土的物理性质和工程分类(1).ppt

第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类 第三章第三章 土中应力土中应力第四章第四章 土的压缩性与地基沉降土的压缩性与地基沉降 第五章第五章 土的抗剪强度与地基承载力土的抗剪强度与地基承载力 第六章第六章 土压力与土坡稳定土压力与土坡稳定第七章第七章 浅基础浅基础 第八章第八章 桩基础桩基础 第八章第八章 地基处理地基处理课程内容课程内容课程内容课程内容第第2 2章章 土的物理性质和工程分类土的物理性质和工程分类学习要求：学习要求：了解土的成因和三相组成，掌握土的物理性了解土的成因和三相组成，掌握土的物理性质和物理状态指标的定义、物理概念、计算公式质和物理状态指标的定义、物理概念、计算公式和单位。要求熟练地掌握物理指标的三相换算。和单位。要求熟练地掌握物理指标的三相换算。了解地基土的工程分类依据与准确定名。了解地基土的工程分类依据与准确定名。基本内容：基本内容：2.1 2.1 土的形成与特征土的形成与特征 2.2 2.2 土的三相组成土的三相组成 2.3 2.3 土的物理性质指标土的物理性质指标 2.4 2.4 土的物理状态指标土的物理状态指标 2.5 2.5 土的工程分类土的工程分类2.1 2.1 土的形成与特征土的形成与特征2.1.12.1.1 土的形成土的形成2.1.22.1.2 土的结构与构造土的结构与构造2.2.32.2.3 土的工程特性土的工程特性2.2.42.2.4 土的形成与工程特性的关系土的形成与工程特性的关系岩石岩石风化（风化（物理、物理、化学化学）作用）作用岩石破碎岩石破碎 化学成分改变化学成分改变搬运搬运沉积沉积大小、形状和大小、形状和成分都不相同成分都不相同的松散颗粒集的松散颗粒集合体合体（土）（土）土土固相固相液相液相气相气相土中颗粒的大小、成分及三相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质反映出土的不同性质 2.1 2.1 土的形成与特征土的形成与特征2.1.1 土的形成土的形成 “土土”一一词词在在不不同同的的学学科科领领域域有有其其不不同同的的涵涵义义。就就土土木木工工程程领领域域而而言言，土土是是指指覆覆盖盖在在地地表表的的没没有有胶胶结结和和弱弱胶胶结结的的颗颗粒粒堆堆积积物物。土土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱。与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱。物理风化物理风化指岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度湿度的变化、指岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度湿度的变化、不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化仅不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。这种风化仅改变颗粒大小与形状，不改变原来矿物成分。生成的土呈松散状改变颗粒大小与形状，不改变原来矿物成分。生成的土呈松散状态，无粘性土。态，无粘性土。化化学学风风化化指指岩岩石石碎碎屑屑与与空空气气、水水和和各各种种水水溶溶液液相相接接触触，经经氧氧化化、碳碳化化和和水水化化作作用用，改改变变原原来来矿矿物物成成分分，形形成成新新的的矿矿物物（次次生生矿矿物物）。生成的土为细粒土，粘性土。生成的土为细粒土，粘性土。生物风化生物风化由动物、植物和人类对岩体的破坏称由动物、植物和人类对岩体的破坏称。2.1.2 土的形成与工程特性的关系土的形成与工程特性的关系 由于各类土的生成条件不同，它们的工程特性往往相差悬殊：1.搬运、沉积条件搬运、沉积条件 通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土。2.沉积年代沉积年代 通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。3.沉积的自然地理环境沉积的自然地理环境 自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。2.1.3 土的工程特征土的工程特征 土与其它连续介质的建筑材料，具有下列三个显著的工程特征：1.压缩性高 反映材料压缩性高低的指标弹性模量E(土称变形模量),随着材料的不同而有极大的差别,例:钢筋 E1=21万Mpa;C20混凝土 E2=2.6万Mpa;卵石 E3=50Mpa;饱和细砂 E4=10Mpa.2.强度低 为抗剪强度，而非抗压、抗拉强度；3.透水性大 颗粒之间有无数孔隙。2.22.2土的三相组成土的三相组成 土土是是由由固固相相、液液相相、气气相相组组成成的三相分散系。的三相分散系。固固相相包包括括多多种种矿矿物物成成分分组组成成土土的的骨骨架架，骨骨架架间间的的空空隙隙为为液液相相和和气气相相填填满满，这这些些空空隙隙是是相相互连通的，形成多孔介质；互连通的，形成多孔介质；液相液相主要是水；主要是水；气气相相主主要要是是空空气气、水水蒸蒸气气，有时还有沼气等有时还有沼气等。2.2 土的三相组成土的三相组成土的三相组成是指土由固体颗粒、液体水和气体三部分组成。土中的固体矿物构成土的骨架,骨架之间贯穿着大量的孔隙,孔隙中充满着液体水和气体。土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：固体+气体（液体=0）为干干土土，此时粘粘土土呈坚硬状态，砂土呈松散状态；固体+液体+气体为湿土湿土，此时粘土粘土多为可塑状态；固体+液体（气体=0）为饱饱和和土土，此时粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏；粘粘土土地基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。2.2.1 土的固体颗粒土的固体颗粒（一）土的颗粒级配 1.土颗粒的大小直接决定土的性质；2.粒径颗粒直径大小，界限粒径划分粒组的分界尺寸。3.粒组将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。可划分：200 20 2 0.075 0.005mm 漂石 卵石 砾石 砂粒 粉粒 粘粒 4.颗粒级配土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量来表示，称为土的颗粒级配。级配的测室方法：筛析法（0.075mm)比重计法(0.075mm)粘土细砂粗砂碎石卵石碎石粘土筛分法筛分法用一套孔径不同的筛子，按用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量，然后计算其占总土粒质量的百分数质量的百分数 比重计法比重计法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来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确定小于某粒径的土粒含量级配良好n纵坐标表示小于某粒径的土重占总土重的百分数，横坐标用对数坐标表示土的粒径。颗粒级配的描述颗粒级配的描述 工程上常用不均匀系工程上常用不均匀系数数Cu描述颗粒级配的描述颗粒级配的不均匀程度不均匀程度 d10、d30、d60小于某粒径的小于某粒径的土粒含量为土粒含量为10%、30%和和60%时所对应的粒径时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把匀。工程上把Cu5的土视的土视为级配不良的土；为级配不良的土；Cu10的土视为级配良好的土的土视为级配良好的土 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，同时满对于砾类土或砂类土，同时满足足Cu5和和Cc=13时，定名为时，定名为良好级配砂或良好级配砾良好级配砂或良好级配砾 2.土粒的矿物成分土粒的矿物成分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作用风化作用原生矿物：原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与母岩相同母岩相同次生矿物：次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其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成分与母岩不相同 例：例：石英、云母、长石等石英、云母、长石等特征：特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具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、压缩性较低的特点有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点 例：例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等特征：特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点易膨胀的特点 二、土中的水二、土中的水 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(尤其是粘性土尤其是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体。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，还存在结合水和自由水颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水1.结合水结合水强结合水：强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、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、丧失液体的特性而接近于固体几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体 弱结合水：弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所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粒距离增大而减弱受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱 2.自由水自由水存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能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，冰点为传递水压力，冰点为0，有溶解能力，有溶解能力 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 土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为分为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与大气不连通的封闭气体通的封闭气体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：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 在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关 1.单粒结构：单粒结构：粗矿物颗粒粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落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。粗颗粒土，据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态。粗颗粒土，如卵石、砂等如卵石、砂等 密实状态密实状态疏松状态疏松状态1.单粒结构单粒结构由于土粒排列紧密，强度大，压缩性小，是良好的天然地基。当土粒沉积速度快，如洪水冲积形成的砂层和砾石层，往往形成疏松的单粒结构。由于土孔隙大，土粒骨架不稳定，当受到动力荷载或其他外力作用时，土粒容易移动而趋于紧密，同时产生很大变形。因此，未经处理的这种土层，一般不宜作建筑物的地基。如果饱和疏松的土是由细砂粒或粉砂粒所组成，在强烈的振动作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，引起所谓“砂土液化”现象，在地震区将会引起震害。2.蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构环联结起来，形成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，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。当悬液介质发生变化时，土粒表在水中处于悬浮状态。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，凝聚成絮状物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上述三种结构中，以密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状其次，絮状结构最差。具有蜂窝结构和絮状结构的土，颗粒间存在大量微细孔隙，其压缩性大、强度低，透水性弱。又因土粒之间的联结较弱且不甚稳定，在受扰力作用下(如施工扰动影响)，土粒接触点可能脱离，部分结构遭受破坏，土的强度会迅速降低，不可用作天然地基。五、土的构造五、土的构造 土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特是指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征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性二者都造成了土的不均匀性 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 n地层连续沉积而形成，其间并未受到冲刷，则土层构造是水平的。河流几经改道，使得附近的地层发生交替的冲刷与沉积，即形成斜交层理。山坡上的风化碎屑受重力作用堆积在山脚下，后来又经过河流沉积，即形成山坡土层。西北黄土地区，经大陆性季风的沉积与剥蚀，形成交错层理。n土的层理构造3 3结核状构造结核状构造在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细粒土粘土，含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细粒土部分。部分。2.3 土的物理性质指标一、土的三相图一、土的三相图 n二、直接测定指标二、直接测定指标 1.土的密度土的密度：单位体积土的质量单位体积土的质量 工程中常用重度工程中常用重度 来表示单位体积来表示单位体积土的重力土的重力.重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 2.土粒相对密度土粒相对密度Gs（土粒比重）（土粒比重）：土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4时纯水的质量之时纯水的质量之比比.土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般土粒相对密度变化范围不大：细粒土（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，土粒相对密度减小左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小.ms气气土粒土粒mw体积体积V水水mVsVwVVa质量质量mVv气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V3.土的含水量土的含水量：土中水的土中水的质量与土粒质量之比，以百分质量与土粒质量之比，以百分数表示数表示.（含水率）含水率）土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天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、埋藏条件及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。其所处的自然地理环境等有关。测定方法：测定方法：通常用烘干法通常用烘干法烘干法三、换算指标三、换算指标 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V1.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体土中孔隙体积与土粒体积之比积之比 2.土的饱和度土的饱和度Sr：土中孔隙土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示分数表示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=0,饱和土饱和土Sr=100%。砂土砂土根据饱和度分为三种状态根据饱和度分为三种状态:孔隙率孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示之比，以百分数表示 Sr50%稍湿；稍湿；50Sr80%很湿；很湿；Sr80%饱和饱和3.不同状态下土的密度和重度不同状态下土的密度和重度饱和密度饱和密度sat ：土体中孔隙完土体中孔隙完全被水充满时的土的密度全被水充满时的土的密度 干密度干密度d ：单位体积中固体颗粒单位体积中固体颗粒部分的质量部分的质量 浮密度浮密度 ：土单位体积内土粒土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差质量与同体积水的质量之差 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，土的密度个，土的密度，饱饱和密度和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (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)气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V四、指标间的换算四、指标间的换算气气水水土粒土粒Gsw 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Gs ，含水量含水量和和密度密度是通过是通过试验测定的，可以根据三个试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标基本指标换算出其余各指标Vv=eGsw Gs（1）w 推导：推导：换算关系式：换算关系式：五、例题分析五、例题分析 n【例】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、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】四、指标间的换算四、指标间的换算气气水水土粒土粒Ws=dswVs11+1+e质量质量m体积体积V土粒比重土粒比重d ds ，含水量含水量和和密度密度是通过试验测定的，可以是通过试验测定的，可以根据这三个基本指标换算出根据这三个基本指标换算出其余各指标其余各指标Vv=e Ww=wdswW=dsw(1+w)推导：推导：五、例题分析五、例题分析 n【例】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、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】2.4 土的物理状态指标一、无粘性土的密实度一、无粘性土的密实度 土的密实度土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系着密切关系1.孔隙比孔隙比e 孔隙比孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，可以用来表示砂土的密实度。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，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散土愈松散 2.相对密实度相对密实度Dr砂土在天然状砂土在天然状态下孔隙比态下孔隙比砂土在最密实状砂土在最密实状态时的孔隙比态时的孔隙比砂土在最松砂土在最松散状态时的散状态时的孔隙比孔隙比当当Dr=0=0时，时，e=emin，表示土处于最疏松状态表示土处于最疏松状态;当当Dr=1.0时，时，e=emax，表示土体处于最密实状态，表示土体处于最密实状态3.按动力触探确定无粘性土的密实度按动力触探确定无粘性土的密实度Dr1/3疏松状态疏松状态1/3Dr2/3中密状态中密状态2/3Dr1密实状态密实状态 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，可按原位重型圆锥动进行评定。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评定砂石密实度评定砂石密实度 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N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520二、粘性土的稠度二、粘性土的稠度 1.粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态稠度稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征是粘性土最主要的物理状态特征 0固态或半固态固态或半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限P液限液限L粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限土的稠度界限.也叫也叫界限含水率界限含水率.液塑限测定根据液塑限测定根据土工试验规程土工试验规程规定，采用液塑限联规定，采用液塑限联合测定仪进行测定。合测定仪进行测定。液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪下沉深度为下沉深度为17mm所对应的含水量为液限所对应的含水量为液限;下沉深度为下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限处所对应的含水量为塑限 2.粘性土的塑性指数和液性指数粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值是液限和塑限的差值(省去省去%)，即土处在可塑状态的即土处在可塑状态的含水量变化范围含水量变化范围说明：说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土即与土中粘粒含量有关。中粘粒含量有关。粘粒含量越多粘粒含量越多,塑性指数就越高塑性指数就越高 说明：说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当系。当IL0时时,P,土处于坚硬状态土处于坚硬状态;当当IL1时时,L,土处土处于流动状态。于流动状态。根据根据IL值可以直接判定土的软硬状态值可以直接判定土的软硬状态 液性指数液性指数IL是粘性是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 状态状态液性指数液性指数坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1三、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。已知已知 v=1000 v=1000 ，砂样最密实状态时称得干砂质量砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时最疏松状态时称得干砂质量称得干砂质量ms2=1.45kg,求此砂土的相对密度求此砂土的相对密度Dr,并判断砂并判断砂土所处的密实状态土所处的密实状态.【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2.5 土（岩）的工程分类一、分类的目的和原则一、分类的目的和原则 土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经比较、评价、积累以及学术与经验的交流验的交流分类原则：分类原则：分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便要测定方法简单，使用方便二、分类体系与方法二、分类体系与方法 分类体系：分类体系：1.建筑工程系统分类体系建筑工程系统分类体系2.工程材料系统分类体系工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土原状土，例，例如：如：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)地基土分地基土分类方法类方法.侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为程。研究对象为扰动土扰动土，例如：，例如：土的分类标准土的分类标准(GBJ145-90)工程用土的分类和公路土工试验规程工程用土的分类和公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类土的工程分类.分类方法分类方法：1.建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为地基土（岩）分为岩石岩石、碎石土碎石土、砂土砂土、粉土粉土和和粘性土粘性土五大类五大类a.岩石的分类岩石的分类 颗粒间牢固粘结颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类分类 坚硬程度类别坚硬程度类别饱和单轴抗压饱和单轴抗压强度强度frk(Mpa)坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩30frk60frk6015frk305frk15frk5b.碎石土的分类碎石土的分类 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土的土称为碎石土c.砂土的分类砂土的分类 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径的土，且粒径大于大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土的土称为砂土 土的名称土的名称漂石漂石块石块石卵石卵石碎石碎石圆砾圆砾角砾角砾颗粒形状颗粒形状圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于200mm的颗的颗粒含量超过全重粒含量超过全重50粒径大于粒径大于20mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50粒径大于粒径大于2mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50注：注：定名时应根据颗粒级配定名时应根据颗粒级配由大到小以最先由大到小以最先符合者确定符合者确定碎石土的分类碎石土的分类d.粉土的分类粉土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不的颗粒含量不超过全重超过全重50%，塑性指数塑性指数IP10的土称的土称为粉土为粉土土的名称土的名称砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量占全重的颗粒含量占全重2550注：注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重85粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50砂土的分类砂土的分类e.粘性土的分类粘性土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超的颗粒含量不超过全重过全重50%，塑性指数塑性指数IP10的土称的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分为粘性土，粘性土根据塑性指数细分土的名称土的名称粘土粘土粉质粘土粉质粘土塑性指数塑性指数注：注：塑性指数由相应于塑性指数由相应于76g圆圆锥体沉入土样中深度为锥体沉入土样中深度为10mm测定的液限计算而得测定的液限计算而得 IP1710IP17f.人工填土的分类人工填土的分类 由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱,均匀性较均匀性较差，根据其物质组成和成因差，根据其物质组成和成因,可分为素填土、杂填土和冲填土可分为素填土、杂填土和冲填土 2.土的分类标准土的分类标准(GBJ14590)根据各粒组的相对含量把土分为根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土巨粒土、含巨粒土含巨粒土、粗粒土粗粒土和和细粒土细粒土四四大类大类a.巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土的分类 巨粒土和含巨粒土按土中粒径巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于大于60mm的巨粒含量区分。若土中的巨粒含量区分。若土中巨粒含巨粒含量多于量多于50%,属于巨粒土；若土中巨粒含量在属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土之间，属于含巨粒土b.粗粒土的分类粗粒土的分类 巨粒含量少于巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径大于，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量的粗粒含量多于余土的多于余土的50%，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类g.g.其它特殊类土其它特殊类土软土（淤泥等）软土（淤泥等）、红粘土红粘土、黄土等黄土等c.细粒土的分类细粒土的分类 土中粒径小于土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。的土属于细粒土。图中液限为图中液限为17mm液限液限细粒土按塑性图进行细分细粒土按塑性图进行细分6 6 人工填土人工填土人工填土是指由人类活动而堆填的土。其物质成分较杂，均匀性较差。根据其物质组成和堆填方式，填土可分为素填土素填土、杂填土杂填土、冲填土冲填土和压实填土压实填土四类。各类填土应根据下列特征予以区别：1、素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或含杂质很少。按主要组成物质分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。经分层压实后则称为压实填土。2、杂填土是含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。按其组成物质成分和特征分为建筑垃圾土、工业废料土及生活垃圾土。3、冲填土 为由水力冲填泥浆形成的填土。特殊土（特殊土（）特殊土是指在特定地理环境或人为条件下形成的具有特殊性质的土。它的分布一般具有明显的地域性。特殊土包括软土、人工填土、湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土等。软土软土是指沿海的滨海相、三角洲相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高和强度低的特点。包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土等。多数还具有高灵敏度高灵敏度的结构。淤泥淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比1.5的粘性土 淤泥质土淤泥质土：天然孔隙比小于1.5但1.0的粘性土。当土中有机质含量大于5%时称为有机质土；大于60%时则称泥炭泥炭。泥炭往往以夹层构造存在于一般粘性土层中，对工程十分不利，必须引起足够重视。特殊土（特殊土（）湿陷性黄土湿陷性黄土：是指土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变形量达到一定数值的土。湿陷变形量按野外浸水载荷试验在200kPa 压力下的附加变形量确定，当附加变形量与载荷板宽度之比大于0.015时为湿陷性黄土。红粘土红粘土：是指碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等颜色的高塑性粘土。其液限一般大于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育，经坡、洪积再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45小于50的土称为次生红粘土次生红粘土。我国的红粘土以贵州、云南、广西等省区最为典型，分布广。特殊土（特殊土（）膨胀土：膨胀土：一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（以蒙脱石和伊利石为主）所组成的粘性土，在环境和湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形，具有吸水膨胀、失水收缩的特性。已有的建筑经验证明，当土中水份聚集时，土体膨胀，可能对与其接触的建筑物产生强烈的膨胀上抬压力而导致建筑物的破坏；土中水分减少时，土体收缩并可使土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。多年冻土：多年冻土：是指温度等于或低于摄氏零度、含有固态水且这种状态在自然界连续保持三年或三年以上的土。当自然条件改变时，会产生冻胀、融陷、热融滑塌等特殊不良地质现象及发生物理力学性质的改变。本章小结本章小结 主要讨论了土的物质组成以及定定性性、定定量量描述其物质组成的方法，包括土的三三相相组组成成、土的三三相相指指标标、土的结结构构构构造造、粘性土的界界限限含含水水量量、砂土的密密实实度度和土的工工程程分分类类等。这些内容是学习土力学原理和基础工程设计与施工技术所必需的基本知识，也是评价土的工程性质、分析与解决土的工程技术问题时讨论的最基本的内容。