土的物理性质和工程分类.ppt

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1、土的物理性质和工程分类现在学习的是第1页，共77页 11 土的生成与特性 工程土的概念：工程上所谓的土，是覆盖在地表上碎散的，没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。现在学习的是第2页，共77页 一、风化作用与土的形成 风化作用：地表自然条件下，岩石产生破坏的地质作用。三大风化的作用：物理风化（如无粘性土）化学风化（如粘性土）生物风化（无矿物成分变化）。现在学习的是第3页，共77页 二、土的搬运和沉积 土在地表分布极广，成因类型也很复杂。成因不同，分布规律、地形形态及工程性质也不同。残积土：残留原地未被搬运土。分布规律为上部为残积土，中部为分化带，下部为新鲜岩石。没有层理构造，土的物理性质相差较大，孔

2、隙也较大。作为建筑地基容易引起不均匀沉降。现在学习的是第4页，共77页 坡积土：水流作用将风化物冲刷、剥蚀移动沉积而成。沿坡面自上而下呈由粗而细分选现象。颗粒粗细混杂，不均匀，厚度变化大，疏松，压缩性较大。现在学习的是第5页，共77页 洪积土：由暴雨或洪水冲刷、剥蚀、搬运、堆积而成。堆积与山谷冲沟出口或山前倾斜平原。随着离山远近不同，堆积体内土粒粗细不同，呈由近及远的粗细分布，性质很不均匀。现在学习的是第6页，共77页 冲击土：水岸被流水剥蚀后，经搬运、沉积在河道平缓地带形成的沉积土。特点是具有明显的层理结构，颗粒磨圆度好，常常呈砂层和粘性土交叠的地层。其他沉积土：海洋沉积土；湖泊沉积土；冰川

3、沉积土；海陆交互沉积土；风积土等等。现在学习的是第7页，共77页 三、土的结构与构造 定义：土的结构：指土粒或土粒的集合体的大小、形状、相互排列和联结等。土的构造：是在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。现在学习的是第8页，共77页 四、土的工程特性 压缩性高 强度低 透水性大现在学习的是第9页，共77页 12 土的三相组成 土由三相不同物质组成：固相矿物颗粒和有机质；液相水溶液（三相散布系三相比例的变化干土和饱和土）；气相气体。土的三相研究是研究土的工程性质的基础现在学习的是第10页，共77页 一、土的固体颗粒 1、土的颗粒组成（颗粒大小及组成）粒组：粒径相近

4、的颗粒归成一组。不同等级的颗粒，其物理力学性质有显著差别。现在学习的是第11页，共77页我国的分类 粒组名称漂石（块石）卵石（碎石）砾石（角砾）砂粒粉粒粘粒粒径范围 mm 200 60200 2600.07520.0050.0755 为不均匀土；Cc 13 曲线连续 Cu5 为均匀土；Cc3 曲线不连续 Cu5 且 Cc13的土为级配良好的土。现在学习的是第14页，共77页粒径级配分析方法 筛分法适用于0.1mm以上（0.074mm）。水分法（密度计法）分析小于0.1mm的土。例：取烘干土200g（全部通过10mm筛），用筛分法求各粒组含量和小于某种粒径量占总土量的百分数。0.1mm以上采用筛

5、分法，0.10mm以下采用密度计法现在学习的是第15页，共77页粒径（mm）10 5 2 1.0 0.5 0.25 0.10 0.05 0.01 0.005粒组含量（g）1016182422382025720小于某粒径土累积量19017415613211072522720小于某粒径土占总土质量的百分比（）95.087.078.066.055.036.026.013.510.0现在学习的是第16页，共77页 粒径级配曲线 粒径指标 平均粒径：d50=0.21 有效粒径：d10=0.005 控制粒径：d60=0.33 d30=0.063现在学习的是第17页，共77页 土的不均匀系数：Cu越大，土越

6、不均匀，曲线越平缓；Cu 5 称不均匀土，反之为均匀土。土的曲率系数:66005.033.01060ddCu4.2005.033.0063.021060230dddCc现在学习的是第18页，共77页 Cc为13时，级配连续；Cc1时，级配不连续。从工程观点看，Cu5，且Cc13 称级为配良好的土。现在学习的是第19页，共77页 2、土的矿物组成 原生矿物：石英、长石、云母（主要造岩矿物）次生矿物：粘土矿物、氧化物、氢氧化物及难溶盐类高岭石、伊利石、蒙脱石（亲水性、胀缩性）CaCO3、MgCO3 腐殖质现在学习的是第20页，共77页 二、土中水 1、土粒与水的作用 土粒的带电性；土粒的双电层 2

7、、土中水的形态（1）结合水：强结合水（吸着水）弱结合水（薄膜水）（2）自由水：重力水；毛细水（3）气态水：对土性质影响不大。（4）固态水：冻胀问题。基础埋深要考虑。现在学习的是第21页，共77页 三、土中气体 1、自由气体：对建筑工程无影响。2、封闭气体：增加土的压缩性，降 低渗透性。现在学习的是第22页，共77页13 土的物理状态（性质指标）一、土的三相比例关系 1、土的三相简图 V-土的总体积 Vs-土的固体颗粒体积 Vv-土中孔隙体积 Vw-水所占的体积 Va-气体所占的体积现在学习的是第23页，共77页现在学习的是第24页，共77页 M(W)-土的总质（重）量 Ms(Ws)-土的固体颗

8、粒的质（重）量 Mw(Ww)-水的质（重）量 全部未知量有8个，但它们之间存在如下的关系：Vv=Va+Vw V=Vv+Vs M=Mw+Ms W=Ww+Ws 因此只有四个未知量。现在学习的是第25页，共77页 二、土的物理性质指标 1、三相基本物理性质指标（1）土的密度（）：单位体积土的质量 重力密度（）：天然密度与重力加速度的乘积 概念 公式 物理密度 测定方法：环刀法（粘、粉土）、灌水法（卵石、砾石、原砂）现在学习的是第26页，共77页VMaMwMsvm0MaVMwMs(g/cm3)现在学习的是第27页，共77页土的天然状态下密度一般在1.62.2 g/cm3之间。采用“环刀法”测定。土的（

9、容重）重力密度：一般在1622KN/m3 单位：KN/m3gVWaWwWsVW.现在学习的是第28页，共77页（2）土的含水率（）含水率为土中的水的重量（质量）与固体颗粒重量（质量）之比。用百分数表示。%100WsWw%100MsMw现在学习的是第29页，共77页 常见值：砂土：040、粘性土2060 土的含水量是衡量土的干湿程度的一个重要指标，一般采用“烘干法”测定。（3）土粒比重Gs(ds)土中固体颗粒的单位体积的质量或重量与4时水的单位体积质量或重量之比为土粒比重Gs。（又称土粒相对密度ds）现在学习的是第30页，共77页)C4(。wsVsWsdwVsMsssGd土粒的比重值一般在土粒的

10、比重值一般在2.652.75。常用。常用“比重瓶法比重瓶法”测定。测定。现在学习的是第31页，共77页 2、土的松紧程度指标（1）土的孔隙比 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 孔隙比反映土的松紧程度，是确定地基土承载力的一个重要指标。常见值沙土0.51.0，粘土0.51.2，砂土e1.0为软弱地基。VsVe现在学习的是第32页，共77页（2）土的孔隙度（孔隙率）土中孔隙体积与土的总体积的比值 孔隙度表示土的孔隙大小的程度，常见值305。孔隙比与孔隙度的关系（推导）%100VVnnne100nne1100)1(een现在学习的是第33页，共77页 3、土中含水程度的指标 含水率（量）及饱和度。饱和

11、度是土孔隙中所占的体积与孔隙体积之比。干土的饱和度为0，饱和土的饱和度为1。4、几种不同状态下的土的重度和容重指标（1）土中干密度和干重度 是指土中不含水时密度或容重VVwS 现在学习的是第34页，共77页 1.32.0g/cm3 （2）土的饱和密度和饱和重度 是指土中孔隙完全被水充满时的密度和容重。3/cmgVmsd3/mKNgVWsddd现在学习的是第35页，共77页VVMswsatVwVWssat33/mKNcmggsatsat 1.82.3g/cm3 现在学习的是第36页，共77页（3）土的浮密度和浮容重（有效重度）是指地下水位一下的土受到水的浮力作用时有效密度和有效容重。wsatwV

12、VsMswsatwVVsWs33/3.18/3.18.0mKNcmg常见值现在学习的是第37页，共77页 应掌握上述物理性质指标的：概念；符号；计算 土的密度、土粒比重、土的含水率、土的孔隙比、土的孔隙度、土的饱和度、土的干密度、土的饱和密度，一共为8个。前三个由实验室测出，其余5个可换算求得。现在学习的是第38页，共77页 例题：某原状土，经试验测得天然容重 含水量12.9，土粒比重ds=2.67，求孔隙比e，孔隙度n和饱和度 解：绘三相草图 气气 液液 固固Wa=0Ww=0.19Ws=1.48Va=0.256Vw=0.190Vs=0.554367.1cmgS现在学习的是第39页，共77页（

13、1）设土样体积为：V=1.0cm3 则（2）根据含水量67.1WwWsVWgWwWsWsWwW19.048.1129.0%9.12现在学习的是第40页，共77页（3）根据土粒比重（4）孔隙比e256.0190.0554.01190.01554.067.233wwwsVVsVVacmVcmVsVsWsd805.0554.0190.0256.0VsVVaVsVvew现在学习的是第41页，共77页（5）孔隙度n（6）饱和度%6.44446.01446.0VVvn426.0446.0190.0VvVwS现在学习的是第42页，共77页 例题：从某一地下水位以下的粘土层中取一饱和土样，测出其含水率w=40

14、，土粒比重 2.73，试求该土样的饱和容重 和孔隙比 。解：由于是饱和土样，故该土属两相土，设Vs=1cm3 sdsate现在学习的是第43页，共77页 水水 固固Mw=1.092Ms=2.73M=3.822Vv=Vw=1.092Vs=1V=2.092现在学习的是第44页，共77页因为对于饱和土样 1.073.273.211MsMsVsMsdwsgMwMsMww092.173.24.0%40SVVwVVwS1现在学习的是第45页，共77页 在数值上 Vw=Mw Mw=1.092g 根据定义33092.2092.11092.1cmVVsVcmVVw33.18092.210092.11073.20

15、92.11092.1mKNVVWsVsVewsat现在学习的是第46页，共77页 例：某砂层=1.75kg/cm3，含水量w=10%，土粒比重 2.65，最小孔隙比emin=0.40，最大孔隙比emax=0.85，问该土层处于什么状态。解：孔隙孔隙固体固体Ww=0.265Ws=2.65Vv=e=0.667Vs=1.0cm3现在学习的是第47页，共77页（1）求土层的天然孔隙比 e 设Vs=1.0cm3667.075.11265.065.2265.065.23ecmgeVmmgmmmwgmVsmdVveVsVvewswswsss现在学习的是第48页，共77页（2）求相对密度 故该砂层处于中密状态

16、。3231409.040.085.0667.085.0minmaxmaxrrDeeeeD现在学习的是第49页，共77页 例：一原状土样，土的密度 ，土粒比重 ，土的含水量w=18%，求其余六个物理性质指标。解：绘三相草图3/80.1cmg70.2sG 气气 液液 固固重力（重力（gf）Wa Ww Ws 体积体积 Va Vw Vs现在学习的是第50页，共77页 设V=1cm3 m=ms+mw=1.8 ms+0.18ms=1.8g ms=1.525g mw=m-ms=1.8-1.525=0.275ggmcmgvm80.1/80.13swswmmmmw18.018.0现在学习的是第51页，共77页

17、Va=V-Vw-Vs=1-0.275-0.565=0.16(cm3)(275.03cmVmwww3565.070.2525.170.2cmVVmGssss现在学习的是第52页，共77页求：求：3333/6.9/96.0196.1/96.116.080.1/525.1632.0435.0275.0%5.43435.077.0565.0435.0mKNrcmgcmgVVammcmgVmVvVwSVVvnVsVvewsatwwssatsd有效容重：饱和容重：干容重：饱和度：孔隙度：孔隙比：现在学习的是第53页，共77页 5、液限指数 IL固态半固态固态半固态 塑态塑态 液态液态0 Wp Wc IL=

18、0 IL=1现在学习的是第54页，共77页LLLLLLLLppLpLIIIIIIwwIwwwwwwI0.10.175.075.025.025.00010流塑软塑可塑硬塑坚硬当6、活动度、活动度 A7、灵敏度、灵敏度 St现在学习的是第55页，共77页 例题2.1 在某住宅地基勘查中，已知一个钻孔原状土试样结果为：土的密度 ，土粒比重Gs=2.70，土的含水率w=18.0%。求其余5个物理性质指标。解：绘制三相计算草图，如图所示：令V=1cm3。3/80.1cmggmcmgvm80.1/80.13故已知现在学习的是第56页，共77页现在学习的是第57页，共77页 Vw=0.275cm3 gmmm

19、gmgmmmmmmwswswsswsw275.0525.180.1525.118.180.180.118.018.0故又知已知3565.070.2525.170.270.2cmmVVmGsssss，已知现在学习的是第58页，共77页 至此，三相草图中8个未知量全部计算出数值。据所求物理性质指标的表达式可得：3435.0565.01cmVVVsv孔隙体积316.0275.0435.0cmVVVwva气相体积33/3.15/53.1632.0435.0275.0%5.43435.077.0565.0435.0mKNcmgVmVVsVVnVVedsdvwvsv干重度，干密度饱和度孔隙度孔隙比现在学习

20、的是第59页，共77页 上述三相计算中，如设Vs=1cm3，V=1cm3计算可得相同结果。3333/6.9106.19/96.00.196.1/6.19/96.116.080.1mKNcmgmKNcmgVVmmwsatwsatsatwawssat有效重度有效密度饱和重度饱和密度现在学习的是第60页，共77页 三、土的物理状态指标（颗粒土的密实程度、细粒土的软硬程度）（一）无粘性土的密实度（单位体积中固体物质含量）现在学习的是第61页，共77页1、用孔隙比作为划分密实度的标准土的名称密实度密实中密稍密松散砾砂、粗砂、中砂e0.85细砂、粉砂e0.95现在学习的是第62页，共77页 该方法简便、但

21、没有考虑级配等因素的影响。如均匀密砂的e大于级配良好的松砂的e。2、以相对密度作密实度的标准的测定方法minmaxminmaxmax,eeeeeeD现在学习的是第63页，共77页 铁道部（铁道工程技术规范）分类：极松51D稍松3151D中密3231D密实32D该方法理论上完善，但实用上较困难。现在学习的是第64页，共77页 3、用标准贯入试验划分密实度 标准贯入试验是一种原位测试。采用重63.5kg的锤，提升76cm，自由下落，使贯入器贯入土中30cm深所需的锤击次数，用N表示。新规范建筑地基基础设计规范规定的密实度。松散：N10 稍密：10N15 中密：1530 现在学习的是第65页，共77

22、页（二）粘性土的物理状态特征 粘性土的性质不同于砂性土，不能用e,Dr来判别其工程性质，而是稠度。粘性土随含水量不断增加，状态呈固态半固态可塑状态液体状态的变化，相应的地基土的承载力逐渐降低。从f。450KPa,下降到f。45KPa（例：上海锦江饭店，宝钢一号高炉）现在学习的是第66页，共77页 1、液限 wL(%)粘性土液态与塑态之间的分界含水率称为液限。液限一般采用锥式液限仪或碟式液限仪测定 2、塑限 wp(%)粘性土塑态与半固态的分界含水率称为塑限。塑限一般采用滚搓法（搓条法）；联合测定法测定。3、缩限 ws(%)粘土固态与半固态的分界含水率称为塑限。缩限采用收缩皿法测定现在学习的是第6

23、7页，共77页4、塑性指数Ip 粘土液限与塑限的差值，去掉百分号称塑性指数，用Ip表示。Ip(wLwp)*100 其物理意义表示处于可塑状态时，其含水率变化的最大区间。Ip大，颗粒细，吸水强，但仍处可塑状态。用Ip作为粘土与粉土定名的标准。现在学习的是第68页，共77页 5、液性指数（相对稠度）pLpLwwwwIIL：0 0.25 0.75 1.0坚塑坚塑 硬塑硬塑 可塑可塑 软塑软塑 流塑流塑 液性指标表示土的软硬程度，确定承载力的指标。（例题）液性指标表示土的软硬程度，确定承载力的指标。（例题）现在学习的是第69页，共77页 例：取一原状土样，测得土的液限wL=47%，塑限wp=18%，天

24、然含水量w=40%，问地基处于什么状态。解：6、活动度A 7、灵敏度St属软塑状态75.0I759.018471840ILLpLpwwww现在学习的是第70页，共77页1-4 土的工程分类 一、分类依据 颗粒直径大于0.1mm（有的用0.075mm）的质量大于50%的为粗粒土，小于50%的为细粒土。水电部SD12884分类法 建筑地基基础设计规范（GBJ789）分类法 1、岩石（1）按坚固性分类：硬质岩石（frMPa）软质岩石(fr0.075 占8650%为粉砂 8685%为细砂 d0.25 占6850 为中砂 d0.5 占5450%为粗砂 d2.0 占 28介于2550%之间 为砾砂 此砂样

25、可定名为5种砂，但只能定一种名称。应从砾砂顺序判断。0.0750.25 0.5 2.0 5.014181426208 粒径粒径 d/mm含量含量（）（）现在学习的是第74页，共77页 4、粉土 大于0.075mm的颗粒不超过全重50，且塑性指数Ip10，称为粉土，该土类在工程上表现出较差的性质（粘质粉土d17 粉质粘土 10Ip17 特定环境下的粘性土 不良土：淤泥和淤泥质土 红粘土和次生红粘土现在学习的是第75页，共77页6、人工填土由人类活动堆填形成的各类土为人工填土。按组成物质可分为：素填土 压实填土 杂填土 冲填土510年为界 老填土 新填土现在学习的是第76页，共77页 工程性质：强度低，压缩性大，不均匀，所以工程性质不良。压实土稍好，杂填土最差。现在学习的是第77页，共77页