《特殊性质的土》PPT课件.ppt
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1、4-6 土的物理力学性质及其指标土的物理力学性质及其指标土的三相组成 固体(土粒)液体(水)气体(气体)1 土的三相比例指标土的三相比例指标V:总体积 W:总重量(KN)Vs:土粒体积 Ws:土粒重量Vw:土中水的体积 Ww:土中水的重量Va:土中空气体积Vv:土中孔隙体积VWV=Vs+Vw+Va=Vv+VsW=Ws+Ww土粒水气体Vv(1)土粒比重G(土粒重量与同体积的4时水的重量之比)水在4时单位体积的重量,等于10kNm3。颗粒比重决定于土的矿物成分,同一种类的土,其颗粒比重变化幅度很小。颗粒比重可在试验室内用比重瓶法测定。由于颗粒变化的幅度不大,通常可按经验数值选用。在数值上等于土粒密
2、度,但比重没有单位(2)土的重度 (单位体积土的重量(单位为kNm3)天然状态下土的重度变化范围较大。土的重度一般用“环刀法”测定,用一个圆环刀(刀刃向下)放在削平的原状土样面上,徐徐削去环刀外围的土,边削边压,使保持天然状态的土样压满环刀容积内,称得环刀内土样重量,求得它与环刀容积之比值即天然重度。(3)土的干重度 :土单位体积中固体颗粒部分的重量(单位为kNm3)(4)饱和重度 :土孔隙中充满水时的单位体积重量。(单位为kNm3)(5)土的有效重度(浮重度或水下重度):在地下水位以下,单位土体积中土粒的重量扣除浮力后,即为单位土体积中土粒的有效重量(6)土的含水量:土中水的重量与土粒重量之
3、比,以百分数计 天然土层的含水量变化范围很大,它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般说来,同一类土,当其含水量越,强度越低。土的含水量一般用“烘干法”测定。先称小块原状土样的湿土重,然后置于烘箱内维持100105烘至恒重,再称干土重,湿、干土重之差与干土重的比值,就是土的含水量。(7)土的饱和度 :土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积 之比,以百分率计 饱和度值愈大,表明土孔隙中充水愈多。孔隙完全为水充满时,Sr=100%,土处于饱和状态;孔隙中全是气体,没有水分,Sr=0%,土处于干燥状态(自然界实际很少)。工程实际中,按饱和度常将土划分为如下三种含水状态:湿 度稍 湿很湿饱
4、和Sr(%)Sr 5050Sr 80Sr 80 对粘性土通常不按饱和度,而按稠度指标液性指数IL评述其含水状态。对于粉土,由于毛细作用引起的假塑性,按液性指数评价状态无意义,所以按含水量述粉土的含水(湿度)状态。湿 度稍 湿湿很 湿(%)20203030(8)孔隙比:土中孔隙体积与土粒体积之比,用小数表示 一般e1.0的土是疏松的高压缩性土。(9)孔隙率:土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示 孔隙率和孔隙比都说明土中孔隙体积的相对数值。但工程计算中常用孔隙比。自然界土的孔隙率与孔隙比的数值取决于土的结构状态,数值愈大,土中孔隙体积愈大,土结构愈疏松;反之,结构愈密实。由于土的松密程度差别极大
5、,土的孔隙比变化范围也大,无粘性土虽孔隙较大,但因数量少,孔隙比相对较低;粘性土则因孔隙数量多和大孔隙的存在,孔隙比常相对较高。2 无粘性土的紧密状态无粘性土的紧密状态 1)1)决定无粘性土紧密状态的因素决定无粘性土紧密状态的因素 (1)首先取决于无粘性土的受荷历史和形成环境。(2)与无粘性土的颗粒组成、矿物成分及颗粒形状等因素有关。1)组成颗粒愈粗,粒间孔隙愈大,但孔隙比愈小,愈较密实,稳定性愈好。组成颗粒均匀,粒间不易相互填充,使密实度相对较小;组成颗粒不均匀,较粗大颗粒粒间孔隙为微细颗粒所充填,孔隙比变小,使密实度相对较大。2)主要由片状颗粒组成土的孔隙比远大于由柱状和粒状颗粒组成者。因
6、此,砂土和粉土中含云母愈多,密实度愈差,强度和稳定性愈小。按孔隙比按孔隙比e:土名土名密实密实中密中密稍密稍密疏松疏松砾砂、粗砂砾砂、粗砂和中砂和中砂0.85细砂和粉砂细砂和粉砂0.952)无粘性土紧密状态的确定方法)无粘性土紧密状态的确定方法 原状砂样原状砂样 对于位于地下水位以上的砂土,可用环刀法、或灌砂法(或注水法)来测定其天然重度:其中环刀法适用于湿砂;灌砂法(或注水法)适用于干砂。对于位于地下水位以下的砂土,特别是粉细砂,必需于钻孔内取样。灌砂法按相对密度按相对密度(具有概括性,但由于各参数测定的困难,致使应用并不广泛)砂土在最松散状态时的孔隙比(测定方法:将疏松的风干砂样,通过长颈
7、漏斗轻轻地倒入容器,求其最小重度。);砂土在最密实状态时的孔隙比(测定方法:将疏松的风干砂样分几次装入金属容器,并加以振动或锤击夯实,直至密度不变为止,求其最大重度。);e 砂土的天然孔隙比。从上式可知,若无粘性土的天然孔隙比e接近于 ,即相对密度Dr接近于1时,土呈密实状态;当e接近于 时,即相对密度Dr接近于0,则呈松散状态。紧密状态密 实中 密稍 密疏 松Dr值0.76Dr10.33Dr0.760.2Dr0.330Dr0.2原状砂样原状砂样 按标准贯入锤击数按标准贯入锤击数紧密状态密 实中 密稍 密疏 松N值N 3015N3010N15N103 粘性土的物理性质粘性土的物理性质(1)粘性
8、土的界限含水量)粘性土的界限含水量液限液限塑限塑限缩限缩限固态固态 半固态半固态 可塑状态可塑状态 流塑、流动状态流塑、流动状态S p L 测定方法测定方法 锥式液限仪 碟式液限仪 搓条法 收缩皿法 现常用联合法测定液限和塑限或按液限与塑限的相关关系确定塑限。扰动土(2)粘性土的液性指数和塑性指数)粘性土的液性指数和塑性指数塑性指数IP:指液限和塑限的差值 液性指数IL:指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 当小于P时,IL小于0,天然土处于坚硬状态;当大于L时,IL大于1,天然土处于流动状态;当在P与L之间时,即IL在01之间,则天然土处于可塑状态。因此可以利用液性指数IL来表征粘
9、性土所处的软硬状态。IL值愈大,土质愈软;反之,土质愈硬。状 态坚 硬硬 塑可 塑软 塑流 塑液性指数ILIL00IL0.250.25IL0.750.75IL1.0IL1.04 土的力学性质土的力学性质1)土的压缩性压缩系数a:在eP曲线上任一点的切线斜率,表示相应 于压力P作用下土的压缩性 原状土 压缩系数愈大,表明在同一压力变化范围内土的孔隙比减小得愈多,土的压缩性愈大。压缩指数Cc:半对数压缩曲线e 后段的斜率。土的压缩性低压缩性土中压缩性土高压缩性土 (MPa-1)0.10.1 0.5 0.5CcCc0.20.2Cc0.4Cc0.4同压缩系数a一样,压缩指数Cc值越大,土的压缩性越高。
10、与压缩系数a不同,它在直线段范围内并不随压力而变。压缩模量Es:土在完全侧限条件下的竖向附加压应力与 相应的应变增量之比值。压缩模量Es与压缩系数a成反比,即Es越小土的压缩性越高。为了便于比较和应用,通常采用压力间隔p1=0.1MPa增加到p2=0.2MPa所得的压缩模量,则上式改为:2)土的抗剪强度 在抗剪强度与正压应力关系曲线图上,土的抗剪强度是通过坐标原点而与横坐标成角的直线。无粘性土的抗剪强度不但决定于内摩擦角的大小,而且还随正压应力的增加而增加,而内摩擦角的大小与无粘性土的密实度、土颗粒大小、形状、粗糙度和矿物成分以及粒径级配的好坏程度等因素都有关,无粘性土的密实度愈大、土颗粒愈大
11、、形状愈不规则、表面愈粗糙、级配愈好,则内摩擦角愈大。而无粘性土的含水量愈大,则内摩擦角愈小。(1)无粘性土的抗剪强度无粘性土的抗剪强度 (2)粘性土的抗剪强度粘性土的抗剪强度 在一定排水条件下,粘性土的正压应力与抗剪强度之间基本上仍成直线关系,但不通过原点 3)土的动力特性土的动力特性 土体在动荷载作用下的抗剪强度比在静荷载作用下的有所降低,并且往往产生附加变形。土体在动荷载作用下抗剪强度降低及变形增大的幅度除取决于土的类别和状态等特性外,还与动荷载的振幅、频率及震动(或振动)加速度有关。4-7 特殊土的主要工程性质特殊土的主要工程性质一、软土一、软土 软土泛指淤泥及淤泥质土,是在各种静水或
12、非常缓慢的流水环境中沉积,并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。它富含有机质,天然含水量大于液限L,天然孔隙比e 1.0。软土主要由粘粒和粉粒等细小颗粒组成。粘粒的粘土矿物成分以水云母和蒙脱石为主。这些粘土矿物和有机质颗粒表面带有大量负电荷,与水分子作用非常强烈,因而在其颗粒外围形成很厚的结合水膜,且在沉积过程中由于粒间静电引力和分子引力作用,形成絮状和蜂窝状结构。软土的物理力学特性软土的物理力学特性:(1)高含水量和高孔隙性 软土的天然含水量大于液限L,并且天然含水量随液限的增大而增加。天然孔隙比e 1.0。软土的高含水量和高孔隙性决定其高压缩性和低抗剪强度。(2)渗透性低 由于软土主要由粘粒
13、和粉粒等细小颗粒组成,所以其渗透系数很小。(3)压缩性高 软土属高压缩性土,其压缩系数 一般为0.71.5MPa-1(0.5 MPa-1高压缩性土),其压缩性随着土的液限和天然含水量的增大而增高。该类土的变形有如下特征:1)变形大而不均匀 2)变形稳定历时长(渗透性很弱,水分不易出)(4)抗剪强度低 软土的抗剪强度小且与加荷速度及排水固结条件密切相关。(5)较显著的触变性和蠕变性 软土触变性显著。表现在长期恒定应力作用下,软土将产生缓慢的剪切变形,并导致抗剪强度的衰减;在固结沉降完成之后,软土还可能继续产生次固结沉降。二二 湿陷性黄土湿陷性黄土 1湿陷性黄土的特征和分类 特征:特征:黄土是第四
14、纪干旱和半干旱气候条件下形成的一种特殊沉积物。颜色多呈黄色、淡灰黄色或褐黄色;颗粒组成以粉粒为主,粒度大小较均匀,粘粒含量较少;含碳酸盐、硫酸盐及少量易溶盐;含水量小;孔隙比大,一般在1.0左右,且具有肉眼可见的大孔隙;具有垂直节理。分类分类(1)按成因可分为:原生黄土风成黄土为原生黄土,无层理,具上述典型特征 次生黄土一般不完全具备上述黄土特征,具有层理,并含有较多的砂粒以至细砾,故也称为黄土状土。(2)按湿陷性可分为:湿陷性黄土在上覆土的自重压力作用下,或在上覆土的自重压 力与附加压力共同作用下,受水浸湿后土的结构迅 速破坏而发生显著附加下沉。非湿陷性黄土工程性质接近于一般粘性土。黄土在我
15、国分布很广,其中湿陷性黄土约占34,其湿陷性由西北向东南逐渐减弱,厚度变薄。(3)按形成年代可分为:老黄土和新黄土。黄土形成年代愈久,由于盐分溶滤较充分,固结成岩程度大,大孔结构退化,土质愈密实,强度高而压缩性小,湿陷性减弱甚至不具湿陷性。2黄土湿陷性的形成及影响因素黄土湿陷性的形成及影响因素(1)黄土湿陷性的形成原因 黄土的结构特征及其物质组成是产生湿陷的内在因素。水的浸润和压力作用仅是产生湿陷的外部条件。(2)黄土湿陷性的影响因素 1)骨架颗粒的大小、含量和胶结物的聚集形式。骨架颗粒的大小、含量和胶结物的聚集形式。骨架颗粒愈多,胶结物含量较少,成薄膜状包围颗粒,粒间连结脆弱,因而湿陷性愈强
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