地基与基础土的物理性质与工程分类省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、 地基与基础工程地基与基础工程Soil Mechanics and Foundation Engineering第1页第一章第一章 介绍土形成及物质组成介绍土形成及物质组成,从定性从定性和定量两个方面描述和定量两个方面描述土体土体物质组成物质组成 密实程度密实程度及及工程应用工程应用土物理性质及工程分类土物理性质及工程分类主要内容主要内容:第2页知识关键点:知识关键点:掌握土体三相组成、三相百分比指标之间换算及 土基本指标测试方法。了解无粘性土密实度概念及判别方法。掌握粘性土塑性指数和液性指数作用和用途,以及粘性土物理状态评价。掌握无粘性土和粘性土分类依据和分类方法。第3页1.1 土成因土成因
2、土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不一样条件下形成自然历史产物一样条件下形成自然历史产物搬运、沉积搬运、沉积一、土体生成一、土体生成 风化风化岩石岩石地球土土地球第4页生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化矿物成矿物成分未变分未变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物矿物成矿物成份改变份改变粘性土粘性土次生矿物次生矿物 风化作用分类风化作用分类有有 机机 质质岩石和土粗颗粒受各种气候原因影响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产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎中因碰撞和摩擦而破碎
3、母岩表面和碎散颗粒受环境原因作用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动植物活动引发岩石和土体粗颗粒粒度或成份改变粒度或成份改变第5页定义:定义:土体结构是指土生成工程中所形成土粒空间排列及土体结构是指土生成工程中所形成土粒空间排列及 其形式。其形式。力学特征力学特征影影响响土结构土结构反应反应土成份土成份形成条件形成条件分类分类单粒结构单粒结构蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构二、土结构和结构二、土结构和结构第6页 粒间作用力粒间作用力 可否作天然地基可否作天然地基 矿物成份矿物成份单粒结构单粒结构 示意图
4、示意图重力、毛细力重力、毛细力密实单粒结构是良好天然地基密实单粒结构是良好天然地基原生矿物原生矿物 指粗砂粒或更粗大颗粒在水或空气中沉积形成。粗粒土粗粒土结构结构涣散涣散密实密实第7页 粒间作用力粒间作用力 形成环境形成环境 可否作为天然地基可否作为天然地基 矿物成份矿物成份水中悬浮力、自重力水中悬浮力、自重力(斥力减小引力增加)(斥力减小引力增加)絮状结构絮状结构(凝聚结构凝聚结构)蜂窝结构蜂窝结构(分散结构分散结构)示意图示意图颗粒间引力、自重力颗粒间引力、自重力(粒间引力占优势)(粒间引力占优势)淡水中沉积淡水中沉积海水中沉积海水中沉积次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物注意:注意:天然条件
5、下,可能是各种组合,或者由一个结构过渡向另一个结构。天然条件下,可能是各种组合,或者由一个结构过渡向另一个结构。不可不可不可不可细粒土结构细粒土结构是指由粉粒(粒径0.0050.075mm)在水中下沉时形。是指由粘粒(粒径0.005mm)集合体组成。第8页 颗粒形状原生矿物原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状圆状、浑圆状、棱角状次生矿物次生矿物 针状、片状、扁平状针状、片状、扁平状第9页土结构:土结构:是指土体中各结构单元之间关系,主是从宏观角度是指土体中各结构单元之间关系,主是从宏观角度 研究土组成,其主要特点是土成层性和裂缝性研究土组成,其主要特点是土成层性和裂缝性。力学特征力学特征影影响响土结
6、构土结构类型类型层状结构层状结构分散结构分散结构裂隙结构裂隙结构结核状结构结核状结构通常分散结构土工程性质最好是理性地基,结核状结构土工程性质取通常分散结构土工程性质最好是理性地基,结核状结构土工程性质取决于细决于细 粒土部分,裂隙结构不连续裂缝破坏土整体性故土工程性质最粒土部分,裂隙结构不连续裂缝破坏土整体性故土工程性质最差。差。第10页气相固相液相+组成土骨架,起主体作用组成土骨架,起主体作用主要影响主要影响土体次要作用次要作用土体三相组成示意图1.2 土组成土组成第11页一、一、土中固体颗粒土中固体颗粒(固相固相)物理状态力学特征粒组划分粒组划分土颗粒级配土颗粒级配土粒矿物成份土粒矿物成
7、份 第12页.颗粒级配颗粒大小土中各个粒组相对含量惯用表格法或惯用表格法或粒径曲线法表示粒径曲线法表示影响土性影响土性质主因质主因第13页表格法表示粒组划分第14页粒径级配确定方法确定方法 筛分法筛分法:适合用于粒径在:适合用于粒径在0.074 60mm 土土 密度计法密度计法:适合用于粒径小于适合用于粒径小于0.074 mm 0.074 mm 土土通常将各粒组相对含量,用质量百分数来表通常将各粒组相对含量,用质量百分数来表示示表述方法表述方法 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线第15页105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分
8、法原理图筛分法原理图筛分法就是用一套标准筛子如孔直筛分法就是用一套标准筛子如孔直径径(mm)(mm):20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075,将烘干且分散了将烘干且分散了200g g有代表性试样有代表性试样倒入标准筛内摇振,然后分别称出倒入标准筛内摇振,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。组相对含量,即得土颗粒级配。密度计法密度计法(也称比重计法也称比重计法):是:是沉降沉降分析分析法一个,另外还有移液管法法一个,另外还有移液管法(也称吸管法也称吸管法)。该两法理论基础都。该两法理论基础都是依据是
9、依据Stokes(Stokes(司笃克斯司笃克斯)定律,即定律,即球状细颗粒在水中下沉速度与颗粒球状细颗粒在水中下沉速度与颗粒直径平方成正比直径平方成正比第16页粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.510经经典典颗颗分分级级配配曲曲线线沉降分析结果沉降分析结果1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P()()105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)第17页1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数()小于某粒径之土质量百分数
10、()105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土粒径级配累积曲线土粒径级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径:d60 控制控制粒径粒径 d10 有效有效粒径粒径 d30 中中值粒径值粒径不均匀程度不均匀程度:Cu=d60/d10 连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀级配不均匀粗细程度粗细程度:用平均粒径用平均粒径d50 表示 第18页1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分
11、数()小于某粒径之土质量百分数()105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土粒径级配累积曲线土粒径级配累积曲线d60d10d30连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数较大颗粒缺乏较大颗粒缺乏Cc 减小减小较小颗粒缺乏较小颗粒缺乏Cc 增大增大C c =1 3,级配连续性好级配连续性好曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545第19页粒径级配累积曲线及指标用途:粒径级配累积曲线及指标用途:粒组含量用于土分类定名粒组含量用于土分类定名;工程中用不均匀系数
12、工程中用不均匀系数Cu评价土不均匀程度:评价土不均匀程度:Cu 5,不均匀土不均匀土;Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土级配优劣:用于判定土级配优劣:当当 Cu 5且且 C c =1 3 时时,为为级配级配 良好土良好土;当当 Cu 3 或或 Cc 1g/cm1g/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 含有固体特征含有固体特征 温度高于温度高于100C100C时可蒸发时可蒸发 强结合水性质稳定强结合水性质稳定强结合水强结合水 位于强结合水之外,以水膜位于强结合水之外,以水膜 形式包围着土粒形式包围着土粒 外力作
13、用下能够移动外力作用下能够移动 不因重力而移动,有粘滞性不因重力而移动,有粘滞性弱结合水弱结合水固定层扩散层第27页土中毛细现象土中毛细现象毛细水毛细水分布在土粒内部相互贯通孔隙能够看成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、彼此连通毛许多形状不一、直径互异、彼此连通毛细管细管重力水重力水是位于地下水位以下土空隙中,能在重力是位于地下水位以下土空隙中,能在重力或压力作用下流动。其性质能传递静水压或压力作用下流动。其性质能传递静水压力并产生浮力。力并产生浮力。第28页三、土中气体三、土中气体(气相气相)土体中气体是指存于土体空隙中未被水占据部分土体中气体是指存于土体空隙中未被水
14、占据部分,存在形式有两种存在形式有两种:自由气体自由气体:与大气相通与大气相通,对土性质影响不大对土性质影响不大封闭气体封闭气体:与大气隔绝与大气隔绝,增大土体弹性和压缩性增大土体弹性和压缩性土体中气体土体中气体第29页1.3 土物理性质指标土物理性质指标土物理状态土物理状态粗粒土松密程度粗粒土松密程度粘性土软硬状态粘性土软硬状态土物理性质指标土物理性质指标(三相间百分比关系三相间百分比关系)力学特征力学特征影响影响表表示示第30页一一.土三相图土三相图 水水气气 土土 粒粒VaVwVsVvVWa=0WwWsW质量质量体积体积第31页二二.土物理性质指标确定土物理性质指标确定WaterAirS
15、oilVaVwVsVvVWa=0WwWsW质量质量体积体积土物理性质指标共有土物理性质指标共有9个:个:e、n、Sr、ds、d、sat、/土重度土重度 土密度土密度=g工程上更惯用于计算土工程上更惯用于计算土自重应力自重应力单位单位:kN/m3 或或 g/cm3单位单位:kN/m3 普通范围普通范围:16 22 kN/m3定义定义:土单位体积质量土单位体积质量有时也称有时也称土天然密度土天然密度表示式表示式:相关指标相关指标:三相草图有利于直观三相草图有利于直观了解物性指标概念了解物性指标概念第32页各种密度容重之间大小关系:各种密度容重之间大小关系:土重度土重度干重度干重度饱和重度饱和重度天
16、然容重天然容重干容重干容重浮容重浮容重饱和容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVWa=0WwWsW质量质量体积体积第33页土粒相对密度土粒相对密度s:土粒密度,单位体积土粒质量土粒密度,单位体积土粒质量单位单位:无量纲无量纲土粒比重普通范围土粒比重普通范围:粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.652.954C时纯蒸馏水密度时纯蒸馏水密度=9.8 kg/m3定义定义:土粒密度与土粒密度与4C时纯蒸馏水密度比值时纯蒸馏水密度比值表示式表示式:土粒比重在数值上等于土粒密度土粒比重在数值上等于土粒密度饱和度饱和度表示式表示式:定义定义:土中水体积与孔隙体积比值土中水体积与孔
17、隙体积比值,用百分数表示。用百分数表示。饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水程度孔隙中充满水程度Sr=0 :干土干土Sr=100%:饱和土饱和土第34页土含水量土含水量定义定义:土中水质量与土粒重量之比土中水质量与土粒重量之比,用百分数表示用百分数表示注意注意:普通用含水量衡普通用含水量衡量黏性土潮湿程度。量黏性土潮湿程度。表示式表示式:孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)关系关系:惯用来反应土密实程度惯用来反应土密实程度定义定义:土中孔隙体积与固体颗土中孔隙体积与固体颗 粒体积之比粒体积之比,无量纲无量纲表示式表示式:定义定义:土中孔隙体积与土总土中孔隙体积与土总体积之比体积之比,用百分数表
18、示用百分数表示表示式表示式:第35页反应土密度指标有五个:反应土密度指标有五个:d satds反应土湿度指标有两个:反应土湿度指标有两个:sr反应土土孔隙特征有两个:反应土土孔隙特征有两个:e n土天然重度土天然重度三个指标最基本物理指标,三个指标最基本物理指标,可直接经过试验测定得出可直接经过试验测定得出 天然含水量天然含水量土相对密度土相对密度ds注注:以上以上9项物理性质指标,其中项物理性质指标,其中第36页惯用物理性质指标间换算关系惯用物理性质指标间换算关系换算步骤换算步骤:假设假设V Vs s=1(V=1=1(V=1或或m ms s=1),=1),并画出三相草图并画出三相草图;:解出
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