第2章土的物理力学性质及工程分类

土力学与地基基础

GroundandFoundation

教师:张丹

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Email:rockmechanicszd@126.com第2章土的物理性质及工程分类1.1土的成因与组成

土是由地壳岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成由固体矿物、液态水和气体组成的一种集合体。土一般是由固体颗粒、水、气体三相组成。二、土的三相组成一、土的成因第2章土的物理性质及工程分类（1）原生矿物（一）土中固体颗粒1.土颗粒的矿物成分（2）次生矿物（3）腐殖质单矿物颗粒——石英、长石、云母、角闪石、辉石多矿物颗粒——

漂石、卵石、粗粒土的砾石。第2章土的物理性质及工程分类2.土的颗粒级配自然界中的土都是由大小不同的颗粒组成→粒径不同，土的性质会发生相应的变化。（一）土中固体颗粒(1)土粒粒组划分200mm60mm2mm0.075mm0.005mm块石颗粒卵石颗粒圆砾颗粒砂粒粉粒黏粒

①通常将土粒分为六大粒组图1土粒粒组划分②确定土粒粒组的方法

将风干且已经分散了的土样通过一套孔径不同的标准筛，充分摇振筛选，然后分别称出留在各级筛上的重量，再计算出各粒组的相对含量。

土的颗粒级配：工程上，常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总重的百分数）来表示土的组成情况。①如果土粒粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，则级配良好。级配良好的土，土的密实度较好，用其作为地基土，地基强度、稳定性较好，透水性、压缩性较小。②如果土粒粒径范围较小，土粒较均匀，则级配不良。

块石颗粒卵石颗粒圆砾颗粒砂粒粉粒黏粒土样1:50%5%10%15%15%5%土样2:0%0%0%58%33%9%例：土的粒径级配曲线在粒径级配曲线上，纵坐标为10%所对应的的粒径d10称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的的粒径d60称为限定粒径；d10与d60的比值称为不均匀系数。当Cu很小时，曲线很陡，表示土颗粒均匀；当Cu很大时，曲线平缓，表示土颗粒级配良好；(二)土中水固：结冻时由于水的冰晶体不断扩大，土体发生隆起，出现冻胀现象；当解冻时，土中积聚的冰晶体融化，土体又随之下陷，出现冻融现象，往往会使土体强度降低。气：指水蒸气，对土的性质影响不大。液：结合水和自由水。

1.结合水定义：结合水是指在电场作用力范围内，受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。强结合水弱结合水结合水距离土颗粒越近，作用力越大；距离越近，作用力越小。2.自由水①重力水：是在重力或压差作用下运动的水。存在于地下水位以下的透水土层中，对土粒有浮力作用。作用：对土中的应力状态、开挖基槽、基坑，以及修筑地下构筑物时所采取的排水、防水措施有重要影响。②毛细水：是受到水与空气交界面处表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及其它方向移动的现象。（三）土中气体

1.存在于土孔隙中未被水所占据的部位。2.土中气体的作用：在粗粒的沉积物中，常见到与大气相连通的空气，它对土的力学性质影响不大。在细粒土中，常存在与大气相隔绝的封闭气泡，使土在外力作用下的弹性变形增加，透水性减小。（封闭气体对土的工程性质影响较大）三、土的特性

1.压缩性高2.强度低

3.透水性大1.2土的结构与土层构造土的结构：指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。单粒结构蜂窝结构絮状结构一、土的结构1.单粒结构：由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。

(全部由砂粒及更粗土粒组成的土具有单粒结构。)

特点：颗粒较大，土粒间的分子吸引力相对很小。

呈紧密状单粒结构的土：强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基。

具有疏松单粒结构的土：骨架不稳定，在外力作用下，土粒易发生移动，孔隙减小，土产生很大变形。2.蜂窝结构和絮状结构蜂窝结构和絮状结构的土，粒间存在大量细微孔隙，压缩性大、强度低、透水性小。

土粒间的联结较弱，不稳定，受到扰动时，土粒接触点可能脱离，结构受到破坏，土的强度迅速降低；土粒间的联结力也会因长期受到压密作用和胶结作用而得到加强。知识点小结土的组成

1.土的颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质；2.水对无黏性土的工程性质影响较小，但黏性土中水是控制其工程地质性质的重要因素；土的结构构造

4.土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素组成的综合特征，一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。3.封闭气体使土在外力作用下的弹性变形增加，透水性减小。1.3土的物理性质指标一、土的三相图水气体土粒VaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的三相图

1.3土的物理性质指标1.2.1土的基本指标1.土的含水量ω含水量一般采用“烘干法”测定1.2土的物理性质指标1.2.1土的基本指标2.密度、重度

土的密度一般用“环刀法”测定。

1.2土的物理性质指标1.2.1土的基本指标3.土粒比重（土粒相对密度）

土粒比重决定于土的矿物成分。土的比重在实验室内用“比重瓶法”测定。1.2.2其它物理指标①干密度、干重度②饱和密度、饱和重度③有效密度（浮密度）、浮重度（处于地下水位以下的土，由于受到水的浮力作用，使土的重量减轻）2.孔隙比、孔隙率

3.饱和度土的饱和度反映土中孔隙被水充满的程度。1.2.3指标换算1.2.3.4.例题1-1.某原状土样，经试验测得，，求干密度、孔隙比e，孔隙率n和饱和度Sr。

案例墨西哥市艺术宫墨西哥市国家首都墨西哥市艺术宫，是一座巨型的具有纪念性的早期建筑。此艺术宫于1904年落成，至今已有90余年的历史。该市处于四面环山的盆地中，古代原是一个大湖泊。因周围火山喷发的火山沉积和湖水蒸发，径漫长年代，湖水干涸形成目前的盆地。案例墨西哥市艺术宫当地表为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m；其下为超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达7~12，天然含水率高达150%~600%，为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，这座艺术宫严重下沉，沉降量竟达4m。临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高达2m。参观者需步下9级台阶，才能从公路进入艺术宫。1.4土的物理状态指标无黏性土→指土的密实度；黏性土→指土的软硬程度一、无黏性土的密实度无黏性土是具有单粒结构的碎石土和砂土。

特点：土粒之间无粘结力，呈松散状态。无黏性土的密实度指单位体积中固体颗粒充满的程度。

密实的黏性土：压缩性小、抗剪强度高、承载力大，可作为建筑物的良好地基。疏松的黏性土：在外力作用下容易产生变形，强度也低，难作天然地基。（一）判断砂土密实状态的指标有三种：1.孔隙比e孔隙比属密实的砂土，为良好的天然地基；为疏松状态，不宜作天然地基。2.相对密实度指土在天然状态下的孔隙比；指土在最密集状态下的孔隙比；土在最疏松状态下的孔隙比。3.标准贯入锤击数N

用规定的锤质量（63.5kg）和落距（76cm）把标准贯入器打入土中，记录贯入一定深度（30cm）所需的锤击数N。（二）碎石土的密实度重型圆锥动力触探

用质量为63.5kg的落锤以76cm的落距把探头打入碎石土中，记录探头贯入碎石土10cm所需的锤击数N63.5。二、黏性土的物理状态指标黏性土的特性主要是由于土中的粘粒与水之间的相互作用产生的。1.黏性土的界限含水量黏性土的状态可分为：固态、半固态、（可塑状态）、流动状态。

概念：塑限、液限、缩限2.塑性指数、液性指数塑性指数：液限和塑限的差值。

塑性指数反映了土处在可塑状态的含水量变化最大范围。反映吸附结合水的能力。液性指数：值越大，土质越软；反之，土质越硬。二、黏性土的物理状态指标3.

天然稠度常用天然稠度来区分粘性土的状态。4.灵敏度原状土无侧限抗压强度，kPa。重塑土无侧限抗压强度，kPa。二、黏性土的物理状态指标

当黏土结构受扰动时，土的强度降低，当扰动停止后，土的强度又随时间逐渐增强，这种性质叫作土的触变性。5.触变性例题1-1.某原状土样，经试验测得，，，求干密度、孔隙比e，孔隙率n和饱和度Sr。

1.5地基土的工程分类建筑地基的岩土分为岩石、碎石、砂土、粉土、粘土、人工填土六大类。1.岩石岩石是指颗粒间牢固联结、是整体或具有节理、裂隙的岩体。2