1、2020/9/4,1,土力學(xué)與地基基礎(chǔ),土木系,第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類1,2020/9/4,2,本次授課內(nèi)容,1、土的生成 2、土的三相相組合關(guān)系 2、土的組成成分：（固相） 3、土中的水 和氣體 4、土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)概述： 土的密度（容重）、土的含水量、土粒的比重,2020/9/4,3, 、土的生成,我們把地球最外層的堅(jiān)硬固體物質(zhì)稱為地殼，地殼厚度一般為30-60km，人類生存與活動(dòng)范圍僅限于地殼表層。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，由于內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用和外動(dòng)力地質(zhì)作用，地殼表層的巖石經(jīng)歷風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積生成大小懸殊的顆粒，稱之為土，在不同的自然環(huán)境中，由各種營(yíng)力的地質(zhì)作用生成了不同類型

2、的土；而土歷經(jīng)壓密固結(jié)、膠結(jié)硬化也可再生成巖石。而現(xiàn)在所見(jiàn)到的土是近期地質(zhì)歷史-第四紀(jì)以來(lái)生成的尚未固結(jié)的松散物質(zhì)。,2020/9/4,4,二、土的三相比例,自然界中的土體結(jié)構(gòu)組成十分復(fù)雜，為了分析問(wèn)題方便，將其看成是三相，簡(jiǎn)化成一般的物理模型進(jìn)行分析。 表示土的三相組成部分質(zhì)量、體積之間的比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)。 研究土的性質(zhì)，不僅要研究單項(xiàng)，還要研究三相比例關(guān)系。下面，首先介紹各單項(xiàng)。,2020/9/4,5,第一節(jié)：土的三相組成,土的三相， 土粒為 固相； 土中的水為液相； 土中的氣為氣相。,2020/9/4,6,一）、礦物成分： 包括： 原生礦物： 次生礦物： 有機(jī)質(zhì)。,一

3、、固相：包括： 粒度成分、 礦物成分,石英、長(zhǎng)石、云母等。,蒙脫石、伊利石、高嶺石等。,2020/9/4,7,二）、土的粒度成分： 包括：顆粒大小 級(jí)配關(guān)系 一）、顆粒大?。阂粤＝M劃分。 為了研究土中各種大小土粒的相對(duì)含量及其與土的工程地質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，就有必要將工程地質(zhì)性質(zhì)相似的土粒歸并成組。,2020/9/4,8,2020/9/4,9,二）、顆粒級(jí)配（粒度成分）,工程上常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量即各粒組占土粒總重的百分?jǐn)?shù)表示土中顆粒的組成情況，這種相對(duì)含量稱為顆粒級(jí)配。對(duì)于粒徑大于0.075mm的粗粒組可用篩分法測(cè)定。 粒徑小于0.075mm的粉粒和粘粒難以篩分，一般可以根據(jù)土粒在水中勻速下

4、沉?xí)r的速度與粒徑的理論關(guān)系，用比重計(jì)或移液管法測(cè)得顆粒級(jí)配。,2020/9/4,10,1、篩分法,用一套不同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)篩，把已知質(zhì)量的土樣放入按孔徑大小依次排列好的篩子頂層，振動(dòng)篩子，粗粒留在篩子上，細(xì)粒漏下，將各粒組分離。稱各篩上的土粒質(zhì)量Wi,則各粒組的即可求出： X=Wi/W * % 粗篩：孔徑：100,80,60,40,20,10,5,2,細(xì)篩：孔徑：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074,2020/9/4,11,2、靜水沉降法,大小不同的顆粒在靜水中沉降的速度不同，大快，小慢。經(jīng)過(guò)時(shí)間T后，粒徑大于D的顆粒都沉淀到L深以下，,吸出L段懸液 烘干，即可得粒徑D的粒組累計(jì)質(zhì)量。,2

5、020/9/4,12,3、粒度成分的表示方法,1）、表格法 2）粒度累計(jì)曲線圖,2020/9/4,13,2020/9/4,14,3）、表明土粒度分布特征的幾個(gè)參數(shù)： a:d10、d30、d60: (dx代表一個(gè)特殊的粒徑，小 于等于此粒徑的粒組累計(jì)含量x)b：不均勻系數(shù):cu=d60/d10c：曲率系數(shù): cc=d30d30/（d10d60）,2020/9/4,15,cu10 不均勻土。 對(duì)于缺少中間成分的土，還要輔助cc作為分類指標(biāo)。一般認(rèn)為，cu5，且cc13的土為級(jí)配好的土。,2020/9/4,16,二：液相土中的水 一）、土中的水的分類： 1、結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水（吸著水） 弱結(jié)合水 （薄

6、膜水） 2、毛細(xì)水 3、自由水,2020/9/4,17,2020/9/4,18,結(jié)合水： 極細(xì)的土粒表面一般帶有負(fù)電荷，圍繞土粒形成電場(chǎng)，由于水分子是極性分子，即一端為正電荷，另一端顯負(fù)電荷，在土粒電場(chǎng)范圍內(nèi)的水分子和陽(yáng)離子一起吸附在土粒表面而定向排列形成一層薄的水膜，這層水就稱為結(jié)合水。 強(qiáng)結(jié)合水是指緊靠土粒表面的結(jié)合水，它沒(méi)有溶解鹽類的能力，不能傳遞靜水壓力； 弱結(jié)合水緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。它仍然不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近較薄的水膜緩慢移動(dòng)。,2020/9/4,19,毛細(xì)水： 毛細(xì)力作用下充滿巖土空隙中。毛細(xì)孔主要存在于粉粘土中，直徑小于1mm。 自由水

7、： （重力水）： 在弱結(jié)合水的外層，重力吸引力，主要存在砂?？紫吨?。,2020/9/4,20,三、土中的氣體： 1、自由氣體： 不影響土的性質(zhì)。 2、封閉氣體： 增加土的彈性，減小土滲透性，突然溢出時(shí)，可引起土的附加沉降。,2020/9/4,21,第二節(jié)：土的三相比例指標(biāo),一、直接測(cè)定的指標(biāo)： 1、天然密度：天然狀態(tài)下，單位體積土的質(zhì)量，單位為g/cm3或t/m3，即 ：,2020/9/4,22,天然密度變化范圍較大。 一般粘性土= 1.82.0g/cm3； 砂土 =1.62.0g/cm3； 腐殖土 =1.51.7g/cm3。 天然密度一般用環(huán)刀法測(cè)定，用一個(gè)圓環(huán)刀（刀口向下）放在削平的原狀土

8、樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。,2020/9/4,23,2、土粒比重與密度： 土粒質(zhì)量與同體積的4時(shí)純水的質(zhì)量之比，一般用ds（有些書(shū)用Gs）表示，無(wú)量綱。即：,另：公式中， ds 為比重，無(wú)單位， s稱土粒的密度，單位g/cm3 ，但物理意義與ds相同。,2020/9/4,24,土粒比重決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般為2.62.8；有機(jī)質(zhì)土為2.42.5。同一種類的土，其比重變化幅度很小。土粒比重可在試驗(yàn)室內(nèi)用比重瓶測(cè)定。將置于比重瓶?jī)?nèi)的土樣在105-110下烘干后冷卻至室溫用精密天平測(cè)其質(zhì)量，

9、用排水法測(cè)得土粒體積，并求得同體積4純水的質(zhì)量，土粒質(zhì)量與其比值就是土粒比重。由于比重變化的幅度不大，通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用。,2020/9/4,25,3、土的含水量： 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，一般用w表示，以百分?jǐn)?shù)計(jì)，即 ：,含水量w是反映土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然狀態(tài)下土層的含水量稱天然含水量，其變化范圍很大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。,2020/9/4,26,一般干的粗砂土，其值接近于零，而飽和砂土，可達(dá)40%；堅(jiān)硬的粘性土的含水量約小于30%，而飽和狀態(tài)的軟粘性土（如淤泥），則可達(dá)60%或更大。 一般說(shuō)來(lái)，同一類土，當(dāng)其含水量增大時(shí)，強(qiáng)度就降低。土的含水

10、量一般用烘干法測(cè)定。先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量，然后置于烘干箱內(nèi)維持100-105烘至恒重，再稱干土質(zhì)量，濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值，就是土的含水量。,2020/9/4,27,二、計(jì)算得到的指標(biāo)： 1、土的干密度d： 土單位體積中固體顆粒部分質(zhì)量，即 ：,e孔隙比；w含水量,在工程上常把干密度作為評(píng)定土體密實(shí)程度的指標(biāo)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。,2020/9/4,28,2、的飽和密度sat： 土孔隙中充滿水時(shí)，單位體積質(zhì)量，即： 式中w為水的密度，近似等于 w =1g/cm3。,2020/9/4,29,3、土的有效密度：土體中土粒的質(zhì)量扣除浮力后，即為單位體積中土粒的有效質(zhì)量，即： 在

11、實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用土的容重，即土的重力密度,其數(shù)值上等于相應(yīng)土密度與重力加速度的乘積。一般分為：天然容重 、干容重d、飽和容重sat、有效容重分別按下列公式計(jì)算： ； ； ； 式中g(shù) 為重力加速度，各指標(biāo)的單位kN/m3。,2020/9/4,30,4、土的孔隙比e： 是土中孔隙體積與土粒體積之比，孔隙比用小數(shù)表示。即： ds-土粒比重，d土的干密度土的天然密度，土的含水量；水的密度，近似等于天然狀態(tài)下土的孔隙比稱為天然孔隙比，它是一個(gè)重要的物理性指標(biāo)，可以用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密度程度。一般e1.0的土是疏松的高壓縮性土。,2020/9/4,31,5、土的孔隙率n： 土中孔隙所占體積與總體積之比，空隙率用百分?jǐn)?shù)表示。即： 一般粘性土的孔隙率為3060%，無(wú)粘性土為2545%。,2020/9/4,32,7、土的飽和度Sr