土力学与地基基础任务2测试土的工程性质.pptx

任务2测试土的工程性质一、土的成因与组成二、土的物理性质指标三、土的工程性质四、土的物理状态指标教学目标知道土的成因与组成，熟悉土的物理性质指标熟悉土的物理状态指标。重重 点点土的组成土的组成土的物理性质指标土的物理性质指标土的压实及最优含水量土的压实及最优含水量土的物理状态指标土的物理状态指标难难 点点土的物理性质指标土的物理性质指标土的物理状态指标土的物理状态指标地表岩石长期在不同温度、水、大气、生物活动及其他外力作用的影响下，不断破碎，并发生化学变化，这种变化称为岩石的风化。土的形成土的形成岩石的风化岩石的风化1、概念：2、岩石的风化种类物理风化化学风化生物风化一、土的成因与组成生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物动植物的活动动植物的活动有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。过程中因碰撞和摩擦而破碎。母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。新的矿物。2.风化作用种类风化作用种类1.物理风化 2.化学变化 3.生物风化 地壳表层的岩石长期暴露在大气中，经受气候的变化，会使岩石逐渐崩解，破碎成大小和形状不同的一些碎块 物理风化后形成的碎块与水、氧气、二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生化学变化 动植物和人类活动对岩石的破坏 搬运与沉积搬运与沉积残积土残积土无搬运运积土运积土有搬运土土质质较较好好残积土残积土强风化强风化弱风化弱风化微风化微风化母岩体母岩体颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙多棱角多棱角粗细不均粗细不均无层理无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自然力的作用风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物运积土运积土有搬运风：风：风积土风积土重力重力:坡积土坡积土 流水流水:洪积土洪积土冲积土冲积土湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物冰川冰川:冰积土冰积土土粒粗细不同，性质不均匀土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理 搬运与沉积搬运与沉积岩石岩石风化（风化（物理、物理、化学、生物化学、生物）作用作用岩石破碎、岩石破碎、化学成分改化学成分改变变搬运搬运沉积沉积大小、形状和成分大小、形状和成分都不相同的松散颗都不相同的松散颗粒集合体粒集合体（土）（土）主要成主要成因类型因类型残积物残积物 坡积物坡积物 洪积物洪积物 冲积物冲积物 图1-1 河谷横断面图（一）（一）（一）（一）残积物残积物残积物残积物定义：定义：定义：定义：残留在原地未被搬运的那一部分原岩残留在原地未被搬运的那一部分原岩残留在原地未被搬运的那一部分原岩残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化产物。风化产物。风化产物。风化产物。分布：分布：分布：分布：残积物主要分布在岩石出露地表，经受强烈风化作用的山残积物主要分布在岩石出露地表，经受强烈风化作用的山残积物主要分布在岩石出露地表，经受强烈风化作用的山残积物主要分布在岩石出露地表，经受强烈风化作用的山 区、丘陵地带与剥蚀平原。区、丘陵地带与剥蚀平原。区、丘陵地带与剥蚀平原。区、丘陵地带与剥蚀平原。由于残积物没有层理构造，裂隙多，均质性很差，作为建筑物由于残积物没有层理构造，裂隙多，均质性很差，作为建筑物由于残积物没有层理构造，裂隙多，均质性很差，作为建筑物由于残积物没有层理构造，裂隙多，均质性很差，作为建筑物地基应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。地基应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。地基应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。地基应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。特点：特点：特点：特点：颗粒未被磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土。残积物与基岩颗粒未被磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土。残积物与基岩颗粒未被磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土。残积物与基岩颗粒未被磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土。残积物与基岩之间没有明显界限，通常经过一个基岩风化带而直接过渡到新之间没有明显界限，通常经过一个基岩风化带而直接过渡到新之间没有明显界限，通常经过一个基岩风化带而直接过渡到新之间没有明显界限，通常经过一个基岩风化带而直接过渡到新鲜岩石，其矿物成分很大程度上与下卧基岩一致。鲜岩石，其矿物成分很大程度上与下卧基岩一致。鲜岩石，其矿物成分很大程度上与下卧基岩一致。鲜岩石，其矿物成分很大程度上与下卧基岩一致。残积层残积层残积层残积层：应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。应注意不均匀沉降和土坡稳定性问题。坡积层坡积层坡积层坡积层：应注意不均匀沉降和地基稳定性问题。应注意不均匀沉降和地基稳定性问题。洪积层洪积层洪积层洪积层：应注意土层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降。应注意土层的尖灭和透镜体引起的不均匀沉降。（二）坡积物（二）坡积物（二）坡积物（二）坡积物定义：定义：定义：定义：雨雪水流的地质作用将高处岩石风雨雪水流的地质作用将高处岩石风雨雪水流的地质作用将高处岩石风雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地冲刷剥蚀、顺着斜坡向下化产物缓慢地冲刷剥蚀、顺着斜坡向下化产物缓慢地冲刷剥蚀、顺着斜坡向下化产物缓慢地冲刷剥蚀、顺着斜坡向下移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。沉积物。沉积物。沉积物。特点：特点：特点：特点：自上而下呈现由粗而细的分选现象。其矿物成分与下卧基自上而下呈现由粗而细的分选现象。其矿物成分与下卧基自上而下呈现由粗而细的分选现象。其矿物成分与下卧基自上而下呈现由粗而细的分选现象。其矿物成分与下卧基岩没有直接关系。由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩没有直接关系。由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩没有直接关系。由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩没有直接关系。由于坡积物形成于山坡，常常发生沿下卧基岩倾斜面滑动；还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均，厚岩倾斜面滑动；还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均，厚岩倾斜面滑动；还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均，厚岩倾斜面滑动；还由于组成物质粗细颗粒混杂，土质不均，厚度变化大。新近堆积物土质疏松，压缩性较大。度变化大。新近堆积物土质疏松，压缩性较大。度变化大。新近堆积物土质疏松，压缩性较大。度变化大。新近堆积物土质疏松，压缩性较大。定义：定义：定义：定义：由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀、搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物有很大的剥蚀、搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物有很大的剥蚀、搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物有很大的剥蚀、搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。质堆积于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。质堆积于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。质堆积于山谷冲口或山前倾斜平原而形成洪积层。特点特点特点特点:离山渐远，颗粒变细，分布范离山渐远，颗粒变细，分布范离山渐远，颗粒变细，分布范离山渐远，颗粒变细，分布范围逐渐扩大。其地貌特征是靠山近围逐渐扩大。其地貌特征是靠山近围逐渐扩大。其地貌特征是靠山近围逐渐扩大。其地貌特征是靠山近处窄而陡，离山远处宽而缓，形如处窄而陡，离山远处宽而缓，形如处窄而陡，离山远处宽而缓，形如处窄而陡，离山远处宽而缓，形如锥体，故称为洪积锥（扇）。由相锥体，故称为洪积锥（扇）。由相锥体，故称为洪积锥（扇）。由相锥体，故称为洪积锥（扇）。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。（三）（三）（三）（三）洪积层洪积层洪积层洪积层2.淤泥夹粘淤泥夹粘土透镜体土透镜体1.表土层表土层3.黏土尖灭层黏土尖灭层4.砂土夹黏土层砂土夹黏土层5.砾石层砾石层6.石灰岩层石灰岩层土土 的的 层层 理理 构造构造洪积物的颗粒虽洪积物的颗粒虽洪积物的颗粒虽洪积物的颗粒虽因搬运过程中的分选因搬运过程中的分选因搬运过程中的分选因搬运过程中的分选作用呈现渐变现象作用呈现渐变现象作用呈现渐变现象作用呈现渐变现象,但但但但由于搬运距离短由于搬运距离短由于搬运距离短由于搬运距离短,颗粒颗粒颗粒颗粒的磨圆度仍不佳。此的磨圆度仍不佳。此的磨圆度仍不佳。此的磨圆度仍不佳。此外，山洪是周期性产外，山洪是周期性产外，山洪是周期性产外，山洪是周期性产生的，每次的大小不生的，每次的大小不生的，每次的大小不生的，每次的大小不尽相同，堆积物质也尽相同，堆积物质也尽相同，堆积物质也尽相同，堆积物质也不一样。因此，洪积不一样。因此，洪积不一样。因此，洪积不一样。因此，洪积物常呈现不规则的层物常呈现不规则的层物常呈现不规则的层物常呈现不规则的层理构造，理构造，理构造，理构造，如具有夹层、如具有夹层、如具有夹层、如具有夹层、尖灭或透镜体等产状。尖灭或透镜体等产状。尖灭或透镜体等产状。尖灭或透镜体等产状。靠近山地或离山较远地段的洪积物的承载力高，而过度地靠近山地或离山较远地段的洪积物的承载力高，而过度地带由于地下水溢出地表造成沼泽地带，土质软、承载力低。带由于地下水溢出地表造成沼泽地带，土质软、承载力低。（四）（四）（四）（四）冲积层冲积层冲积层冲积层定义：定义：定义：定义：冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积坡积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积坡积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积坡积、洪积物剥蚀后搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。物。物。物。特点：特点：特点：特点：呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带呈现明显的层理构造。由于搬运作用显著，碎屑物质由带棱角颗粒经滚磨、碰撞逐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离棱角颗粒经滚磨、碰撞逐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离棱角颗粒经滚磨、碰撞逐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离棱角颗粒经滚磨、碰撞逐渐形成亚圆或圆形颗粒，其搬运距离越长，则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积越长，则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积越长，则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积越长，则沉积物质越细。典型的冲积物是形成于河谷内的沉积物，可分为物，可分为物，可分为物，可分为平原河谷冲积层和山区河谷冲积层等平原河谷冲积层和山区河谷冲积层等平原河谷冲积层和山区河谷冲积层等平原河谷冲积层和山区河谷冲积层等。平原河谷横断面平原河谷横断面平原河谷横断面平原河谷横断面砾卵石砾卵石中粗砂中粗砂粉细砂粉细砂粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉质黏土粉土粉土黄土黄土黄土黄土淤泥淤泥（二）土的组成 =+自然界中的土 固体颗粒 水气体固体颗粒构成土的骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中填充有水和气体，因此，土也被称为三相孔隙介质。土的组成土的组成土的固体颗粒固相液相气相三相体系干土干土二相体系水气体饱和土饱和土土的组成 自然界中的土 1.土颗粒的大小与土的性质密切相关。如土颗粒由粗变细，土的性质可由无粘性变为粘性2.按适当的粒径范围，分为若干粒组 3.土的颗粒级配是指工程上常以土中各个粒组的相对含量(各个粒组占土粒总量的百分数)来表示土粒的大小及其组成情况 固体颗粒固体颗粒结合水自由水强结合水 弱结合水 都不能传递静水压力 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水 在重力或压力差作用下而运动的自由水土中气体（影响较小）一、土的成因与组成(二）土的组成(1)土的固体颗粒土的固体颗粒即为固相。1)土粒的矿物成分土粒的矿物成分主要取决于母岩的成分及其所经历的风化作用。原生矿物。原生矿物是物理风化产物，化学性质比较稳定，具有较强的水稳定性。其中以石英砂粒强度最高，硬度最大，稳定性最好，而云母则最弱，石英和云母是粗颗粒土的主要成分。次生矿物。次生矿物是化学风化的产物，颗粒细小，比表面积大，活性强。其中高岭石、伊利石、蒙脱石这3种复合的铝硅酸盐晶体是最重要的次生矿物，蒙脱石具有很强的亲水性，伊利石次之，高岭土亲水性最小，它们遇水膨胀，失水收缩。粘土矿物颗粒的结晶结构和基本特性粘土矿物颗粒的结晶结构和基本特性粘土矿物的结晶结构主要是由两个基本单元组成的：硅氧四面体；氢氧化铝八面体。矿物的层状结构主要有高岭石：膨胀性压缩均较小。蒙脱石：膨胀性、压缩均大。伊利石：膨胀性、压缩性介于高 岭石和蒙脱石之间。高岭石高岭石伊利石伊利石蒙脱石蒙脱石硅片的结构硅片的结构(四面体片四面体片)1粘土矿物的结晶构造粘土矿物的结晶构造铝片的结构铝片的结构(八面体片八面体片)粘土矿物的粘土矿物的晶格构造晶格构造高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石粒径粒径比表面积比表面积胀胀 缩缩 性性渗渗 透透 性性强度强度压压 缩缩 性性大大10-20m2/g小小大大大大小小中中80-100m2/g中中中中中中中中小小800m2/g大大小小小小大大比表面积：单位质量土颗粒所拥有的总表面积9克蒙脱土的总表面积大约与一个足球场一样大1粘土矿物的结晶构造粘土矿物的结晶构造 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 高岭石高岭石蒙 脱 石研究表明：研究表明：粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷粘土颗粒的表面电荷，净电荷通常为负电荷2粘土的双电层粘土的双电层双电层结构示意图双电层结构示意图 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、扁平状粘土的颗粒形粘土的颗粒形状状2 土粒大小及粒组划分土粒大小及粒组划分 粒度：粒组：划分粒组方式天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度工程上常把大小相近的土粒合并为组，称为粒组 见表1-1一、土的固体颗粒颗粒的大小性质不同块石（漂石）六大粒组颗粒级配密实程度颗粒的成分碎石（卵石)砾石（圆石)砂粒粉粒粘粒将物理性质接近的土粒归为一组，依据粒径的大小将土粒划分为以下六大粒组：d 200mm为块石（漂石）20mm d 200 mm为碎石（卵石）2mmd20mm为砾石（圆石）0.075mmd2mm为砂粒0.005mmd 0.075mm为粉粒d200 透水性很大，无黏性，无毛细水 卵石（碎石）粒组 20200 砾石粒组 220 透水性大，无黏性，毛细水上升高度不超过粒径 砂粒粒组 0.0752 易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加；无黏性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大 粉粒粒组 0.0050.075 透水性小，湿时稍有黏性，遇水膨胀小，干燥时有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象 黏粒粒组 0.005 透水性很小，湿时有黏性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，但速度慢 3粒度成分及其表示方法粒度成分及其表示方法 通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总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）来表示，称为量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。土的颗粒级配。n1)累计曲线法（级配曲线）：n2)表格法（见表1-2）纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）。粒径较均匀、级配不好、曲线较陡、粒径相差较小、土不密实。粒径不均匀、级配良好、曲线平缓、粒径相差较大、土密实。颗粒级配的描述颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系数工程上常用不均匀系数Cu描描述颗粒级配的不均匀程度述颗粒级配的不均匀程度 d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为小于某粒径的土粒含量为10%、30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径 工程上把工程上把Cu5的土视为级配的土视为级配不良的土；不良的土；Cu10的土视为级的土视为级配良好的土配良好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况体形态，表明某粒组是否缺失情况 对于砾类土或砂类土，同时满对于砾类土或砂类土，同时满足足Cu5和和Cc=13时，定名为良好时，定名为良好级配砂或良好级配砾级配砂或良好级配砾 累计曲线法（级配曲线）：不均匀系数Cu=d60/d10 ，曲率系数Cc=d302/(d10d60)Cu反映大小不同粒组的分布情况。反映大小不同粒组的分布情况。Cu，土粒大小分布范，土粒大小分布范围大，土的级配良好，围大，土的级配良好，Cu 10级配级配良好的土；良好的土；Cu 5且且Cc=13级配良好。级配良好。n3)三角坐标法：表示三种粒组含量 h1+h2+h3=H取H=100%（道路、水利工程常用）图1-4 三角坐标法表示粒度成分4 4 粒度成分分析方法粒度成分分析方法 试验方法试验方法筛分法：筛分法：适用于适用于0.1mm(0.1mm(建筑工程建筑工程0.075mm0.075mm）d60mmd60mm比重计法比重计法:适用于适用于d0.1mm(建筑工程建筑工程0.075mm0.075mm）筛分法筛分法确定各个粒组相对含量的颗粒分析试验方法 适用粗颗粒土，一般用于粒径小于等于60mm，大于0.075mm的土。它是用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算占总土粒质量的百分数。试验器具筛分法密度瓶法 适用于细颗粒土，一般用于粒径小于0.075mm的土粒质量占试样总质量的10%以上的土。密度瓶法 比重计法比重计法利利用用不不同同大大小小的的土土粒粒在在水水中中的的沉沉降降速速度度不不同同来来确确定定小小于于某粒径的土粒含量某粒径的土粒含量三、土中气体三、土中气体 air in soils 1.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。2.封闭气体：封闭气体：对土的性质有较大的影响，使土的对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时。到稳定的历时。有封闭气体的土，有封闭气体的土，称为橡皮土称为橡皮土，工程中决不允许。，工程中决不允许。对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物的分解对于淤泥和泥炭等有机质土，由于微生物的分解作用，在土中蓄积了某种可燃气体（如硫化氢、甲作用，在土中蓄积了某种可燃气体（如硫化氢、甲烷等），使土层在自重作用下长期得不到压密，而烷等），使土层在自重作用下长期得不到压密，而形成高压缩性土层。形成高压缩性土层。二、土中气与大气相连通的气体与大气相隔离的气体土变形稳定需要很短时间粗粒粗粒细粒细粒土变形稳定需要很长时间土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部位。三、土中水固态液态气态冻土对土的性质没影响强结合水弱结合水结合水自由水毛细水重力水固态105粘滞状态存在状态强度大解冻时强度大大降低是土的液体相部分。是土的液体相部分。二、土中的水二、土中的水 Water in soilsWater in soils n 水按其所吸引力大小分为：水按其所吸引力大小分为：1 1、强结合水（吸着水）、强结合水（吸着水）strong held strong held waterwater：性质接近于固体，对土工程性质影 响较小，只有在105烘烤才能蒸发,土粒细，含量越大。2 2、弱结合水（薄膜水）、弱结合水（薄膜水）held waterheld water：使土具有塑性，冻结温度-0.5-30。3 3、自由水自由水 free waterfree water ：又可分为重力水gravity watergravity water：毛细水capillary watercapillary water：土的结构是指土颗粒的大小、形状、表面特征、相互排列及其联结关系的综合特征。1.定义定义2.分类分类单粒结构由较粗的砾石、砂粒在重力作用下沉积而成（无结构性土）。由较细土粒在水中沉积而成，孔隙较大。由细粒土在水中处于悬浮状态凝聚成海绵絮状的集合体。有结构性土有结构性土无结构性土无结构性土一、土的结构2.3土的结构与构造蜂窝结构絮状结构土的结构 1单粒结构 3絮状结构 2蜂窝结构 指由土粒单元的大小、形状、表面特征、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。粗颗粒土在重力作用下沉积而成单粒结构分为疏松和紧密紧密：强度较大、压缩性 小可作为良好的天然地基。疏松型与紧密型相反悬浮在水中的粘粒凝聚成絮状的粘粒集合体,形成空隙很大的絮状结构 蜂窝结构和絮状结构的土中存在大量孔隙，压缩性高、抗剪强度低、透水性弱，其土粒之间的粘结力 土的结构土的结构 structure of soils1.单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落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，形成的单粒结构，其特点其特点是土粒间存在点与点的接触。根是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态。据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态。密实状态密实状态疏松状态疏松状态图1-6土的蜂窝结构(2)蜂窝结构是主要由粉粒(0.050.005mm)组成的土的结构形式。图1-7土的絮状结构(3)絮状结构是由黏粒(0.005mm)集合体组成的结构形式。2.蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成很多链环联结起来孔隙较大的蜂窝状结构。3.絮状结构：絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构。蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构土土的的结结构构受受扰扰动动后后强强度度降低降低 单粒结构a）疏松状态 b）紧密状态 蜂窝状结构 絮状结构二、土的构造1.定义：在同一土层中其结构不同部分相互排列的特征称为土的构造。2.特征：最大特征是成层性，即具有层理构造。常见的有水平层理构造和交错层理构造。另一特征是土的裂隙性。土中裂隙的存在大大降低了土体的强度和稳定性，对工程不利。此外也应注意到土中有无腐植质、贝壳、结核体等包裹物以及天然或人为的空洞的存在。这些构造特征都造成土的不均匀性。一、土的成因与组成土的构造类型：(1)层状构造是土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积物质成分和颗粒大小不同，沿竖直方向呈层状分布特征。(2)分散构造是土层颗粒间无大的差别，分布均匀，性质相近，一般为厚度较大的粗粒土，如砂、卵石层等。(3)裂隙构造是指土体被许多不连续的小裂隙分割。n六、土的构造六、土的构造 1.层理构造：层理构造：土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中,由于由于不同阶段不同阶段沉积沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿而沿竖向竖向呈现出成呈现出成层特征。层特征。2.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割分割,在在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。土的特性 土与钢材、混凝土等连续介质相比，具有以下特性 高压缩性 由于土是一种松散的集合体，土的压缩性远远大于钢筋和混凝土等。强渗透性 土的渗透性远比其他材料大。特别是粗粒土具有很强的渗透性。低承载力 土的抗剪强度较低，而土体的承载力实质上取决于土的抗剪强度，故土的承载力较低。1 1）风化）风化 2 2）搬运与沉积）搬运与沉积1.1.土的生成土的生成2.2.土的结构土的结构：单粒结构；蜂窝结构；絮状结构。单粒结构；蜂窝结构；絮状结构。3.土的构造：土的构造：层状构造；层状构造；分散构造；裂隙构造。分散构造；裂隙构造。4.4.土的工程特性土的工程特性:1）压缩性高；）压缩性高；2）强度低；）强度低；3）透水性大）透水性大5.5.土的三相组成土的三相组成:气相气相+液相液相+固相固相6.6.粒径级配粒径级配 筛分法：筛分法：适用于粗粒土适用于粗粒土 (0.075 mm)水分法：水分法：适用于细粒土适用于细粒土 (d satsatd d 三、其它指标换算指标三、其它指标换算指标1、干土重度（）2、土的饱和重度（）饱和土孔隙完全被水充满。3 3土的有效密度土的有效密度 和有效重度和有效重度 =（ms-Vsw）/V =g 土的有效密度是指在地下水位以下，单位土体积中土粒的质量扣除土体排开同体积水的质量；土的有效重度是指在地下水位以下，单位土体积中土粒所受的重力扣除水的浮力。3、有效重度（）4、土的孔隙比e小数（0610）4.土的孔隙比土的孔隙比e和孔隙率和孔隙率n 孔隙比为土中孔隙体积与土粒体积之比，用小数表示；孔隙率为土中孔隙体积与土的总体积之比，以百分数表示。e=Vv/Vs n=（Vv/V）100%孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质指标。一般孔隙比小于0.6的土是低压缩性的土，孔隙比大于1.0的是高压缩性的土。土的孔隙率也可用来表示土的密实程度。5、土的孔隙率n%6、土的饱和度描述土体中孔隙被水充满的程度。干土为0；湿土为100%。反映土的密实程度5土的饱和度土的饱和度Sr 土中水的体积与孔隙体积之比，称为土的饱和度，以百分率表示。Sr=（Vw/Vv）100%饱和度用作描述土体中孔隙被水充满的程度。干土的饱和度Sr=0%，当土处于完全饱和状态时Sr=100%。根据饱和度，土可划分为稍湿、很湿和饱和三种湿润状态：Sr50%稍湿50%Sr80%很湿Sr80%饱和二、反映土的松密程度的指标二、反映土的松密程度的指标1孔隙比void ratiovoid ratio e=vv/vs2孔隙率porosity porosity n=vv/v100%三、反映土中含水程度的指标三、反映土中含水程度的指标，SrSr1、土的含水率(含水量)water contentwater content 用烘干法测定 2土的饱和度 degree of saturationdegree of saturation Sr=vw/v 100%Sr=1 完全饱和 Sr 0.8饱和 Sr=0完全干燥气气水水土土粒粒msmwmVsVwVVVama=0注：注：（1）实验直接测定的指标为：实验直接测定的指标为：，ds(或或s）（2）各指标间关系可用三相草图法换算各指标间关系可用三相草图法换算,不必死记不必死记 这些换算公式这些换算公式 n四、指标间的换算四、指标间的换算指标间的换算指标间的换算气气水水土粒土粒dsw Vs11+1+e质量质量m体积体积V 土的三相指标中土的三相指标中，土粒比重土粒比重ds，含水量，含水量w和密度和密度是通过试验测是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标出其余各指标Vv=edsw ds（1w）w 推导：推导：换算关系式：换算关系式：二、土的物理性质指标表1-2土的三相比例指标常见数值范围及常用换算公式二、土的物理性质指标表1-2土的三相比例指标常见数值范围及常用换算公式2.4.5 2.4.5 各指标的换算关系各指标的换算关系令令 VS=1，则，则 Vv=e，V=1+e；土的重度：土的重度：土的孔隙比土的孔隙比：【例例1 1】一土样试验测得，重度一土样试验测得，重度17.5kN/m17.5kN/m3 3，比重，比重d ds s2.702.70，土的含，土的含水量水量w=10%=10%，求孔隙比、饱和度和干重度。，求孔隙比、饱和度和干重度。孔隙比：孔隙比：饱和度：饱和度：干重度干重度：2.4.5 2.4.5 各指标的换算关系各指标的换算关系n【例2】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为湿土质量为187g，烘干后，干土质量为烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度若土粒的相对密度Gs为为2.66，求该土样的含水量，求该土样的含水量w w、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、饱和重度sat和有效重度和有效重度 【解答】解答】【例1-1】已知某土样=1700Kg/m3,ds=267,=14%求e、Sr及sat【解】：用三相草图法，如图 令V=1 m3 则重量m=*V=1700kg 而=mm m=m+ms 解得ms=1490kg m=210gk Vs=ms/ds=1.49/2.67=0.558 m3 Vv=V-Vs=1-0.558=0.442 m3 V V=m=m/=210/1000=0.21 m3 在图中填各数 可得 e=VV/Vs=0.79 Sr=V/VV=0.47n五、例题分析五、例题分析 气气水水土土粒粒msmwmVsVwVVVama=0【例例1-11-1】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒相对密度ds为2.66，试求该土样的含水量w、密度、重度、干重度d、孔隙比e、饱和度Sr、饱和重度sat和有效重度。【解答】解答】w=mw/ms100%=(187-167)100%/167=11.98%=m/V=187/100=1.87g/cm3 =g=1.8710=18.7kN/m3d=dg=msg/V=16710/100=16.7kN/m3e=ds(1+w)w/-1=2.66(1+0.1198)/1.87-1=0.593Sr=wds/e=0.11982.66/0.593=0.537=53.7%sat=(ds+e)w/(1+e)=(2.66+0.593)10/(1+0.593)=20.4kN/m3=(ds-1)w/(1+e)=sat-w=20.4-10=10.4kN/m32.2.4 4 物理性质指标物理性质指标小结小结物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上土的三个组成相的体积和质量上的比例关系的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程度特点特点:指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标v表示土中密度和容重的指标表示土中密度和容重的指标三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系三相草图法是求取物三相草图法是求取物理性质指标的简单而理性质指标的简单而有效的方法有效的方法2.3 土的物理状态指标土的物理状态指标 土土的的物物理理状状态态指指标标 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 1孔隙比 2相对密度 粘性土的物理特征粘性土的物理特征 3标准贯入锤击数 无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较高，压缩性较小，可作为良好的天然地基 判判别别砂砂土土密密实实度度指指标标 1塑性指数 粘性土的工程特性与土中的含水量多少有很大关系 2.液性指数 一、无黏性土的密实度 砂土、碎石土统称为无黏性土。无黏性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较高，压缩性较小，可作为良好的天然地基；呈松散状态时，则强度较低，压缩性较大，为不良地基。判别砂土密实状态的指标孔隙比e相对密度Dr 动触探确指标无粘性土碎石土碎石土砂土砂土密实疏松强度高密实度密实度强度低一、无粘性土的密实度四、土的物理状态指标1.无黏性土的密实度(1)用孔隙比e判别（老规范）（老规范）:没考虑级配因素没考虑级配因素采用天然孔隙比的大小来判别砂土的密实度，是一种较简便的方法。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散。状态。孔隙比愈大，土愈松散。e emaxmax与与e emin min：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比 2.5.1 无粘性土的物理状态指标密实度密实度如何衡量如何衡量?单位体积中固体颗粒含量的多少单位体积中固体颗粒含量的多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反映级配的影响不能反映级配的影响 只能用于同一种土只能用于同一种土对对策策相对密度相对密度孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin=0.35emin=0.20e emaxmax:最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比e eminmin:最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比到最小孔隙比e emaxmax与与e emin min：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比注意：注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标 判别标准：判别标准：D Dr r =1 =1 ,最密状态最密状态 D Dr r =0=0 ,最松状态最松状态 D Dr r 1/3 ,1/3 ,疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 2/3 ,密实状态密实状态相对密度相对密度n【例3】某砂土试样某砂土试样,试验测定土粒相对密度试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水含水量量w=9.43%,天然密度天然密度=1.66/cm3。已知砂样最密实状态已知砂样最密实状态时称得干砂质量时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的并判断砂土所处的密实状态密实状态 【解答】解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度相对密实度（1/3,2/31/3,2/3 中密状态中密状态三、例题分析三、例题分析 n【例】某砂土试样某砂土试样,试验测定土粒相对密度试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量含水量=9.43%,天然密度天然密度=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称。已知砂样最密实状态时称得干砂质量得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密并判断砂土所处的密实状态实状态 【解答解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度相对密实度（1/3,2/31/3,2/3中密状态中密状态3 3 据标准贯入击数判断据标准贯入击数判断（新规范采用）（新规范采用）建筑地基基础设计规范：N30密实；15N30中密；10N15稍密；N10松散标准贯入试验方法 锤重锤重(63.5kg)