1、第二章 土的物理性質(zhì)和工程分類,土的生成和組成,1,土顆粒劃分及測(cè)試,3,土的工程分類,4,土的主要特點(diǎn),2,土的物理性質(zhì)指標(biāo),5,土的物理狀態(tài)及其指標(biāo),6,土的壓實(shí)性,7,土的結(jié)構(gòu)變化,8,巖石,風(fēng)化，剝蝕,水、風(fēng)的搬運(yùn)或就地沉積,土,物理風(fēng)化：生成砂、礫等粗顆粒土。,化學(xué)風(fēng)化：生成粘性土（高嶺土等）。,生物風(fēng)化：植物根分泌有機(jī)酸；遺體腐爛； 微生物作用。,（1）土的來(lái)源,土的生成和組成,1,（2）土的礦物成分,（a）原生礦物：物理風(fēng)化產(chǎn)物，石英、長(zhǎng)石、云母等。 顆粒粗，為砂、礫組主要成分。 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水穩(wěn)性強(qiáng)。,（b）次生礦物：化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，顆粒細(xì)，為粘粒組的主要成分。 顆粒細(xì)，比表面

2、積大，活性大，親水性強(qiáng)。,蒙 脫 石,（c）有機(jī)質(zhì)：,親水性：蒙脫石伊利石高嶺石,單位質(zhì)量上顆粒所擁有的表面積,（3）土的組成,（a）土的組成 土是各種礦物顆粒的集合體,粗顆粒土,細(xì)顆粒土,一般由固體顆粒、水和空氣三相組成,有四相說(shuō)水土交界面,土中的水,固 態(tài),結(jié)合水,氣 態(tài),液 態(tài),（b）土中的水,自由水,強(qiáng)結(jié)合水,毛細(xì)水,重力水,弱結(jié)合水,結(jié)晶水,固體狀態(tài),不任意流動(dòng),四種書中P13,粘土顆粒,水分子,極 性,（c）土中的氣體（空氣）,四種狀態(tài),吸附土顆粒表面的氣體,自由氣體,四周為土顆粒和水所封閉的氣體,溶解于水中的氣體,與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)沒有影響,增加土的彈性；降低土的滲透性。,摘

3、自：清華土力學(xué)，p13,（4）土的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)結(jié),（a） 粗粒土及粉土的結(jié)構(gòu) 生成時(shí)重力起主要作用，顆粒之間以機(jī)械作用為主。,土的結(jié)構(gòu)：土中顆粒及其集合物的堆積方式和相互聯(lián)結(jié)方式。,粗粒土：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu),粉土：蜂窩結(jié)構(gòu),（b） 粘性土的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)類型：,顆粒間的作用力：范德華力、庫(kù)侖力等。 特 點(diǎn)：有粘聚力和可塑性。,（c）不均勻土的混合結(jié)構(gòu),分散結(jié)構(gòu),絮凝結(jié)構(gòu),（1）散體介質(zhì)的集合體，固體+液體+氣體組成。 （2）多樣性：由于成土母巖不同、風(fēng)化作用的歷史不同，造成土的種類繁多、分布復(fù)雜、性質(zhì)各異。 （3）易變性：土的工程特性經(jīng)常受著外界的溫度、濕度（地下水作用）、壓力（建筑物荷載）等影響而產(chǎn)生顯著

4、變化。,青藏鐵路中的凍土,土的主要特點(diǎn),2,（1）土顆粒的粒徑劃分,土顆粒的大小用粒徑來(lái)表征的。,土顆粒劃分及測(cè)試,3,篩分法（0.1mm以上）,（2）土顆粒的粒徑測(cè)試方法（顆分試驗(yàn)）,擺篩圖,水（析）分法（0.1mm以下）,（a）密度計(jì)法：適用于粒徑小于0.075mm的細(xì)顆粒土。 斯托克斯(Stokes)定理：顆粒下沉速度與顆粒直徑的平方成正比。,（b）激光顆粒分析法,MicrotracS3500型顆粒分析儀,（3）顆粒分析成果（顆分） 粒徑分布曲線（級(jí)配曲線）,不均勻系數(shù),級(jí)配良好的土,曲率系數(shù),且,Cu越大，曲線越平緩，粒徑分布越不均勻，粗細(xì)顆粒的大小相差懸殊。 當(dāng)Cu5，稱為不均勻土，

5、容易壓密實(shí)；反之，為均勻土。,當(dāng)Cc=1-3，表示級(jí)配曲線連續(xù)； 當(dāng) Cc3，表示級(jí)配曲線不連續(xù)。,級(jí)配不良的土,不能同時(shí)滿足這兩個(gè)條件的土,工程性能比較好,通過(guò)顆粒分布曲線，可以得出土顆粒的配比等性能指標(biāo),(A) 直接測(cè)定的指標(biāo)（3個(gè)）,(B) 換算指標(biāo)（6個(gè)）,10:801/bizhong.html,該網(wǎng)站可以觀看演示試驗(yàn)（成都理工大學(xué)）,9個(gè)指標(biāo),4,土的物理性質(zhì)指標(biāo),1.土的密度和容重(、) （重力密度，重度=容重）,(A) 直接測(cè)定的指標(biāo)（3個(gè)）, 測(cè)定方法：環(huán)刀法,（kg/m3）,（kN/m3）,9.8m/s2, 定義：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)量（重量）

6、。,密度,容重,天然密度或濕密度,2. 土粒的比重(Gs), 測(cè)量方法：比重瓶煮沸法,水的密度1.0g/cm3,水的容重10KN/m3, 定義：土粒的質(zhì)量與同體積 4 純水的質(zhì)量之比。,土顆粒的比重,土顆粒的質(zhì)量,土顆粒的體積,土顆粒的重量,土顆粒的密度,3. 含水量(w), 測(cè)量方法：烘干法,土粒的質(zhì)量, 定義：土中水的質(zhì)量（重量）與土粒質(zhì)量（重量）之比，以百分?jǐn)?shù)表示。,含水量,水的質(zhì)量,水的重量,4. 孔隙比(e)和孔隙率(n),(B) 換算指標(biāo)（6個(gè)）, 定義 孔隙比(e)：土中孔隙體積與土粒體積之比，用小數(shù)表示。 孔隙率(n)：土中孔隙體積與土的總體積之比，用%表示。,孔隙比,孔隙率,

7、兩者關(guān)系,5. 飽和度（Sr）, 定義：土中所含水的體積與孔隙體積之比 。 反映了土體中孔隙被水充滿的程度。,飽和度,6. 土的飽和密度（sat） 、干密度（d）, 定義 飽和密度：孔隙完全被水充滿時(shí)土的密度。,飽和密度計(jì)算公式：,飽和容重計(jì)算公式：,干密度：土被完全烘干時(shí)的密度。,干密度計(jì)算公式：,干容重計(jì)算公式：,浮容重：靜水下的土體受到水的浮力作用，其容重等于土的飽和容重減去水的容重。,天然容重（濕容重）、飽和容重、浮容重、干容重之間的關(guān)系：,天然密度（濕密度）、飽和密度、干密度之間的關(guān)系：,土的物理狀態(tài)：土的干濕、松密、軟硬等狀態(tài)。,砂 土：土的密實(shí)程度松、密,粘性土：土的軟硬程度（稠

8、度）軟、硬,（1） 土的干濕狀態(tài)（地基與基礎(chǔ)p24）（三種）,5,土的物理狀態(tài)及其指標(biāo),（2） 砂土的密實(shí)度（松密狀態(tài)）,工程上原位測(cè)試判斷物理狀態(tài)： 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探和靜力觸探試驗(yàn),定義：土的密實(shí)度通常指單位體積中固體顆粒的含量。,指標(biāo)：相對(duì)密實(shí)度 Dr（Relative Density ），工程采用現(xiàn)場(chǎng)土的孔隙比e與該種土達(dá)到最密時(shí)的孔隙比emin和最松時(shí)的孔隙比emax相對(duì)比的辦法，來(lái)表示孔隙比e時(shí)土的密實(shí)度。,狀態(tài)判斷,（地基與基礎(chǔ)p27）,標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT） （Standard Penetration Test）,標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù) N,錘 重：63.5kg,落 距：760mm,打

9、入深度：300mm,判斷標(biāo)準(zhǔn)：,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500072002) 巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）,工程上原位測(cè)試判斷松密狀態(tài),N63.5 5 松散 5 N63.5 10 稍密 10 N63.5 20 中密 N63.5 20 密實(shí),重型 動(dòng)力觸探擊數(shù),碎石土 密實(shí)狀態(tài),N 10 松散 10 N 15 稍密 15 N 30 中密 N 30 密實(shí),標(biāo)準(zhǔn)貫入 擊數(shù),砂 土 密實(shí)狀態(tài),阿特堡界限 (Atterberg limit),（3） 粘性土的物理狀態(tài)（軟硬狀態(tài)）,粘性土隨著含水量的不同，分別表現(xiàn)出：固態(tài)、半固態(tài)、可塑態(tài)、流動(dòng)態(tài),粘性土從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)的含水量分界

10、點(diǎn)稱為界限含水量。,液限（wL）的測(cè)定： 錐式液限儀（中國(guó)）； 碟式液限儀（歐美，詳見ASTM試驗(yàn)規(guī)程）。,碟式液限儀 平衡錐式液限儀,液限的測(cè)定方法,76g力平衡錐尖沉入土里10mm時(shí)，土的含水量即為液限wL, 塑限（wp）的測(cè)定： 搓條法測(cè)定，用土搓成直徑為3mm的土條，如果土條產(chǎn)生裂縫并開始斷裂，這時(shí)土的含水量即為土的塑限（wp） 。 縮限的測(cè)定： 收縮皿法測(cè)定。,液塑限聯(lián)合測(cè)定儀,塑性指數(shù),可用于土的分類及其性質(zhì)的評(píng)估。,可塑性是區(qū)分粘土和砂土的重要特征之一。將液限與塑限之間的差值，稱為塑性指數(shù)Ip。反映粘性土可塑性的大小。,粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量 50，塑性指數(shù)

11、Ip 10的土為粉土 塑性指數(shù)Ip 10的土為粘性土 17Ip10 為粉質(zhì)粘土 Ip17 為粘土, 塑性指數(shù)與液性指數(shù),液性指數(shù)：表征土的天然含水量與分界含水量之間相對(duì)關(guān)系的指標(biāo)。,反映粘性土軟-硬程度（稠度，潮濕程度）,固態(tài)或半固態(tài) 堅(jiān)硬,可塑態(tài),液 態(tài)（流動(dòng)） 流塑,五種狀態(tài),（1）按照地質(zhì)年代分類 （a）老沉積土：晚更新世Q3及其以前沉積的土。 （b）新沉積土：第四紀(jì)全新世Q4中近期沉積的土。,（2）按照地質(zhì)成因分類 殘積土、坡積土、沖積土、淤積土、冰積土和風(fēng)化土,土的工程分類,6,（3） 土（巖）的工程分類,6大類,按照土顆粒大小和塑性指數(shù)的工程分類（巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2

12、001）,碎石土的分類,注：定名時(shí)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定。,（a）碎石土：粒徑大于2.0mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50的土。,(a) 碎石土,卵 石,塊石（碎石）,（b）砂土：粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量50，粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50的土。,注：定名時(shí)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定。,砂土的分類,(b) 砂土,（d）粘性土：粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì) 量50，塑性指數(shù)Ip 10的土。,（c）粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量 50的土，塑性指數(shù)Ip 10的土。,粉質(zhì)粘土：塑性指數(shù)10 Ip 17的土。,粘土：塑性指

13、數(shù)Ip 17的土。,（e）特殊性土： 濕陷性土、黃土、紅粘土、軟土、混合土、填土、多年凍土、膨脹巖土、鹽漬巖土、風(fēng)化巖和殘積土、污染土。,Loess，yellow earth,劉東生院士,Frozen soils,土粒粒組的劃分地基與基礎(chǔ)（第三版p15）,土的壓實(shí)性-最大干密度和最優(yōu)含水量的關(guān)系,土體能夠通過(guò)振動(dòng)、夯實(shí)和碾壓等方法調(diào)整土粒排列，進(jìn)而增加密實(shí)度的性質(zhì)稱為土的壓實(shí)性。,土的干密度d是反映土的密實(shí)度的重要指標(biāo)，它與土的含水量、壓實(shí)能量和填土的性質(zhì)等有關(guān)。將同一種土配置成不同含水量的土樣后進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，可以獲得如圖所示的含水量w與干密度d之間的關(guān)系曲線，稱作擊實(shí)曲線。,細(xì)粒土含水量干密度曲線,工程填土壓密實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，采用壓實(shí)度De來(lái)控制。,工程上壓實(shí)度De一般要求在95-98%,土的壓實(shí)性,7,d,dmax,（1） 砂土的振動(dòng)密實(shí)和液化,1964年6月16日日本新瀉7.5級(jí)地震,土的結(jié)構(gòu)變化,8,（2） 粘性土的觸變性和靈敏度,靈敏度St：原狀土與重塑土的無(wú)側(cè)強(qiáng)度比。,St=24，