第4講第一章土物理性質(zhì)PPT課件

1、 流動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)粘土中水較多、土粒完全被水隔開(kāi)時(shí),土成泥漿狀，可流動(dòng)。這時(shí)土的抗剪強(qiáng)度極低。 可塑狀態(tài)：在外力作用下可塑成任何形狀而不發(fā)生裂縫，當(dāng)外力移去后能保持既得形狀，不回彈也不坍塌，粘性土的這種特性稱為可塑性，相應(yīng)的狀態(tài)為可塑狀態(tài)。此時(shí)土有很小的抗剪強(qiáng)度。 半固態(tài)：當(dāng)含水量繼續(xù)減少時(shí)，土體因水份減少而發(fā)生體積收縮，稱為半固態(tài)。第1頁(yè)/共39頁(yè) 固態(tài)：當(dāng)含水量進(jìn)一步減少，但其體積不再收縮時(shí)，粘土處于固態(tài)。 處于半固態(tài)和固態(tài)的粘性土，具有較大的抗剪強(qiáng)度，在外力作用下不再有可塑性，而是呈脆性。 界線含水量：粘性土的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一種狀態(tài)時(shí)的分界含水量稱為界線含水量。 土由流動(dòng)狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界

2、限含水量稱為液限，用WL表示；土由可塑狀態(tài)變化到半固態(tài)的界限含稱為塑限，用WP表示；由半固態(tài)到固態(tài)的界限含水量稱為縮限，用WS表示。塑限WP和液限WL在國(guó)際上稱為阿太堡界限，來(lái)源于土壤學(xué)，后來(lái)應(yīng)用于土木工程。第2頁(yè)/共39頁(yè) 處于固態(tài)的土，基本上只含強(qiáng)結(jié)合水；處于半固態(tài)的土，含強(qiáng)結(jié)合水及部分弱結(jié)合水；處于塑性狀態(tài)的粘性土含有結(jié)合水和少部分自由水；處于流動(dòng)狀態(tài)的粘性土含有大量的自由水。（二）界限含水量的測(cè)定方法1液限WL的測(cè)定我國(guó)用錐式液限儀 來(lái)測(cè)定，如下圖所示。第3頁(yè)/共39頁(yè) 將調(diào)成濃糊狀的試樣裝滿盛土杯，刮平杯口面，手握手柄將園錐體輕放于試樣之上，使其在自重作用下緩慢下沉。如經(jīng)過(guò)15s圓錐

3、沉入深度恰好為10mm時(shí)，該試祥的含水量即為液限wL值。 若錐體入土深度大于10mm，說(shuō)明土樣的含水量高于液限；若錐體入土深度小于10mm，說(shuō)明土樣的含水量低于液限。需重新調(diào)配試樣，直到合格為止。 對(duì)于合格的試樣，利用烘干法測(cè)定其含水量，即為液限wL。 在歐美等國(guó)家多采用碟式液限儀。第4頁(yè)/共39頁(yè)2塑限WP的測(cè)定 用“搓條法”測(cè)定，將調(diào)配好的試樣，用手先搓成直徑小于10mm的小園球，然后用手撐放在毛玻璃板上搓成小土條，若土條搓至直徑為3mm時(shí)正好斷裂或出現(xiàn)較多裂縫，這時(shí)土樣的含水量就是塑限。若土條搓至直徑3mm時(shí)仍未斷裂，說(shuō)明試樣含水量高于塑限；如土條過(guò)早斷裂，說(shuō)明土樣含水量低于塑限。在這種

4、情況下，都需重新調(diào)配試樣直到合格為止。然后，將合格的試樣稱取15g，用”烘干法”測(cè)定含水量，即得塑限P。第5頁(yè)/共39頁(yè)3液塑限聯(lián)合測(cè)定法（公路系統(tǒng)） 用錐式液限儀進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，圓錐的入土深度與土樣的含水量有關(guān)。試驗(yàn)表明，二者在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上為直線關(guān)系，如下圖所示。 試驗(yàn)時(shí)，調(diào)配成三種含水量不同的試樣，分別用錐式液限儀來(lái)測(cè)定入土深度，這樣便在雙對(duì)數(shù)座標(biāo)上得到三個(gè)點(diǎn)， 第6頁(yè)/共39頁(yè) 通過(guò)這三點(diǎn)，畫(huà)一條直線。相應(yīng)于入土深度10mm時(shí)的含水量為液限L，相應(yīng)于入土深度為2mm時(shí)的含水量為塑限P。（三）塑性指數(shù)與液性指數(shù)1塑性指數(shù)：液限L與塑限P的差值，即 IP = LP 習(xí)慣用不帶的數(shù)值表示。 塑性指

5、數(shù)的大小，反映了土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。IP值越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也越大。而土處于可塑狀態(tài)時(shí)，土中水是結(jié)合水和小部分自由水。 第7頁(yè)/共39頁(yè) 因此，IP的大小與土中結(jié)合水的含量有明顯的關(guān)系，也就是與土顆粒大小有關(guān)，土粒越細(xì)，粘粒越多，其比表面積 越大，結(jié)合水含量越高，IP值也就越大。 此外，塑性指數(shù)的大小也與礦物成份和土中水的化學(xué)成份有關(guān)，可看成是土的一個(gè)綜合性指標(biāo)。對(duì)于塑性指數(shù)相似的粘性土，一般均表現(xiàn)出相似的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)。此外，塑性指數(shù)的大小也與礦物成份和土中水的化學(xué)成份有關(guān)，可看成是土的一個(gè)綜合性指標(biāo)。對(duì)于塑性指數(shù)相似的粘性土，

6、一般均表現(xiàn)出相似的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)。 第8頁(yè)/共39頁(yè)2液性指數(shù)（稠度） 式中：-土的天然含水量。 由上式可見(jiàn)：當(dāng)P時(shí)，IL L時(shí)，IL 1，土處于流動(dòng)狀態(tài)。第9頁(yè)/共39頁(yè) 由此可見(jiàn)，液性指數(shù)IL的大小反映了粘性土的軟硬程度。IL越大，土越軟。根據(jù)液性指數(shù)IL的大小，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范將粘性土劃分為五種軟硬狀態(tài)，劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)下表（四）粘性土的靈敏度和觸變性 天然狀態(tài)下的粘性土，由于地質(zhì)歷史作用常具有一定的結(jié)構(gòu)性。當(dāng)土體受到外力擾動(dòng)作用，其結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，土的強(qiáng)度降低，壓縮性增高。工程上常用靈敏度St來(lái)衡量粘性土結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的影響。粘性土的軟硬狀態(tài) 第10頁(yè)

7、/共39頁(yè)1靈敏度 Si= qu /qu 式中：qu原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa； qu重塑土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa。 土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈明顯。因此，在基礎(chǔ)工程施工中必須注意保護(hù)基槽，盡量減少對(duì)土結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。第11頁(yè)/共39頁(yè)2粘性土的觸變性：粘性土受擾動(dòng)時(shí)強(qiáng)度降低，而靜止時(shí)土的強(qiáng)度又重新增長(zhǎng)的性質(zhì)，稱為土的觸變性。 土的觸變性對(duì)樁基礎(chǔ)很有利，打預(yù)制樁時(shí)，樁周?chē)潦苷鸾Y(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，使樁容易打入。當(dāng)打樁停止后，土的部分強(qiáng)度又恢復(fù)，使樁的承載力又提高了。（五）土的最優(yōu)含水量1定義 修建公路，有一半以上的路段為填方路段，人工填土作為路基必須處理，一般采用壓路

8、機(jī)碾壓法。對(duì)于建筑工程，當(dāng)人工填土作為建筑物地基時(shí)，也必須處理，一般利用人工夯實(shí)的方法進(jìn)行分層夯實(shí)，以提高填土的強(qiáng)度，增加密實(shí)度和降低透水性，降低壓縮量。 第12頁(yè)/共39頁(yè) 對(duì)于過(guò)干的土進(jìn)行夯打時(shí)，由于土中水主要是強(qiáng)結(jié)合水，土粒周?chē)乃ず鼙?，顆粒間具有很大的分子吸引力，阻止顆粒間的移動(dòng)，擊實(shí)比較困難。當(dāng)含水量繼續(xù)增加時(shí)，土中含強(qiáng)結(jié)合水及弱結(jié)合水，水膜變厚，土粒間聯(lián)結(jié)力減弱而使土粒便于移動(dòng)，擊實(shí)效果較好；當(dāng)水含量繼續(xù)增大時(shí)，土中出現(xiàn)了自由水，擊實(shí)時(shí)，孔隙中過(guò)多的水分不易立即排出，勢(shì)必阻止土粒間的靠擾，產(chǎn)生軟彈現(xiàn)象（俗稱橡皮土），擊實(shí)效果反而下降。所以，要使土的擊實(shí)效果最好，含水量必定有一個(gè)最

9、佳值，即最優(yōu)含水量。 最優(yōu)含水量：在一定夯擊或壓實(shí)能量下，填土達(dá)到最大干密度時(shí)，相應(yīng)的含水量為最優(yōu)含水量。第13頁(yè)/共39頁(yè)2最優(yōu)含水量0P的測(cè)定 用擊實(shí)儀測(cè)定，如下圖所示。 圖中擊錘重24.5N，錘底直徑50mm，落距460mm，擊實(shí)筒的容積為1000cm3，內(nèi)裝土樣。 導(dǎo)筒起導(dǎo)向作用，將土樣放，松手后擊錘在自重作用下下落，可將土樣擊實(shí)。第14頁(yè)/共39頁(yè) 試驗(yàn)時(shí)，對(duì)同一種土，配成若干份含水量不同的試樣，對(duì)每一份先取1/3倒入擊實(shí)筒內(nèi)，進(jìn)行擊實(shí)。對(duì)于砂土一般20擊，粘土30擊。然后再取1/3倒入擊實(shí)筒，再進(jìn)行擊實(shí)，最后將另外1/3倒入擊實(shí)筒，進(jìn)行擊實(shí)，也就是分三層夯實(shí)，達(dá)到規(guī)定擊數(shù)后，測(cè)定土

10、樣的含水量和干密度。含水量一般用烘干法測(cè)定，而土樣的干密度可按下式計(jì)算，即第15頁(yè)/共39頁(yè) 式中：m-擊實(shí)筒的土樣質(zhì)量，g； A0-擊實(shí)筒內(nèi)面積，cm2； h-擊實(shí)后試樣高度，cm； -含水量，用烘干法測(cè)定。 根據(jù)對(duì)不同含水量試樣進(jìn)行試驗(yàn) 的結(jié)果，繪制擊實(shí)曲線，即含水 量與干密度關(guān)系的曲線，如下圖 所示，曲線處于峰值的含水量就 是最優(yōu)含水量0P，相應(yīng)的干密 度為dmax.第16頁(yè)/共39頁(yè) 從擊實(shí)曲線可以看出，當(dāng)填土中的含水量低于最優(yōu)含水量時(shí)，隨著含水量的增加，干密度也隨之加大，表明擊實(shí)效果逐步提高。當(dāng)含水量高于最優(yōu)含水量后，隨著含水量的增加，擊實(shí)效果反而下降。因此，用人工填土作為地基時(shí)，首

11、先應(yīng)調(diào)整其含水量為最優(yōu)含水量，然后再夯實(shí)或碾壓，才能獲得最高的密實(shí)度。3最優(yōu)含水量經(jīng)驗(yàn)值 0p=p+2 有時(shí)，在缺少擊實(shí)儀條件下，可根據(jù)測(cè)得的塑限估計(jì)最優(yōu)含水量。第17頁(yè)/共39頁(yè)二、無(wú)粘性土的密實(shí)度 對(duì)于砂、卵石、礫石等無(wú)粘性土，屬單粒結(jié)構(gòu)，最主要的物理特性指標(biāo)就是密實(shí)度。表明密實(shí)度的方法有三種：1. 用孔隙比e作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)，e值越小，土越密實(shí)。 以相對(duì)密度Dr作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn) 相對(duì)密度 第18頁(yè)/共39頁(yè) 式中：e天然孔隙比；emax最疏松狀態(tài)下的孔隙比，即最大孔隙比；emin最密實(shí)狀態(tài)下的孔隙比，即最小孔隙比。Dr01。Dr值越大，土越密實(shí)。則： 10.67 密實(shí)的 0.67

12、0.33 中密的 0.330 松散的第19頁(yè)/共39頁(yè) 3. 用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)捶擊數(shù)N63.5作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試方法，是將標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中一定距離（30cm）所需落錘次數(shù)（標(biāo)貫擊數(shù)），記為N63.5，該值反映了土的密實(shí)度的大小。該值越大，土越密實(shí)（見(jiàn)下表） 砂土和碎石土密實(shí)度的劃分 第20頁(yè)/共39頁(yè) 1.5 土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造一、土的結(jié)構(gòu)1土粒間的連結(jié)關(guān)系（1）接觸連結(jié)：是指顆粒之間的直接接觸，接觸點(diǎn)上的連結(jié)強(qiáng)度主要來(lái)源于外加壓力所帶來(lái)的有效接觸壓力。這種連結(jié)方式在碎石土、砂土、粉土中或近代沉積土中普遍存在。（2）膠結(jié)連結(jié)：是指顆粒之間存在著許多膠結(jié)物質(zhì)，將顆粒

13、膠結(jié)連結(jié)在一起，一般其連結(jié)較為牢固。膠結(jié)物質(zhì)般有粘土質(zhì)，可溶鹽和無(wú)定形鐵、鋁、硅質(zhì)等。第21頁(yè)/共39頁(yè) 3）結(jié)合水連結(jié)：是指通過(guò)結(jié)合水膜而將相鄰?fù)亮＿B結(jié)起來(lái)的形式，又叫水膠連結(jié)。這種連結(jié)在一般粘性土中普遍存在。 （4）冰連結(jié)：是指含冰土的暫時(shí)性連結(jié)，融化后即失去這種連結(jié)。 2土的結(jié)構(gòu)類(lèi)型（1）單粒結(jié)構(gòu)（a）為舒松狀態(tài)（b）為密實(shí)狀態(tài)第22頁(yè)/共39頁(yè)（2）蜂窩結(jié)構(gòu) 主要由粉粒（粒徑為0.005mm 0.075mm）組成的結(jié)構(gòu)形式，在水中因自重作用而下沉，碰到別的正在下沉或已沉積的土粒，由于土粒間的分子引力大于下沉土粒的重力，則下沉土粒被吸引，不再下沉，逐漸形成鏈環(huán)狀單元。很多這樣的鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起

14、來(lái)，便形成較大孔隙的蜂窩結(jié)構(gòu)第23頁(yè)/共39頁(yè)（3）絮狀結(jié)構(gòu) 絮狀結(jié)構(gòu)又稱絮凝結(jié)構(gòu)，細(xì)微的粘粒（粒徑小于0.005mm）大都呈針狀或片狀，形成絮狀結(jié)構(gòu)。 蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)的土，其土粒間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度會(huì)由于壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強(qiáng)，這種強(qiáng)度稱為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。第24頁(yè)/共39頁(yè)二、土的構(gòu)造1層狀構(gòu)造 土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層層互相平行，反映不同年代不同搬運(yùn)條件形成的土層2分散構(gòu)造 是指顆粒在其搬運(yùn)和沉積過(guò)程中，經(jīng)過(guò)分選的卵石、礫石、砂等因沉積厚度較大而不顯層理的一種構(gòu)造第25頁(yè)/共39頁(yè)結(jié)核狀構(gòu)造在細(xì)粒土中混有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含礓石的粉質(zhì)黏土、含礫石的冰則黏土等，均屬結(jié)核狀

15、構(gòu)造。裂隙構(gòu)造裂隙構(gòu)造是因土體被各種成因形成的不連續(xù)的小裂隙切割而形成的，在裂隙中常充填有各種鹽類(lèi)的沉淀物。不少堅(jiān)硬和硬塑狀態(tài)的粘性土具有此種構(gòu)造，如圖l所示。裂隙將破壞土的整體性，增大透水性，對(duì)工程不利。第26頁(yè)/共39頁(yè) 1.6 土的工程分類(lèi) 土是自然地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，它的成份、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是是千變?nèi)f化的，其工程性質(zhì)也是千差萬(wàn)別的。因此，有必要對(duì)土進(jìn)行科學(xué)的分類(lèi)，即把工程性質(zhì)近似的土劃分為一類(lèi)。 人們?cè)陂L(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，已提出過(guò)不少分類(lèi)系統(tǒng)。如：地質(zhì)分類(lèi)、土壤分類(lèi)、粒徑分類(lèi)、結(jié)構(gòu)分類(lèi)等。每一種分類(lèi)系統(tǒng)，反映了土某些方面的特征。在工程實(shí)踐中需要的是適合于工程用途的工程分類(lèi)方法，既按土的主要工程特

16、性進(jìn)行分類(lèi)。 下面主要介紹建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的分類(lèi)法和公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范分類(lèi)法。第27頁(yè)/共39頁(yè)一、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范分類(lèi)法1巖石 巖石是指顆粒間牢固粘結(jié)，呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。（1）按巖石的堅(jiān)硬程度，分為堅(jiān)硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖 巖石堅(jiān)硬程度的劃分 第28頁(yè)/共39頁(yè)（2）按巖石的風(fēng)化程度，分為未風(fēng)化、微風(fēng)化、中風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化。（3）按巖石的完整程度，分為完整、較完整、較破碎、破碎、極破碎 2碎石土 是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土。巖石的完整程度 第29頁(yè)/共39頁(yè)2碎石土 是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土。 根據(jù)粒組含量及

17、顆粒形狀可分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫碎石土的分類(lèi) 第30頁(yè)/共39頁(yè) 3砂土 是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50%，而粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重50%的土。 根據(jù)粒組含量分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂 砂土的分類(lèi) 第31頁(yè)/共39頁(yè)4粉土 是指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過(guò)全重50%，且塑性指數(shù)IP10的土。5粘性土 粘性土是指塑性指數(shù)Ip大于10的土。 根據(jù)塑性指數(shù)Ip可分為粉質(zhì)粘土（10Ip17）和粘土（Ip17）。6人工填土 人工填土是指由于人類(lèi)活動(dòng)而形成的堆積物。（1）根據(jù)其物質(zhì)組成和成因,可分為素填土、雜填土和沖填土三類(lèi)。素填土：由碎石、砂

18、土、粉土、粘性土等組成的填土，不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。雜填土：含有大量建筑垃圾、工業(yè)廢料或生活垃圾等雜物的填土。第32頁(yè)/共39頁(yè) 沖填土：由水力沖填泥砂形成的填土。（2）按堆填時(shí)間,分為老填土和新填土。老填土：堆填時(shí)間超過(guò)10年的粘土或超過(guò)5年的粉土。新填土：堆填時(shí)間小于10年的粘土或小于5年的粉土。7特殊性土（1）淤泥和淤泥質(zhì)土 淤泥：天然含水量L，天然孔隙比e1.5的粘性土稱為淤泥。 淤泥質(zhì)土：天然含水量L，天然孔隙比1.0 50，裂隙發(fā)育，具有明顯收縮性的棕紅、褐黃等色的高塑性粘土稱為紅粘土，一般分布于北緯33度以南地區(qū)。 次生紅粘土：經(jīng)搬運(yùn)但仍保留紅粘土特征，且液限L45的土，稱為次生紅粘土。（3）黃土