土的物理性質(zhì)與工程分類(lèi).ppt

土的物理性質(zhì)與工程分類(lèi),土的形成與風(fēng)化作用,物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化 生物活動(dòng),巖石和土的粗顆粒受各種氣候等物理因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎 是顆粒大小發(fā)生量的變化 礦物成分與母巖相同，稱(chēng)原生礦物 產(chǎn)生無(wú)粘性土,母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物 顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化 礦物成分與母巖不同，稱(chēng)次生礦物 形成十分細(xì)微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類(lèi),土的形成與風(fēng)化作用,物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化 生物活動(dòng),包括植物、動(dòng)物和土壤微生物的作用 可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化 構(gòu)成土中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的生物循環(huán) 導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變土壤的結(jié)構(gòu),土的形成與風(fēng)化作用,物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化 生物活動(dòng),殘積土 無(wú)搬運(yùn) 運(yùn)積土 有搬運(yùn),搬運(yùn)與沉積,搬運(yùn)與沉積,殘積土 無(wú)搬運(yùn) 運(yùn)積土 有搬運(yùn),風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物 坡積土：土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均 洪積土：有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì) 沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭 湖泊沼澤沉積土：含有機(jī)物淤泥，土性差 海相沉積物：顆粒細(xì)，表層松軟，土性差 冰積土：土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻 風(fēng)積土：顆粒均勻，層厚而不具層理,土中氣體 氣相 次要作用,固體顆粒 固相 構(gòu)成土體骨架 起決定作用,土中水 液相 重要影響,土體的三相構(gòu)成,研究土的基本性質(zhì)，需要從三項(xiàng)本身開(kāi)始研究,固體顆粒 - 礦物成分,固體成分,原生礦物 - 石英、長(zhǎng)石、云母等 次生礦物,礦物質(zhì) 有機(jī)質(zhì),無(wú)定形氧化物膠體 可溶鹽 粘土礦物,具有和原生礦物很不相同的特性 對(duì)粘土性質(zhì)的影響很大,固體顆粒 - 顆粒大小,粒組 將土中不同粒徑土粒，按適當(dāng)粒徑范圍分成的若干小組 界限粒徑 劃分粒組的分界尺寸,d (mm),礫石,砂粒,粉粒,粘粒,膠粒,60,2,0.075,0.005,0.002,0.25,0.5,5,20,粗,中,細(xì),粗,中,細(xì),0.075,粗粒,細(xì)粒,粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱(chēng)無(wú)粘性土。 細(xì)粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱(chēng)粘性土。,巨粒,60,卵石,200,漂石,固體顆粒 - 粒徑級(jí)配,粒徑級(jí)配：各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分 數(shù)來(lái)表示 -無(wú)粘性土工程性質(zhì)的主要決定因素，作為土分類(lèi)定名的主要依據(jù)。 分析方法： 篩分法：適用于粗粒土 孔徑大小不同的篩子 水分法：適用于細(xì)粒土 常采用比重計(jì)法 表述方法: 粒徑級(jí)配累積曲線,固體顆粒 - 粒徑級(jí)配,孔徑 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075),200g土,篩余 0 10 16 18 24 22 38 72,小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（）,粒徑(mm),P 100 95 87 78 66 55 36,土的粒徑級(jí)配累積曲線,水分法,篩分法,固體顆粒 級(jí)配曲線,d60,d50,d10,d30,特征粒徑:,斜率: 某粒徑范圍內(nèi)顆 粒的含量 陡-相應(yīng)粒組含量多 緩-相應(yīng)粒組含量少 平臺(tái)-相應(yīng)粒組缺乏,d50 : 平均粒徑 d60 : 控制粒徑 d10 : 有效粒徑 d30,土的粗細(xì)度：用d50 表示 土的不均勻程度：用不均勻系數(shù)： Cu = d60 / d10 表示，Cu 5，稱(chēng)為不均勻土，反之稱(chēng)為均勻土 連續(xù)程度: 用曲率系數(shù) Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量, Cc=13為連續(xù)級(jí)配, 3或1為不連續(xù)級(jí)配,固體顆粒 級(jí)配曲線,小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）,粒徑(mm),土的粒徑級(jí)配累積曲線,d60,d50,d10,d30,粒組含量用于土的分類(lèi)定名； 不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度： Cu 5為不均勻土； Cu 5為 均勻土 曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度： Cc =13為級(jí)配連續(xù)土；Cc3 或 Cc3 或Cc1為 級(jí)配 不良的土,粒徑級(jí)配曲線和指標(biāo)的應(yīng)用,土 中 水,結(jié)晶水 礦物內(nèi)部的水 結(jié)合水 吸附在土顆粒表面的水 自由水 電場(chǎng)引力作用范圍之外的水 土中冰 由自由水凍成，凍脹融沉 水蒸氣 存在孔隙空氣中,氣相 - 土中氣,自由氣體：與大氣連通連通的氣體 對(duì)土的性質(zhì)影響不大 封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體 其體積與壓力有關(guān)。會(huì)增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性 溶解在水中的氣體 吸附于土顆粒表面的氣體,土體有三個(gè)組成部分：固相、液相和氣相,小 結(jié),固體顆粒 土中水 土中氣體,粒徑級(jí)配 礦物成分 顆粒形狀,結(jié)合水 ：強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水 自由水 ：重力水、毛細(xì)水,自由氣體 封閉氣體,物理性質(zhì)指標(biāo),土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系,密實(shí)程度 干濕程度 ,特點(diǎn): 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多 要點(diǎn)： 名稱(chēng)、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、 單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別 基本方法:,定義,三相草圖法,三 相 草 圖,三 相 草 圖,三個(gè)獨(dú)立變量， 干土或飽和土二個(gè)獨(dú)立變量,其它指標(biāo)： 三相草圖法計(jì)算,實(shí)驗(yàn)室 測(cè)定,基本物理性質(zhì)試驗(yàn),為了確定三相草圖諸量中的三個(gè)量，通常進(jìn)行三個(gè)基本的物理性質(zhì)試驗(yàn)： 土的密度試驗(yàn) 土粒比重試驗(yàn) 土的含水量試驗(yàn),定義：土單位體積的質(zhì)量 表達(dá)式： 單 位: kg/m3 或 g/cm3 一般范圍: 1.602.20 g/cm3,土的密度,基本試驗(yàn)指標(biāo)-土的密度,定義：土粒的密度與4C時(shí) 純蒸餾水密度的比值 表達(dá)式： 單 位: 無(wú)量綱 一般范圍：粘性土 2.702.75， 砂土 2.65,土粒比重Gs,基本試驗(yàn)指標(biāo)-土粒比重,=1.0 g/cm3,土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度,基本試驗(yàn)指標(biāo) - 含水量,定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì) 量之比，用百分?jǐn)?shù)表示 表達(dá)式： 單 位: 無(wú)量綱 一般范圍：變化范圍大,注意: 其實(shí)是含水比,可達(dá)到或超過(guò)100,土的含水量W,可表示同一種土的松密，二者之間存在關(guān)系：,表示土中孔隙含量的指標(biāo),砂類(lèi)土：28-35% 粘性土：30-50%，有的可達(dá)60-70%,孔隙比e：土中孔隙體積與固體顆粒體積之比, 為無(wú)量綱,孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙體積與總體積之比, 用百分?jǐn)?shù)表示,可用三相草圖推出,表示土中含水程度的指標(biāo),對(duì)干土：Sr=0 對(duì)飽和土：Sr=1,含水量：,飽和度：土中水的體積與孔隙體積的比值,飽和度表示孔隙中充滿水的程度：,表示土體密度和容重的指標(biāo),干密度：土被烘干時(shí)的密度， 干容重：,天然密度 天然容重,飽和密度：土被飽和時(shí)的密度， 飽和容重：,浮容重：,靜水下的有效容重,浮密度,各種密度容重間的大小關(guān)系,天然密度 干密度 飽和密度,天然容重 干容重 飽和容重 浮容重,練習(xí)題,某住宅地基勘查中，已知一個(gè)鉆孔原狀土試樣試驗(yàn)結(jié)果為：土的密度=1.80g/cm3，土粒比重Gs=2.70，土的含水量=18.0%，繪制三項(xiàng)草圖，求其余六個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo),練習(xí)題,1、繪制三項(xiàng)草圖 假設(shè),練習(xí)題,小 結(jié),土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系,定義,三相草圖法,特點(diǎn): 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多 要點(diǎn)：名稱(chēng)、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、 單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別,土的物理狀態(tài)指標(biāo),土的物理狀態(tài) 粗粒土的松密程度 粘性土的軟硬狀態(tài),土的物理性質(zhì)指標(biāo) (三相間的比例關(guān)系),表示,粗粒土的密實(shí)狀態(tài),密實(shí)度：通常指單位體積中固體顆粒含量的多少,簡(jiǎn)單方便，但只能用于同一種土，不能反映級(jí)配的影響,物理性質(zhì)指標(biāo)：孔隙比e（孔隙率n） 干容重d,相對(duì)密度：,emax與emin ：最大與最小孔隙比,標(biāo)準(zhǔn)灌入捶擊次數(shù)：N63.5,無(wú)粘性土密實(shí)度,以孔隙比e為標(biāo)準(zhǔn)（砂土）,e0.95時(shí)松散狀態(tài)、強(qiáng)度低、壓縮性大,優(yōu)點(diǎn)： 用一個(gè)指標(biāo)e即可判別砂土的密實(shí)度，應(yīng)用方便，同一種土，密砂的孔隙比e1，松砂孔隙比e2則e1e2，密砂孔隙比反而大于松砂孔隙比。,無(wú)粘性土密實(shí)度,無(wú)粘性土的密實(shí)度,相對(duì)密度：,emax與emin ：最大與最小孔隙比,克服未考慮顆粒級(jí)配的缺陷，可用天然孔隙比e，與同一種砂的最松狀態(tài)孔隙比emax和最密實(shí)狀態(tài)孔隙比emin進(jìn)行對(duì)比，看更靠近emax，以此來(lái)判斷他的密實(shí)度，即相對(duì)密實(shí)度Dr,最大孔隙比emax: 將松散的風(fēng)干土樣通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比 最小孔隙比emin : 將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比,理論上的最大與最小孔隙比在室內(nèi)的測(cè)定有時(shí)很困難,粗粒土的最大與最小孔隙比,相對(duì)密度,粗粒土的相對(duì)密度,相對(duì)密度指標(biāo)主要用于人工填土，對(duì)天然砂土層采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法測(cè)定,無(wú)粘性土密實(shí)度,標(biāo)準(zhǔn)灌入試驗(yàn)N為標(biāo)準(zhǔn)確定無(wú)粘性土密實(shí)度 -現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的一種原位測(cè)試 試驗(yàn)方法：用卷?yè)P(yáng)機(jī)將質(zhì)量為63.5kg的鋼錘，提升76cm高度，讓鋼錘自由下落，打擊灌入器，使灌入器貫入土中深為30cm所需的捶擊數(shù)，記為N63.5，N的大小反映土的貫入阻力的大小，即密實(shí)度的大小，這種方法科學(xué)而準(zhǔn)確 。,5,10,50,30,15,稍密,密實(shí),中密,松散,無(wú)粘性土密實(shí)度,碎石土的密實(shí)度 -用重型動(dòng)力觸探捶擊數(shù)來(lái)劃分密實(shí)度 對(duì)漂石、塊石粒徑大于200mm的顆粒含量較多的碎石土用野外鑒別法劃分密實(shí)狀態(tài)。,粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度，稠度是指土的軟硬程度或土對(duì)外力引起變形或破壞的抵抗能力,稠度狀態(tài)與含水量有關(guān),粘性土,含水量,較硬,變軟,流動(dòng),粘性土的稠度狀態(tài),塑限wp,液限wl,粘性土的稠度反映土中水的形態(tài),固態(tài)或半固態(tài),可塑狀態(tài),流動(dòng)狀態(tài),強(qiáng)結(jié)合水,弱結(jié)合水,自由水,w,強(qiáng)結(jié)合水膜最大,出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水,粘性土的稠度狀態(tài),液限wl（%） 定義：粘性土呈液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量 測(cè)定方法：錘式液限儀，碟式液限儀 塑限wp（%） 定義：粘性土呈塑態(tài)與半固態(tài)之間的分界含水量。 測(cè)定：滾搓法 液塑限聯(lián)合測(cè)定法： 76g，下沉10mm- wl 下沉 2mm- wp,縮限ws（%） 定義：粘性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的分界含水量 測(cè)定：收縮皿法,液性指數(shù)：,IL0 堅(jiān)硬(半固態(tài)) 01 流塑,土的稠度狀態(tài)液性指數(shù),不同的粘土，wp、wl 大小不同。對(duì)于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同,液性指數(shù)是表征土的含水量與分界含水量之間相對(duì)關(guān)系的指標(biāo)。對(duì)重塑土較為合適。,塑性指數(shù),問(wèn)題：反映的是全部土顆粒吸附結(jié)和合的能力，不能充分反映粘土礦物表面活性的高低,活性指數(shù)：,粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比,A 1.25 活性粘土,定義：,大體上表示土的弱結(jié)合水含量,反映吸附結(jié)合水的能力，即粘性大小 大致反映粘土顆粒含量 常作為細(xì)粒土工程分類(lèi)的依據(jù),粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo): 相對(duì)密度Dr,細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo): 液性指數(shù)IL,定義 判別標(biāo)準(zhǔn),界限含水量 wP、wL 土中水形態(tài) 塑性指數(shù) Ip 吸附結(jié)合水的能力,定義 判別標(biāo)準(zhǔn),小 結(jié),土 的 結(jié) 構(gòu),土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié),土粒間的作用力 粗粒土的結(jié)構(gòu) 細(xì)粒土的結(jié)構(gòu) 粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo),土的結(jié)構(gòu)：土顆粒的大小形狀、表面特征、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系的綜合特征,巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,土,建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002,工程性質(zhì)和力學(xué)性能,粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)50%,土的名稱(chēng) 粒組含量,粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25 - 50%,礫砂 粗砂 中砂 細(xì)砂 粉砂,粒徑大于0.5mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%,粒徑大于0.25mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%,粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量85%,粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%,建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002,巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,砂土,巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,土,粉土 粘性土,粘性土：塑性指數(shù)Ip10的土,粉質(zhì)粘土：1017的土,非活性粘土： A 1.25,粉土：粒徑大于0.