最疮大出现枣自由到水——惑吸附严结合攻水的含能力村；粘过性大泪小；常大致捏反映妻粘土损颗粒极含量（1）塑弃性指套数常作社为细镰粒土垮工程邮分类腿的依块据（2）液辽性指溉数不同津的粘奏土，ωp、ωl大小汇不同对于不同训的粘灰土，栋含水籍量相驶同，稠度简可能屿不同定义鲁：wpwwlIL<0IL=0仗–战1IL>1坚硬胀状态可塑久状态流宏态0.镰00之–佛0正.2掌50.眯25衬-牧0感.7亭50.尊75挥–轧1去.0田0硬塑可塑软塑2、岂粘性判土的父可塑送性及轿指标粘性械土在伏某含赖水量哄范围卵内，套用外烟力塑雨成任夕何形午状而兔不发搭生裂葬纹，往外力吉移去临后仍糟能保卸持既呜得形露状。万--煤--袄可塑携性三、反映值粘性死土结既构性灯的指次标1.粘性土土的阶活动龄度反映洲了粘等性土踢中所毛含矿杏物的适活动菊性。A＝Ip/m2.粘性尽土的果灵敏贪度St=原状狼土的辞无侧挽限抗禁压强扁度重塑尿土的侮无侧绞限抗躲压强粉度相同含水量、密度▼含水帽量不阀变，皇密度延不变朱，因透重塑见而强诸度降惹低，祖又因萍静置肃而逐本渐强瓣化，膜强度插逐渐夏恢复惕的现穗象，笨称为触变忠性。▼土的瓶触变爷性是缠土结链构中决联结最形态纯发生睁变化陷引起材的，湖是土连结构投随时遵间变梁化的猎宏观哥表现租。▼目前斥尚没稻有合膏理的垂描述饶土触跟变性弊的方非法和余指标驶。3.粘性狂土的呀触变塘性4.粘性少土的滴胀缩挤性、外湿陷品性、术冻胀忍性压实泼：指通伤过夯幅打、监振动见、碾碍压等雄，使鱼土体灿变得虹密实颂、以绝提高化土的削强度恩、减澡小土笋的压耐缩性尿和渗法透性压实横性：指土榴在一皮定压身实能府量作除用下苏密度泄增长昌的特笑性研究奏击实峰性的摇目的律：以最唉小的授能量径消耗赵获得驻最大考的压吊实密不度击实间方法：室内求击实威试验现场斜试验拔:夯打邪、振尖动、普碾压§1姻.5土的练压实小性一、辣室内乐击实场试验试验疼设备击实绘筒V=10屿00叠cm3；击实宴锤m=侮2.酒5/棵4.率5k拴g试验缺条件土样测分层n=术3层；寇落高d=羡30厚5/冰45天7c盖m；击数N=纸25/5钢6/层击实绕能量试验歼方法对ω=co西sn止st的土垒；分惯三层允压实户；测定提击实咏后的ω、攀ρ，算定ρd土1.击实弱曲线特点宪：①具有时峰值糖，即最大贸干密毁度与最笛优含摄水量②位于法饱和思曲线痛之下0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度

d(g/cm3)饱和曲线

dmax=1.86wop=12.1二、蔑细粒晨土的渡压实蓄性粘性腥土K很小蹄，压恋实过毙程中个含水财量几础乎不给变，捕要想值击实买到饱痕和状每态是奴不可戚能的斑。若2.压实鸦机理浪：颗粒及被击竖碎，山土粒识定向获排列慎;土粒王破碎微，粒竹间联专结力乒被破割坏而习发生镰孔隙驶体积雪减小穿;气被汤挤出雨或被趋压缩燥等水膜慌润滑缘瑞作用妨效果湾最佳可;尚没轰有形吹成封瓦闭气剑泡，茶气易认于排隆出;颗粒米表面偷水膜已很薄脂，相蒸对移芒动困讲难水膜凳润滑所作用常不明旱显;封闭岗气泡已难以疼排出热;增加吨水的慨相对哑含量当ω

ωop,凝ρd

ρdm膜ax当ω<ωop,ρd<ρdm芹ax当ω>ωop,ρd<ρdm供ax3.影响准因素a.击实茄功能b.土的侧级配c.击实仇方式夯实隶、辗爪压、符振动律；辗促压对闪粘土聪比较彩合适4.压实泪标准a.粘性慨土存滔在最河优含懂水量ωop，在甲填土落施工都中应痕该将竖土料粉的含昆水量程控制苗在ωop左右咱，以坡期得安到ρdm是ax，通六常取b.工程边上常涛采用茄压实沈度Dc控制充（作半为填却方密恋度控疤制标跟准）①不存然在最粪优含诉水量；②在完康全风楚干和淘饱和占两种烟状态电下易乖于击销实；③潮湿茶状态跟下ρd明显筋降低。三、悠粗粒脊土的新压实柔性1.压实嘱特点粗砂ω=4挨~5抱%中砂ω=社7%；时，昆干密庙度最吼小2.理论雾分析▼对粗腥粒土郑，击尖实过拆程中彼可以忆自由挨排水悄，不胁存在捏细粒逮土中青出现圣的现盗象。▼在潮买湿状鞠态下普，存详在着股假凝组聚力娘，加萍大了相阻力管。3.压实晴标准▼常用矮相对烧密度泼控制