土的物理性质及分类.pptx

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1、 一词在不同的学科领域有其不同的涵义。就土木工程领域而言，土土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱。土土第1页/共64页导致地壳成分变化和构造变化的作用地质作用地质作用内力地质作用内力地质作用外力地质作用外力地质作用岩浆活动岩浆活动地壳运动地壳运动变质作用变质作用气温变化、雨雪、山气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物洋、冰川、风、生物等等土的生成地质作用第2页/共64页地质作用第3页/共64页上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 造岩矿物：造岩矿物：石英石英方解石方解石 正长石正长石斜长石斜长石 角闪石角闪

2、石 辉石等辉石等第4页/共64页硬度等级矿物名称野外简易鉴定方法1滑石用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划2石膏用指甲可刻划3方解石用黄钢板刻划可留下条痕，用小刀很容易刻划4萤石小刀可刻划5磷灰石用削铅笔刀刻划时刻留下明显痕迹，能刻划玻璃6正长石小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃7石英用小刀不能刻划8黄玉能割开玻璃，难于刻划石英9刚玉能刻划石英10金刚石能刻划石英矿物的硬度等级矿物的硬度等级第5页/共64页三大类岩石的代表：岩浆岩 沉积岩 变质岩岩浆岩岩浆岩岩石第6页/共64页沉积岩沉积岩第7页/共64页变质岩变质岩主要变质岩简表名称鉴定特征主要矿物颜色结构构造其它片麻岩长石、石英、云母深

3、、浅色相同斑粒变晶片麻状云母片岩云母（有少量石英）白、银灰色鳞片变晶片状有显著丝绸光泽，质柔易剥开绿泥石片岩绿泥石绿色鳞片变晶鳞片状大理石岩方解石白色、灰白色等粒变晶块状滴稀盐酸起泡石英岩石英白色、灰白色、浅红色等粒变晶块状小刀刻划不动第8页/共64页地质年代的概念是指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落。地质年代地质年代相对地质年代（太古代、元古相对地质年代（太古代、元古代、中生代和新生代）代、中生代和新生代）绝对地质年代绝对地质年代地质年代第9页/共64页第四纪沉积物（层）是残留在原地未被搬运曲那一部分原岩风化剥蚀后的产物，而另一部分则被风和降水所带走。残积物第10页/

4、共64页是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐惭移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。坡积物第11页/共64页是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。平原河谷冲积物平原河谷冲积物山区河谷冲积物山区河谷冲积物冲积物第12页/共64页第13页/共64页第14页/共64页土的组成土的组成土是由固相，液相，气相组成的三相分散系 气相气相主要是空气，水蒸气，有时还有沼气等。固相固相包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通的形成多孔介质。液相液相主要是水(溶解有少量的可

5、溶盐类)。第15页/共64页上海市土力学与地基基础精品课程http:/ l界限粒径界限粒径划分粒组的分界尺寸。l l土的颗粒级配土的颗粒级配土中各粒组的相对百分含量，通常用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示，也称为土的粒度成分土的粒度成分l l粗粒土粗粒土指以砾石和砂粒为主的土，又称为无粘性土。l l细粒土细粒土指以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，又称为粘性土。第18页/共64页土按颗粒级配的分类岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范中的分类法：粒径 2mm的质量超过50%的称为碎石土碎石土粒径2mm的质量小于50而 0.075mm的质量超过50%的称为砂土砂土粒径 0.075mm的质量小于50%

6、的定为粉土或粘性土粉土或粘性土碎石土、砂土和粉土又称为无粘性土无粘性土第19页/共64页粒组统称粒组名称粒径d范围（mm）分析方法主要特征巨粒漂石（块石）粒d200直接测定透水性很大，压缩性极小，颗粒间无粘结，无毛细性。卵石（碎石）粒60d200粗粒砾粒粗砾20d60筛分法透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。细砾2d20砂粒粗砂0.5d2中砂0.25d0.5细砂0.075d0.25细粒粉粒0.0050.075mm）水分法水分法（适用于粉土和粘性土，d11g/cmg/cm3 3冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度具有固体的的特性具有固体的的特性温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可

7、蒸发位于强结合水之外，电场引力作用范位于强结合水之外，电场引力作用范围之内围之内外力作用下可以移动外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性第27页/共64页上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 定义定义:在双电层影响以外的水为自由液态水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，这部分水称为非结合水，它包括毛细水和重力水。(1)(1)毛细水毛细水特点特点:1.毛细水毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。2.毛细水毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水(与地下水无直接联系)和毛细水上升水与地下水相连两种。第28页/共64页4.毛细毛细区域

8、内的水压力与一般静水压力的概念相同，它与水头高度非常hc成正比。负号表示拉力。自由水位以下为压力，自由水位以上，毛细区域内为拉力。颗粒骨架承受水的反作用力，因此自由水位以下。上骨架受浮托力，减小颗粒间的压力。自由水位以上，毛细区域内，颗粒间受压力，毛细压力呈倒三角形分布。弯液面处最大，自由水面处为零。3.毛细水毛细水是受毛细管作用控制的水，毛管直径愈细上升高度愈高。在常温下毛细上升高度hc与毛管半径r有以下关系：h hc c=15/r=15/r当r=0.1m时，hc=150mm，这与砂土(粒径为0.5lmm)中的情况大致相当。粘土的孔隙直径约为0.1m，按上式计算毛细上升高度将达150m。第2

9、9页/共64页（2 2）重力水）重力水 特点特点:重力水是存在于地下水位以下的适水土层中的地下水。它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的影响。毛细压力增加了土粒间的联结，所以散粒状的砂土，当含有少量水分时具有假粘聚力，但是当土饱和时，这种联结作用即告消失。因此，由于毛细力而呈现的粘性是暂时性的。第30页/共64页（3 3）固态水）固态水特点特点:1.水结冰后体积膨胀，同时由于水分迁移和补给，在土层中会形成冰层或透镜体。2.固态水在土中起着暂时的胶结作用，提高土的力学强度，降低透水性。3.温度升高后，冰层解冻为液态水，使土的强度急剧降低，

10、压缩性增大，土的性质显著恶化，如处于地下水以上的某些公路路面在开春后的翻浆现象就是一例。第31页/共64页上海市土力学与地基基础精品课程http:/ Va aV VwwV Vs sV Vv vV Vmma a=0=0mmwwmms smm质量质量体积体积第34页/共64页土粒比重土粒比重(比重瓶法比重瓶法)：s：土粒密度（g/cm3)wl：纯水在4摄氏度时的密度土的重要参数土的含水量土的含水量(烘干法烘干法)：土中水的质量与土粒质量之比土的天然密度土的天然密度(环刀法环刀法)：土单位体积的质量第35页/共64页土的重要参数土的干密度：土的干密度：土单位体积中固体颗粒部分的质量土的饱和密度：土的

11、饱和密度：土孔隙中充满水时的单位体积质量土的有效密度：土的有效密度：地下水位以下，单位土体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量第36页/共64页土的重要参数土的孔隙比：土的孔隙比：土中孔隙体积与土粒体积之比土的孔隙率：土的孔隙率：土中孔隙所占体积与总体积之比土的饱和度：土的饱和度：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比第37页/共64页上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 定义：定义：指单位体积中固体颗粒的含量。特点：特点：1.土颗粒含量多，土就密实；2.土颗粒含量少，土就疏松。无粘性土的密实度无粘性土的密实度第44页/共64页相对密度：相对密度：反映无粘性

12、土的密实状态l假定第一种砂是理想的均匀圆球，不均匀系数Cu=1.0Cu=1.0。这种砂最密实时的排列见图a。这时的孔隙比e=0.35e=0.35，如果砂粒的比重G=2.65G=2.65，则最密时的干密度：第45页/共64页l第二种砂同样是理想的圆球。但其级配中除大的圆球外，还有小的圆球可以充填于孔隙中，即不均匀系数Cu=1.0Cu=1.0,如图b。显然，这种砂最密时的孔隙比e0.35e0.35。就是说这两种砂若都具有同样的孔隙比e=0.35e=0.35时,对于第一种砂，已处于最密实的状态，而对于第二种砂则不是最密实。密实度判别标准：密实度判别标准：疏松 中密 密实第46页/共64页u一、粘性土

13、的三种状态u1、固态或半固态固态或半固态-土中含水量很低时，水都被颗粒表面的电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水。强结合水的性质接近于固态，土表现为固态或半固态固态或半固态。u2、可塑状态可塑状态-含水量增加，被吸附在颗粒周围的水膜加厚，土粒周围除强结合水外还有弱结合水，弱结合水不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时可以变形，土体受外力作用可以被捏成任意形状而不破裂，外力取消后仍然保持改变后的形状。这种状态称为可塑状态可塑状态。u3、流动状态流动状态-当含水量继续增加，土中除结合水外，已有相当数量的水处于电场引力影响范围以外，成为自内水。这时土粒之间被自由水所隔开，土体不能原受任何剪应力，而

14、呈流动状态流动状态。uu可见，从物理概念分析，土的稠度实际上是反应土中水可见，从物理概念分析，土的稠度实际上是反应土中水的形态。的形态。粘性土的物理特征粘性土的物理特征第47页/共64页u土从某种状态进入另外一种状态的分界含水量。固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态含水量含水量缩限缩限塑限塑限液限液限0土的特征含水量液性界限(WL)简称液限塑性界限(WP)简称塑限u土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量。u土从塑性状态转变为液性状态时的含水量。第48页/共64页塑性指数：塑性指数：液限和塑限的差值，即土处在可塑状态的含水量变化范围液性指数：液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差

15、值与塑性指数之比第49页/共64页液性指数液性指数 I Ip p状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑粘性土（细粒土）的状态分类粘性土（细粒土）的状态分类液性指数反映土的软硬状态第50页/共64页土的灵敏度：土的灵敏度：原状土的强度与同一土经重塑后的强度之比 土的触变性：土的触变性：粘性土的抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质饱和粘性土的灵敏度：饱和粘性土的灵敏度：第51页/共64页土的渗透性：土的渗透性：一般是指水流通过土中孔隙难易程度的性质。层流层流紊流紊流地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度连续渗透连续渗透地下水在岩石的裂隙或空洞中流动，

16、速度较大地下水在岩石的裂隙或空洞中流动，速度较大地下水运动的两种形式：地下水运动的两种形式：土的渗透性土的渗透性第52页/共64页达西定律达西定律 渗渗透透系系数数k:k:反映土的透水性能的比例系数，其物理意义为水力坡降i1时的渗流速度，单位：cm/s,m/s,m/day 渗渗透透速速度度v v：土体试样全断面的平均渗流速度，也称假想渗流速度 适用范围：适用范围：层流（线性流动）u达达西西定定律律：在在层层流流状状态态的的渗渗流流中中，渗渗透透速速度度v与与水水力力坡降坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关的一次方成正比，并与土的性质有关第53页/共64页用于粘土的达西定律用于粘土的达西定律表

17、示曲线b在i轴上的截距第54页/共64页第55页/共64页岩石的工程分类坚硬程度风化程度硬质岩石软质岩石微风化中等风化强风化地基土（岩）的分类地基土（岩）的分类第56页/共64页岩石坚硬程度分类类别强度（MPa）代表性岩石硬质岩石30花岗岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英砂岩、硅质砾岩、花岗片麻岩、石英岩等软质岩石30页岩、粘土岩、绿泥石片岩、云母片岩等第57页/共64页上海市土力学与地基基础精品课程http:/ 碎石类土：碎石类土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50的土。分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。碎石类土的划分表1-18土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200

18、mm的颗粒超过全重的50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%角砾棱角形为主第59页/共64页 砂类土：砂类土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50的土。按粒组含量分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砂类土按颗粒级配分类土的名称颗粒级配砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于2mm的颗粒占全重的25%50%粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的8%粒径大于0.075mm的颗粒占

19、全重的50%第60页/共64页粉土：粉土：粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50、塑性指数小于或等于10的土。必要时可根据颗粒级配分为砂质粉土和粘质粉土。粘性土：粘性土：塑性指数大于10的土。按沉积年代分为：老粘性土、一般粘性土和新近沉积粘性土。按塑性指数分为粘土和粉质粘土。土的名称粘质粘土粘土塑性指数1017粘土按塑性指数分类第61页/共64页 特殊土特殊土:在特定地理环境或人为条件下形成的特殊性质的土n n软土：软土：指沿海的滨梅相、三角洲相、溺谷相、内陆平原或山区的河流相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒士组成的孔隙比大、天然合水量高、压缩性高和强度低的士层。包括淤泥、淤泥质粘性土、淤

20、泥质粉土等。n n人工填土：人工填土：指由人类活动而堆填的土。n n湿陷性土：湿陷性土：土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变形量达到一定数值的土。n n红粘土：红粘土：碳酸盐岩系出露的岩石，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等色的高塑性粘土。n n膨胀土：膨胀土：粘粒成分主耍由亲水性粘土矿物所组成的粘性土，具有吸水膨胀、失水收缩的特性。第62页/共64页n n风化岩：风化岩：指岩石在风化营力等作用下，使其结构、成分、性质等产生不同程度变异的岩石。n n残积土：残积土：岩石完全风化后未经好搬运过的残积物。n n多年冻土：多年冻土：土的温度等于或低于零摄氏度、含有固态水且这种状态在自然界连续保持三年或三年以上的土。n n混合土：混合土：主要由级配不连续的粘粒、粉粒、砾粒和巨粒组组成。n n盐渍土：盐渍土：指易溶盐含量大于0.5，且具有吸湿、松胀等特性的土。n n污染土：污染土：指由于外来的致污物质侵入土体而改变了原生性状的土。第63页/共64页感谢您的观看！第64页/共64页