最新土力学之土的工程分类ppt课件.ppt

《最新土力学之土的工程分类ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新土力学之土的工程分类ppt课件.ppt（50页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、土的物理性质概述土的物理性质概述岩石岩石风化（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 概述表格法表格法10-22-0.050.05-0.0050.005A09910B066304C445600表示方法表示方法表格法表格法颗粒级配曲线法颗粒级配曲线法颗粒粒径级配曲线颗粒粒径

2、级配曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比, ,横坐横坐标表示土粒的粒径标表示土粒的粒径( (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 1060ddCud10、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

3、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 6010230dddCc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 水固态水液态水气态水结合水自由水强结合水弱结合水重力水毛细水1.土中水的存在形态土中水的存在形态受电分子吸引力作用吸受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水附于土粒表面的土中水存在于土粒表面电场影存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水响范围以外的土中水存在地下水位存在地下水位以下、土颗粒以下、土颗粒电分子引力以电分子引力以外的

4、水外的水受到水与空气表面张力受到水与空气表面张力的作用，地下水位以上的作用，地下水位以上的透水层中的自由水的透水层中的自由水l（二）土中的水（二）土中的水土中毛细现象土中毛细现象rThccos2 上升高度上升高度: :r2hcw=2rTcos毛细水毛细水毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比分析对象分析对象: 水柱水柱粘土、粉土、砂土、砾石粘土、粉土、砂土、砾石毛细水：毛细水：是受到水与空气交界面处表面张力作用、存是受到水与空气交界面处表面张力作用、存在地下水位以上的透水层中的水在地下水位以上的透水层中的水毛细现象毛细现象: 土中水在表面张力作用下，沿着细的空土中水在表面张力作用下，沿着细的

5、空隙向上及向其他方向移动的现象隙向上及向其他方向移动的现象土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为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通的封与大气不连通的封闭气体闭气体1.非封闭气体：非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大的性质影响不大 2.封闭气体：封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有解于水中，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，弹性增大和延长较大的影响，使土的渗透性

6、减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时土体受力后变形达到稳定的历时 三、三、 土中的气体土中的气体粘粒弱结合水自由水强结合水105oO-2H+H+粘土颗粒水分子极 性双电层与扩散层双电层与扩散层l结合水概念结合水概念强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水l双电层概念双电层概念105oO-2H+H+水分子极 性2.2.2.2粘土颗粒与水的相互作用粘土颗粒与水的相互作用2.2.2.4 土的冻胀土的冻胀l（1）冻胀现象）冻胀现象：某些细粒土层随着土中水的冻结，土体产生体积膨胀，这种现象称为冻胀现象。l土层发生冻胀的原因，不仅是由于水分冻结成水时其体积要增大9的缘故，而主要是由于土层冻结时，周

7、围未冻结区中的水分会向表层冻结区迁移集聚，使冻结区土层中的水分增加，冻结的水分逐渐增多，土体积也随之发生膨胀隆起。l（2）融陷现象）融陷现象：当土层解冻时，土中积聚的冰晶体融化，土体随之下陷，这种现象称为融陷现象。l3冻土现象对工程的危害冻土现象对工程的危害l（1）冻胀时，路基被隆起，柔性路面鼓包、开裂，刚性路面错缝或折断；l（2）修建在冻土上的建筑物，冻胀引起建筑物的开裂、倾斜甚至轻型构筑物倒塌；l（3）发生融陷后，路基土在车辆反复碾压下，轻者路面变得松软，重者路面翻浆。l（4）季节性冻土地区，当土层解冻融化后，土层软化，强度大大降低，使得房屋、桥梁和涵管等发生过量沉降和不均匀沉降，引起建筑

8、物的开裂破坏。l因此，冻土现象必须引起注意，并采取必要的防治措施。l2.2.32.2.3土的结构和构造土的结构和构造 在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，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与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关关 1.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

9、 密实状态密实状态疏松状态疏松状态l土的结构土的结构强度大，压缩性小土粒易移动，变形大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

10、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l土的构造土的构造 土的构造土的构造是指在同一土层中的物质成分和颗粒大小是指在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。主要特等都相近的各部分之间的相互关系的特征。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

11、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呈现出成层特征成层特征 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 2.3 土的物理性质指标l一、土的三相图一、土的三相图 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积Vn2.3.1 2.3.1 三个基本试验指标三个基本试验指标 1.土的密度土的密度：单位体积土的质单位体积土的质量量 awswsVVVmmVm工程中常用重度工程中常用重度 来表示单位体来表示单位体积土的重力积土的重力 g重力加速度，重力加速度，近似

12、取近似取10m/s2 2.土粒相对密度土粒相对密度ds（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时纯水时纯水的质量之比的质量之比 11ssssVmd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Vv2.3.1 指标的定义气气水水土粒土粒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%100%10

13、0sssmmmmm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，亦可近似用酒精燃烧法通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 不同状态下土的密度和重度不同状态下土的密度和重度（2 2）饱和密度）饱和密度sat ：土体中土体中孔隙完全被水充满时的土的密孔隙完全被水充满时的土的密度度 （1 1）干密度）干密度d ：单位体积中单位体积中固体颗粒部分的质量固体颗粒部分的质量

14、 VVmvssatVmsd（3 3）浮密度）浮密度 ：土单位体积土单位体积内土粒质量与同体积水的质量内土粒质量与同体积水的质量之差之差 VVmss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，饱和密度饱和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3), ,相应的重度指标相应的重度指标也有也有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Vl2.3.1.2 2.3.1.2 反映土单位体积质量的指标（换算指标）

15、反映土单位体积质量的指标（换算指标） l2.3.1.3 2.3.1.3 反映土的孔隙特征、含水程度的指标反映土的孔隙特征、含水程度的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 ：土中孔隙体积与土土中孔隙体积与土粒体积之比粒体积之比 2.土的饱和度土的饱和度Sr ：土中孔土中孔隙水的体积与孔隙总体积隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示之比，以百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

16、三种状态: : svVVe孔隙率孔隙率n ：土中孔隙体积与总土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示体积之比，以百分数表示 %100VVnv%100vrVVSSr50%稍湿；稍湿； 50Sr80%很湿；很湿； Sr80%饱和饱和l2.3.2 2.3.2 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 ，含水量含水量和和密度密度是通是通过试验测定的，可以根据三过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指个基本指标换算出其余各指标标Vv=edsw ds（1）w edVmws1)1 (11)1 (111eee

17、dVmwssd推导：推导：换算关系式：换算关系式：1)1 (1wsdwsddeeedVVmwswVssat1)(edwssat1) 1(eeVVnV1edVmVVSsWVwVwr11ssssVmd%100%100sssmmmmm2.4 无粘性土的密实度l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

18、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DrminmaxmaxeeeeDr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=ee=emaxmax ，表示土处于最疏松状态，表示土处于最疏松状态; ;当当D Dr=1.0r=1.0时，时， e=ee=e

19、minmin ，表示土体处于最密实状态，表示土体处于最密实状态3.按标准贯入试验确定无粘性土的密实度按标准贯入试验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

20、稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520minmaxmaxeeeeDr 标准贯入试验（Standard Penetration Test） 标准贯入数 N63.5 锤 重：63.5kg 落 距：760mm 打入深度：300mm设备主要: 由标准贯入器、触探杆和穿心锤l 贯入时，穿心锤落距为76厘米，使其自由下落，将贯入器直打入土层中15厘米。以后每打入土层30厘米的锤击数，即为实测锤击数N。l提出贯入器，取出贯入器中的土样进行鉴别描述 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

21、石土密实度 松散松散稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.5202.5.1、粘性土的界限含水量、粘性土的界限含水量 粘性土从一种状态转变为另一种状态的分界含水量称为界限含水量。四种状态：固态 半固态 可塑状态 流动状态粘性土就是指具有可塑状态性质的土。可塑性：土在外力作用下，可塑成任何形状而不发裂，当外力卸除后仍能保持已有的形状。 含水量对粘性土的工程性质有着极大的影响。含水量对粘性土的工程性质有着极大的影响。2.5 粘性土的物理特性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

22、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(SL237-007-1999)规定，规定，采用液塑限联合测定仪进行测定。采用液塑限联合测定仪进行测定。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 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

23、限处所对应的含水量为塑限 2.5.2 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, ,即与即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多土中粘粒含量有关。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

24、硬状态; ;当当IL1时时, ,L, ,土处土处于流动状态。根据于流动状态。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 PLpI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 PPLII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IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL12.5.3 2.5.3 粘性土的灵敏度和触变性粘性土的灵敏度和触变性1. 1. 粘性土的结构性概念粘性土的结构性概念 原状土具有结构性，具有相同的含水量和密度，原状土具有结构性，具有相同的含水量和密度，经过

25、粉碎经过粉碎/重塑后，变为重塑土，强度降低。重塑后，变为重塑土，强度降低。2. 2. 粘性土的灵敏度粘性土的灵敏度 uutqqS =原状土的无侧限抗压强原状土的无侧限抗压强度度重塑土的无侧限抗压强重塑土的无侧限抗压强度度 03 uquq 相同含水量、密度相同含水量、密度含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为称为。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。起的，是土结构随时间变化的宏观表现。目前尚没有合

26、理的描述土触变性的方法和指目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。标。3. 3. 粘性土的触变性粘性土的触变性 4. 4. 粘性土的胀缩性、湿陷性、冻胀性粘性土的胀缩性、湿陷性、冻胀性液限、塑限联合测定法液限、塑限联合测定法（一）试验目的（一）试验目的 测定粘性土的液限L和塑限p，并由此计算塑性指数Ip 、液性指数IL，进行粘性土的定名及判别粘性土的软硬程度。 （二）试验原理（二）试验原理 液限、塑限联合测定法是根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的特性来进行的。利用圆锥质量为76g的液塑限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥入土深度，并绘制其关系直线图，在图上

27、查得圆锥下沉深度为17mm所对应得含水率即为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率即为塑限。 （三）试验设备（三）试验设备 1液塑限联合测定仪：如附图，有电磁吸锥、测读装置、升降支座等，圆锥质 量76g，锥角30，试样杯等； 2天平：称量200g，分度值0.01g； 3其它：调土刀、不锈钢杯、凡士林、称量盒、烘箱、干燥器等。（四）操作步骤（四）操作步骤 1土样制备：当采用风干土样时，取通过0.5mm筛的代表性土样约200g，分成三份，分别放入不锈钢杯中，加入不同数量的水，然后按下沉深度约为45mm，911mm，1517mm范围制备不同稠度的试样。 2装土入杯：将制备的试样调拌均匀，填入试

28、样杯中，填满后用刮土刀刮平表面，然后将试样杯放在联合测定仪的升降座上。 3接通电源：在圆锥仪锥尖上涂抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。 4测读深度：调整升降座，使锥尖刚好与试样面接触，切断电源使电磁铁失磁，圆锥仪在自重下沉入试样，经5秒钟后测读圆锥下沉深度。 5测含水量：取出试样杯，测定试样的含水量。重复以上步骤，测定另两个试样的圆锥下沉深度和含水量。 （五）试验注意事项（五）试验注意事项 1土样分层装杯时，注意土中不能留有空隙。 2每种含水量设三个测点，取平均值作为这种含水量所对应土的圆锥入土深度，如三点下沉深度相差太大，则必须重新调试土样。（六）计算公式（六）计算公式 1计算各试

29、样的含水量：式中：含水量，计算至0.1% m1盒加湿土质量，g； m2盒加干土质量，g； m1m2土中水质量，g； m1mo干土质量，g%100%1000221mmmmmmsl 2以含水量为横坐标，圆锥下沉深度为纵坐标，在双对数坐标纸上绘制关系曲线，三点连一直线（如附图中的A线）。当三点不在一直线上，可通过高含水量的一点与另两点连成两条直线，在圆锥下沉深度为2mm处查得相应的含水量。当两个含水量的差值2时，应重做试验。l 当两个含水量的差值2时，用这两个含水率的平均值与高含水率的点连成一条直线（如附图中的B线）。 3在圆锥下沉深度与含水量的关系图上，查得下沉深度为7mm所对应的含水量为液限；查

30、得下沉深度为2mm所对应的含水量为塑限。A线B线含水率（）10203040 50 60 709080100234578910206圆锥下沉深度 h（mm）（七）试验记录液限、塑限联合试验记录表（七）试验记录液限、塑限联合试验记录表工程名称 试验者试样编号 计算者试验日期 校核者l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】78. 0166. 1)0943. 01 (7 . 21)1 (sGe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31max/62. 1cmgVmsd67.01maxmindwsGe砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比32min/45. 1cmgVmsd86.01minmaxdwsGe42.0minmaxmaxeeeeDr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50 结束语结束语