土的工程性质精品文稿.ppt

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1、土的工程性质第1页，本讲稿共58页第一节第一节 土的物质组成土的物质组成土的粒度成分土的粒度成分 土的矿物成分土的矿物成分土中的水和气体土中的水和气体土的结构和构造土的结构和构造第2页，本讲稿共58页1.1.粒组及划分粒组及划分一、土的粒度成分一、土的粒度成分粗粒粗粒 2mm2mm 细粒细粒 2 20.005mm0.005mm粘粒粘粒 0.005mm200mm200mm 卵石或碎石卵石或碎石 20020020mm20mm圆砾或角砾圆砾或角砾 20202mm2mm砂粒组砂粒组 2 20.05mm0.05mm粉粒组粉粒组 0.050.050.005mm0.005mm第3页，本讲稿共58页2.2.粒

2、度成分与粒度分析粒度成分与粒度分析粒度成分粒度成分土中各个粒组的相对含量。土中各个粒组的相对含量。以各以各 粒组土粒的质量占该土总质量的百粒组土粒的质量占该土总质量的百 分数表示。分数表示。粒度分析粒度分析测定测定各粒组相对含量的试验方法。各粒组相对含量的试验方法。粗粒粗粒(粒径粒径0.075mm)0.075mm)筛分法筛分法细粒细粒(粒径粒径0.075mm)0.10.10.050.050.0050.0050.0020.0020.0010.10.10.050.0050.0020.0014.0096.0079.109.904.003.00第7页，本讲稿共58页颗粒级配累积曲线颗粒级配累积曲线10

3、08060402001 0.1 0.01 0.001 粒径粒径(mm)(mm)累累积积百百分分含含量量(%)d60d30d10第8页，本讲稿共58页曲率系数曲率系数 d d6060限制粒径，相应于累积百分含量为限制粒径，相应于累积百分含量为60%60%的粒径，的粒径，mmmm；d d1010有效粒径，相应于有效粒径，相应于10%10%的粒径，的粒径，mmmm；d d3030限制粒径，相应于限制粒径，相应于30%30%的粒径，的粒径，mmmm。一般当一般当Cu5Cu5及及Cq=1-3Cq=1-3时的土为级配良好的土。时的土为级配良好的土。不均匀系数不均匀系数*C Cu u值大表示级配良好值大表示

4、级配良好，土不均匀，分选性不好，土不均匀，分选性不好*第9页，本讲稿共58页有有 机机 物：物：有机残余物和腐殖质有机残余物和腐殖质二、二、土的矿物成分土的矿物成分原生矿物：原生矿物：石英、长石、云母石英、长石、云母水溶盐水溶盐(溶水溶水)：方解石、石膏：方解石、石膏不溶水：次生不溶水：次生S Si iO O2 2、AlAl2 2O O3 3、FeFe2 2O O3 3、粘土矿物粘土矿物次生矿物次生矿物第10页，本讲稿共58页三、土中的水和气体三、土中的水和气体土中的水存在形式土中的水存在形式气态水气态水液态水液态水固态水固态水结合水结合水毛细水毛细水重力水重力水土中水土中水强结合水（吸着水）

5、强结合水（吸着水）弱结合水（薄膜水）弱结合水（薄膜水）+-固定层固定层土粒土粒表面表面净净负负电电荷荷扩散层扩散层第15页，本讲稿共58页土粒土粒强结强结合水合水弱结弱结合水合水自由水自由水阳离子阳离子水分子水分子负电荷负电荷第16页，本讲稿共58页土中的气体土中的气体与大气与大气连通的气体连通的气体密闭气体密闭气体土中气体土中气体1 1、使土的弹性变形增加。、使土的弹性变形增加。2 2、使土的透水性减小。、使土的透水性减小。3 3、使土层，成为高压缩性土层。、使土层，成为高压缩性土层。4 4、造成土体变形、断裂。、造成土体变形、断裂。第18页，本讲稿共58页四、土中的结构和构造四、土中的结构

6、和构造土土的的结结构构土土粒粒的的大大小小、形形状状、表表面面特特征征、相互排列及粒间连接关系相互排列及粒间连接关系。单粒结构单粒结构碎石土与砂土碎石土与砂土蜂窝状结构蜂窝状结构絮状结构絮状结构团聚结构团聚结构第19页，本讲稿共58页紧密单粒结构：级配紧密单粒结构：级配良好，土粒浑圆，缓良好，土粒浑圆，缓慢堆积，骨架稳定慢堆积，骨架稳定松散单粒结构：迅速松散单粒结构：迅速堆积形成，易错位，堆积形成，易错位，骨架不稳定骨架不稳定单粒结构单粒结构颗粒粗大，粒间无连结，单一颗粒颗粒粗大，粒间无连结，单一颗粒 相互堆砌。相互堆砌。第20页，本讲稿共58页土的构造土的构造土体构成上的不均匀性特征的总合。

7、土体构成上的不均匀性特征的总合。块石状块石状（土中粗大颗粒彼此直接依靠）（土中粗大颗粒彼此直接依靠）假斑状假斑状（土中细粒物质占优势，将粗（土中细粒物质占优势，将粗大颗粒包围在细粒物质中间）大颗粒包围在细粒物质中间）粗碎屑土粗碎屑土交错层状交错层状层状层状（砂土和粘土交替沉积层（砂土和粘土交替沉积层 ）砂质土砂质土粘土粘土 薄叶状薄叶状第23页，本讲稿共58页第二节第二节 土的物理性质土的物理性质土的重量土的重量土的含水性土的含水性土的孔隙性土的孔隙性土的指标换算关系土的指标换算关系第24页，本讲稿共58页一、土的重量一、土的重量土粒土粒 m ms s水水 V Vw w气气 V Va amVv

8、VsV土的三相图土的三相图mw第25页，本讲稿共58页1、土粒密度和相对密度土粒密度和相对密度土粒相对密度土粒相对密度(G)(G)w1w144纯水的密度，纯水的密度，w1w11g/m1g/m3 3。土粒密度主要取决于土矿物成分，而与土的孔隙大土粒密度主要取决于土矿物成分，而与土的孔隙大小和含水多少无关小和含水多少无关土粒密度土粒密度(s s)砂土砂土:2.65:2.652.702.70粘性土粘性土:2.70:2.702.752.75第26页，本讲稿共58页2 2、土的密度和重度、土的密度和重度土的密度土的密度土的干密度土的干密度(d d)土的饱和密度土的饱和密度(satsat)浮重度浮重度()

9、土的重度土的重度:由土的质量产生的单位体积的重由土的质量产生的单位体积的重 力，重力等于质量乘以重力加速度力，重力等于质量乘以重力加速度第27页，本讲稿共58页二、土的含水性二、土的含水性土的含水量土的含水量(w)(w)土的饱和度土的饱和度(S(Sr r)砂土湿度状态砂土湿度状态:稍湿的稍湿的(S(Sr r50%)50%)很湿的很湿的(50%S(50%Sr r80%)80%)饱和的饱和的(S(Sr r80%)80%)第28页，本讲稿共58页三、土的孔隙性三、土的孔隙性土的孔隙度土的孔隙度(n)(n)土的孔隙比土的孔隙比(e)(e)砂土的相对密度砂土的相对密度(D(Dr r)四、土的指标换算关系

10、四、土的指标换算关系第29页，本讲稿共58页第三节第三节 土的水理性质土的水理性质粘性土的稠度粘性土的稠度粘性土的抗水性粘性土的抗水性土的渗透性和毛细性土的渗透性和毛细性第30页，本讲稿共58页一、粘性土的稠度一、粘性土的稠度稠度界限稠度界限随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状态转变随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量。为另一种状态时的界限含水量。土的稠度土的稠度粘性土因含水量变化而表现出的稀稠软硬粘性土因含水量变化而表现出的稀稠软硬 程度程度。界限含水量界限含水量(稠度界限稠度界限)液液 限限(WL)塑限塑限(WP)固体干固体干硬状态硬状态流动状态流动状态塑性

11、状态塑性状态含水量含水量含水量含水量第31页，本讲稿共58页液限液限w wL L:粘性土从流动状态转变为可塑性状粘性土从流动状态转变为可塑性状 态的界限含水量，也叫塑性上限或态的界限含水量，也叫塑性上限或 流限。流限。塑限塑限w wP P:粘性土从可塑状态变为半固体状态粘性土从可塑状态变为半固体状态 的界限含水量，又叫塑性下限。的界限含水量，又叫塑性下限。液液 限限(WL)塑限塑限(WP)固体干固体干硬状态硬状态流动状态流动状态塑性状态塑性状态第32页，本讲稿共58页液液 限限(WL)塑限塑限(WP)固体干固体干硬状态硬状态流动状态流动状态塑性状态塑性状态塑性指数塑性指数I IP P:土的液限

12、与塑限的差值。土的液限与塑限的差值。I IP P=w=wL L-w-wP P反映土的可塑性反映土的可塑性 第33页，本讲稿共58页液液 限限(WL)塑限塑限(WP)固体干固体干硬状态硬状态流动状态流动状态塑性状态塑性状态w wwWWWL L时，时，流动流动状态；状态；w wP P w ww wL L时，时，塑性塑性状态状态。液性指数液性指数I IL L：土的天然含水量和塑限的差值：土的天然含水量和塑限的差值 与塑性指数之比。与塑性指数之比。判别粘性土在天判别粘性土在天然状态下的稠度然状态下的稠度 硬塑硬塑(0I(0IL L0.25)0.25)可塑可塑(0.25I(0.25IL L0.750.7

13、5软塑软塑(0.75I(0.75IL L1.00)1.00)第34页，本讲稿共58页二、粘性土的抗水性二、粘性土的抗水性粘性土抵抗因水变形破坏粘性土抵抗因水变形破坏 的能力的能力1.1.土的膨胀性土的膨胀性 膨胀率膨胀率(e(eP P)膨胀力土膨胀产生的最大内应力膨胀力土膨胀产生的最大内应力膨胀含水量：土浸水膨胀稳定后的含水量膨胀含水量：土浸水膨胀稳定后的含水量水水水水hoh第35页，本讲稿共58页2.2.土的收缩性土的收缩性线缩率线缩率(e(eSLSL)体缩率体缩率e eS S：粘性土在温度：粘性土在温度100-105100-105下烘干下烘干至收缩稳定后所减少的体积与原体积之比至收缩稳定后

14、所减少的体积与原体积之比第36页，本讲稿共58页3.3.土的崩解性：粘性土在水中崩散解体的性能。土的崩解性：粘性土在水中崩散解体的性能。崩崩解解时时间间：边边长长为为5cm5cm的的立立方方体体土土样样，在在水水中中完完全全崩解所需的时间。崩解所需的时间。崩崩解解速速度度：土土样样在在崩崩解解过过程程中中的的重重量量损损失失和和原原土土样重量之比与时间的关系。样重量之比与时间的关系。崩解特征：土样在崩解过程中的各种现象。崩解特征：土样在崩解过程中的各种现象。第37页，本讲稿共58页1.1.土的渗透性：土体的透水能力。土的渗透性：土体的透水能力。三、土的渗透性和毛细性三、土的渗透性和毛细性2.2

15、.土的毛细性：水沿着毛细管上升的性质土的毛细性：水沿着毛细管上升的性质毛细上升高度毛细上升高度毛细上升速度：水在土的毛细孔隙中单位时间上毛细上升速度：水在土的毛细孔隙中单位时间上升的高度，以升的高度，以cm/scm/s或或m/dm/d表示表示毛细压力：土中毛细水附加于土粒上的静水压力毛细压力：土中毛细水附加于土粒上的静水压力毛细压力表示。毛细压力表示。第38页，本讲稿共58页第四节第四节 土的力学性质土的力学性质土的抗剪性土的抗剪性土的压缩性土的压缩性土的动力压实性土的动力压实性第39页，本讲稿共58页一、一、土的抗剪性土的抗剪性：土在荷载作用下，抵抗剪切破坏的能力。：土在荷载作用下，抵抗剪切

16、破坏的能力。1.1.土的抗剪强度土的抗剪强度：土抵抗剪切破坏的极限强度：土抵抗剪切破坏的极限强度S S剪切下盒剪切下盒剪切上盒剪切上盒土样土样P P未来剪未来剪切面切面0 0f f粘性土粘性土 f f tgtg+c+c砂土砂土C C粘性土粘性土砂砂 土土 f f tgtg 第40页，本讲稿共58页2 2、砂土液化、砂土液化饱和的粉土、粉砂、细砂在受到地震或动力机器产生的饱和的粉土、粉砂、细砂在受到地震或动力机器产生的突发的或周期性的荷载作用下，抗剪强度急剧降低甚至突发的或周期性的荷载作用下，抗剪强度急剧降低甚至接近于零而丧失承载能力的现象称为砂土液化。接近于零而丧失承载能力的现象称为砂土液化。

17、第41页，本讲稿共58页1.1.土的压缩指标土的压缩指标二、土的压缩性二、土的压缩性土样土样e0h土样土样e1h1s1PV=FhV=FhV V1 1=Fh=Fh1 1=F(h-s=F(h-s1 1)颗粒体颗粒体积积Vs第42页，本讲稿共58页 M M1 1M M2 2e e1 1e e2 2P P2 2=0.2=0.2P P1 1=0.1=0.1PPeee e0 0P Pe-pe-p曲线曲线0 0lgPlgPe e1 1e e2 2P P2 2P P1 1e ee-lgpe-lgp曲线曲线压缩系数压缩系数压缩指数压缩指数第43页，本讲稿共58页侧侧压压力力系系数数：土土在在无无侧侧膨膨胀胀条条

18、件件下下压压缩缩，由由于于土土粒粒只只能能做做铅铅直直方方向向的的移移动动，产产生生纵纵向向变变形形，作作用用在在土土上上的的铅铅直直压压力力将将在在土土内内引引起起侧侧向向压压力力。侧侧向向压压力力的的增增加加值值x x与与铅铅直直压压力力的的增增加加值值z z之之比比值值称称为为土土的的侧侧压力系数或静止侧压力系数压力系数或静止侧压力系数2.2.土的侧压力系数及侧膨胀系数土的侧压力系数及侧膨胀系数土样土样zxx=x x/z z 第44页，本讲稿共58页侧侧膨膨胀胀系系数数：土土在在无无侧侧限限条条件件下下压压缩缩，在在产产生生铅铅直直压压缩缩变变形形的的同同时时也也产产生生侧侧向向膨膨胀胀

19、变变形形。土土在在无无侧侧限限压压缩缩时时侧侧向向膨膨胀胀应应变变 x x(或或 y y)与与铅铅直直应应变变 z z之之比比，称称土土的的侧侧膨膨胀胀系系数数，也也称称泊泊松松比比.=-=-x x/z z=-=-y y/z z=/(1+/(1+)d d hhdx=d/d z=h/h第45页，本讲稿共58页变变形形模模量量E Eb b:土土在在无无侧侧限限条条件件下下，由由于于侧侧向向膨膨胀胀使使铅铅直直变变形形增增大大，所所以以在在这这种种情情况况下下铅铅直直压压力力与与相相应应的的压压缩缩变变形形之之比比，称称为为无无侧侧限限压压缩模量或变形模量缩模量或变形模量E Eb b。d d hhd

20、第46页，本讲稿共58页E Es s4MPa 4MPa 高压缩性土高压缩性土4E4Es s15MPa 15MPa 中等压缩性土中等压缩性土E Es s15MPa 15MPa 低压缩性粘土低压缩性粘土3.3.土的压缩模量土的压缩模量E:E:在侧限条件下，土的竖向压应力在侧限条件下，土的竖向压应力 与土的竖向应变与土的竖向应变 之比值之比值E Es s=/，E Es s=(1+e=(1+e1 1)/a)/a1-21-2=h/h土样土样hh第47页，本讲稿共58页4.4.土的前期固结压力土的前期固结压力:该土曾经经受过的上覆土层的该土曾经经受过的上覆土层的自重压力或其它外来荷载自重压力或其它外来荷载

21、(在该荷载下土层已经压密在该荷载下土层已经压密稳定稳定)，通常用，通常用p pc c表示表示.p pc cp po o 欠压密状态土，欠固结欠压密状态土，欠固结p pc c=p=po o 正常压密状态土正常压密状态土p pc cp po o 超压密状态土超压密状态土0 0lgPlgPe ep pc c第48页，本讲稿共58页R R1 1，超压密状态土；超压密状态土；R=1R=1，正常压密状态土；正常压密状态土；R R1 1，欠压密状态土。欠压密状态土。超固结比超固结比R RR=pR=pc c/p/po o第49页，本讲稿共58页饱饱水水土土体体的的压压缩缩是是荷荷载载作作用用下下孔孔隙隙水水从

22、从孔孔隙隙中中排排出出的的过过程程。对对渗渗透透性性弱弱的的土土体体，这这一一随随时时间间的的排排水水压压缩缩过过程称为渗透固结。程称为渗透固结。5.5.饱和粘性土的渗透固结饱和粘性土的渗透固结 =+u 总应力，总应力，土粒骨架承受的应力土粒骨架承受的应力,称有效应力称有效应力uu孔隙水压力。孔隙水压力。t=0时时，=ut，u=0，=第50页，本讲稿共58页砂土砂土黏性土黏性土压缩变形压缩变形变形速度变形速度变形特征变形特征6.6.不同土的压缩特性不同土的压缩特性不大不大较快较快永久变形，永久变形，弹性变形弹性变形部分很少部分很少取决于稠度状态，一取决于稠度状态，一般很大，般很大，很慢。透水越

23、小变形很慢。透水越小变形越慢越慢除永久变形外还有很除永久变形外还有很大的弹性变形大的弹性变形第51页，本讲稿共58页第五节第五节 土的工程分类土的工程分类老堆积土：老堆积土：Q Q3 3以前堆积，超固结，结构强度高。以前堆积，超固结，结构强度高。一般堆积土：一般堆积土：Q Q4 4堆积。堆积。新堆积土：新堆积土：Q Q4 4以后堆积，欠压密状态，结构强以后堆积，欠压密状态，结构强 度低。度低。1.1.堆积年代划分堆积年代划分无机土无机土(Wu5%)(Wu5%)有机质土有机质土(5%Wu10%)(5%Wu10%)泥炭质土泥炭质土(10%Wu60%)(10%60%)(Wu60%)2.2.有机质含量

24、有机质含量残积土、坡积土、洪积土、残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、冲积土、湖积土、海积土、冰积土和风积土冰积土和风积土3.3.地质成因地质成因第52页，本讲稿共58页5.5.特殊土特殊土黄土、红粘土、软土黄土、红粘土、软土 冻土、膨胀土、盐渍土、冻土、膨胀土、盐渍土、填土填土碎石土：碎石土：2mm2mm颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重的50%50%以上以上砂砂 土：土：2mm0.075mm0.075mm颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重的50%50%粉粉 土：土：0.075mm0.075mm颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重的50%50%，I Ip p1010粘性土：粘性

25、土：I Ip p10 10 4.4.颗粒颗粒级配和级配和塑性指塑性指数数第53页，本讲稿共58页碎屑土分类表碎屑土分类表第54页，本讲稿共58页第六节第六节 各种土的工程性质各种土的工程性质碎碎石石类类土土组成特征组成特征物理力学特性物理力学特性工程性质工程性质原生矿物原生矿物(岩屑、石岩屑、石英、长石英、长石)，单粒结构单粒结构块状和假斑块状和假斑状构造状构造孔隙大孔隙大 透水性强透水性强 压缩性低压缩性低 抗剪强度大抗剪强度大与粘粒的含量及孔隙中充填与粘粒的含量及孔隙中充填物的性质和数量有关。物的性质和数量有关。一般构成良好地基一般构成良好地基由于透水性强，常使基坑涌由于透水性强，常使基坑

26、涌水较大，坝基、渠道渗漏。水较大，坝基、渠道渗漏。流水沉积碎石类土：流水沉积碎石类土：分选性好，透水性最强，压缩性最低，抗剪强度分选性好，透水性最强，压缩性最低，抗剪强度最大最大基岩风化碎石和山坡堆积碎石类土：基岩风化碎石和山坡堆积碎石类土：分选较差，透水性相对较弱，内摩分选较差，透水性相对较弱，内摩擦角较小，抗剪强度较低，压缩性稍大擦角较小，抗剪强度较低，压缩性稍大。第55页，本讲稿共58页砂砂类类土土的的工工程程性性质质 组成特征组成特征 物理力学特性物理力学特性基本工程性质基本工程性质原生矿物原生矿物(石英、石英、长石、云长石、云母母)，单粒结构单粒结构伪层状构伪层状构造造透水性强、透水

27、性强、压缩性低、压压缩性低、压缩速度快、内缩速度快、内摩擦角较大摩擦角较大抗剪强度较高抗剪强度较高与砂粒大小和密度有关与砂粒大小和密度有关一般构成良好地基一般构成良好地基为较好的建筑材料，但为较好的建筑材料，但可能产生涌水或渗漏。可能产生涌水或渗漏。粉、细砂土的工程性质粉、细砂土的工程性质相对差，特别是饱水粉、相对差，特别是饱水粉、细砂土受振动后易产生细砂土受振动后易产生液化。液化。第56页，本讲稿共58页粘粘性性土土的的工工程程性性质质组成特征组成特征 物理力学特性物理力学特性基本工程性质基本工程性质粘土矿物粘土矿物团聚结构团聚结构孔隙微小而多孔隙微小而多常常呈呈现现不不同同稠稠度度状态状态

28、压压缩缩速速度度小小，压压缩量大缩量大抗抗剪剪强强度度主主要要取取决决于于凝凝聚聚力力，内内摩擦角较小。摩擦角较小。取决于连结和密实度，取决于连结和密实度，即与其粘粒含量、稠即与其粘粒含量、稠度、孔隙比有关。从度、孔隙比有关。从亚砂土到粘土，其塑亚砂土到粘土，其塑性指数、胀缩量、凝性指数、胀缩量、凝聚力逐渐增大，而渗聚力逐渐增大，而渗透系数和内摩擦角则透系数和内摩擦角则逐渐减小。逐渐减小。工程上常用的涂料。工程上常用的涂料。第57页，本讲稿共58页思考题思考题1 1、解释土的水理性质（稠度、液限、塑限、解释土的水理性质（稠度、液限、塑限、塑性指数、液性指数）、土的前期固结塑性指数、液性指数）、土的前期固结 压力、压缩模量。压力、压缩模量。2 2、简述土的工程分类。、简述土的工程分类。3 3、粘土和砂土的压缩特性有何不同？、粘土和砂土的压缩特性有何不同？4 4、粘土和砂土抗剪强度特性有何不同？、粘土和砂土抗剪强度特性有何不同？第58页，本讲稿共58页