1--土的工程性质与分类.pptx
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1、n土土(soil)是各种岩石矿物颗粒组成是各种岩石矿物颗粒组成的松散集合体。的松散集合体。n土体土体(soil mass)是由一定的土体是由一定的土体材料组成材料组成,具有一定的土体结构具有一定的土体结构,赋赋存于一定地质环境中的地质体。存于一定地质环境中的地质体。固相固相土土 液相液相 气相气相土中颗粒的大小、成分及三土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关相之间的相互作用和比例关系,反映出土的不同性质系,反映出土的不同性质 土的三相组成:土的三相组成:4.1 土的组成与土的组成与 结构、构造结构、构造一、土的固相一、土的固相n土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的土粒的大小
2、、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的物理力学性质有明显影响物理力学性质有明显影响 1.土的颗粒级配土的颗粒级配n工程上将各种不同的土粒按其粒径范围,划分为若干工程上将各种不同的土粒按其粒径范围,划分为若干粒组粒组,为了表示土粒的大小及组成情况,通常以土中,为了表示土粒的大小及组成情况,通常以土中各个粒组的相对含量(即各粒组占土粒总量的百分数)各个粒组的相对含量(即各粒组占土粒总量的百分数)来表示,称为土的来表示,称为土的颗粒级配颗粒级配n试试验方法验方法 筛分法:筛分法:适用于适用于d 0.075mm 比重计法比重计法:适用于适用于d0.075mm土的粒组划分土的粒组划分筛分法筛分法用一套孔径
3、不同的筛用一套孔径不同的筛子,按从上至下筛孔子,按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土先称过质量的烘干土样过筛,称出留在各样过筛,称出留在各筛上的土质量,然后筛上的土质量,然后计算其占总土粒质量计算其占总土粒质量的百分数的百分数 比重计法:比重计法:利用不同大小的土粒在水中的沉利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量颗粒粒径级配曲线:颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径横坐标表示土粒的粒径(对数坐标)对数坐标)颗粒级配的描述颗粒级
4、配的描述 工程上常用工程上常用不均匀系不均匀系数数Cu描述颗粒级配描述颗粒级配的不均匀程度的不均匀程度 Cu愈大,表示土粒愈不愈大,表示土粒愈不均匀。工程上把均匀。工程上把Cu5的土视为级配不良的土;的土视为级配不良的土;Cu5的土视为级配良的土视为级配良好的土好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态,表明配曲线整体形态,表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情况对于砾类土或砂类土,对于砾类土或砂类土,同时满足同时满足Cu5和和Cc=13时,定名为良好级配砂时,定名为良好级配砂或良好级配砾或良好级配砾 d10、d30、d60小于某粒小于某粒径的土粒含量为径的土粒含量为10%
5、、30%和和60%时所对应时所对应的粒径的粒径2.土的矿物成分土的矿物成分n矿物成分取决于矿物成分取决于母岩的矿物成分母岩的矿物成分和和风化风化作用作用n原生矿物:原生矿物:由岩石经过物理风化形成,由岩石经过物理风化形成,其矿物成分与母岩相同其矿物成分与母岩相同n例:例:石英、云母、长石等石英、云母、长石等n特征:特征:矿物成分的性质较稳定,由其组矿物成分的性质较稳定,由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点性较低的特点 n次生矿物:次生矿物:岩石经化学风化后所形成的岩石经化学风化后所形成的新的矿物,其成分与母岩不相同新的矿物,其成分与母岩不相同
6、n例:例:粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等石等n特征:特征:性质较不稳定,具有较强的亲水性质较不稳定,具有较强的亲水性,遇水易膨胀的特点性,遇水易膨胀的特点 二、土中的水二、土中的水n土中水的含量明显地影响土的性质土中水的含量明显地影响土的性质(尤其尤其是粘性土是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外,的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外,还存在结合水和非结合水还存在结合水和非结合水1.结合水结合水n强结合水:强结合水:紧靠于颗粒表面、所受电场紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧的作用力很大、
7、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体失液体的特性而接近于固体 n弱结合水:弱结合水:紧靠强结合水的外围形成的紧靠强结合水的外围形成的结合水膜,所受的电场作用力随着与颗结合水膜,所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱粒距离增大而减弱 2.非结合非结合水水n存在于土粒电场影响范围以外,性质和存在于土粒电场影响范围以外,性质和普通水无异,能传递水压力,冰点为普通水无异,能传递水压力,冰点为0,有溶解能力,有溶解能力 n以两种形式存在:以两种形式存在:毛细水、重力水毛细水、重力水三、土中气体三、土中气体n土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分,分土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分,分为为
8、与大气连通的非封闭气体与大气连通的非封闭气体和和与大气不连通的封与大气不连通的封闭气体闭气体n1.非封闭气体:非封闭气体:受外荷作用时被挤出土体外,对受外荷作用时被挤出土体外,对土的性质影响不大土的性质影响不大 n2.封闭气体:封闭气体:受外荷作用,不能逸出,被压缩或受外荷作用,不能逸出,被压缩或溶解于水中,压力减小时能有所复原,对土的性溶解于水中,压力减小时能有所复原,对土的性质有较大的影响,使土的渗透性减小,弹性增大质有较大的影响,使土的渗透性减小,弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的时间和延长土体受力后变形达到稳定的时间四、土的结构四、土的结构 n在成土过程中所形成的土粒的空间在成土过
9、程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式,与组成土的颗排列及其联结形式,与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关积条件有关1.单粒结构:单粒结构:n粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构,其特点是土粒间存在点与点的成的单粒结构,其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同,可分为疏松状态和接触。根据形成条件不同,可分为疏松状态和密实状态密实状态密实状态密实状态疏松状态疏松状态2.蜂窝结构:蜂窝结构:颗粒间点与点接触,由于彼此之间引力颗粒间点与点接触,由于彼此之间引力大于重力,接触后,不再继续下沉,
10、形大于重力,接触后,不再继续下沉,形成链环单位成链环单位,很多链环联结起来,形成孔很多链环联结起来,形成孔隙较大的蜂窝状结构隙较大的蜂窝状结构 蜂窝结构蜂窝结构3.絮状结构絮状结构:n细微粘粒大都呈片状或针状,质量极轻,在水中细微粘粒大都呈片状或针状,质量极轻,在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时,土粒表处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时,土粒表面的弱结合水厚度减薄,粘粒互相接近,凝聚成面的弱结合水厚度减薄,粘粒互相接近,凝聚成絮状物下沉,形成孔隙较大的絮状结构絮状物下沉,形成孔隙较大的絮状结构絮状结构絮状结构五、土的构造五、土的构造 n土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。是指
11、土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性主要特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造即层理构造和裂隙构造,二者都造成了土的不均匀性和裂隙构造,二者都造成了土的不均匀性 n1.层理构造层理构造:土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中,由于由于不同阶不同阶段段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而而沿竖向呈现出成层特征沿竖向呈现出成层特征 n2.裂隙构造:裂隙构造:土体被许多不连续的小裂隙所土体被许多不连续的小裂隙所分分割割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 4.2 土的物理力学土的物理力学性质及其指标性质及其指标一、土的三相
12、比例指标一、土的三相比例指标n所谓土的物理性质就是表示土中三相比所谓土的物理性质就是表示土中三相比例关系的一些物理量。例关系的一些物理量。n土的物理性质指标不仅可以描述土的物土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态,而且在一定程理性质和它所处的状态,而且在一定程度上反映了土的力学性质。度上反映了土的力学性质。土的物理性质指标的分类土的物理性质指标的分类n一类是必须通过试验测定的,如含水一类是必须通过试验测定的,如含水量、密度和土粒比重,称为直接指标量、密度和土粒比重,称为直接指标n一类是根据直接指标换算的,如孔隙一类是根据直接指标换算的,如孔隙比、孔隙率、饱和度等,称为间接指比、
13、孔隙率、饱和度等,称为间接指标标 土的三相图土的三相图 为便于说明这些为便于说明这些物理性质指标物理性质指标的定义和它们的定义和它们的换算关系,的换算关系,常用三相图表常用三相图表示土体内三相示土体内三相的相对含量。的相对含量。1.试验直接测定的物理性质指标 土的密度土的密度和重度和重度密密度度定义:单位体积土的质量,用定义:单位体积土的质量,用表示表示单位:单位:kg/m3或 g/cm3表达式:表达式:定义:单位体积土的重量,用定义:单位体积土的重量,用表示表示单位:单位:KN/m3表达式:表达式:重重度度土的密度土的密度和重度和重度测定方法:环刀法测定方法:环刀法土粒比重土粒比重Gsn定义
14、:定义:土的质量(或重量)与同体积土的质量(或重量)与同体积4时纯时纯水的质量水的质量(或重量)(或重量)之比之比n表达式表达式:土粒比重变化范围不大:粘性土一般土粒比重变化范围不大:粘性土一般2.702.75;砂土一般为;砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加,土粒比重减小左右。土中有机质含量增加,土粒比重减小土的比重土的比重Gsn测定方法:测定方法:比比重重瓶瓶法法,事事先先将将比比重重瓶瓶注注满满蒸蒸馏馏水水,称称瓶瓶加加水水的的质质量量m1。然然后后把把烘烘干干土土若若干干克克(ms)装装入入空空比比重重瓶瓶内内,再再加加纯纯水水至至满满,称称瓶瓶加水加土的质量加水加土的质量m2,
15、按下式计算土粒比重,按下式计算土粒比重土的比重土的比重Gs土的含水量土的含水量wn含水量:含水量:土中水的质量与土粒质量之比,以百土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示分数表示 n表达式:表达式:土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大,与土的种类、埋藏天然土层含水量变化范围较大,与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关条件及其所处的自然地理环境等有关。土的含水量土的含水量n测定方法:测定方法:烘干法。先称出天然湿土的质量,然后烘干法。先称出天然湿土的质量,然后放在烘箱里,在放在烘箱里,在100105下烘干
16、,下烘干,称干土的质量。称干土的质量。2.2.间接换算的物理性质指标间接换算的物理性质指标 土的孔隙比土的孔隙比e en定义:定义:土土中中孔孔隙隙的的体体积积与与土土粒粒的的体体积积之之比比,以小数表示以小数表示n表达式:表达式:土中孔隙率土中孔隙率nn定义:定义:土土中中的的孔孔隙隙的的体体积积与与土土的的总总体体积积之之比,以百分数表示比,以百分数表示n表达式:表达式:土的饱和度土的饱和度Srn定义:定义:土土中中孔孔隙隙水水的的体体积积与与孔孔隙隙体体积积之之比比,以百分数表示以百分数表示n表达式:表达式:饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr
17、=0,饱和土饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态砂土根据饱和度分为三种状态:Sr50%稍湿;稍湿;50Sr80%很湿;很湿;Sr80%饱和饱和干密度干密度d d 干重度干重度d d n定义:单位体积内土粒的质量或重量定义:单位体积内土粒的质量或重量n表达式:表达式:干密度干密度d d干重度干重度d dn土烘干,体积要减小,因而土的干密度土烘干,体积要减小,因而土的干密度不等于烘干土的密度。不等于烘干土的密度。n土的干密度或干重度是评价土密实程度土的干密度或干重度是评价土密实程度的指标,干密度或干重度越大表明土越的指标,干密度或干重度越大表明土越密实,反之越疏松。常用它来控制填土密实
18、,反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。工程的施工质量。饱和密度饱和密度satsat与饱和重度与饱和重度satsat n定义:定义:土土中中孔孔隙隙完完全全被被水水充充满满,土土处处于于饱饱和状态时单位体积土的质量或重量和状态时单位体积土的质量或重量n表达式:表达式:浮密度浮密度与浮重度与浮重度 n定义:定义:单单位位体体积积内内土土粒粒质质量量与与同同体体积积水水质质量量之差之差n表达式:表达式:各种密度之间的比较各种密度之间的比较土的三相比例指标中的质量密度指标共有土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个,土个,土的密度的密度,饱和密度饱和密度sat,干密度,干密度d,浮密度,浮密度
19、 (kg/m3),相应的重度指标也有相应的重度指标也有4个,土的重度个,土的重度,饱和重度饱和重度 sat,干重度,干重度 d,浮重度,浮重度 (kN/m3)3.3.物理性质指标间的换算物理性质指标间的换算 n常用的物理性质指标共有常用的物理性质指标共有9个,一般说,个,一般说,已知其中任意已知其中任意3个,通过换算,可以求其个,通过换算,可以求其余余6个。个。孔隙比与孔隙率的关系孔隙比与孔隙率的关系 干密度与湿密度和含水量的关系干密度与湿密度和含水量的关系 孔隙比与比重和干密度的关系孔隙比与比重和干密度的关系 饱和度与含水量、比重和孔隙比的关系饱和度与含水量、比重和孔隙比的关系 当土饱和时,
20、即为当土饱和时,即为Sr=100则则 饱和含水量浮密度与比重和孔隙比的关系浮密度与比重和孔隙比的关系 例题分析例题分析 n【例】某土某土样经试验测得体得体积为100cm3,湿土湿土质量量为187g,烘干后,干土烘干后,干土质量量为167g。若土粒的比重若土粒的比重Gs为2.66,求求该土土样的含水量的含水量、密度密度、重度重度 、干重度干重度 d、孔隙比孔隙比e、饱和重度和重度 sat和有效重度和有效重度 n【解答】解答】二、无粘性土的密实状态二、无粘性土的密实状态无粘性土与粘性土区别:无粘性土与粘性土区别:n1 1、矿物成分:无粘性土一般由原生矿物组成,颗粒矿物成分:无粘性土一般由原生矿物组
21、成,颗粒较粗;粘性土一般由次生矿物组成,颗粒较细;较粗;粘性土一般由次生矿物组成,颗粒较细;n2 2、土的结构:无粘性土颗粒较粗,土粒之间的粘结土的结构:无粘性土颗粒较粗,土粒之间的粘结力很弱或无粘结,往往形成单粒结构;粘性土颗粒较力很弱或无粘结,往往形成单粒结构;粘性土颗粒较细,呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构,天细,呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构,天然状态下具有一定的结构性、灵敏度和触变性。然状态下具有一定的结构性、灵敏度和触变性。n 3 3、物理状态:物理状态:无粘性土无粘性土的工程性质取决于其的工程性质取决于其密实度密实度;而而粘性土粘性土的工程性质取决于其的工程性质取决
22、于其软硬状态软硬状态及及土性稳定性土性稳定性。无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度n对无粘性土来说,土体的松密程度对土的工程性质影响对无粘性土来说,土体的松密程度对土的工程性质影响很大。很大。n土的密实程度越高,压缩性越小,其工程特性越好;土的密实程度越高,压缩性越小,其工程特性越好;n土的密实程度越低,压缩性越大,其工程特性越差。土的密实程度越低,压缩性越大,其工程特性越差。n描述土的松紧程度的指标有干密度和孔隙比,密实度在描述土的松紧程度的指标有干密度和孔隙比,密实度在一定程度上可用其孔隙比来反映一定程度上可用其孔隙比来反映 无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度n无粘性土的孔隙比的
23、范围受土粒的大小、形状无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、形状和级配的影响很大。因此即便两种无粘性土具和级配的影响很大。因此即便两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状态。态。n在工程上一般用相对密实度在工程上一般用相对密实度Dr来衡量无粘性土来衡量无粘性土的松紧程度。它是用无粘性土自身最松和最密的松紧程度。它是用无粘性土自身最松和最密两种极限状态作为判别的基准。两种极限状态作为判别的基准。相对密实度相对密实度Drn定义(理论表达式)定义(理论表达式)emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比,可由其最小干密度换算无粘性土处于最松状态时的孔隙比
24、,可由其最小干密度换算emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比,可由其最大干密度换算无粘性土处于最密状态时的孔隙比,可由其最大干密度换算e0 无粘性土的天然孔隙比无粘性土的天然孔隙比相对密实度相对密实度Drn定义(实用表达式)定义(实用表达式)dmax无无粘性土的最大干密度粘性土的最大干密度dmin无粘性土的最小干密度无粘性土的最小干密度 d无粘性土的天然干密度无粘性土的天然干密度相对密实度相对密实度Dr无粘性土处于最密实的状态无粘性土处于最密实的状态 无粘性土处于最松的状态无粘性土处于最松的状态在工程上,用相对密实度划分无粘性土状态如下:在工程上,用相对密实度划分无粘性土状态如下:疏松中密密实
25、动力触探确定无粘性土的密实度动力触探确定无粘性土的密实度n天然砂土的密实度,可按原位标准贯入试验的锤击数天然砂土的密实度,可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。天然碎石土的密实度,可按原位重型圆锥进行评定。天然碎石土的密实度,可按原位重型圆锥动力触探的锤击数动力触探的锤击数N63.5进行评定进行评定(GB50007-2002)密实度密实度按按N评定砂土密实度评定砂土密实度 按按N63.5评定碎石土密实度评定碎石土密实度 松散松散稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520标准贯入试验标准贯入试验n质量为质量为63.5kg
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