土的物物理性性質(zhì)及及工程程分類類第一章章§1.1土的形形成和三相組成成§1.2土的結(jié)結(jié)構(gòu)與與構(gòu)造造§1.3土的物物理性性質(zhì)指指標(biāo)§1.4土的物物理狀狀態(tài)指指標(biāo)§1.5土的壓壓實(shí)性性§1.6土的工工程分分類目錄錄§1.1土的形形成和和三相相組成成土的三三相組組成土的物物理狀狀態(tài)土的結(jié)結(jié)構(gòu)便于研研究和和應(yīng)用用土的工工程分分類土的壓壓實(shí)性性土的形成影影響從而決定土土的滲透特特性；變形形特性及強(qiáng)強(qiáng)度特性土是巖石經(jīng)經(jīng)過風(fēng)化后后在不同條條件下形成成的自然歷歷史的產(chǎn)物物形成過程形成條件物理力學(xué)性性質(zhì)影響兩個(gè)名詞：：基巖覆蓋土一、風(fēng)化生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化無粘性土原生礦物粘性土次生礦物有機(jī)質(zhì)質(zhì)二、搬運(yùn)、剝蝕蝕與沉積殘積土無搬運(yùn)土質(zhì)較好殘積土強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化母巖體顆粒表面粗粗糙多棱角粗細(xì)不均無層理運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)：風(fēng)積土土重力:坡積土流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉沉積土海相沉積物物冰川:冰積土土粒粗細(xì)不不同，性質(zhì)質(zhì)不均勻有分選性，，近粗遠(yuǎn)細(xì)細(xì)渾圓度分選選性明顯，，土層交迭迭含有機(jī)物淤淤泥，土性性差顆粒細(xì)，表表層松軟，，土性差土粒粗細(xì)變變化較大，，性質(zhì)不均均勻顆粒均勻，，層厚而不不具層理土的三相組組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架架，起決定定作用重要影響土體次要作用1、顆粒大大小—粒組組劃分粒組按粗細(xì)進(jìn)行行分組，將將粒徑接近近的歸成一一類界限粒徑一、固體顆粒2、土粒粒度分分析---顆粒級配配顆粒大小各粒徑成分分在土中占占的比例顆粒級配——各粒組的相相對含量，，用質(zhì)量百百分?jǐn)?shù)來表表示確定方法篩分法：適用于粗粗粒土(>0.075mm)沉降分析法法（比重計(jì)計(jì)法）：適用于細(xì)細(xì)粒粒土(<0.075mm)表述方法顆粒級配累累積曲線篩分法：適適用于于粒徑大于于0.075mm的土比重計(jì)法：：適適用于于粒徑小于于0.075mm的土105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%9587786655361009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線篩分法1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30特征粒徑:d50:平均粒徑d60:限制粒徑d10:有效粒徑d30;中值粒徑不均勻程度度：Cu=d60/d10連續(xù)程度:Cc=d302/(d60×d10)—曲率系數(shù)—不均勻系數(shù)數(shù)Cu≥5,級配良好粗細(xì)程度：：用d50表示1009080706050403020100小于某粒徑徑之土質(zhì)量量百分?jǐn)?shù)（（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級級配累積曲曲線d60d10d30斜率:某粒徑范圍圍內(nèi)顆粒的的含量陡—相應(yīng)粒組質(zhì)質(zhì)量集中緩--相應(yīng)粒組含含量少平臺--相應(yīng)粒組缺缺乏連續(xù)程度:Cc=d302/(d60×d10)—曲率系數(shù)Cc=1-3,級級配連續(xù)性性好粒徑級配判判定1）粒組含量用用于土的分分類定名；2）不均勻勻系數(shù)Cu用于判定土土的不均勻勻程度：Cu≥5,不均勻土；；Cu<5,均勻土3）曲率系系數(shù)Cc用于判定土土的連續(xù)程程度：Cc=1－3,級級配連續(xù)土土；Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)續(xù)4）不均勻勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)數(shù)Cc用于判定土土的級配優(yōu)優(yōu)劣：如果果Cu≥5且Cc=1－－3，，級級配配良良好好的的土土；；如果果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配配不不良良的的土土。。3、、礦物物成成分分原生生礦礦物物石英英、長石石、云母母等等次生生礦礦物物主要要是是粘粘土土礦礦物物，，包包括括三三種種類類型型：：高嶺嶺石石、、伊伊里里石石、、蒙蒙脫脫石石粘土土礦礦物物由硅硅片片和和鋁鋁片片構(gòu)構(gòu)成成的的晶晶胞胞所所組組合合而而成成硅片片的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)鋁片片的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)粘土土礦礦物物的的晶晶格格構(gòu)構(gòu)造造高嶺石蒙脫石伊利石比表表面面積積：：單單位位質(zhì)質(zhì)量量土土顆顆粒粒所所擁擁有有的的總總表表面面積積粘土土礦礦物物的的帶帶電電性性質(zhì)質(zhì)研究究表表明明：：粘土土顆顆粒粒的的表表面面電電荷荷，，靜靜電電荷荷通通常常為為負(fù)負(fù)電電荷荷4、、顆粒粒形形狀狀次生生礦礦物物（（粘粘土土礦礦物物））針狀狀、、片片狀狀、、扁扁平平狀狀原生生礦礦物物(石英英、、長長石石、、云云母母)圓狀狀、、渾渾圓圓狀狀、、棱棱角角狀狀結(jié)合合水水吸吸附附在在土土顆顆粒粒表表面面的的水水自由由水水電場場引引力力作作用用范范圍圍之之外外的的水水土中中冰冰由由自自由由水水凍凍成成，，凍凍脹脹融融陷陷二、、土土中中水水（（液液相相））結(jié)合合水水強(qiáng)結(jié)結(jié)合合水水:排列列致致密密、、定定向向性性強(qiáng)強(qiáng)，，不不能能傳傳遞遞靜靜水水壓壓力力密度度>1g/cm3冰點(diǎn)點(diǎn)處處于于零零下下幾幾十十度度具有有固固體體的的特特性性溫度度高高于于100°°C時(shí)可可蒸蒸發(fā)發(fā)弱結(jié)結(jié)合合水水:位于于強(qiáng)強(qiáng)結(jié)結(jié)合合水水之之外外，，電電場場引引力力作作用用范范圍圍之之內(nèi)內(nèi)外力力作作用用下下可可以以移移動動不因因重重力力而而移移動動，，有有粘粘滯滯性性。。仍仍然然不不能能傳傳遞遞靜靜水水壓壓力力自由由水水重力力水水毛細(xì)細(xì)水水在重重力力作作用用下下可可在在土土中中自自由由流流動動存在在于于固固氣氣之之間間在重重力力與與表表面面張張力力作作用用下下可可在在土土粒粒間間空空隙隙中中自自由由移移動動土中毛細(xì)現(xiàn)象象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細(xì)水毛細(xì)升高與孔孔徑成反比分析對象:水柱粘土、粉土、、砂土、礫石石對砂土強(qiáng)度的的影響:毛細(xì)邊角水,假凝聚力假定α=0,毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力分析對象:水膜三、土中氣體自由氣體：與大氣連通，，對土的性質(zhì)質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性性；阻塞滲流流通道土顆?；蛄F(tuán)團(tuán)的空間排列和相相互聯(lián)結(jié)§1.2土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)構(gòu)造力學(xué)特性（微觀結(jié)構(gòu)））土的結(jié)構(gòu)重塑土的強(qiáng)度度原狀土的強(qiáng)度度<（宏觀結(jié)構(gòu)））土的構(gòu)造+同一土層中物物質(zhì)成分、顆顆粒大小相近近的各部分之之間的相互關(guān)關(guān)系的特征影響1、土粒間的作用用力重力毛細(xì)力膠結(jié)力顆粒表面力——土顆粒的的自重形成的的方向向下的的力——砂土——土中毛毛細(xì)作用形成成的力——細(xì)砂、粉土——土粒間間的膠體物質(zhì)質(zhì)產(chǎn)成的作用用力——粘土——粘土——庫侖力：——范德華力：顆粒表面的靜靜電引力或斥斥力顆粒接觸點(diǎn)處處的分子間引引力---粗粒土土的結(jié)構(gòu)粒間作用力排列形式礦物成分單粒結(jié)構(gòu)示意圖重力，毛細(xì)力力點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與與面原生礦物2、土的結(jié)構(gòu)構(gòu)---細(xì)砂、、粉粒土的結(jié)結(jié)構(gòu)粒間作用力排列形式礦物成分蜂窩結(jié)構(gòu)重力，表面力力蜂窩狀主要是原生礦礦物---細(xì)粒土土的結(jié)構(gòu)粒間作用力形成環(huán)境排列形式礦物成分表面力、膠結(jié)結(jié)力（斥力減小引引力增加）示意圖表面力、膠結(jié)結(jié)力（粒間斥力占占優(yōu)勢）淡水中沉積海水中沉積次生礦物次生礦物天然條件下，，可能是多種種組合，或者者由一種結(jié)構(gòu)構(gòu)過渡向另一一種結(jié)構(gòu)。面與面邊、角與面邊、角與邊絮狀結(jié)構(gòu)3、土的構(gòu)造造類型表征土層的層層理構(gòu)造、裂裂隙構(gòu)造及及大孔隙等宏宏觀特征§1.3土的物理性質(zhì)質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例例關(guān)系)?？梢杂脕肀肀硎就恋奈锢頎顟B(tài)態(tài)，包括：粗粒土土的松密程度度和粘性土的的軟硬狀態(tài)，，在一定程度度上決定了土土的力學(xué)特性性。一、物理性質(zhì)質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成成相的體積和和質(zhì)量上的比比例關(guān)系基本方法:三相草圖法1、三相草圖（三三相比例關(guān)系系圖）WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個(gè)個(gè):共有九個(gè)參數(shù)數(shù):VVvVsVaVω/msmωmam剩下三個(gè)獨(dú)立立變量物性指標(biāo)是比比例關(guān)系:可假設(shè)任一參參數(shù)為1實(shí)驗(yàn)室測定其它指標(biāo)2、室內(nèi)測定的三三個(gè)物理性質(zhì)質(zhì)指標(biāo)—基本物理指標(biāo)標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的密度單位:kg/m3或g/cm3一般范圍:1.60—2.20g/cm3土單位體積的的質(zhì)量有時(shí)也稱土的天然密度度表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo):土的容重（重重度）γ=ρg單位:kN/m3環(huán)刀法測得土的密度ρ和容重γ測定方法：環(huán)環(huán)刀法土粒相對密度度s:土粒的密度，，單位體積土土粒的質(zhì)量單位:無量綱土粒比重一般般范圍:粘性土2.70—2.75砂土土2.65有機(jī)質(zhì)、泥炭炭土較?。??C時(shí)純蒸餾水的的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)數(shù)值上等于土土粒的密度土粒質(zhì)量與4?C時(shí)純蒸餾水質(zhì)質(zhì)量的比值表達(dá)式:比重瓶法測得得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒相對密度度測定方法：比重瓶法，事事先將比重瓶瓶注滿純水，，稱瓶加水的的質(zhì)量m1。然后把烘干干土若干克(ms)裝入空比重瓶瓶內(nèi)，再加純純水至滿，稱稱瓶加水加土土的質(zhì)量m2，按下式計(jì)算算土粒比重土粒相對密度度ds土的含水量土中水的質(zhì)量量與土粒質(zhì)量量之比,用百分?jǐn)?shù)表示示注:含水量可達(dá)到或超過過100％表達(dá)式:用烘干法測得得孔隙比３.其它常用的物物理性質(zhì)指標(biāo)標(biāo)—導(dǎo)出指標(biāo)土中孔隙體積積與固體顆粒粒體積之比,無量綱表達(dá)式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積關(guān)系:孔隙率(孔隙度)土中孔隙體積積與總體積之之比,用百分?jǐn)?shù)表示示表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積飽和度度表達(dá)式式:土中水水的體體積與與孔隙隙體積積的比比值飽和度度表示示孔隙中中充滿滿水的的程度度Sr=0:干土Sr=1:飽和土土天然密密度干密度度天然容容重干容重重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3或g/cm3單位:kN/m3土被完完全烘烘干時(shí)時(shí)的密密度,等于單位體體積內(nèi)內(nèi)土粒粒的質(zhì)質(zhì)量表達(dá)式式:浮容重重浮密度度有效容容重飽和密密度飽和容容重各種密密度容容重之之間的的大小小關(guān)系系：天然密密度干密度度飽和密密度天然容容重干容重重浮容重重飽和容容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積emax與emin：最大與與最小小孔隙隙比§1.4土的物物理狀狀態(tài)指指標(biāo)§1.4.2無粘性性土的的密實(shí)實(shí)度密實(shí)度度單位體體積中中固體體顆粒粒含量量的多多少優(yōu)點(diǎn)：：簡單方方便缺點(diǎn)：：不能反反映級級配的的影響響只能用用于同同一種種土2、相相對密密（實(shí)實(shí)）度度（砂砂土））1、天天然孔孔隙比比e或孔隙隙率n(砂土)emax:最大孔孔隙比比將松散散的風(fēng)風(fēng)干土土樣通通過長長頸漏漏斗輕輕輕地地倒入入容器器，避避免重重力沖沖擊，，求得得土的的最小小干密密度再再經(jīng)換換算得得到最最大孔孔隙比比emin:最小孔孔隙比比將松散散的風(fēng)風(fēng)干土土樣裝裝入金金屬容容器內(nèi)內(nèi)，按按規(guī)定定方法法振動動和錘錘擊，，直至至密度度不再再提高高，求求得土土的最最大干干密度度再經(jīng)經(jīng)換算算得到到最小小孔隙隙比emax與emin：最大大與與最最小小孔孔隙隙比比砂土土的的密密實(shí)實(shí)狀狀態(tài)態(tài)指指標(biāo)標(biāo)判別別標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)：：Dr=1,最密密狀狀態(tài)態(tài)Dr=0,最松松狀狀態(tài)態(tài)Dr≤1/3,疏松松狀狀態(tài)態(tài)1/3<Dr≤2/3,中密密狀狀態(tài)態(tài)Dr>2/3,密實(shí)實(shí)狀狀態(tài)態(tài)相對對密密度度3、、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)貫貫入入錘錘擊擊數(shù)數(shù)N（砂砂土土、、碎碎石石土土））表1-3表1-41、、稠稠度度狀狀態(tài)態(tài)與與界界限限含含水水量量固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)w粘性土的的稠度、、靈敏度和觸變性性塑限ωp液限ωl稠度界限限粘性土的的稠度反反映土中中水的形形態(tài)強(qiáng)結(jié)合水水膜最大大出現(xiàn)自由由水——吸附附結(jié)合水水的能力力；粘性性大小；；大致反反映粘土土顆粒含含量（1）塑性指指數(shù)常作為細(xì)細(xì)粒土工工程分類類的依據(jù)據(jù)（2）液性指指數(shù)不同的粘粘土，ωp、ωl大小不同同對于不同的粘粘土，含含水量相相同，稠度可能能不同定義：wpwwlIL<0IL=0––1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)態(tài)可塑狀態(tài)態(tài)流態(tài)態(tài)0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑軟塑2、粘性性土的可可塑性及及指標(biāo)粘性土在在某含水水量范圍圍內(nèi)，用用外力塑塑成任何何形狀而而不發(fā)生生裂紋，，外力移移去后仍仍能保持持既得形形狀。----可塑性性三、反映粘性性土結(jié)構(gòu)構(gòu)性的指指標(biāo)1.粘性土的的活動度度反映了粘粘性土中中所含礦礦物的活活動性。。A＝Ip/m2.粘性土的的靈敏度度St=原狀土的的無側(cè)限限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度重塑土的的無側(cè)限限抗壓強(qiáng)強(qiáng)度相同含水量、密度▼含水量不不變，密密度不變變，因重重塑而強(qiáng)強(qiáng)度降低低，又因因靜置而而逐漸強(qiáng)強(qiáng)化，強(qiáng)強(qiáng)度逐漸漸恢復(fù)的的現(xiàn)象，，稱為觸變性。▼土的觸變變性是土土結(jié)構(gòu)中中聯(lián)結(jié)形形態(tài)發(fā)生生變化引引起的，，是土結(jié)結(jié)構(gòu)隨時(shí)時(shí)間變化化的宏觀觀表現(xiàn)。。▼目前尚沒沒有合理理的描述述土觸變變性的方方法和指指標(biāo)。3.粘性土的的觸變性性4.粘性土的的脹縮性性、濕陷陷性、凍凍脹性壓實(shí)：指通過夯夯打、振振動、碾碾壓等，，使土體體變得密密實(shí)、以以提高土土的強(qiáng)度度、減小小土的壓壓縮性和和滲透性性壓實(shí)性：：指土在一一定壓實(shí)實(shí)能量作作用下密密度增長長的特性性研究擊實(shí)實(shí)性的目目的：以最小的的能量消消耗獲得得最大的的壓實(shí)密密度擊實(shí)方法法：室內(nèi)擊實(shí)實(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn):夯打、振振動、碾碾壓§1.5土的壓實(shí)實(shí)性一、室內(nèi)內(nèi)擊實(shí)試試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備備擊實(shí)筒V=1000cm3；擊實(shí)錘m=2.5/4.5kg試驗(yàn)條件件土樣分層層n=3層；落高高d=305/457cm；擊數(shù)N=25/56/層擊實(shí)能量量試驗(yàn)方法法對ω=cosnst的土；分分三層壓壓實(shí)；測定擊實(shí)實(shí)后的ω、ρ，算定ρd土1.擊實(shí)曲線線特點(diǎn)：①具有峰值值，即最大干密密度與最優(yōu)含含水量②位于飽和和曲線之之下0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.1二、細(xì)粒粒土的壓壓實(shí)性粘性土K很小，壓壓實(shí)過程程中含水水量幾乎乎不變，，要想擊擊實(shí)到飽飽和狀態(tài)態(tài)是不可可能的。。若2.壓實(shí)機(jī)理理：顆粒被擊擊碎，土土粒定向向排列;土粒破碎碎，粒間間聯(lián)結(jié)力力被破壞壞而發(fā)生生孔隙體體積減小小;氣被擠出出或被壓壓縮等水膜潤滑滑作用效效果最佳佳;尚沒有形形成封閉閉氣泡，，氣易于于排出;顆粒表面面水膜很很薄，相相對移動動困難水膜潤滑滑作用不不明顯;封閉氣泡泡難以排排出;增加水的的相對含含量當(dāng)ωωop,ρρdρdmax當(dāng)ω<ωop,ρd<ρdmax當(dāng)ω>ωop,ρd<ρdmax3.影響因素素a.擊實(shí)功能能b.土的級配配c.擊實(shí)方式式夯實(shí)、輾輾壓、振振動；輾輾壓對粘粘土比較較合適4.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)a.粘性土存存在最優(yōu)優(yōu)含水量量ωop，在填土土施工中中應(yīng)該將將土料的的含水量量控制在在ωop左右，以以期得到到ρdmax，通常取取b.工程上常常采用壓壓實(shí)度Dc控制（作作為填方方密度控控制標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)）①不存在最最優(yōu)含水水量；②在完全風(fēng)風(fēng)干和飽飽和兩種種狀態(tài)下下易于擊擊實(shí)；③潮濕狀態(tài)態(tài)下ρd明顯降低低。三、粗粒粒土的壓壓實(shí)性1.壓實(shí)特點(diǎn)點(diǎn)粗砂ω=4~5%中砂ω=7%；時(shí)，干密密度最小小2.理論分析析▼