土力學(xué)：第一章 土的物理性質(zhì)課件

第一章土的物理性質(zhì)一、土的生成巖石風(fēng)化，剝蝕水、風(fēng)的搬運(yùn)或就地沉積土物理風(fēng)化：氣溫變化、機(jī)械破壞，生成砂、礫等粗顆粒土。特征：機(jī)械破壞、成分相同。

化學(xué)風(fēng)化：巖石與水、氣、二氧化碳等化學(xué)作用。生成粘性土。特征：化學(xué)成分改變。生物風(fēng)化：生物活動(dòng)對(duì)巖石的破壞。特征：樹根使巖石機(jī)械破壞，微生物使巖石成分改變?！?.1土的生成二、土的沉積(soilsedimentation)類型土的沉積類型：殘積土、坡積土、洪積土等?！?.1土的生成三、特殊土（specialsoil）

沿海地區(qū)的軟土(softclay)、黃土(loess)、膨脹土(expansivesoil)、凍土frozensoil)，區(qū)域性強(qiáng)。四、土的沉積年代對(duì)土性質(zhì)的影響一般生成年代越久，上覆土層越厚，壓得越密，化學(xué)作用或膠結(jié)作用越強(qiáng)，土得強(qiáng)度也越大，壓縮性就越小，反之新近沉積的土質(zhì)較松軟，工程性質(zhì)較差§1.2土的粒徑組成和礦物成分一土的粒徑（grainsize）組成1粒徑(grainsize):顆粒的直徑2粒組(fraction)：大小相近的顆粒歸為一組。3顆粒級(jí)配：土中不同大小顆粒的相對(duì)含量。二粒徑分析(grainsizeanalysis)測(cè)定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，確定粒徑分布范圍的試驗(yàn)稱為土的顆粒大小分析試驗(yàn)。1粒徑分析方法篩分法：粒徑>0.075mm密度計(jì)法：粒徑<0.075mm聯(lián)合測(cè)定：既有粒徑>0.075mm，又有粒徑>0.075mm（1）篩分法利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規(guī)定方法取得的一定質(zhì)量的干試樣放入一次疊好的篩中，置振篩機(jī)上充分振搖后，稱出留在各級(jí)篩上的土粒的質(zhì)量，按下式計(jì)算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分?jǐn)?shù)X（％）式中：mi，m－分別為小于某粒徑的土粒質(zhì)量及試樣總質(zhì)量（2）密度計(jì)法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量的方法。通過密度計(jì)測(cè)定土水懸濁液的密度來確定。3粒徑級(jí)配曲線的應(yīng)用d60,d10,d30——分別為粒徑分布曲線縱坐標(biāo)p等于60%、10%、30%時(shí)對(duì)應(yīng)的粒徑。其中d10稱為有效粒徑(effectivegrainsize)。（1）不均勻系數(shù)Cu(coefficientofuniformity)

（2）曲率系數(shù)Cc(coefficientofcurvature)

Cu越大，曲線越平緩，粒徑分布不均勻。2.土的礦物成分物理風(fēng)化產(chǎn)物，石英、長(zhǎng)石、云母等。顆粒粗，為砂、礫組主要成分。（1）原生礦物化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，顆粒細(xì)，為粘粒組的主要成分。（2）次生礦物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水穩(wěn)性強(qiáng)。顆粒細(xì)，比表面積大，活性大，親水性強(qiáng)。土中的水固態(tài)自由水氣態(tài)液態(tài)結(jié)合水重力水毛細(xì)水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水§1.3土中的水和氣體粘性土的性質(zhì)1.土中的水§1.4土的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)結(jié)1.粗粒土及粉土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)：土中顆粒及其集合物的堆積方式和相互聯(lián)結(jié)方式。粉土：蜂窩結(jié)構(gòu)生成時(shí)重力起主要作用，顆粒之間以機(jī)械作用為主。粗粒土：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)2.粘性土的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型：顆粒間的作用力：范德華力、庫(kù)侖力等。特點(diǎn)：粘聚力和可塑性。3.不均勻土的混合結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)：淡水絮凝結(jié)構(gòu)：海水4.土的結(jié)構(gòu)變化（1）砂土的振動(dòng)密實(shí)和液化1964年6月16日日本新瀉xiè7.5級(jí)地震

松砂受振動(dòng)時(shí)土粒在振動(dòng)中調(diào)整相互位置，土的結(jié)構(gòu)趨于更加密實(shí)、穩(wěn)定。顆粒較細(xì)的砂土被水飽和，在突然振密而排水不暢的情況下，土粒受到孔隙水的反作用而處于懸浮狀態(tài)，變成液體狀，稱為液化或流砂(quickofsand)。是建筑物地基破壞的主要原因。（2）粘性土的結(jié)構(gòu)性和靈敏度

①結(jié)構(gòu)性：粘性土在保持天然結(jié)構(gòu)時(shí)（原狀土）(undisturbedsoilsample)的工程性質(zhì)與它的結(jié)構(gòu)破壞后（擾動(dòng)土）(disturbedsoilsample)的工程性質(zhì)常有很大差別，這就是土具有的結(jié)構(gòu)性。②靈敏度(sensitivity)St：靈敏度是常用的評(píng)價(jià)粘性土結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度影響的指標(biāo)。

2～4，中等靈敏；4～8，靈敏；8～16，特別靈敏；>16，超靈敏土的結(jié)構(gòu)性越強(qiáng)，靈敏度越大。

§1.5土的三相含量指標(biāo)土顆粒水氣體孔隙1.土的密度和重度2.含水量3.土粒重度和密度基本指標(biāo)土的比重Gs測(cè)定方法：比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量m1。然后把烘干土若干克(ms)裝入空比重瓶?jī)?nèi)，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質(zhì)量m2，按下式計(jì)算土粒比重土的含水率測(cè)定方法：烘干法。先稱出天然濕土的質(zhì)量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，稱干土的質(zhì)量。

土顆粒水氣體單元土三相圖4.孔隙比5.孔隙率6.飽和度7.最大干重度和最優(yōu)含水量飽和線工程應(yīng)用：有時(shí)建筑物建在填土上，為了提高填土的強(qiáng)度，增加密實(shí)度，降低透水性及壓縮性,常用分層密實(shí)的辦法來處理地基。但過濕的土，夯實(shí)或碾壓會(huì)出現(xiàn)軟彈性（橡皮土），密實(shí)度(degreeofcompaction)不會(huì)增加。對(duì)很干得土，也不能充分壓實(shí)。要使壓實(shí)效果最好，其含水量一定要適當(dāng)。例題某原狀土樣，試驗(yàn)測(cè)得基本指標(biāo)如下：天然密度r=1.67g/cm3，含水量w=12.9%，相對(duì)密度Gs=2.67，試求其它指標(biāo)。解法一：利用換算公式解解法二：繪制三相草圖，假設(shè)Vs=1.0解法三：繪制三相草圖，假設(shè)V=1.0§1.6土的物理狀態(tài)及其有關(guān)指標(biāo)一無粘性土(cohesionlesssoil)的密實(shí)程度1.相對(duì)密實(shí)度（RelativeDensity）土的物理狀態(tài)：土的松密（對(duì)無粘性土）和軟硬（粘性土）

Dr=0~1,Dr越大說明土越密實(shí)。式中：Dr——相對(duì)密實(shí)度；

emax——無粘性土處在最松狀態(tài)時(shí)的孔隙比；

emin——無粘性土處在最密狀態(tài)時(shí)的孔隙比；e——無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。將風(fēng)干的無粘性土試樣用漏斗法測(cè)定其最小干密度，用振擊法測(cè)定其最大干密度。

密實(shí)程度極松稍松中密密實(shí)相對(duì)密度Dr<1/51/5~1/31/3~2/3>2/3評(píng)價(jià)：相對(duì)密度的概念比較合理，但試驗(yàn)困難。

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標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（StandardPenetrationTest）標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)N63.5錘重：63.5kg落距：760mm打入深度：300mm評(píng)價(jià):現(xiàn)場(chǎng)操作方便，需修正。粘粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水液態(tài)可塑態(tài)固態(tài)或半固態(tài)(一）可塑性：土在外力作用下可改變形狀但不顯著改變其體積也不開裂，外力卸除厚仍能保持已有的形狀。二粘性土的稠度和可塑性在不同含水量下，粘性土表現(xiàn)為不同稠度狀態(tài)：干硬（固態(tài)）、半干硬（半固態(tài)）、可塑狀態(tài)、液態(tài)。界限含水量:一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粻顟B(tài)的含水量。（二）界限含水率及其測(cè)定1.界限含水率粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粻顟B(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限。液限（wL）——從流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；塑限（wp）——從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的下限含水率；縮限（ws）——從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的界限含水率，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時(shí)的含水率。2.液、塑限的測(cè)定測(cè)定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測(cè)定法。測(cè)定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯(lián)合測(cè)定法。液、塑限聯(lián)合測(cè)定法：塑限－5秒入土2mm時(shí)的含水率10mm液限－5秒入土10mm時(shí)的含水率17mm液限－5秒入土17mm時(shí)的含水率土的縮限用收縮皿法測(cè)定，把土料的含水率調(diào)制到大于土的液限，然后將試樣分層填入收縮皿中，刮平表面，烘干，測(cè)出干試樣的體積并稱量準(zhǔn)確至0.1g后，按下式計(jì)算：

（1-29）式中：ws——土的縮限（％）w——制備時(shí)的含水率（％）V1——濕試樣的體積（cm3），V2——干試樣的體積（cm3）（三）塑性指數(shù)和液性指數(shù)1.塑性指數(shù)塑性指數(shù)：液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)）。用Ip表示，取整數(shù)，即：塑性指數(shù)越高，吸著水含量可能高，土的粘粒含量越高。

2.液性指數(shù)粘性土的狀態(tài)可用液性指數(shù)來判別。定義為：（1-31）式中：IL——液性指數(shù)，以小數(shù)表示；

w——土的天然含水率。液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對(duì)關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。當(dāng)w≤wp時(shí)，IL≤0，土處于堅(jiān)硬狀態(tài)；wp＜w≤wL時(shí)，0＜IL≤1.0，土處于可塑狀態(tài)；wL＜w時(shí)，IL＞1.0，土處于流動(dòng)狀態(tài)。七、土（巖）的工程分類巖土巖石碎石土

粉土特殊土砂土強(qiáng)度、節(jié)理級(jí)配、形狀粘性土塑性指數(shù)或塑性圖（一）巖石（二）碎石土若土中粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重的50％，則該土屬于碎石土。（三）砂土若土中粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50％、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50％，則該土屬于砂土。（四）粉土若土的塑性指數(shù)小于或等于10，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過總量的50％，則該土屬于粉土。（五）粘性土若土的塑性指數(shù)大于10，粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總量的50％，則該土屬于粘性土。粘土：Ip>1