第一章 土的物理性质及工程分类.ppt

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1、第一章第一章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的三相组成土的三相组成1.2 1.2 土的颗粒特征土的颗粒特征1.3 1.3 土的三相比例指标土的三相比例指标1.4 1.4 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量1.5 1.5 砂土的密度度砂土的密度度1.6 1.6 土的土的工程分类工程分类固体矿物颗粒固体矿物颗粒土中气体土中气体 土中水土中水第一节第一节 土的三相组成土的三相组成液相液相气相气相固相固相三相系三相系二相系二相系固相固相+液相液相固相固相+气相气相饱和土饱和土干土干土饱和粘土：压缩性高饱和粘土

2、：压缩性高饱和细粉砂：易液化饱和细粉砂：易液化粘土：坚硬状态粘土：坚硬状态砂土：松散状态砂土：松散状态1.1.土中固相土中固相固固体体颗颗粒粒无机矿物无机矿物有机质有机质原生矿物：岩浆冷凝形成原生矿物：岩浆冷凝形成次生矿物：次生矿物：原生矿物经化学风化作用形原生矿物经化学风化作用形 成的新矿物成的新矿物石英、长石、云母石英、长石、云母粘土矿物：粘土矿物：高岭石、伊利石、高岭石、伊利石、蒙脱石蒙脱石可溶盐可溶盐无定形无定形氧化物胶体氧化物胶体风化过程中由微生物作用而形成风化过程中由微生物作用而形成腐殖土腐殖土泥炭泥炭2.2.土中液相土中液相土土中中水水结合水结合水自由水自由水强结合水：强结合水：

3、性质接近固体性质接近固体弱结合水：弱结合水：对粘性土性质影响较大对粘性土性质影响较大可塑性可塑性强度降低强度降低毛细管水：毛细管水：地下水位以上地下水位以上防潮、地基浸湿、防潮、地基浸湿、冻胀冻胀地下水：地下水：地下水位以下地下水位以下产生浮力产生浮力3.3.土中气相土中气相与大气连通与大气连通不与大气连通：不与大气连通：增加土体弹性、压缩增加土体弹性、压缩 性，减小透水性性，减小透水性4.4.土的结构土的结构 单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构 絮状结构絮状结构无无粘性土结构粘性土结构单粒结构单粒结构蜂窝结构蜂窝结构粘性土结构粘性土结构絮状结构絮状结构一一.土的粒度成份土的粒度成份1.1.基

4、本概念基本概念粒度：土粒的大小粒度：土粒的大小粒组：粒度相近，性质相同的一组土粒粒组：粒度相近，性质相同的一组土粒界限粒径：划分粒组的分界尺寸界限粒径：划分粒组的分界尺寸圆砾圆砾角砾角砾碎石碎石卵石卵石块石块石漂石漂石粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒0.0050.0050.0750.0752 26060200200第二节第二节 土的颗粒特征土的颗粒特征2.2.粒组的划分粒组的划分3.3.土的粒径级配土的粒径级配（1 1）定义）定义 工程中常用土中各粒组的相对含量，占总工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2 2）粒径分析方法）

5、粒径分析方法筛分法（筛分法（d0.075mmd0.075mm的土）的土）密度计法（密度计法（d0.075mmd0.075mm的土）的土）密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土）（3 3）颗粒级配的表示方法）颗粒级配的表示方法表格法（自学）表格法（自学）颗粒累计级配曲线法颗粒累计级配曲线法三角坐标法（自学）三角坐标法（自学）颗粒累计级配曲线法颗粒累计级配曲线法横坐标：横坐标：粒径粒径以对数坐标表示以对数坐标表示纵坐标：纵坐标：小于某一粒径的土粒的累积百分含量小于某一粒径的土粒的累积百分含量例：某工程的土样总质量为例：某工程的土样总质量为1000g1000g，经筛析后，知经筛析后，知全部试

6、样通过筛孔为全部试样通过筛孔为10mm10mm的筛，而在筛孔为的筛，而在筛孔为5mm5mm的土样筛上的颗粒质量为的土样筛上的颗粒质量为50g;2mm,150g;1mm,200g;0.5mm,350g;0.25mm,2050g;2mm,150g;1mm,200g;0.5mm,350g;0.25mm,200g;0.1mm,47g;0.074,2g;0g;0.1mm,47g;0.074,2g;筛余筛余1g1g。绘制该土样的绘制该土样的颗粒级配曲线。颗粒级配曲线。累积曲线分析与应用累积曲线分析与应用 (1)(1)判断各粒组的分布情况判断各粒组的分布情况 曲线陡曲线陡,粒度变化范围窄粒度变化范围窄,颗粒

7、均匀颗粒均匀,级配不好级配不好 曲线缓曲线缓,粒度变化范围宽粒度变化范围宽,颗粒不均匀颗粒不均匀,级配良好级配良好 (2)(2)求任一累积百分含量求任一累积百分含量d dX X 对应的粒径对应的粒径 d dX X 有效粒径有效粒径 d d1010 中间粒径中间粒径 d d3030 平均粒径平均粒径 d d5050 界限粒径界限粒径 d d6060特征粒径举例特征粒径举例有效粒径有效粒径 d d1010=0.10,=0.10,0.10mm0.10mm的颗粒占总质量的的颗粒占总质量的10%10%中间粒径中间粒径 d d3030=0.22,=0.22,0.22mm0.22mm的颗粒占总质量的的颗粒占

8、总质量的30%30%平均粒径平均粒径 d d5050=0.33,=0.33,0.33mm0.33mm的颗粒占总质量的的颗粒占总质量的50%50%界限粒径界限粒径 d d6060=0.39,=0.39,0.39mm0.39mm的颗粒占总质量的颗粒占总质量的的60%60%特征粒径的应用特征粒径的应用(1)(1)用用d d1010估算非均质砂的渗透系数估算非均质砂的渗透系数 k k=d d10102 2 kcm/s kcm/s d d1010mmmm(2)(2)不均匀系数不均匀系数 Cu=dCu=d6060/d/d1010 曲率系数曲率系数 Cc=dCc=d30302 2/d/d1010dd6060

9、）用用CuCu和和CcCc表示土的级配情况表示土的级配情况Cu5,Cu5,Cc=1-3,Cu5,Cc=1-3,同时满足同时满足,级配良好级配良好 不同时满足不同时满足,级配不良级配不良固体矿物颗粒固体矿物颗粒土中气体土中气体 土中水土中水液相液相气相气相固相固相三相系三相系第三节第三节 土的三相比例指标土的三相比例指标土的三相比例指标一共有九个：土的三相比例指标一共有九个：三个试验指标，六个换算指标三个试验指标，六个换算指标m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv vV V土的三相图土的三相图 Three phase diagramThree phase di

10、agram质量质量 mass mass 体积体积 volume volume S SolidolidW WateraterA Airir以质量计：以质量计：空气质量空气质量 m ma a 0 0水质量水质量 m mw w土粒质量土粒质量 m ms s总质量总质量 m=mm=mw w+m+ms s或以重量计：或以重量计：W=mgW=mg以体积计：以体积计：空气体积空气体积 V Va a水体积水体积 V Vw w土粒体积土粒体积 V Vs s总体积总体积 V=Vv+VsV=Vv+Vs孔隙体积孔隙体积 VvVvm ma a(0)0)V Vm ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va

11、 aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir一、试验指标一、试验指标1.1.土的天然密度土的天然密度（质量密度，单位质量密度，单位g/cm3)g/cm3)土的天然重度土的天然重度（重力密度，单位重力密度，单位KN/m3KN/m3，和密度属于一个指标和密度属于一个指标)分析：密度和重度综合反映了土的物质分析：密度和重度综合反映了土的物质 组成与结构组成与结构环环刀刀法法m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相

12、图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir一、试验指标一、试验指标2.2.土粒比重土粒比重土粒质量土粒质量s与同体积与同体积4C4C纯纯水的质量之比水的质量之比 无量纲无量纲 可用比重瓶法测定，数值主要取决于土的矿物成分可用比重瓶法测定，数值主要取决于土的矿物成分m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir一、试验指标一、试验指标3.3.土的含水率土的含水率可用烘干法测定

13、，用于描述土的干湿程度可用烘干法测定，用于描述土的干湿程度烘干法烘干法m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir二、换算指标二、换算指标1.1.土的干密度土的干密度（单位单位g/cm3)g/cm3)干密度越大土越密实干密度越大土越密实土的干重度土的干重度（单位单位KN/m3KN/m3，和干密度属，和干密度属于一个指标于一个指标)m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV V

14、v v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir二、换算指标二、换算指标2.2.土的饱和密度土的饱和密度（单位单位g/cm3)g/cm3)土的饱和重度土的饱和重度（单位单位KN/m3KN/m3，和饱和密度，和饱和密度属于一个指标属于一个指标)m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir二、换算指标二、换算指标3.3.土的有效重度土的有效重度（单位单位KN

15、/m3KN/m3，和饱和密度，和饱和密度属于一个指标属于一个指标)m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir二、换算指标二、换算指标4.4.土的孔隙比土的孔隙比（无量纲，用于评价土无量纲，用于评价土的紧密程度的紧密程度)m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWat

16、erAir二、换算指标二、换算指标5.5.土的孔隙率土的孔隙率m ma a(0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir二、换算指标二、换算指标6.6.土的饱和度土的饱和度砂土湿度按饱和度分类砂土湿度按饱和度分类SrSr 50%50%稍湿的稍湿的50%50%SrSr 80%80%湿的湿的SrSr80%80%饱和的饱和的四个重度指标比较四个重度指标比较干重度干重度有效重度有效重度饱和重度饱和重度天然重度天然重度同一种土同一种土m ma a(

17、0)(0)m mw wm ms sm mV Va aV Vw wV Vs sV Vv v土的三相图土的三相图质量质量 mass mass 体积体积 volume volume SolidWaterAir三、指标的换算三、指标的换算 土的天然密度、含土的天然密度、含水率、土粒比重是水率、土粒比重是通过试验测定，其通过试验测定，其他指标可由这三个他指标可由这三个指标换算得到。指标换算得到。土的物理状态土的物理状态粘性土的软硬程度粘性土的软硬程度粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度土的物理性质指标土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)力学特力学特性性影响影响表表示示l无粘性土无粘性土密实度

18、密实度l粘性土的物理特征粘性土的物理特征含水量含水量土的物理状态指标土的物理状态指标土的物理性质指标（三相比例指标）土的物理性质指标（三相比例指标）l试验指标试验指标33个个l换算指标换算指标66个个 粘性土的物理状态也称稠度粘性土的物理状态也称稠度稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动第四节第四节 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率塑限塑限w wp p液限液限w wl l固态或固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结

19、合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水w w强结合水膜最大强结合水膜最大出现相当数量自由水出现相当数量自由水 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率一、界限含水率一、界限含水率 土的界限含水率可通过试验测定土的界限含水率可通过试验测定塑限塑限w wp p液限液限w wl lw w吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据不同的粘土矿物结合水的能力不同不同的粘土矿物结合水的能力不同I IL L011坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.00

20、0.250.25-0.750.25-0.750.75 1.000.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑用于判别粘性土所处的物理状态用于判别粘性土所处的物理状态w wp pw ww wl l二、塑性指数二、塑性指数三、液性指数三、液性指数表征密实度的几种指标：表征密实度的几种指标：（1）孔隙比）孔隙比e（2）相对密度）相对密度Dr（3）贯入锤击数）贯入锤击数N第五节第五节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度（1 1）孔隙比）孔隙比e e优点：简单方便优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素缺点：无法反映土的级配因素第五节第五节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度e e增大增大最紧密最紧密最松散最松

21、散天然天然（2 2）相对密度）相对密度DrDr第五节第五节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度（2 2）相对密度）相对密度D Dr r 定义：定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且缺点：天然孔隙比难以获取，且e emaxmax,e eminmin的测定的测定 受人为的影响较大。受人为的影响较大。0.330.330.670.671 1松散松散中密中密密实密实第五节第五节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度（3 3）标准贯入试验击数）标准贯入试验击数N N为标准为标准中密中密密实密实301510松散松散稍密稍密第五节第五节 无

22、粘性土的密实度无粘性土的密实度分类目的：分类目的：第六节第六节 土的工程分类土的工程分类分类原则分类原则（以岩土或公路规范为例）（以岩土或公路规范为例）根据同类土已知的性质去评价其使用性能，根据同类土已知的性质去评价其使用性能，为工程服务。为工程服务。注意：由于各类工程特点不同，分类依据也不同注意：由于各类工程特点不同，分类依据也不同 粗粒土：以粒组划分粗粒土：以粒组划分 细粒土：以粒组或塑性图划分细粒土：以粒组或塑性图划分公路土工试验规程公路土工试验规程采用的分类体系采用的分类体系巨巨粒粒粒组粒组卵石卵石巨粒土巨粒土75%100%漂（卵）石漂（卵）石50%75%漂（卵）石夹土漂（卵）石夹土含

23、量含量50%漂石漂石粗粒粗粒粒组粒组粗粒土粗粒土砾粒砾粒50%砾类土砾类土含量含量50%砾粒砾粒砂粒砂粒砂粒砂粒50%砂类土砂类土细粒细粒粒组粒组细粒土细粒土塑性图塑性图A线上方线上方 粉质土粉质土含量含量50%粉粒粉粒粘粒粘粒塑性图塑性图A线下方线下方 粘质土粘质土细粒土按细粒土按塑性图分类塑性图分类CHOH,MHCL,OLOLMLABCL,ML土的土的分类标准分类标准塑性图：横坐标塑性图：横坐标-液限液限;纵坐标纵坐标-塑性指数塑性指数 两条分界线：两条分界线：A线：线：B线：线：左侧：低液限左侧：低液限(L)下侧：高液限下侧：高液限(H)上侧：粘土上侧：粘土(C)下侧：粉土下侧：粉土(M)小小 结结三相组成：固、液、气三相组成：固、液、气颗粒特征：粒径、粒组、级配颗粒特征：粒径、粒组、级配三相指标：三相指标：9个个物理状态指标：粘性土、无粘性土物理状态指标：粘性土、无粘性土