土的物理性質(zhì)(土力學(xué)與土質(zhì)學(xué)第一章)學(xué)習(xí)課件

1、土力學(xué)與土質(zhì)學(xué)土力學(xué)與土質(zhì)學(xué)( (第第1 1章）章）第一章第一章 土的物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)本章學(xué)習(xí)要點： 1、土的形成 2、土的粒徑組成和礦物成分 3、土中的水和氣體 4、土的三相比例指標(biāo) 5、土的物理狀態(tài)及相關(guān)指標(biāo) 6、土的工程分類 7、小結(jié)1 1 土的形成土的形成 天然土是巖石經(jīng)過天然土是巖石經(jīng)過風(fēng)化風(fēng)化后經(jīng)地殼運動、水流、風(fēng)等自后經(jīng)地殼運動、水流、風(fēng)等自然力的然力的剝蝕、搬運剝蝕、搬運及及堆積堆積等作用在各種自然環(huán)境中形成的等作用在各種自然環(huán)境中形成的松散堆積物。松散堆積物。剝蝕剝蝕/搬運搬運/沉積沉積 風(fēng)風(fēng)化化巖石巖石地球土土地球1 1 土的形成土的形成風(fēng)化作用分類：風(fēng)化作用分類： 物

2、理風(fēng)化物理風(fēng)化（量變）指巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，溫度濕度的變化、不均勻膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂隙，崩解為碎塊。這種風(fēng)化僅改變顆粒大小與形狀，不改變原來礦物成分。生成的土呈松散狀態(tài)，無粘性土?；瘜W(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化（質(zhì)變）指巖石碎屑與空氣、水和各種水溶液相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，改變原來礦物成分，形成新的礦物（次生礦物）。生成的土為細粒土，粘性土。生物風(fēng)化生物風(fēng)化（量變&質(zhì)變）指生物活動對巖石產(chǎn)生的破壞作用，分為物理生物風(fēng)化（如植物根部生長對巖石的機械破壞）和化學(xué)生物風(fēng)化（如微生物對巖石的分解作用）。 以上風(fēng)化作用往往是同時存在、相互促進的，在不同的以上風(fēng)化作用往往是同時存在、相互促進的，

3、在不同的環(huán)境中會有不同的主次關(guān)系。巖石成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，環(huán)境中會有不同的主次關(guān)系。巖石成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的不同，其風(fēng)化作用造成的破壞程度也會有差別。其風(fēng)化作用造成的破壞程度也會有差別。2 2 土的粒徑組成和礦物成分土的粒徑組成和礦物成分 土的粒徑組成是指土中不同大小顆粒的相對含量，也土的粒徑組成是指土中不同大小顆粒的相對含量，也稱顆粒級配或粒度成分。稱顆粒級配或粒度成分。1、土粒粒組劃分：將粒徑大小接近、礦物成分和性質(zhì)相似的土粒歸并為若干組別即稱為粒組?？蓜澐郑?200 60 2 0.075 0.005mm 漂石 卵石 礫石 砂粒 粉粒 黏粒 2、顆粒級配：土粒的大小及組成情況，通常以土中各個

4、粒組的相對含量來表示。 級配的測試方法： 篩析法 （ 0.075mm) 沉淀法（水分法的一種）( 0.075mm)2 2 土的粒徑組成和礦物成分土的粒徑組成和礦物成分3、土的礦物成分：土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。因此土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組成及其后的風(fēng)化作用。成土礦物可分為兩大類：原生礦物原生礦物 由巖石經(jīng)物理風(fēng)化生成的， 顆粒成分與母巖的相同， 常見的有石英、長石和云母 顆粒較粗，多呈渾圓形狀， 吸附水的能力弱，無塑性。次生礦物次生礦物 由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物它的成分成分與母巖的完全不同，有高嶺石、伊利石和蒙脫石粘土礦物 顆粒極細，且多呈片狀， 性質(zhì)活潑，吸附水能力強，具塑性

5、。 土的土的粒徑組成粒徑組成和和礦物成分礦物成分是土的主要物是土的主要物質(zhì)成分，它們共同決定了土的質(zhì)成分，它們共同決定了土的物理狀態(tài)物理狀態(tài)和和力力學(xué)特性學(xué)特性。3 3 土中的水和氣體土中的水和氣體 1、土中水 土中水處于不同位置和溫度條件下，可具有不同的物理狀態(tài)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。其中液態(tài)水液態(tài)水是土中孔隙水的主要存在狀態(tài)，因其受土粒表面雙電層影響程度的不同可分為結(jié)合水、自由水結(jié)合水、自由水。 自由水自由水重力水重力水毛細水毛細水在重力作用下可在土中自由流動在重力作用下可在土中自由流動 存在于固氣之間存在于固氣之間 在重力與表面張力作用下在重力與表面張力作用下 可在土粒間空隙中

6、自由移動可在土粒間空隙中自由移動結(jié)合水結(jié)合水土粒表面靜電引力吸附在其周圍的土粒表面靜電引力吸附在其周圍的水水3 3 土中的水和氣體土中的水和氣體 2、土中氣體 土中氣體主要是空氣和水汽，也可能含有較多的二氧化碳、沼氣及硫化氫等氣體。封閉氣體封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道自由氣體自由氣體：與大氣相通，對土的性質(zhì)影響不大存在形式存在形式結(jié)合氣體：結(jié)合氣體：被土粒表面吸附的氣體4 4 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo) 土是由顆粒、水和氣三相組成的，這三相組成部分的質(zhì)量質(zhì)量和體積體積之間的比例關(guān)系，是確定土體性質(zhì)狀態(tài)的關(guān)鍵指標(biāo)。 表示三相比例關(guān)系的重要指標(biāo)有：密度密度、含水率含水率、土粒密土粒密

7、度度、孔隙比孔隙比、孔隙率孔隙率和飽和度飽和度等。其中前三個可以通過試驗測得，后面的可通過相關(guān)關(guān)系計算得到。其中：m土的總質(zhì)量ms、mw 分別為土粒和水的質(zhì)量。V土的總體積。Vs、Vw、Va分別為土粒，水，固體的體積。Vv土的孔隙體積。4 4 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)1、土的質(zhì)量密度（密度）和重力密度（重度） a、密度：即單位體積土的質(zhì)量=m/V b、重度：即單位體積土體所受的重力。=W/V 兩者的換算關(guān)系：=g（g為重力加速度）2、含水率 土中水的重量與土粒重量之比，也是重力之比。 =mw/ms=Ww/Ws 意義意義：表示濕度的物理指標(biāo)，與土的種類，埋藏條件及其 所處的自然地理環(huán)境等

8、有關(guān)。 常見值常見值：砂土 =（040)%；粘性土=（2060)%4 4 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)3、土粒密度s土粒重度s和土粒相對密度 土粒密度s=ms/vs 土粒重度s=ws/vs 土粒相對密度Gs是土粒密度與4攝氏度的純水的密度之比。多在2.652.75之間。4、孔隙比e和孔隙率n a、孔隙比：土中孔隙體積與土粒體積之比。e=Vv/Vs b、孔隙率：土中孔隙體積與土的總體積之比，%n=Vv/V100% 意義：意義：孔隙比或孔隙率的大小反映了土的松密程度，e或n越大土越松，反之土越密。 兩者的換算關(guān)系：n=e/(1+e)4 4 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)5、飽和度Sr 土中水

9、的體積與孔隙體積之比，表示土的潮濕程度。Sr=Vw/Vv Sr=1即表示完全飽和，即孔隙中全部充滿水。6、飽和重度sat、浮重度，、干重度d a、飽和重度：Sr =1時的飽和土重度sat=(Ws+Vvw)/V b、浮重度(有效重度)：土浸入水中受到浮力作用后的重度 ，=sat-w c、干重度：單位體積中的干土粒重d=Ws /V=s/(1+e)=/(1+) 土的干重度越大，表明土體中顆粒含量越高，土體的承載力越好。土的干重度與其含水率有關(guān)，過干過濕都不能達到最大干重度，工程實踐表明最大干重度下的含水率稱為最優(yōu)含水率。 5 5 土的物理狀態(tài)及相關(guān)指標(biāo)土的物理狀態(tài)及相關(guān)指標(biāo)1、粗粒土密實度 一般用相

10、對密實度Dr來評定砂土等非黏性土的密實度(其中e為土的天然狀態(tài)孔隙比)。 Dr=(emax-e)/(emax-emin) Dr的值在01之間，其值越大則砂土越密實2、黏性土的塑性指數(shù)Ip和液性指數(shù)ILIp= L- p IL=(- p)/(L- p)其中-土的天然含水率；L、p-分別為液限和塑限，由實驗測得。 三種狀態(tài)：三種狀態(tài)： IL0 堅硬狀態(tài) 0IL1 流動狀態(tài) 土的物理狀態(tài)主要是指土的土的物理狀態(tài)主要是指土的松密松密和和軟硬軟硬狀態(tài)，它對狀態(tài)，它對工工程性質(zhì)程性質(zhì)有十分重要的影響。有十分重要的影響。6 6 土的工程分類土的工程分類 土的分類原則原則：將其劃分為一定的類別，同一類別的土在工程地質(zhì)性質(zhì)上應(yīng)比較接近。 世界各國、各地區(qū)、各部門，根據(jù)自己的傳統(tǒng)和經(jīng)驗，都有自己的分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)我國建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范分類如下：土土巖石巖石：包括巖漿巖、沉積巖和變質(zhì)巖。碎石土碎石土：包括漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫。砂土砂土：包括礫沙、粗沙、中沙、細沙、粉沙。粉土粉土：包括砂質(zhì)粉土和黏質(zhì)粉土。 黏性土黏性土：包括粉質(zhì)粘土和粘土。特殊土特殊土：包括黃土、凍土、膨脹土、人工填土等。7 7 小結(jié)小結(jié) 本章主要討論了土的的形成條件形成條件，以及土的粒徑粒徑分類方法分類方法，還有土的礦物組成礦