土的物理性质及分类.ppt

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1、土的物理性质及分类土的物理性质及分类土的物理性质及分类土的物理性质及分类第第1节节 概述概述第第2节节 土的组成土的组成第第3节节 土的三相比例指标土的三相比例指标第第4节节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度第第5节节 粘性土的物理特征粘性土的物理特征第第6节节 土的渗透性土的渗透性第第7节节 地基土（岩）的分类地基土（岩）的分类2第第1节节 概述概述 土是岩石风化的产物。土是岩石风化的产物。风风化化作作用用物理作用：岩石产生物理作用：岩石产生量量的变化的变化化学作用化学作用生物作用生物作用岩石产生岩石产生质质的变化的变化3 土是三相体。土是三相体。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）

2、固相固相（土颗粒）（土颗粒）土土残积土残积土运积土运积土风成沉积土风成沉积土水成沉积土水成沉积土冰川沉积土冰川沉积土4 饱和土中的孔隙均被水所充填，饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。所以饱和土为二相体。5第第2节节 土的组成土的组成一、土的固相一、土的固相（一）土的颗粒级配（一）土的颗粒级配 按按土土颗颗粒粒粒粒径径（d）大大小小将将土土颗颗粒粒分分组组，称称为为粒粒组组。划划分分粒粒组组的的分分界界尺尺寸寸称称为为界界限限粒径粒径。巨粒巨粒：60mm粗粒粗粒：0.07560mm细粒细粒：0.075mm土的粒组土的粒组6 土颗粒的大小及其组成情况，土颗粒的大小及其组成情况，通常以

3、土中土颗粒各个粒组的相通常以土中土颗粒各个粒组的相对对含含量量（各各粒粒组组占占土土粒粒总总量量的的百百分分数数）来来表表示，称为示，称为土的颗粒级配土的颗粒级配。土土的的颗颗粒粒级级配配可可由由土土的的颗颗粒粒大大小小分分析析试试验验（简称（简称颗分试验颗分试验）测定）测定。筛析法筛析法密度计法密度计法d0.075mm颗颗分分试试验验7 根据颗粒大小分析试验结果，根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制可以绘制颗粒级配累积曲线颗粒级配累积曲线（横（横坐坐标标为为粒粒径径，用用对对数数坐坐标标表表示示；纵纵坐坐标标为为小小于某粒径的土重含量于某粒径的土重含量，用，用常数坐标常数坐标表示）。表示）。颗

4、颗粒粒级级配配曲曲线线的的坡坡度度可可以以大大致致反反映映土土的的均匀程度均匀程度。曲曲线线陡陡，表表示示粒粒径径大大小小相相差差不不多多，土土颗颗粒粒比比较较均均匀匀；曲曲线线缓缓，表表示示粒粒径径大大小小相相差差悬悬殊，土颗粒不均匀，级配良好。殊，土颗粒不均匀，级配良好。8 几个特殊粒径：几个特殊粒径：d10,d30 ,d60 小于某粒径的土颗粒质量累积小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为百分数为10%时，相应的粒径称为时，相应的粒径称为有效粒径有效粒径d10。与之类似可以得到与之类似可以得到d30和和d60（限定粒径限定粒径）。）。土颗粒的级配指标：土颗粒的级配指标：不均匀系数不均匀系数C

5、u=d60/d10 曲率系数曲率系数Cc=(d30)2/(d60 d10)9 Cu反映大小不同粒组的分布情况。反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，表示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。越大，其级配良好。Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。的整体形状。在一般情况下，在一般情况下，Cu10，级配良好级配良好10Cu5Cc=13级配良好级配良好砾砾类类土土或或砂砂类类土土 单独用单独用Cu来确定土的级配情况是来确定土的级配情况是不够的，需同时参考不够的，需同时参考Cc。11（二）土粒的矿物成分（二）土粒的矿物成分 矿物成

6、分对土的性质有着重要矿物成分对土的性质有着重要影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。影响，其中以细粒组的矿物成分最为重要。原生矿物原生矿物：包括石英、长石和云母等。：包括石英、长石和云母等。为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为岩石物理风化的产物，化学性质稳定或较为稳定。为稳定。次生矿物次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。：为原生矿物化学风化的产物。土颗粒的矿物成分土颗粒的矿物成分原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物12 次生矿物主要是次生矿物主要是粘土矿物粘土矿物。由由于于晶晶片片结结合合的的情情况况不不同同，便便形形成成了了具具有有不不同同性性质质的的各各种种粘粘土土矿矿物物，主主要要有有蒙

7、蒙脱脱石石、伊里石和高岭石。伊里石和高岭石。硅氧四面体硅氧四面体硅氧晶片硅氧晶片铝氢氧八面体铝氢氧八面体铝氢氧晶片铝氢氧晶片的的基基本本单单元元粘粘土土矿矿物物结结构构13蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）蒙脱石：亲水性强（吸水膨胀、脱水收缩）伊里石：亲水性中等伊里石：亲水性中等高岭石：亲水性差高岭石：亲水性差14二、土的液相二、土的液相 土中水土中水结合水结合水自由水自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水重力水重力水毛细水毛细水 土的含水量试验所测定的为土中的土的含水量试验所测定的为土中的自由自由水水和和弱结合水弱结合水。15三、土的气相三、土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位土孔隙中未

8、被水所占据的部位由气体充填。由气体充填。土土中中的的气气体体若若与与大大气气相相通通，则则对对土土的的力力学学性性质质影影响响不不大大;若若与与大大气气隔隔绝绝，使使土土的的压压缩缩性提高，透水性减小。性提高，透水性减小。16四、土的结构和构造四、土的结构和构造 土的结构是指由土粒单元的土的结构是指由土粒单元的大大小小、形形状状、相相互互排排列列及及其其联联结结关关系系等等因因素素形成的综合特征。形成的综合特征。土土的的结结构构絮状结构絮状结构：d0.075mm分散结构分散结构：d0.005mm（粘粒在淡水中）（粘粒在淡水中）紧密紧密疏松疏松17第第3节节 土的三相比例指标土的三相比例指标 土

9、的三相比例指标定量反映了土的三土的三相比例指标定量反映了土的三相的组成情况，有助于理解土的基本物理相的组成情况，有助于理解土的基本物理性质。性质。土土液相液相（水）（水）气相气相（气）（气）固相固相（土颗粒）（土颗粒）土是三相体。土是三相体。18 为了对土的基本物理性质有所为了对土的基本物理性质有所了解，需要对土的三相的组成情况了解，需要对土的三相的组成情况进进行行定定量量研研究究。表表示示土土的的三三相相组组成成比比例例关关系系的的指指标标，称称为为土土的的三三相相比比例例指指标标，包包括括土土粒粒比比重重ds、含含水水量量w、密密度度、孔孔隙隙比比e、孔孔隙隙率率n和和饱和度饱和度Sr。土

10、土粒粒比比重重ds：土土粒粒质质量量与与同同体体积积的的44时时纯纯水水的的质质量量之之比比。在在数数值值上上等等于于土土粒粒密密度度，但但无无量量纲纲。在在试试验验室室用用“比比重重瓶瓶法法”测测定定，一般土粒比重的变化幅度不大。一般土粒比重的变化幅度不大。19 土的含水量土的含水量w：土中水的质量土中水的质量与土粒质量之比。在试验室一般用与土粒质量之比。在试验室一般用“烘烘干干法法”测测定定。一一般般来来说说，同同一一类类土土，当当含水量增大时，其强度就降低。含水量增大时，其强度就降低。土土的的密密度度干密度干密度饱和密度饱和密度有效密度有效密度干重度干重度饱和重度饱和重度有效重度有效重度

11、 土土的的密密度度：土土单单位位体体积积的的质质量量。在在试试验室一般用验室一般用“环刀法环刀法”测定。测定。20 土的孔隙比土的孔隙比e：土中孔隙体积土中孔隙体积与土粒体积之比。可以用来评价与土粒体积之比。可以用来评价天然土层的密实程度。天然土层的密实程度。土的孔隙率土的孔隙率n：土中孔隙体积与土体总体土中孔隙体积与土体总体积之比。积之比。土的饱和度土的饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体积土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。与孔隙总体积之比。21第第4节节 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 无无粘粘性性土土的的密密实实度度与与其其工工程程性性质质有有着着密密切切的的关关系系。呈呈密密实实状

12、状态态时时，为为良良好好地地基基；呈疏松状态时，为不良地基。呈疏松状态时，为不良地基。无无粘粘性性土土的的最最小小孔孔隙隙比比emin：处处于于最最紧紧密密状状态态的的孔孔隙隙比比。在在试试验验室室可可用用“振振击击法法”测定。测定。无无粘粘性性土土的的最最大大孔孔隙隙比比emax：处处于于最最疏疏松松状状态态的的孔孔隙隙比比。在在试试验验室室可可用用“漏漏斗斗法法”或或“量筒法量筒法”测定。测定。22无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度Dr：无无粘粘性性土土的的最最大大孔孔隙隙比比与与天天然然孔孔隙隙比比之之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。Dr

13、=(emax-e)/(emax-emin)相相对对密密实实度度的的值值介介于于01之之间间，值值越越大大，表示越密实。表示越密实。23第第5节节 粘性土的物理特征粘性土的物理特征一、粘性土的界限含水量一、粘性土的界限含水量 同同一一种种粘粘性性土土随随着着含含水水量量的的不不同同，可可分分别别处处于于固固态态、半半固固态态、可可塑塑状状态态和和流流动动状状态态。粘粘性性土土由由一一种种状状态态转转到到另另一一种种状状态态的分界含水量，称为的分界含水量，称为界限含水量界限含水量。0固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态缩限缩限ws塑限塑限wp液限液限wlw24液液限限仪仪锥式液限仪

14、锥式液限仪碟式液限仪碟式液限仪塑限塑限：搓条法：搓条法液限液限塑限塑限液限液限：液塑限液塑限联合测定仪联合测定仪横坐标：土样含水量横坐标：土样含水量纵坐标：圆锥入土深度纵坐标：圆锥入土深度25二、粘性土的塑性指数和液性指数二、粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数塑性指数Ip为液限和塑限的差为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。塑性指数在一定程度上综合反映了影响塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素粘性土特征的各种重要因素(土的颗粒组成，土的颗粒组成，土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度土的矿物成分以及土中水的离子成

15、分和浓度等等)。液性指数液性指数Il为粘性土的天然含水量和塑为粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。限的差值与塑性指数的比值。26 液性指数可以表示粘性土液性指数可以表示粘性土所处的软硬状态。液性指数的所处的软硬状态。液性指数的值越大，表示土质越软。值越大，表示土质越软。三、粘性土的灵敏度和触变性三、粘性土的灵敏度和触变性 土土的的灵灵敏敏度度：原原状状土土的的强强度度与与同同一一土土经经重重塑塑（含含水水量量不不变变，土土的的结结构构被被彻彻底底破破坏坏）后的强度之比。后的强度之比。土土的的灵灵敏敏度度越越高高，其其结结构构性性越越强强，受受扰扰动动后后土土的的强强度度降降低低就就

16、越越多多。施施工工中中要要尽尽量量减减少对土结构的扰动。少对土结构的扰动。27 土的触变性土的触变性：粘性土的结构：粘性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但遭到破坏，其强度就会降低，但随随着着时时间间发发展展土土体体的的强强度度会会逐逐渐渐恢恢复复，这这种种胶体化学性质称为土的触变性。胶体化学性质称为土的触变性。28第第6节节 土的渗透性土的渗透性 土的渗透性土的渗透性：水流通过土中孔隙难易：水流通过土中孔隙难易程度的土体性质。程度的土体性质。达达西西定定律律：土土中中渗渗流流速速度度v与与水水力力梯梯度度i之之间间呈呈线线性性比比例例关关系系（比比例例常常数数k称称为为渗渗透系数）。公式表示

17、为：透系数）。公式表示为：v=ki 在砂性土中水的流动满足达西定律。在砂性土中水的流动满足达西定律。29 在粘性土中只有当水头梯度在粘性土中只有当水头梯度超过起始梯度（临界梯度，梯度超过起始梯度（临界梯度，梯度阈值）才开始发生渗流。阈值）才开始发生渗流。30第第7节节 地基土（岩）地基土（岩）的分类的分类一、岩石的工程分类一、岩石的工程分类（一）岩石按坚硬程度分类（一）岩石按坚硬程度分类1.硬质岩石（硬质岩石（qu30MPa）2.软质岩石（软质岩石（qu 30MPa）（二）岩石的风化程度（二）岩石的风化程度1.微风化微风化2.中等风化中等风化3.强风化强风化31 二、土的工程分类二、土的工程分

18、类一般土一般土粗粒土粗粒土细粒土细粒土砾类土：砾类土：260mm砂类土：砂类土：0.0752mm粉土：粉土：0.075mm粘土：粘土：60mm特殊土：软土、黄土、膨胀土等特殊土：软土、黄土、膨胀土等工工程程用用土土32 土按有机质含量（土按有机质含量（Wu）的分类的分类 土土无机土：无机土：Wu 10%泥炭：泥炭：Wu 60%注：有机质含量注：有机质含量Wu按烧失量试验确定。按烧失量试验确定。【引自引自 中华人民共和国国家标准岩土工程勘察中华人民共和国国家标准岩土工程勘察规范（规范（GB 50021-94）】33 软土：指在静水或非常缓慢软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学的流

19、水环境中沉积，经生物化学作用下形成的软弱土。作用下形成的软弱土。物物理理力力学学特特性性软软土土的的天然孔隙比大天然孔隙比大：e1天然含水量高天然含水量高：wwl压缩系数高压缩系数高渗透系数小渗透系数小抗剪强度低抗剪强度低灵敏度高灵敏度高34淤泥：淤泥：e1.5淤泥质土：淤泥质土：1.5 e1.0软软土土35三、细粒土按塑性图分类三、细粒土按塑性图分类 粗、细粒组的分界粒径：粗、细粒组的分界粒径：0.075mm。土土粗粒土：粗粒土：按颗粒大小及级配分类按颗粒大小及级配分类细粒土：细粒土：按塑性图分类按塑性图分类 土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好土的塑性指数虽然是划分细粒土的良好指标，但是塑性

20、指数反映的只是一个相对的指标，但是塑性指数反映的只是一个相对的含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑含水量范围，具有相同的塑性指数，液、塑限却可能完全不同，土性也可能很不相同。限却可能完全不同，土性也可能很不相同。36细粒土的科学合理的分类，应综合细粒土的科学合理的分类，应综合考虑塑性指数和液限（或塑限）。考虑塑性指数和液限（或塑限）。0IpwlMLMHCHCL40:Ip=0.63(wl-20):Ip=10:wl=40%37 有机质土可在相应的土类有机质土可在相应的土类代号之后缀以代号代号之后缀以代号O，如，如CHO，MHO等。等。土的分类标准：土的分类标准：1.粗粒土粗粒土（试样中粗粒组质量

21、（试样中粗粒组质量总质量的总质量的50%）；）；2.细粒土细粒土（试样中细粒组质量（试样中细粒组质量总质量的总质量的50%）；）；3.含粗粒的细粒土含粗粒的细粒土（试样中粗粒组质量（试样中粗粒组质量为总质量的为总质量的2550%）。）。38 关于几个问题的讨论关于几个问题的讨论1.1.“含水量含水量”的名称：的名称：一个指标的名称应能准确地反映其所表一个指标的名称应能准确地反映其所表示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，示的内容和意义。用中国传统的词语习惯，“量量”应为一量词，是有量纲（或单位）应为一量词，是有量纲（或单位）的，如的，如“质量质量”（单位为（单位为g g或或kgkg）、）、“重

22、量重量”（单位为（单位为N N或或kNkN）等。等。而从而从“含水量含水量”的定义看，它是两个质的定义看，它是两个质量之比，是无量纲的。量之比，是无量纲的。39 所以从名称的科学化、规范所以从名称的科学化、规范化的角度，从不至于造成混淆、化的角度，从不至于造成混淆、便于理解的意义上，本人认为便于理解的意义上，本人认为“含水量含水量”的的名称需更改。名称需更改。现现有有学学者者将将含含水水量量改改称称为为“含含水水率率”，从从无无量量纲纲上上与与定定义义是是符符合合了了，但但本本人人认认为为似似乎乎还还不不确确切切，因因为为“率率”一一般般反反映映某某相相关关部部分分占占整整体体的的比比例例（与

23、与时时间间有有关关的的名名词词排排除除在在外外，如如速速率率），如如“升升学学率率”、“效效率率”、“孔孔隙隙率率”等等；而而“含含水水量量”的的定定义义却却是是整整体中部分与部分的比值，所以称体中部分与部分的比值，所以称“含水率含水率”40似也不妥，建议称为似也不妥，建议称为“含水比含水比”或或“水比水比”。“水比水比”似更好似更好一些，亦可与一些，亦可与“孔隙比孔隙比”相比照。相比照。2.“2.“液性指数液性指数”的名称：的名称：“塑塑性性指指数数”为为两两个个含含水水量量（液液限限和和塑塑限限）之之差差，而而“液液性性指指数数”却却为为两两个个含含水水量量之之差差的的比比值值，完完全全不

24、不同同的的概概念念名名称称却却都都用用“指指数数”的的称称谓谓，似似欠欠妥妥，不不便便于于理理解解。可可否否改改为为“相相对对可可塑塑度度”，与与“液液性性指指数数”的的定定义义相相符符，也也可可与与无无粘粘性性土土的的“相相对对密密实实度度”相比照。相比照。413.3.有机质含量与烧失量：有机质含量与烧失量：现行的中华人民共和国现行的中华人民共和国国国家家标标准准岩岩土土工工程程勘勘察察规规范范（GB 50021-94）在在按按“有有机机质质含含量量”对对土土进进行行分分类类时时注注明明“有机质含量有机质含量Wu按烧失量试验确定按烧失量试验确定”。中中国国国国家家标标准准汇汇编编（GB 78

25、76-87）中中是是这这样样定定义义“烧烧失失量量”的的：烧烧失失量量不不包包括括吸吸湿湿水水，仅仅包包括括有有机机质质和和水水合合水水，石石灰灰性性土土壤中还包括二氧化碳。壤中还包括二氧化碳。42 由烧失量的定义可知：有由烧失量的定义可知：有机质含量高，烧失量就高；烧机质含量高，烧失量就高；烧失量高，有机质含量却并不一定高。也就是失量高，有机质含量却并不一定高。也就是说，说，烧失量的高低并不一定能准确地反映土烧失量的高低并不一定能准确地反映土中的有机质含量水平中的有机质含量水平。因此，。因此，烧失量与有机烧失量与有机质含量是两个不能相等同的概念，二者之间质含量是两个不能相等同的概念，二者之间

26、既有联系又存在着区别。既有联系又存在着区别。而现行的规范却把两个不同的概念混同而现行的规范却把两个不同的概念混同了。了。43 由此可见，由此可见，以与有机质含量以与有机质含量不同概念的烧失量作为判定是否不同概念的烧失量作为判定是否为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。为有机土的指标，是不科学的、有失偏颇的。本人建议应当及时地修订现行规范中的有关本人建议应当及时地修订现行规范中的有关条款和内容，制定以真正的有机质含量作为条款和内容，制定以真正的有机质含量作为衡量指标的科学的判定标准。衡量指标的科学的判定标准。4.“4.“孔隙率孔隙率”：从实用价值上看，在土力学中，从实用价值上看，在土力学中，“

27、孔隙孔隙率率”这个指标的实用意义不大，况且与这个指标的实用意义不大，况且与“孔孔隙比隙比”的关系过于简单，两者保留一个即可。的关系过于简单，两者保留一个即可。这不是原则问题。这不是原则问题。44第第2章章 内容勘误内容勘误1.p24：从上向下第：从上向下第8行行“单位土体积单位土体积扣除同体积水的质量后扣除同体积水的质量后”2.p27：从从上上向向下下第第5行行“是是因因为为它它所所具具有有的的单单粘粘结构决定的结构决定的”3.p33：表表1-18从从上上向向下下第第3行行“粒粒径径大大于于20mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%”4.p35：表：表1-21第第1行行“粉质粘粉质粘上上”土粒土粒粒粒60mm土土45第第2章章 重点内容重点内容1.土的颗粒级配，级配指标土的颗粒级配，级配指标2.土中水的分类土中水的分类3.土的结构土的结构4.土的三相比例指标的定义土的三相比例指标的定义5.相对密实度相对密实度6.粘性土的灵敏度和触变性粘性土的灵敏度和触变性7.土的工程分类原则土的工程分类原则8.软土的物理力学特性软土的物理力学特性46第第2章章 作业作业p39：1-2，1-4，1-6，1-747