土的物理性质及分类

1、土木工程学院土力学原理讲师：盛小姐，一般固体：液体：土壤(颗粒):可以保持固定的形状，没有特定的形状，有一定但不固定的形状，土壤有什么特点？不连续介质，岩石风化的产物，1。土壤是支离破碎的。土壤是一个三相系统，固体相土骨架，液相，水和气相，多相介质。3.土壤具有自然变异性，它是自然的产物，具有破碎性、三相系统、自然变异性、复杂的力学性质、变形特征、强度特征和渗透性特征。土壤的特征是什么？土力学、天然三相碎裂沉积物(碎裂材料)、理论力学、学科、研究对象、材料力学、结构力学、连续固体、弹性、流体力学、连续流体、粒子或刚体以及土力学的特征是什么？土壤的物理性质和工程分类，第1章，1.1概述-土壤的形

2、成1.2土壤的三相组成1.3土壤的三相比例指数1.4土壤的物理状态1.5土壤的分类标准和基础土壤的工程分类1.6土壤的密实度，内容，1.1土壤形成、土壤、岩石、风化、运输、沉积、地质成岩作用概述土壤的组成、结构、物理和机械性质、过程和条件是岩石在风化后不同条件下形成的自然历史的产物。1.风化、生物风化、物理风化、化学风化、无粘性土壤、原生矿物、粘性土壤、次生矿物和有机物。特征：物理风化：数量变化过程，导致土壤颗粒变粗。化学风化：质变过程，产生细小的土壤颗粒。2.运移、剥蚀、沉积，残积土不运移，土质良好，残积土强风化、弱风化，母质岩体轻度风化，颗粒表面粗糙，棱角粗细不均，无层理，运移土运移，风力

3、为风积土，重力为33，360，坡积土流水为33，360，冲积土沉积在冲积土中的湖泊和沼泽中，冰川为33，360。性质不均匀，分选性差，近粗远细，明显的圆形分选性，土层重叠，含有机淤泥，土质差，细颗粒，表层松软，土质差，土壤颗粒厚度变化大，性质不均匀，颗粒均匀，厚层无层理，冰碛，湖泊沼泽，残积物和斜坡沉积物，冲积平原。土壤三相：(1)固相土壤颗粒，颗粒间胶结物(构成土壤骨架并起决定性作用)，(2)液相水(重要影响)，(3)气相空气(二次效应)，土壤两相(固液)(1)饱和土壤，颗粒水(2)干燥土壤，颗粒气体，1。粒度和晶粒尺寸的划分，晶粒组边界尺寸的划分，1。固体颗粒，土壤颗粒的粒径在一定的粒径范

4、围内，土壤颗粒的粒径大小，通常用当量直径表示，220用质量百分比表示，测量方法筛选方法：适用于粗粒土(0.1毫米)水分法：适用于细粒土(0.1毫米)，表示方法颗粒级配累积曲线颗粒组范围和颗粒组内各颗粒组的粒径分布含量，2。土壤粒度分析-粒度分级，图2-2粒度级分含量和粒度分布曲线，105.02.01.00.50.250.1，200克，筛余物10161824223872，磷100958778665536，水分法，筛分法，小于某一粒度的土壤质量百分比，粒度(毫米)，土壤粒度分级累积曲线，特征粒度336050中值粒径，不均匀性：Cu=d60/d10，连续性： Cc=d302/(d60 d10)，曲率

5、系数，不均匀性系数，厚度度：用d50表示，小于某一粒径的土壤质量百分比()，粒径(mm)，土壤粒径级配累积曲线，斜率：一定粒径范围内的颗粒含量较陡，对应的颗粒群质量集中且缓慢-对应的颗粒群含量较小，平台缺少对应的颗粒群。连续性度为： Cc=d302/(d60 d10)曲率系数，C c=13，级配连续性好，铜5，级配不均匀，粒径级配，颗粒组含量用于土壤分类和命名；用不均匀系数铜来判断土壤的不均匀程度：铜5为不均匀土壤；Cu 5为均匀土，曲率系数Cc用于判断土的连续性：Cc=13为级配连续土；Cc3或Cc1为级配不连续土的不均匀系数Cu和曲率系数Cc，用于判断土的级配：Cu 5和Cc=13为级配良

6、好的土；否则，为不良土壤，如图2-2所示，几种土壤的粒度分布曲线，1、0.1、0.01、3，矿物组成，应时、长石、云母等原生矿物主要为粘土矿物、可溶性盐和无定形氧化物胶体，粘土矿物包括高岭石、伊利石和蒙脱石三种类型。粘土矿物、高岭石、蒙脱石和伊利石的晶格结构，以及单位体积比表面积的土壤颗粒的总表面积，值越大，亲水性越强。15，80，800，粘土矿物的带电性质，研究表明：粘土颗粒的表面电荷和静电荷通常是负电荷，而结合水则吸附在土壤颗粒表面的水中，这超出了自由水电场的引力范围；其次，土壤中的水(液相)、结合水和强结合水3360排列密集，定向性强，厚度薄不能传递静水压力。它只有在冰点低于零下几十度时

7、才能移动，它会吸收热量并变成蒸汽。它具有坚固、抗剪强度高的特点，并能在弱结合水(膜水):的外力作用下移动。如果它含有更多的弱结合水，它就有可塑性。弱bo的厚度具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土壤颗粒有浮力作用。当它在土壤孔隙中流动时，它对流经它的土壤施加渗透力(也称为动水压力)，在计算中应考虑它的影响。自由水、重力水、毛细水、毛细上升与孔隙大小成反比，粘土？粉砂砾石，毛细水：由于土壤孔隙的毛细作用，水上升到地下水位以上。毛细水受到表面张力和重力的作用。毛细压力会使土颗粒相互挤压，对砂土强度产生负压，增加颗粒间的阻力，具有一定的塑性假内聚力。3.土壤中的气体和自由气体与大气相连，对土壤性质

8、影响不大。封闭气体增加了土壤弹性，降低了水的渗透性、空间排列和土壤颗粒或团簇的相互连接。4.土壤结构和构造，机械特性重塑土的强度，原状土的强度，土壤的结构，土层在空间中的存在状态：分层，影响，-粗粒土，单颗粒结构，1。土壤结构，-细砂和淤泥，蜂窝状结构，-细粘土，絮状结构，2。土壤结构它可以用来表示土壤的物理状态，包括粗粒土的松散程度和粘性土的软硬状态，从而影响土壤的力学性质。1.物理性质指数，三相土壤的体积和质量之间的比例关系，基本方法：三相草图法，1。三阶段草图，质量和体积，2。室内测定的三个物理性质指标的基本物理指标，土壤密度，单位为： kg/m3或g/cm3，一般范围为：1 . 602

9、 . 22有时称为土壤的自然密度，表达式为：相关指标为：土壤容重(重量)=g=9.8110(kN/m3)，单位为： kN/m3，用环刀法测得，1g/cm31000kg/m310kN/m3，土壤颗粒比重，土壤颗粒密度，S3360。土壤颗粒比重的一般范围为：粘质土2.702.75砂土2.65有机质，泥炭土较小，在4C时纯蒸馏水的密度等于=1.0 g/cm3，土壤颗粒的比重在数值上等于土壤颗粒的密度，在4C时土壤颗粒密度与纯蒸馏水的密度之比表示为：注：含水量可达到或超过100，表达式：通过干燥方法测量，孔隙比，其他常用物理性能指标，土壤中孔隙体积与固体颗粒体积之比，无量纲，表达式：关系：孔隙度(孔隙

10、度)，土壤中孔隙体积与总体积之比，以百分比表示，表达式：vs V=1e，饱和度，表达式：土壤中水体积与孔隙体积之比，饱和度表示孔隙中的水填充程度Sr=0 :干土Sr=1 :饱和土，砂的湿度根据饱和度可分为三种状态：稍湿和极湿饱和Sr50% 50%Sr80% Sr80%，干密度，干重，单位体积土壤。 表达式：特殊条件下的土壤密度，漂浮密度，漂浮密度，有效堆密度，饱和密度，土壤颗粒每单位体积的质量，土壤孔隙充满水时每单位体积的质量，以及各种密度和堆密度之间的大小关系：自然密度，干密度，饱和密度，自然堆密度，干堆密度，漂浮堆密度，饱和堆密度，4个物理指标之间的转换，已知有9个参数： V Vv Vs

11、Va V/ms m ma m，其余3个独立变量，物理性质指标为比例关系可以假设任意参数为1，实验室测量，其他指标、三相标度转换草图、顺序和顺序、间接测量指标来源于直接测量指标。经验：先写出定义公式，然后代入草图中的值，例21某个样品在自然状态下的体积为60cm3，质量为108g干燥后，其质量为96.43克，从测试中获得的土壤颗粒的比重ds为2.7。试着找出样品的湿密度、干密度、饱和密度、含水量、空隙率、孔隙度和饱和度。解决方案 (1)给定V60cm3，m=108g，get=mv=180/60=1.8g/cm3，并给出土壤物理性质指标转换的实例；(2)给定ms=96.43g，mw=mms=108

12、96.43=11.57g，然后W=MWMS 11然后vs=ms/s=96.43 2.735.7 cm3 vv=v vs=6035.724.3 cm3，然后(4)根据公式(112)，n=vv/v24.360=e=0.8 (5)，根据W的定义，Vw=mw/w=11.57求解：(a)、(b)，1.4土壤的物理状态，土壤的物理性质指数(三相之间的比例关系)。它可以用来表示土壤的物理状态，包括粗粒土的松散程度和粘性土的软硬状态，从而影响土壤的力学性质。Emax和emin:最大和最小空隙率；1.无粘性土壤的密实度、密实度和每单位体积的固体颗粒含量；优点：简单方便；缺点：不能反映层次的影响；2.相对密度(沙

13、土)；1.天然孔隙比e或孔隙度n(沙土)。Emax:最大孔隙率通过长颈漏斗将松散风干的土壤样品轻轻倒入容器中，以避免重力影响，获得土壤的最小干密度，然后通过转换获得最大孔隙率，em :最小孔隙率将松散风干的土壤样品放入金属容器中，按照规定的方法振动和锤击，直到密度不再增加，获得土壤的最大干密度，然后通过转换获得最小孔隙率。Emax和emin:最大和最小孔隙比，判断砂土密实度指标的标准：Dr=1，最密实状态Dr=0，最松散状态Dr 1/3，松散状态1/3 2/3，密实度，相对密度，3。标准贯入锤击数N(砂土、砾石土)，2。粘性土的物理特性，1。稠度状态和液限wl，固体或半固体，塑性状态，流动状态

14、，强结合水，弱结合水，自由水，W，强结合水膜最大，并出现相当数量的自由水。(1)塑性粘性土在一定含水量范围内，受外力作用，可以成型为无裂缝的任何形状，外力消除后仍能保持原有形状。(2)液限(wL)塑限(wP)缩限(Ws)(3)液塑限测量法锥形液限仪(图2-17)盘式液限仪(图2-18)滚动法组合液塑限测量仪，2。粘性土的塑性和指数，图2-。(4)塑性指数IP(2-14)，反映了吸附结合水的能力，即粘度大致反映了粘土颗粒的含量，这通常被用作细粒土工程分类的依据；2)粘性土的稠度指数流动性指数IL(2-15)，它是表征土壤含水量与边界含水量之间相对关系的指标。它适用于重塑土。根据液体指数，粘性土可分为wwP、I L0硬wP w wL、0l1.0塑性w wL和I L1.0流动塑性状态可细分为0 I L0.25硬塑性0.25 I L0.75塑性0.75 I L1.0软塑性3。粘性土壤的收缩、膨胀和湿润(图2-15)。图2-15，膨胀和湿润(崩解和塌陷)强度和收缩(收缩极限前)，图2-22，iii。反映粘性土结构特性的指标，1。粘性土的结构概念，原状土是结构性的，具有相同的含水量和密度，经过破碎/重塑后，成为重塑土，其强度降低。2。粘性土的敏感性St=，原状土的无侧限抗压强度，重塑土的无侧限抗压强度，恒定含水量，恒定密度，因重塑而强度降低，因静置而逐渐增强，并逐渐恢复强度，称为触变性。土壤