土的物理性质与工程分类-土的组成、结构与构造（土力学课件）

土的结构与构造1.土的结构疏松状态（左图）土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式(1)单粒结构碎石类土和砂类土等粗颗粒土生成时重力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。粗粒土：单粒结构在荷载作用下，会使土粒移向更稳定的位置而更加密实，同时产生较大的变形密实状态（右图）比较稳定1.土的结构（2）蜂窝结构粉土：蜂窝结构较细的土粒在自重作用下于水中下沉时，由于颗粒细、重量轻，碰到已稳定颗粒，土粒便被吸引不再下沉，逐渐形成链环状单元，很多这样的链环状单元联接起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构。蜂窝状结构常见于粉土、黏土中。1.土的结构（3）絮状结构土的絮状结构最细小的黏粒大都呈片状或针状，在水中呈胶体特性，由于电分子力的作用，使土粒表面附有水膜。这种带有水膜的土粒在水中运动时，与其他土粒碰撞凝聚成小链环的土粒集合，然后沉积成大链环，形成不稳定的复杂的絮状结构。这种结构在海相沉积黏土中常见。最细小黏性土的特有结构形式。1.土的结构（3）絮状结构特点孔隙很大，强度低、压缩性高、对扰动比较敏感，土粒间的联接强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强。1.土的结构（4）反映细粒土结构特性的两种性质黏性土的灵敏度黏性土的结构性分类St结构性分类2＜St≤4中灵敏度4＜St≤8高灵敏度8＜St≤16极灵敏度＞16流性《软土地区岩土工程勘察规程》（JTJ83-2011）黏性土的触变性含水率和密度不变，土因重塑而软化，有因静止而逐渐硬化，强度有所恢复的性质。2.土的构造(1)层状构造土的构造是指同一土层中物质成分和颗粒大小等相近的各部分之间的相互位置与充填空间的特征。土粒在沉积过程中，由于不同的地质作用和沉积环境条件，大体相同的物质成分和土粒大小在水平方向沉积成一定厚度，呈现出成层特征。第四纪冲积层具有明显的层状构造。砂、砾石等沉积物，当厚度较大时，往往无明显的层理而呈分散状，又称分散结构。1．淤泥夹黏土透镜体2．黏土尖灭层3．砂土夹黏土层4．砾石层5．基岩2.土的构造（2）裂隙构造裂隙构造是指土层中存在的各种裂隙，黄土层中有柱状裂隙，裂隙中往往有盐类的沉淀。坚硬或硬塑黏土层中不连续裂隙，破坏了土的整体性。（3）结核构造在细粒土中明显掺有大颗粒或聚集的铁质、钙质等结合体、贝壳等杂物时称为结核构造。由于大颗粒比较分散，土层性质决定于细粒土。3.土的特性土的三个特性土有较大的压缩性土颗粒之间具有相对移动性土具有较大的透水性土的三个特性对应土力学三个定律压缩性压密定律移动性库仑定律透水性达西定律二级标题三级标题颜色中文字体：思源黑体英文字体：新罗马2.土压力分类一级标题三级标题（3）被动土压力土的结构与构造-作业1土的结构与构造-作业1什么是土的结构，常见土的结构有哪些？土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式常见的结构形式有三种：土的结构与构造-作业1单粒结构：常由碎石类土和砂类土等粗颗粒土生成蜂窝状结构：常见于粉土、黏土中絮状结构：最细小黏性土的特有结构形式，海相沉积黏土中常见什么是土的结构，常见土的结构有哪些？土的结构与构造-作业2土的结构与构造-作业2什么是土的构造，常见土的构造有哪些？常见的构造形式有三种：土的结构与构造-作业2层状构造、裂隙构造、结核构造什么是土的构造，常见土的构造有哪些？土的构造是指同一土层中物质成分和颗粒大小等相近的各部分之间的相互位置与充填空间的特征。土的组成1.土的组成土体固相solid气相air液相water构成土骨架，起决定作用重要影响次要作用两种两相土体饱和土干土1.土的组成（1）固体颗粒原生矿物即物理风化所产生的粗颗粒矿物。颗粒的矿物成分和颗粒分组长石1长石21.土的组成原生矿物角闪石1角闪石2石英1石英21.土的组成原生矿物云母1云母21.土的组成次生矿物黏土是化学风化后产生的矿物，如颗粒极细的黏土矿物。常见的有高岭土、伊里土和蒙脱土等。1.土的组成颗粒分组粒组粒度按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类颗粒粒径的大小0.0050.07522060200单位：mm黏土粒

粉粒砂粒细圆砾细角粒卵石碎石漂石块石粒径粗圆砾粗角粒《铁路桥涵地基和基础设计规范》的土的颗粒分组表1.土的组成《公路桥涵地基和基础设计规范》的土的颗粒分组表粒组名称粒径（mm）一般特性巨粒组漂石、块石大于200无黏性、孔隙比大、透水性大、毛细水上升高度极微，不能保持水分，能承受很大静压，压缩性小卵石、小块石60～200粗粒组砾角砾粗20～60无黏性、易透水、毛细水上升高度不大，遇水不膨胀，干燥时不收缩且松散，不呈现可塑性，能保持水分，能承受较大静水压力，压缩性较小中5～20细2～5砂粗0.5～2中0.25～0.5细0.075～0.25细粒组粉粒0.002～0.075湿润时出现轻微黏性，透水性小，遇水膨胀或干缩都不显著，毛细水上升较快,上升高度较大黏粒小于0.002黏性大，几乎不透水，湿润时呈现可塑性，遇水膨胀或干缩都较显著，压缩性大1.土的组成（1）固体颗粒颗粒级配各粒组的质量占干土土样总质量的百分数。粒径级配分析方法筛分法移液管法密度计法粒径0.075mm以上√粒径0.075mm以下粒径0.075mm以下粒径分析方法1.土的组成（1）固体颗粒粒径级配分析方法标准筛分粗筛和细筛粗筛孔径60、40、20、10、5、2mm细筛孔径2.0、1.0、0.5、0.25、0.075mm

1.土的组成《铁路工程土工试验规程》筛析试验成果记录粗筛分析用的风干试样质量=5000g，小于0.075mm的试样质量占总质量的百分数=6.7%细筛分析用小于2mm试样质量=300g，小于2mm的试样质量占总质量的百分数=80%筛类别孔径(2mm)分计留筛试样质量(g)累计留筛试样质量(g)小于该孔径试样的质量(g)小于该孔径试样质量百分数(%)小于该孔径试样质量占总试样质量百分数(%)粗筛6000500010010040475475452590.590.52025500450090.090.01050550445089.089.05150700430086.086.023001000400080.080.0细筛200300100100×0.8=80.0152.552.5247.582.582.5×0.8=66.00.5101.1153.6146.448.848.8×0.8=39.00.2578.9232.267.522.522.5×0.8=18.00.07542.3274.825.28.48.4×0.8=6.7筛底存留(g)23.22982.00.70.7×0.8=0.61.土的组成表格法粒径(mm)＞2010～205～102～51～20.5～1.00.25～0.50.25～0.075小于0.075百分数11.7%19.0%22.6%19.7%7.3%11.0%6.0%2%0.7%颗粒级配曲线法特征粒径d60

:限制粒径d10

:有效粒径d30

:平均粒径特征粒径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)d60d50d10d30用d50

表示不均匀程度Cu=d60/d10不均匀系数Cu

≥5，级配不均匀土的粒径级配累积曲线1.土的组成土的粒径级配累积曲线斜率：某粒径范围内颗粒的含量陡：相应粒组质量集中缓：相应粒组含量少,不均匀性好平台：相应粒组缺乏小于某粒径之土质量百分数（％）1009080706050403020100105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)d60d10d30Cu

≥5，级配不均匀1.土的组成土的粒径级配累积曲线连续程度Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系数d600.33d100.005d300.063Cu66Cc2.411.土的组成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)d60d50d10d30土的粒径级配累积曲线连续程度Cc=d302

/(d60×d10)曲率系数较大颗粒缺少Cc

减小较小颗粒缺少Cc

增大Cc=1~3，级配连续性好1.土的组成小于某粒径之土质量百分数（％）1009080706050403020100105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)d60d10d30土的粒径级配累积曲线曲线LMRd600.33d100.005d300.0810.0630.030Cu66Cc3.982.410.5451.土的组成小于某粒径之土质量百分数（％）1009080706050403020100105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)d60d10d30粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu≥5,不均匀土；Cu<5,均匀土3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc

=1~3,级配连续土；Cc>3或Cc<1,级配不连续土4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

如果Cu≥5且Cc

=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配不良的土1.土的组成2.土中水结合水吸附在土颗粒表面的水自由水电场引力作用范围之外的水强结合水排列致密、定向性强密度>1g/cm3冰点处于零下几十度具有固体的特性温度高于100°C时可蒸发弱结合水排列致密、定向性强密度>1g/cm3冰点处于零下几十度具有固体的特性温度高于100°C时可蒸发2.土中水非结合水重力水在重力作用下可在土中自由流动毛细水存在于固气之间在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动3.土中气体自由气体与大气连通，对土的性质影响不大封闭气体增加土的弹性；阻塞渗流通道二级标题三级标题颜色中文字体：思源黑体英文字体：新罗马2.土压力分类一级标题三级标题（3）被动土压力土的组成-作业1土的组成-作业1土是由哪三相组成的？各相的作用是什么？简答题土的组成-作业1土是由哪三相组成的？各项的作用是什么？土由固相、液相、气相等三相组成：其中：固相（土颗粒）：构成土骨架，对土的工程性质起决定作用：液相（水）：对土的工程性质起重要作用；气相（气体）：对土的工程性质起次要作用简答题土的组成-作业2土的组成-作业2土按按矿物成分如何分类？简答题土的组成-作业2简答题原生矿物：即物理风化所产生的粗颗粒矿物。常见的有长石、角闪石、石英、云母等。土按按矿物成分如何分类？次生矿物：是化学风化后产生的矿物，如颗粒极细的黏土矿物。常见的有高岭土、伊里土和蒙脱土等。土的组成-作业3土的组成-作业3简答题按《铁路桥涵地基和基础设计规范》土的颗粒如何分组？每组工程特性有哪些？颗粒名称粒径

（mm）主要特征漂石（浑圆、圆棱）或块石（尖棱）大d＞800无黏性，透水性很大、毛细水上升高度很小中400＜d

≤800小200＜d≤400卵石（浑圆、圆棱）或碎石（尖棱）大100＜d

≤200小60＜d

≤100粗圆砾（浑圆、圆棱）或粗角砾（尖棱）大40＜d

≤60小20＜d

≤40细圆砾（浑圆、圆棱）或细角砾大10＜d

≤20中5＜d≤10小2＜d

≤5砂粒粗0.5＜d

≤2无黏性，易透水，有一定毛细水上升高度中0.25＜d

≤0.5细0.075＜d≤0.25粉粒0.005≤d

≤0.075湿时有黏性，透水性小，毛细水上升高度较大黏粒d＜0.005有黏性和可塑性，透水性极微，其性质随含水率有较大变化土的组成-作业4土的组成-作业4简答题常用的粒径分析方法有哪些？各适用于何种情况？土的组成-作业4简答题常用的粒径分析方法有哪些？各适用于何种情况？筛