2土的物理性质省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

绪论(补充内容)介绍土形成及物质组成,从定性和定量两个方面描述土体物质组成\密实程度及工程应用土物理性质主要内容:第1页知识关键点：掌握土体三相组成及三相百分比指标之间换算领会无粘性土密实度概念、判别方法及砂土相对密度计算掌握粘性土塑性、液限、塑性指数和液性指数概念及其物理状态评价掌握无粘性土和粘性土分类依据和分类方法掌握土体压实原理及压实标准与控制第2页第一节土形成与颗粒特征土是岩石经风化、搬运、堆积而形成自然历史产物。搬运、沉积一、土体形成风化岩石地球土地球第3页生物风化物理风化化学风化矿物成分未变无粘性土原生矿物矿物成份改变粘性土次生矿物风化作用分类有机质岩石和土粗颗粒受各种气候原因影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散颗粒受环境原因作用而改变其矿物化学成份，形成新矿物动植物活动引发岩石和土体粗颗粒粒度或成份改变第4页二、土体三相组成气相固相液相++组成土骨架，起决定作用主要影响土体次要作用土体三相组成示意图第5页（一）、固体矿物颗粒(固相)物理状态力学特征粒径级配矿物成份颗粒形状第6页1.矿物成份原生矿物

石英、长石、云母等次生矿物

主要是粘土矿物，包含三种类型

高岭石、伊利石、蒙脱石粘土矿物:由硅氧四面体和铝氢氧八面体组成晶胞所组合而成第7页粘土矿物晶格结构高岭石蒙脱石伊利石粒径比表面积胀缩性渗透性强度压缩性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大第8页次生矿物蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石第9页2.颗粒级配颗粒大小各粒径成份在土中占百分比惯用表格法或累计曲线法表示影响土性质主因第10页颗粒大小基本概念粒度:天然土是由大小不一样颗粒组成,土粒大小称为粒度。粒组：天然土粒径普通是连续改变，工程上把相近土粒合并为组，称为粒组。粘粒粉粒砂粒砾粒碎石块石0.0050.075220200巨粒粗粒细粒mm第11页表格法表示粒组划分第12页粒径级配（1）定义

工程中惯用土中各粒组相对含量，占总质量百分数来表示，称为土粒径级配(粒度成份)。（2）粒径分析方法筛分法（d>0.075mm土）沉降分析法：（d<0.075mm土）第13页105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理图筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了200g有代表性试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上土重，并计算出各粒组相对含量，即得土颗粒级配。沉降分析法：详细有密度计法(也称比重计法)或移液管法(也称吸管法)。该两法理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状细颗粒在水中下沉速度与颗粒直径平方成正比第14页筛分法（d>0.075mm）土）第15页密度计法（d<0.075mm土）第16页（3）表述方法

表格法10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600第17页粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510经典颗粒级配曲线沉降分析结果1009080706050403020100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)第18页3.颗粒形状原生矿物

圆状、浑圆状、棱角状次生矿物

针状、片状、扁平状第19页（二）、土体中水(液相)依据土体中水分子受到电场力作用大小,土体中水主要能够分为:

结合水吸附在土颗粒表面水自由水电场引力作用范围之外水土中水即为土体中液相,其含量及性质显著地影响土性质重力水毛细水强结合水弱结合水第20页结合水排列致密、定向性强密度>1g/cm3冰点处于零下几十度含有固体特征温度高于100°C时可蒸发强结合水位于强结合水之外，电场引力作用范围之内外力作用下能够移动不因重力而移动，有粘滞性弱结合水第21页土中毛细现象毛细水分布在土粒内部相互贯通孔隙能够看成许多形状不一、直径互异、彼此连通毛细管第22页（三）、土体中气体(气相)土体中气体是指存于土体空隙中未被水占据部分,存在形式有两种:自由气体:与大气相通,对土性质影响不大封闭气体:与大气隔绝,增大土体弹性和压缩性土体中气体第23页第二节土结构定义：土体结构是指土颗粒之间相互排列和连接方式。力学特征影响土结构反应土成份形成条件分类单粒结构蜂窝结构絮状结构第24页单粒结构

蜂窝结构

絮状结构第25页第三节土三相组成及物理性质指标土物理状态粗粒土松密程度粘性土软硬状态土物理性质指标(三相间百分比关系)力学特征影响表示第26页一.土三相图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积第27页二.土物理性质指标确定WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土物理性质指标共有9个：e、n、ω、Sr、ρ、ρs、ρd、ρsat、ρ/土密度土容重γ=ρg工程上更惯用于计算土自重应力单位:kg/m3或g/cm3单位:kN/m3

普通范围:1.60—2.20g/cm3定义:土单位体积质量有时也称土天然密度表示式:相关指标:三相草图有利于直观了解物性指标概念第28页各种密度容重之间大小关系：天然密度干密度饱和密度天然容重干容重浮容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积第29页土粒比重

s:

土粒密度，单位体积土粒质量单位:无量纲土粒比重普通范围:

粘性土2.70—2.75砂土2.654˚C时纯蒸馏水密度=1.0g/cm3定义:土粒密度与4˚C时纯蒸馏水密度比值表示式:土粒比重在数值上等于土粒密度饱和度表示式:定义:土中水体积与孔隙体积比值饱和度表示孔隙中充满水程度Sr=0:干土Sr=1:饱和土第30页土含水量定义:土中水质量与土粒质量之比,用百分数表示注意:其实是含水比,可到达或超出100％表示式:孔隙比孔隙率(孔隙度)关系:在某种程度上反应土松密定义:土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,无量纲表示式:定义:土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示表示式:第31页例题1：工程地基经试验测定：原状土样体积V=70cm3，土质量m=0.126Kg,土固体颗粒质量ms=0.1043Kg,求土样密度，干密度，含水量。第32页第四节无粘性土密实特征无粘性土松密程度力学特征影响土密实度通常是指单位体积中固体颗粒含量定义:密实度大结构稳定、强度大、压缩变形小密实度小结构疏松、不稳定、压缩变形大怎样衡量无粘性土密实度?孔隙比e或孔隙率n相对密实度Dr现场标准贯入试验测定第33页优点：简单方便缺点：不能反应级配影响且只能用于同一个土1、孔隙比e或孔隙率n0.60.750.85涣散中密密实稍密第34页emax与emin：最大与最小孔隙比2、相对密实度Dr

=1

,最密状态

Dr

=0

,最松状态

Dr≤1/3,

疏松状态1/3<

Dr≤

2/3,中密状态

Dr>2/3

,密实状态判别标准：优点：把土级配原因考虑在内，理论上较为完善缺点：e、emin、eman难以准确测定第35页3、依据现场标准贯入试验判定标准贯入试验是一个原位测试方法。试验方法：将质量为63.5kg锤头，提升到76cm高度，让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需锤击数，记为N63.5，这是一个简便测试方法。N大小，综合反应了土贯入阻力大小，亦即密实度大小。我国《岩土工程勘查规范》（GB50021－94）要求砂土密实度按表标准贯入锤击数进行划分。标准贯入试验垂击数N63.5N63.5≤1010≤N63.5≤1515≤N63.5≤30N63.5≥30密实度涣散稍密中密密实判定标准：301510涣散中密密实稍密第36页第五节粘性土物理特征粘性土物理特征能够用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不一样时所表现出物理状态，反应土软硬程度。粘性土从一个状态过分到另一个状态分界含水量称为界限含水量。塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土稠度反应土中水形态固态或半固态塑态

液态

强结合水膜最大出现自由水强结合水弱结合水自由水稠度状态含水量w第37页一、界限含水量1、液限ωL锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土10mm所对应含水量。碟式液限仪测定法：以2转/秒速度，使碟子重复起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好13mm所对应含水量。锥式液限仪碟式液限仪第38页2、塑限ωp滚搓法：将天然湿度土体在毛玻璃上搓成直径为3mm土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时含水量。液、塑性联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时测定3份不一样含水量同一个土样，得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm及2mm时土样含水量就分别为该土液限和塑限。圆锥入土深度与含水量关系第39页二、塑性指数Ip和液性指数IL——表明吸附结合水能力、粘性大小；大致反应粘土颗粒含量

塑性指数Ip工程上惯用作粘性土与粉土定名依据缺点：不能充分反应粘土颗粒含量

不一样粘土矿物结合水能力不一样第40页注意：仅适合用于重塑土液性指数ILIL≤0IL=0~1IL>1坚硬状态可塑状态流塑0.00~0.250.25~0.750.75~1.00硬塑可塑软塑——反应粘性土天然状态软硬程度

工程上作为确定粘性土承载力主要指标第41页第六节土工程分类分类依据：能反应土物理力学性质－土组成土状态土结构土工程分类是将工程性质相近土进行分类，方便于工程应用及研究本节主要介绍建筑地基基础设计规范GBJ7-89分类法

土岩石碎石土砂土粉土粘性土人工填土第42页碎石土土名称颗粒形状粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm颗粒超出全质量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颗粒超出全质量50%粒径大于2mm颗粒超出全质量50%第43页砂土土名称粒组含量粒径大于2mm颗粒占全质量25--50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于0.5mm颗粒超出全质量50%粒径大于0.25mm颗粒超出全质量50%粒径大于0.075mm颗粒超出全质量85%粒径大于0.075mm颗粒超出全质量50%第44页粉土粒径大于0.075mm颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip≤10土塑性指数Ip>10土粘性土10<Ip≤17土Ip>17土粘土粉质粘土第45页例题2：住宅楼基坑取土样经试验测定天然含水量w=20.5%,塑限wp=18.5%，液限wL=28.7%，试确定土样名称及所处物理状态。第46页粒度成份分析结果