土力学教学第2章土的物理性质及工程分类part1课件.ppt

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1、第第2章章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类Chapter 2 Physical properties and engineering classification of soil2.1 概概 述述2.1 Introduction1.土由三相组成（土由三相组成（Three phases of soil）2.土的物理性质和力学性质土的物理性质和力学性质 Index properties and mechanical properties of soil2.2 土的生成土的生成2.2 Formation of soil2.2.1 地质作用地质作用风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积1.风化

2、作用（风化作用（Weathering action）（1）物理风化（）物理风化（Physical weathering）原生矿物（原生矿物（Original mineral）（2）化学风化（）化学风化（Chemical weathering）次生矿物（次生矿物（Secondary mineral）（3）生物风化（）生物风化（Biological weathering）有机质（有机质（Organic matter）2.搬运作用（搬运作用（Transportation）3.沉积作用（沉积作用（Sedimentation）（1）陆相沉积（）陆相沉积（Terrestrial deposit）（2）海相

3、沉积（）海相沉积（Marine deposit）土土岩石岩石风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积地质成岩作用地质成岩作用土的组成、结构土的组成、结构和物理力学性质和物理力学性质过程、条件过程、条件冰川冰碛冰川冰碛湖湖 沼沼残积和坡积物残积和坡积物洪积平原洪积平原坡积物沙沙 滩滩红粘土红粘土黄黄 土土2.2.2 从土的生成了解土的物理性质从土的生成了解土的物理性质 Realize index properties of soil from soil formation1.不同生成条件形成不同性质的土不同生成条件形成不同性质的土 Deferent formation condition result

4、in soil with different properties2.由土的成层规律推断土的性质（由土的成层规律推断土的性质（图图2-1）Deduce soil properties from stratification of soil3.土的性质随环境条件的变化而变化土的性质随环境条件的变化而变化 Soil properties changed with the change in environmental conditions土的三相（土的三相（Three phases of soil）（1）固相（）固相（Solid phase）土颗粒骨架土颗粒骨架 （skeleton of soil

5、 particles）（2）液相（）液相（Liquid phase）水（水（Water）（3）气相（）气相（Gaseous phase）空气（空气（Air）2.3 土的三相组成土的三相组成2.3 Three phases of soil土的二相（土的二相（Two phases of soil）（1）饱和土（）饱和土（Saturated soil）土颗粒（土颗粒（Soil particle）+水（水（Water）（2）干土（）干土（Dry soil）土颗粒（土颗粒（Soil particle）+气（气（Air）2.3 土的三相组成土的三相组成2.3 Three phases of soil1.土

6、粒粒组（土粒粒组（Particle size group）（表表2-1）粒组粒组就是将性质相近的土粒归并成组。就是将性质相近的土粒归并成组。巨粒组（巨粒组（Huge grain group）：漂石（漂石（Boulder）、块石（）、块石（Block stone）卵石（卵石（Cobble，Pebble）、碎石（）、碎石（Rubble）粗粒组（粗粒组（Coarse grain group）：砾（砾（Gravel）；砂（；砂（Sand）细粒组（细粒组（Fine grain group）：粉粒（粉粒（Silt）;粘粒（粘粒（Clay）2.3.1 土的固相土的固相(Solid phase of soil

7、)表表表表 2-1 2-1 土粒大小分组（土粒大小分组（土粒大小分组（土粒大小分组（Particle size groupingParticle size grouping）粒组名称粒组名称粒径粒径d的的范围范围(mm)主主 要要 特特 征征巨巨粒粒组组漂石、块石漂石、块石d 200无粘性，透水性大，不能保持水分，毛细管水上升无粘性，透水性大，不能保持水分，毛细管水上升高度小高度小卵石、碎石卵石、碎石200d60粗粗粒粒组组砾砾粗粗60d20中中20d5细细5d2砂砂粗粗2d0.5无粘性，无可塑性，易透水，毛细管水上升高度不无粘性，无可塑性，易透水，毛细管水上升高度不大大中中0.5d0.25细

8、细0.25d0.075细细粒粒组组 粉粉 粒粒0.0750.005湿润时微有可塑性或无可塑性，透水性很小，毛细湿润时微有可塑性或无可塑性，透水性很小，毛细管水上升高度较大，在水中的结构不稳定，易悬浮管水上升高度较大，在水中的结构不稳定，易悬浮 粘粘 粒粒 d0.005有可塑性和粘性，透水性极微，毛细管水上升高度有可塑性和粘性，透水性极微，毛细管水上升高度大，遇水膨胀大，干时收缩性显著、坚硬大，遇水膨胀大，干时收缩性显著、坚硬固体颗粒固体颗粒 -颗粒大小颗粒大小 粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒

9、粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。巨粒巨粒602.土粒大小分析方法土粒大小分析方法 Analysis methods of grain size（1）筛分（）筛分（Sieving）法）法 0.075 mm 的粗粒土（的粗粒土（Coarse-grained soil）（2）比重计（）比重计（Sedimenta

10、tion）法）法 0.075 mm 的细粒土（的细粒土（Fine-grained soil）3.土粒的级配（土粒的级配（Grading）（1）土粒的）土粒的级配级配:土中各种粒组含量占该土总重量的百分数土中各种粒组含量占该土总重量的百分数（2）粒径分布曲线（）粒径分布曲线（Particle size distribution curve）级配级配曲线曲线（如图如图2-2）粒组范围及各粒组含量粒组范围及各粒组含量 粒径分布情况粒径分布情况固体颗粒固体颗粒 -粒径级配粒径级配孔径孔径105.02.01.00.50.250.1(0.075)200g土土筛余筛余01016182422387210090

11、80706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)P100958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分数百分数P(%)P(%)262613.513.51010筛筛分分法法Fig.2-2 Particle size fraction content and grain-size distribution curveFig.2-2 Particle si

12、ze fraction content and grain-size distribution curve 1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线固体颗粒固体颗粒 级配曲线级配曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径:斜率斜率:某粒径范围内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量 陡陡-相应粒组含量多相应粒组含量多 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏d50:平均粒径平均粒

13、径d60:控制粒径控制粒径d10:有效粒径有效粒径d30（3 3）不均匀系数）不均匀系数C Cu u和曲率系数和曲率系数C Cc c Coefficient of uniformity Cu and coefficient of curvature Cc（4 4）粗粒土级配良好的判定粗粒土级配良好的判定 （Judgement of well graded for coarse-grained soil）级配良好（级配良好（Well graded）：）：同时满足同时满足Cu5及及Cc=13（如（如图图2-3中中B线）线）级配不良（级配不良（Poorly graded）：土粒大小均匀或粒径分布曲线

14、不连续（如土粒大小均匀或粒径分布曲线不连续（如图图2-3中的中的A、C线）线）(2-1)(2-2)F 粒组含量用于土的粒组含量用于土的分类定名分类定名；F 不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的用于判定土的不均匀程度不均匀程度：Cu 5为不均匀土；为不均匀土；Cu 5为为 均匀土均匀土F 曲率系数曲率系数Cc用于判定土的用于判定土的连续程度连续程度：Cc=13为级配连续土；为级配连续土；Cc3 或或 Cc1为级配不连续土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc 用于判定土的用于判定土的级配优劣级配优劣：Cu 5且且 Cc=13为级配为级配 良好的土；如果良好的土；如果C

15、u3 或或Cc1616粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 ququ原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度qu和重塑土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度qu之比之比1.结晶水结晶水(Crystal water)存在于矿物结晶构造中的水。存在于矿物结晶构造中的水。2.结合水结合水(Bound water)（见图（见图2-9）指吸附于土粒表面成薄膜状指吸附于土粒表面成薄膜状的水。的水。强结合水强结合水 Strong bound water 最靠近土颗粒表面固定层

16、内近似最靠近土颗粒表面固定层内近似固体的一层水固体的一层水 弱结合水弱结合水 Weak bound water 受土颗粒表面的引力作用可以从受土颗粒表面的引力作用可以从水膜较厚的地方迁移到水膜较薄水膜较厚的地方迁移到水膜较薄的地方的一层水的地方的一层水 2.3.2 土的液相（土的液相（Liquid phase）3.自由水（自由水（Free water）指在土粒表面引力作用范围以外的水指在土粒表面引力作用范围以外的水（1）重力水（）重力水（Gravity water）（2）毛细管水（）毛细管水（Capillary water）a=湿润角湿润角T=界面张力界面张力d=毛管直径毛管直径 空空气气固体

17、固体水水 lTd=2rua-uwua-uw=压力差压力差毛毛细细管管hc-毛细水：毛细水：由于土体孔隙的毛细由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的毛细水承受表面张力和重力的作用作用-重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流动中自由流动土中水土中水 自由水自由水n自由水：自由水：不受颗粒电场引不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水土中毛细现象土中毛细现象上升高度上升高度:r2hcw=2rTcos毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘

18、土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石毛细压力毛细压力2rTcos+ucr2 =0 非饱和土中毛细张力影响非饱和土中毛细张力影响土土 中中 水水F 结晶水结晶水 矿物内部的水矿物内部的水F 结合水结合水 吸附在土颗粒表面的水吸附在土颗粒表面的水F 自由水自由水 电场引力作用范围之外的水电场引力作用范围之外的水F 土中冰土中冰 由自由水冻成，冻胀融沉由自由水冻成，冻胀融沉F 水蒸气水蒸气 存在孔隙空气中存在孔隙空气中2.3.3 土的气相土的气相（Gaseous phase）土中气体土中气体(Gases in soil)：与大气相通的（与大气相通的（Connected air）与大气不相通的（与大气不相通

19、的（Occluded air）气相气相 -土中气土中气F自由气体：自由气体：与大气连通连通的气体与大气连通连通的气体对土的性质影响不大对土的性质影响不大F封闭气体：封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体土体有三个组成部分：土体有三个组成部分：固相固相、液相液相和和气相气相 小小 结结F固体颗粒固体颗粒F土中水土中水F土中气体土中气体粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状结合水结合水 ：强结合水、弱结合水：强结合水、弱结合水 自由水自由水 ：重力水、毛细水：重力水、毛细水自由气体自由气体封闭气体封闭气体