土的物理性质双语.pptx

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1、The weathering action and main nature ofsoils土的特征：土的特征：Thecharacteristicsofsoils:（1 1）碎散性）碎散性:（2 2）三相体系）三相体系（3 3）自然变异性）自然变异性性性质质复复杂杂，不不均均匀匀，各各向向异异性性且且随随时时间间而而在在不不断断变变化。化。注：岩石三相体系：固体矿物、液体、气体注：岩石三相体系：固体矿物、液体、气体二、风化作用和土和主要特点第1页/共35页第二节第二节 土的三相组成土的三相组成1.2 1.2 The Three-Phase Composition of soils一、固体颗粒一、

2、固体颗粒(SolidParticle)(SolidParticle)一一粒径级配粒径级配(Particlesizegradation/gradingParticlesizegradation/grading)粒径级配粒径级配：粒径大小及其在土中所占的百分比：粒径大小及其在土中所占的百分比.界限粒径界限粒径土性质改变的粒径尺寸土性质改变的粒径尺寸粒组粒组以界限粒径为依据，根据其大小分为若干组以界限粒径为依据，根据其大小分为若干组第2页/共35页2002020.050.0052002020.050.005分界分界粒径粒径漂石漂石卵石卵石园砾园砾砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒块石块石碎石碎石 粗粒土（无粘

3、性土）(coarse-gainedcoarse-gainedsoils/none-cohesivesoils/none-cohesivesoilsoil)细粒土（粘性土）(fine-gainedsoils/(fine-gainedsoils/cohesivesoilcohesivesoil)1.1.粒径级配的分析方法粒径级配的分析方法筛分试验筛分试验 sieveanalysistestsieveanalysistest 第3页/共35页d0.1mm(d0.074mm)d0.1mm(d0.074mm)筛分法筛分法d0.1mm(d0.074mm)d0.1mm(d0.074mm)水分法（比重计法）水

4、分法（比重计法）12.12.粒径级配曲线粒径级配曲线(Particlesizedistributioncurve)(Particlesizedistributioncurve)小于某粒径含小于某粒径含量量 式中式中:G:G总称量，总称量，XX筛余量筛余量粒径粒径小小于于某某粒粒径径土土的的含含量量（%）d30d60d10图图1-11-1土的土的粒径级配累计曲线粒径级配累计曲线第4页/共35页13.3.粒径级配累积曲线的应用粒径级配累积曲线的应用d d6060控制粒径控制粒径d d3030特征粒径特征粒径d d1010有效粒径有效粒径不均匀系数不均匀系数(coefficientofuniform

5、ity)(coefficientofuniformity)均匀土均匀土不均匀土不均匀土曲率系数曲率系数(coefficientofcurature)(coefficientofcurature)：表示连续性好表示连续性好:判断判断好级配土好级配土(well-graded)(well-graded)：第5页/共35页（二）土粒成分（二）土粒成分（ParticleingredientParticleingredient）固体成分固体成分1.1.粘土矿物的晶体结构和分类粘土矿物的晶体结构和分类ThecrystalThecrystalstructurestructureandclassificatio

6、nofandclassificationofclayclaymineralsminerals粘土矿物：片状铝粘土矿物：片状铝硅酸晶体硅酸晶体ThebasicstructuralunitsofmostclaymineralsThebasicstructuralunitsofmostclaymineralsconsistofasilicatetrahedron(consistofasilicatetrahedron(四面体四面体)andan)andanaluminaoctahedron(aluminaoctahedron(正八面体正八面体).).第6页/共35页分类：（依硅片和铅片的组叠形式的不同

7、）分类：（依硅片和铅片的组叠形式的不同）高高岭岭石石（）(kaolinite)(kaolinite)1:11:1 亲亲水水能能力力差差蒙特石（蒙特石（）(montmorillonite)(montmorillonite)2:12:1 亲亲水水能能力力强强伊利石（伊利石（）(illite)(illite)介于二者之间介于二者之间2.2.粘土矿物的带电性质粘土矿物的带电性质利用电渗现象排水利用电渗现象排水片状粘土颗粒带负电的原因片状粘土颗粒带负电的原因极性水分子极性水分子阴极阴极电渗电渗水泵水泵第7页/共35页原生矿物原生矿物颗粒粗，呈粒状颗粒粗，呈粒状次次生生矿矿物物颗颗粒粒细细微微，多多呈呈片

8、片状状（plate-likeplate-like）或或针针状状(needle-shaped)(needle-shaped)1.1.粘土比表面积粘土比表面积代表粘土特性的重要指标代表粘土特性的重要指标2.2.颗颗粒粒形形状状重重要要意意义义，磨磨圆圆度度粗粗糙糙度度与与抗抗剪剪强强度度指标有关。指标有关。二、土中水二、土中水WaterWaterininsoilssoils（三）颗粒形状和比表面积第8页/共35页（一）结合水一）结合水(heldwater)(heldwater)1强结合水结合水特性接近固体，完全不能移动特性接近固体，完全不能移动2.2.弱弱结结合合水水粘粘滞滞水水膜膜，能能发发生生

9、变变形形，但但不不因因重重力力而而流动（土产生塑性的原因）流动（土产生塑性的原因）（二）自由水（二）自由水(freewater)(freewater)1.1.毛细水毛细水(capillarywater)(capillarywater)毛细管中的毛细管中的负负 静水压力静水压力h hc cu uc c自由水面自由水面毛细水中张力分布毛细水中张力分布+-（1-6）2.重力水重力水(gravitywater)(gravitywater)第9页/共35页三、土中气体三、土中气体(airinsoils)(airinsoils)吸附于土颗粒表面及溶于水的气体吸附于土颗粒表面及溶于水的气体与大气相通的气体与

10、大气相通的气体可以排出可以排出封闭性的气体封闭性的气体不可以排出不可以排出 存存在在有有封封闭闭气气体体的的土土，称称为为橡橡皮皮土土，工工程程中中决决不不允允 许许第10页/共35页第三节 土的物理状态1.3 The Physical State of Soils一、土的三相关系（一、土的三相关系（ThethreephaserelationshipsofThethreephaserelationshipsofsoilssoils）三相图三相图(Threephasediagram/skeletaldiagram/block(Threephasediagram/skeletaldiagram/b

11、lockdiagram)diagram)第11页/共35页（二）确定三相量比例关系的基本试验指标（二）确定三相量比例关系的基本试验指标（ThebasictestindexesfordecidethescaleThebasictestindexesfordecidethescalerelationshipofthreephasesrelationshipofthreephases）1 1、土的密度（、土的密度（bulkdensitybulkdensity）实验室：环刀法实验室：环刀法容重（容重（unitweigtunitweigt）2 2、土粒比重（、土粒比重（specificgravityof

12、thesolidsoilspecificgravityofthesolidsoilparticlesparticles）3 3、土的含水量（、土的含水量（watercontent,ormoisturewatercontent,ormoisturecontentcontent）实验室：烘干法实验室：烘干法第12页/共35页（三）确定三相量比例关系的其它指标（三）确定三相量比例关系的其它指标1 1、孔隙比孔隙比(The(Thevoidratiovoidratioistheratioofthevolumeofvoidsistheratioofthevolumeofvoidstothevolumeof

13、solids,i.e)tothevolumeofsolids,i.e)2 2、孔隙度孔隙度(The(Theporosityporosityistheratioofthevolumeofistheratioofthevolumeofvoidsvoidstothetotalvolumeofthesoil,i.e)tothetotalvolumeofthesoil,i.e)3 3、饱和度饱和度(The(Thedegreeofsaturationdegreeofsaturationistheratioofistheratioofthevolumeofwatertothetotalvolumeofvoi

14、dspace,thevolumeofwatertothetotalvolumeofvoidspace,i.e)i.e)Thevoidratioandtheporosityareinter-relatedasThevoidratioandtheporosityareinter-relatedasfollows:follows:第13页/共35页4 4、饱和密度、饱和密度Forafullysaturatedsoil(SForafullysaturatedsoil(Sr r=1),=1),saturateddensityis:saturateddensityis:5 5、干密度、干密度Foracom

15、pletelydrysoil(SForacompletelydrysoil(Sr r=0),dry=0),drydensityis:densityis:6 6、浮容度浮容度 Whenasoilin-situisfullysaturatedtheWhenasoilin-situisfullysaturatedthesolidsoilparticles(volume1unit,weightGsolidsoilparticles(volume1unit,weightGs s w w)are)aresubjectedtoupthrust(subjectedtoupthrust(w w).Henceth

16、e).Hencethebuoyantbuoyantunitunitweightweight(/)isgivenby:)isgivenby:i,e第14页/共35页三相指标的换算（表1-5）第15页/共35页二、土的物理状态(The physical state of soils)（一）粗 粒 土（无 粘 性 土）的 密 实 度（一）粗 粒 土（无 粘 性 土）的 密 实 度(T h e c o m p a c t n e s s of (T h e c o m p a c t n e s s of n o n e-c o h e s i v e s o i ln o n e-c o h e s

17、 i v e s o i l)1 1、分 类分 类 (C l a s s i f i c a t i o n)(C l a s s i f i c a t i o n)无 粘 性 土：无 粘 性 土：（1 1）砂土）砂土相对密度相对密度(relativedensityrelativedensity)InthecaseofsandstheInthecaseofsandsthe relativedensityrelativedensity(D(Dr r)is)isusedtoexpresstherelationshipbetweentheactualusedtoexpresstherelation

18、shipbetweentheactualvoidratio(e)andthelimitingvaluesevoidratio(e)andthelimitingvaluesemaxmaxandeandeminmin.The.Therelativedensityisdefinedas:relativedensityisdefinedas:(1-19)疏松疏松中密中密密实密实(多用于填土方的质量控制多用于填土方的质量控制)第16页/共35页 天天然然砂砂土土的的密密实实状状态态，还还可可根根据据标标贯贯试试验验(standard(standardpenetrationtest,STP)penetra

19、tiontest,STP)的锤击数的锤击数N N来区别：来区别：N N 1010松散松散10N10N 1515稍密稍密15N1530N30密实密实（2）碎石密实状态野外鉴别方法：第17页/共35页（二）粘性土（细粒土）的稠度（二）粘性土（细粒土）的稠度TheconsistencyofTheconsistencyofcohesivesoils(fine-gainedsoilscohesivesoils(fine-gainedsoils)1.1.粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态TheconsistencystateofTheconsistencystateofcohesivesoilscohesi

20、vesoils 稠稠度度，土土的的软软件件硬硬程程度度或或土土对对外外力力引引起起变变形形或或破破坏坏的能力。的能力。图图1-201-20土中水与稠度状态土中水与稠度状态第18页/共35页半固体塑性状态流动状态2 2界限含水量界限含水量(又称阿太堡界限又称阿太堡界限)TheAtterberglimits)TheAtterberglimitsWWp p(plasticlimit)(plasticlimit)试验室用搓条法（经验法）试验室用搓条法（经验法）WWL L(elasticlimit)(elasticlimit)在试验室用锥式园锥仪在试验室用锥式园锥仪3.3.液性指数液性指数(Theliq

21、uidityindex)工程上用以判别工程上用以判别重重塑土软硬程度塑土软硬程度第19页/共35页表表1-71-7坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑4 4、塑性指数、塑性指数（plasticityindex）I Ip p是细粒土分类的依据。是细粒土分类的依据。粘土粘土(clay)(clay)粉质粘土（粉质粘土（siltyclaysiltyclay）（不代百分号）（不代百分号）第20页/共35页第四节 土的结构1.4 The structure of soils 决定土的性质的因素：决定土的性质的因素：一、一一、粗粗粒粒土土（无无粘粘性性土土）的的结结构构（Thestructureof c

22、oarse-gainedsoils/none-cohesivesoilcoarse-gainedsoils/none-cohesivesoil）单单粒结构（粒结构（single-grainedsingle-grained structure ）：）：颗粒之间点与点的接触颗粒之间点与点的接触二二 二二、细细粒粒土土的的结结构构：（Thestructureof fine-fine-gainedsoils/cohesivesoilgainedsoils/cohesivesoil）受范德华力，胶结作用力，库仑力，毛细压力受范德华力，胶结作用力，库仑力，毛细压力第21页/共35页Thenetinter-

23、particleforcesgoverntheparticleforcesgovernthestructuralformassumedbyclaymineralassumedbyclaymineralparticlesinasoil,theparticlesinasoil,thetwoextremetwoextremestructuresaredispersedstructure(structuresaredispersedstructure(分散结构分散结构)and)andflocculentstructureflocculentstructure（凝聚结构（凝聚结构).Thedispers

24、ed).Thedispersedstructureresultswhenthereisnetrepulsion(structureresultswhenthereisnetrepulsion(净反力净反力)betweenbetweenparticlesandtheparticlesandtheflocculentstructurewhenflocculentstructurewhenthereisnetattractionthereisnetattraction（净吸力）（净吸力）.图第22页/共35页三、反映细粒土结构特性的两种性质三、反映细粒土结构特性的两种性质TwoTwo charact

25、eristicscharacteristics ofof fine-fine-gainedgained soilssoils reflectingreflectingtheirstheirsstructuralnature（一一）粘粘性性土土的的灵灵敏敏度度(TheThesensitivitysensitivityofofcohesivecohesivesoil)soil)原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度具有与原状土相同密度和含水量并彻底破坏其结构具有与原状土相同密度和含水量并彻底破坏其结构的重塑土的无侧限抗压强度的重塑土的无侧限抗压强度土的结构性土的结构性土的性质受结构扰动的影响

26、而改变的特土的性质受结构扰动的影响而改变的特性性表表1-81-8低灵敏低灵敏 中灵敏中灵敏 高灵敏高灵敏 第23页/共35页(二）粘性土的触变性二）粘性土的触变性(thixotropyof(thixotropyofcohesivesoilcohesivesoil)含水量含水量不变，土因重塑而软化，又因静置而逐渐硬化不变，土因重塑而软化，又因静置而逐渐硬化强度有所恢复的性质。强度有所恢复的性质。第24页/共35页第五节 土的工程分类 1.5The engineering classification of soils地基土的分类地基土的分类分类目的：分类目的：Theobjectofsoilcla

27、ssificationistodividesoilsintogroupssuchthatallthesoilsinparticulargrouphavesimilarcharacteristics,bywhichtheymaybeidentified,andexhibitSimilarbehavioringivenengineeringsituation.第25页/共35页一、建筑地基基础设计规范分类一、建筑地基基础设计规范分类The The The The classificationofsoilsaccordingtoarchitecturefoundationdesigncriterio

28、n第26页/共35页(一）岩石一）岩石(rock)(rock)分类分类（二）碎石土（二）碎石土(crushedstonecrushedstone)大于颗粒总重的大于颗粒总重的50%50%（三）砂土（三）砂土(sand)(sand)Sr%稍湿稍湿很湿很湿饱和饱和(按湿度分按湿度分)第27页/共35页(四四)粉土粉土(silt)粉土粉土粉土粉土（五）粘土（五）粘土(clay)1.1.分类分类2.2.按工程地质特征分按工程地质特征分(accordingtoengineeringgeologicalcharacter)（1 1）一一般般粘粘土土(clay)(clay)：第第四四纪纪沉沉积积物物压压缩缩

29、性性低低，强强度度较较高高，良好的地基。良好的地基。（2 2）淤淤泥泥和和淤淤泥泥质质土土(muckandmuckysoil)：软软弱弱土土，不好地基（处理）不好地基（处理）（3 3）红粘土红粘土(redclay):裂隙发育（特殊土）裂隙发育（特殊土）第28页/共35页（六）人工填土（六）人工填土(fill/artificialsoil)(fill/artificialsoil)第29页/共35页式中式中,I,Ip p土的塑性指数土的塑性指数 p p0.0020.002粒径粒径0.002mm0.002mm颗粒的质量占总质量的百分比颗粒的质量占总质量的百分比.A0.75A1.25A1.25活性粘

30、土活性粘土反映粘土矿物吸附结合水的能力反映粘土矿物吸附结合水的能力二、细粒土的活性指数二、细粒土的活性指数第30页/共35页第六节 土的压实性1.6 Soil CompactionCompactionistheprocessofincreasingthedensityofasoilbypackngtheparticlesclosertogetherwithareductioninthevolumeofair:thevolumeofwaterremainsunchanged.压实目的压实目的(TargetofTargetof compaction)一、细粒土的压实性一、细粒土的压实性TheThe

31、Compactionoffine-grainedsoils第31页/共35页（一）最优含水量和最大干密度理论曲线：（一）最优含水量和最大干密度理论曲线：TheThe optimumoptimum waterwater contentcontent andand thethe maximummaximum drydrydensitydensity试验表明：试验表明：约在土的塑限约在土的塑限 附近附近对应的干密度为最大干密度的原因对应的干密度为最大干密度的原因:（1 1）wwwww wopop土土偏偏湿湿，土土粒粒中中存存在在大大量量的的自自由由水水，在在击击实实过过程程中中不不易易很很快快的的排

32、排除除，这这阻阻止止了了颗颗粒粒的的靠靠扰扰，因因引引击实效果差。击实效果差。第32页/共35页（3）w=wopw=w=w wopop颗颗粒粒间间存存在在部部分分的的强强结结合合水水、部部分分的的弱弱结结合合水水，弱弱结结合合水水在在击击实实过过程程中中起起到到润润滑滑作作用用，因因而击实效果好。（二）压实功能的影响而击实效果好。（二）压实功能的影响TheinfluenceofcompactiveeffortsTheinfluenceofcompactiveefforts同同一一种种土土：w wopop随随E E而而变变 www wopop,wE,wE的的影影响响（三）填土的含水量和辗压标准的

33、控制（三）填土的含水量和辗压标准的控制TheThe standardstandard ofof fieldfield compactioncompaction isis controlledcontrolledbyby meansmeans ofof frequentfrequent measurementsmeasurements ofof thethe bulkbulkdensityandwatercontentofnewly-compactedsoil.densityandwatercontentofnewly-compactedsoil.（1 1）wwwwwopop 可可塑塑性性大大，

34、但但强强度度较较低低，且且具具不不等等向向性性第33页/共35页压实度：压实度：.9598%9598%土石坝土石坝(earthandstone(earthandstonebankment)bankment)9295%9295%控制：控制：w wopop(23)%(23)%二、粗粒土的压实性：二、粗粒土的压实性：TheTheCompactionofcoarse-grainedsoils完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到完全干燥或者充分洒水饱和的情况下容易压实到压实标准一般用相对密度压实标准一般用相对密度D Dr r控制：控制：D Dr r：0.70.750.70.75第34页/共35页感谢您的观看。第35页/共35页