土的物理性質(zhì)與工程分類-土的組成與物理性質(zhì)（土工技術(shù)課件）

飽和度1飽和度的概念2飽和度的應(yīng)用目錄是表征土中孔隙被水充填程度的指標(biāo)

1.飽和度的概念表達(dá)式:定義:土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度Sr2.飽和度的應(yīng)用飽和度是表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:干土Sr=100%:飽和土砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài):

Sr≤50%稍濕；50%＜Sr≤80%很濕；Sr＞80%飽和含水率1問題引入2含水率概念3含水率測(cè)定目錄為計(jì)算土的孔隙比、飽和度以及土的其它物理力學(xué)試驗(yàn)（如固結(jié)試驗(yàn)等）提供必需的數(shù)據(jù)。1.問題引入土的含水率是指試樣在105-110℃下烘至恒量時(shí)失去的水的質(zhì)量和達(dá)恒量后干土質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為：

2.含水率概念3.含水率測(cè)定主要儀器設(shè)備天平烘箱干燥器稱量盒3.含水率的測(cè)定操作步驟稱量盒稱量濕土稱量烘干4冷卻稱量界限含水率界限含水率界限含水率是指黏性土從一個(gè)稠度狀態(tài)過渡到另一個(gè)稠度狀態(tài)時(shí)的分界含水率，也稱稠度界限。黏性土四種稠度狀態(tài)之間有三個(gè)界限含水率，分別叫做縮限ωs、塑限ωp和液限ωL，界限含水率縮限ωs是指固態(tài)與半固態(tài)之間的界限含水率。當(dāng)含水率小于縮限ωs時(shí)，土體的體積不隨含水率的減小而縮小。塑限ωp是指黏性土從半固態(tài)到可塑態(tài)之間的界限含水率。液限ωL是指黏性土從可塑狀態(tài)到液態(tài)之間的界限含水率。顆粒級(jí)配1問題引入2顆粒級(jí)配的概念目錄選擇什么樣的土料來(lái)填筑土石壩，才能很好的維持壩身的穩(wěn)定和防止?jié)B透破壞？1.問題引入結(jié)論：選擇級(jí)配良好的土料來(lái)填筑土石壩，才能很好的維持壩身的穩(wěn)定和防止?jié)B透破壞？

級(jí)配？1.問題引入土中各粒組的相對(duì)含量用各粒組占土?？傎|(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示，稱為土的顆粒級(jí)配。級(jí)配良好？2.顆粒級(jí)配的概念概念：土粒的大小及組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量來(lái)表示，稱為土的顆粒級(jí)配。確定方法篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

密度計(jì)法：適用于細(xì)粒土(<0.075mm)表述方法顆粒級(jí)配曲線

顆粒級(jí)配曲線顆粒級(jí)配曲線縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土重占總土重的百分?jǐn)?shù)橫坐標(biāo)用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示土的粒徑

1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）孔隙率1孔隙率的概念2孔隙率的應(yīng)用目錄

1.孔隙率的概念表達(dá)式:定義:是指土體孔隙體積與土體總體積之比?？紫堵蕁

孔隙率表示的孔隙體積占土的總體積的百分?jǐn)?shù)，所以其值恒小于100%。2.孔隙率的應(yīng)用孔隙率

也是反映土的密實(shí)程度的指標(biāo)。

對(duì)于同一種土n愈大，表明土愈疏松；反之，土愈密實(shí)。但是因孔隙率沒有孔隙比敏感，所以在工程中常用孔隙比來(lái)反映土的密實(shí)程度，而不用孔隙率。粒組劃分1問題引入2粒組劃分目錄選擇什么樣的土料來(lái)填筑土石壩，才能很好的維持壩身的穩(wěn)定和防止?jié)B透破壞？1.問題引入結(jié)論：選擇級(jí)配良好的土料來(lái)填筑土石壩，才能很好的維持壩身的穩(wěn)定和防止?jié)B透破壞？

級(jí)配？1.問題引入土中各粒組的相對(duì)含量用各粒組占土粒總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)表示，稱為土的顆粒級(jí)配。粒組？級(jí)配良好？粒組：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。可劃分：

2.粒組劃分粒徑mm巨粒組600.075粗粒組細(xì)粒組漂石卵石礫石砂粒粉粒粘粒2002

0.0052.粒組劃分粒組統(tǒng)稱《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2009）粒組劃分粒組范圍（mm）粒組劃分粒組范圍（mm）巨粒組漂石（塊石）組

＞200漂石（塊石）組＞200卵石（碎石）組200～60卵石（碎石）200～20粗粒組礫粒粗礫60～20粗

礫20～10

中礫20～5中

礫10～5細(xì)礫5～2細(xì)

礫5～2砂粒粗砂2～0.5粗

砂2～0.5中砂0.5～0.25中

砂0.5～0.25細(xì)砂0.25～0.075細(xì)

砂0.25～0.075細(xì)粒組粉

粒0.075～0.005粉

粒0.075～0.005黏

?！?.005黏

?！?.005黏性土的稠度狀態(tài)1黏性土的稠度、稠度狀態(tài)的概念2粘性土的四個(gè)稠度狀態(tài)目錄1.黏性土的稠度、稠度狀態(tài)的概念黏性土的稠度是指黏性土在某一含水率時(shí)的稀稠程度或軟硬程度。黏性土的稠度狀態(tài)是指黏性土處在某種稠度時(shí)所呈現(xiàn)出的狀態(tài)。稠度狀態(tài)與土的含水率有關(guān)黏性土含水率隨著含水率的增加較硬變軟流動(dòng)2.粘性土的四個(gè)稠度狀態(tài)土中水的形態(tài)強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水2.粘性土的四個(gè)稠度狀態(tài)稠度界限土體體積開始吸水膨脹縮限液限塑限強(qiáng)結(jié)合水膜最大開始出現(xiàn)自由水塑性指數(shù)1塑性指數(shù)的概念2塑性指數(shù)的應(yīng)用目錄1.塑性指數(shù)的概念塑性指數(shù)反映粘性土可塑狀態(tài)含水量的變化范圍的一個(gè)物理狀態(tài)指標(biāo)。表達(dá)式：其值是用百分?jǐn)?shù)的絕對(duì)值表示，如：某土的2.塑性指數(shù)的應(yīng)用塑性指數(shù)的大小與土的黏粒含量及礦物成分有關(guān)，黏性土的塑性指數(shù)IP愈大，說明土中黏粒含量愈多；反之，黏性土的塑性指數(shù)IP值愈小，說明土中黏粒含量愈少。為什么？工程上采用塑性指數(shù)對(duì)黏性土進(jìn)行分類和評(píng)價(jià)。按塑性指數(shù)大小和液限值《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237-1999）將黏性土分為：高液限粉土、低液限粉土、高液限黏土、低液限黏土等。土的結(jié)構(gòu)1問題引入2土的結(jié)構(gòu)目錄為什么物質(zhì)成分相同的土，透水性、壓縮性、強(qiáng)度會(huì)有很大的區(qū)別呢？1.問題引入結(jié)論：物質(zhì)成分相同的土，卻有著不同的結(jié)構(gòu)。土有哪些結(jié)構(gòu)？土的結(jié)構(gòu)：土?；蛄F(tuán)的排列方式及其粒間或粒團(tuán)間連結(jié)的特征，它與土的礦物成分、顆粒形狀和沉積條件有關(guān)。2.土的結(jié)構(gòu)砂、礫石層

粉粒

粘粒密度1問題引入2密度的概念3密度的測(cè)定目錄為計(jì)算土的孔隙比、飽和度以及土的其它物理力學(xué)試驗(yàn)（如固結(jié)試驗(yàn)等）提供必需的數(shù)據(jù)。1.問題引入2.密度的概念土的質(zhì)量密度是指單位體積土的質(zhì)量。常用表示ρ，其表達(dá)式為：

3.密度的測(cè)定——環(huán)刀法主要儀器設(shè)備天平環(huán)刀修土刀3.密度的測(cè)定操作步驟切取土樣稱環(huán)刀加土量4冷卻稱量環(huán)刀稱重土的三相組成1問題引入2土的固相3土的液相（土中的水）目錄4土的氣相（土中的氣）土中固體顆粒、水、氣體的含量不同，導(dǎo)致土的物理力學(xué)性質(zhì)有很大差別。土一般是由固體顆粒、水和氣體組成的三相體系。

(特例：干土與飽和土)土的三相組成不同對(duì)土的工程性質(zhì)影響很大。1.問題引入土中固體顆粒：

土顆粒（礦物顆粒、有機(jī)質(zhì)）構(gòu)成土的骨架，其大小、形狀、成分與組成決定土的物理力學(xué)性質(zhì)。2.土的固相原生礦物次生礦物石英、長(zhǎng)石、云母粘土礦物（蒙脫石、伊利石、高嶺石）有機(jī)質(zhì)形成、顆粒大小、親水性、塑性、透水性、強(qiáng)度2.土的固相3、土的礦物成分土粒的礦物成分可分為兩大類：原生礦物

次生礦物

由巖石經(jīng)物理風(fēng)化生成的

由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物

顆粒成分與母巖的相同

它的成分成分與母巖的完全不同

常見的有石英、長(zhǎng)石和云母

有高嶺石、伊利石和蒙脫石粘土礦物

顆粒較粗，多呈渾圓形狀

顆粒極細(xì)，且多呈片狀

吸附水的能力弱，無(wú)塑性

性質(zhì)活潑，吸附水能力強(qiáng)，具塑性有機(jī)質(zhì)

動(dòng)植物分解后的殘骸，稱為腐殖質(zhì)。其顆粒極細(xì)，粒徑小于0.1m，呈凝膠狀，帶有電荷，具極強(qiáng)的吸附性。2.土的固相從顏色看成分，分析成因：紅色、黃色、棕色：含三價(jià)鐵，氧化環(huán)境黑色：含有機(jī)質(zhì)或錳，溫暖潮濕環(huán)境、沼澤灰藍(lán)色、灰綠色：含二價(jià)鐵離子，缺氧環(huán)境白色、灰白色：無(wú)有機(jī)質(zhì)，含石英、高嶺石濕土顏色深，干土淺2.土的固相固態(tài)水（冰）氣態(tài)水（孔隙中水氣）液態(tài)水（有以下兩種存在方式，影響土性）。土顆粒自由水（重力水毛細(xì)水）弱結(jié)合水結(jié)合水存于孔隙中3.土的液相自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道指充填在土的空隙中的氣體。含氣體的土稱為非飽和土，非飽和土的工程性質(zhì)研究已成為土力學(xué)的個(gè)新分支。

4.土的氣相土的形成1問題引入2土的形成3土的類型目錄工程上可將土視為一種工程材料，作為建筑物的地基、作為建筑材料、作為建筑環(huán)境，不同成因的土對(duì)工程的影響不同。工程上可將土視為一種工程材料。1.問題引入土：巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、破碎、搬運(yùn)、沉積等過程形成的堆積物，由固體顆粒、水和氣體組成的三相分散體系。（形成了土自身固有的特性）

2.土的形成巖石風(fēng)化：物理風(fēng)化—機(jī)械破壞，無(wú)質(zhì)變（稱為原生礦物）；化學(xué)風(fēng)化—水與大氣作用，產(chǎn)生次生礦物（粘土礦物-蒙脫石、伊利石、高嶺石）；生物風(fēng)化—?jiǎng)又参?、微生物生長(zhǎng)使巖石破壞變化。2.土的形成基巖殘積土坡積土洪積土沖積土風(fēng)積土（黃土高原風(fēng)成學(xué)說）雅丹地貌（風(fēng)蝕作用形成）冰積土、湖積土無(wú)機(jī)土、有機(jī)土3.土按成因條件分類土粒比重1問題引入2土粒比重概念3土粒比重的測(cè)定目錄為計(jì)算土的孔隙比、飽和度以及土的其它物理力學(xué)試驗(yàn)（如顆粒分析的密度計(jì)法試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)等）提供必需的數(shù)據(jù)。1.問題引入土粒比重是指土在105~110℃溫度下烘至恒重時(shí)的質(zhì)量與土粒同體積4℃時(shí)純水的質(zhì)量之比，簡(jiǎn)稱比重，其表達(dá)式為：

2.土粒比重概念3.土粒比重的測(cè)定主要儀器設(shè)備蒸餾水漏斗滴管電爐天平比重瓶3.土粒比重的測(cè)定操作步驟取樣稱量3.土粒比重的測(cè)定操作步驟煮沸排氣注水冷卻3.土粒比重的測(cè)定操作步驟測(cè)量水溫注水稱量土中的氣體1問題引入2土中氣體類型目錄1.問題引入在填方工程中，為什么有一些土很難壓實(shí)？土顆粒水土中氣體自由氣體：與大氣連通的氣體，與大氣連通的氣體，受外荷作用時(shí)，易被排出土外，對(duì)土的工程力學(xué)性質(zhì)影響不大。封閉氣體：與大氣不連通的、以氣泡形式存在的氣體。封閉氣體可以使土的彈性增大，使土層不易壓實(shí)，延長(zhǎng)了土的壓縮過程，而當(dāng)壓力減小時(shí)，氣泡就會(huì)恢復(fù)原狀或重新游離出來(lái)，所以密閉的氣體對(duì)土的工程性質(zhì)有很大影響，此外封閉氣體還能阻塞土內(nèi)的滲流通道，使土的滲透性減小。2.土中氣體類型土顆粒封閉氣體自由氣體土中的水1問題引入2土中水類型目錄1.問題引入土中水的含量不同，土的性質(zhì)差異很大，為什么有些土很軟有些土很硬？土顆粒水土中水水在土中以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種形式存在，土中的水按存在方式不同，可分為如下類型。液態(tài)水對(duì)土的性能影響較大，液態(tài)水可分為結(jié)合水和自由水。2.土中的水土中的水液態(tài)水氣態(tài)水固態(tài)水結(jié)合水自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水重力水毛細(xì)水（1）結(jié)合水研究表明，大多數(shù)黏土顆粒表面帶有負(fù)電荷，因而圍繞土粒周圍形成了一定強(qiáng)度的電場(chǎng)，使孔隙中的水分子極化，這些極化后的極性水分子和水溶液中所含的陽(yáng)離子（如鉀、鈉、鈣、鎂等陽(yáng)離子），在電場(chǎng)力的作用下定向地吸附在土顆粒周圍，形成一層不可自由移動(dòng)的水膜，該水膜稱為結(jié)合水（又稱吸著水），結(jié)合水又可根據(jù)受電場(chǎng)力作用的強(qiáng)弱分成強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水如圖所示。2.土中的水（1）結(jié)合水①?gòu)?qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水是指被強(qiáng)電場(chǎng)力緊緊地吸附在土粒表面附近的結(jié)合水膜。這部分水膜因受電場(chǎng)力作用大，與土粒表面結(jié)合的十分緊密，所以分子排列密度大，其密度約為1.2~2.4g/cm3，冰點(diǎn)很低，可達(dá)-78oC，沸點(diǎn)較高，在105oC以上才可以被釋放，而且很難移動(dòng)，沒有溶解能力，不傳遞靜水壓力，失去了普通水的基本特性，其性質(zhì)與固體相近，具有很大的黏滯性和一定的抗剪強(qiáng)度。2.土中的水（1）結(jié)合水②弱結(jié)合水弱結(jié)合水是指分布在強(qiáng)結(jié)合水外圍吸附力稍的結(jié)合水。這部分水膜由于距顆粒表面較遠(yuǎn)，受電場(chǎng)力作用較小，它與土粒表面的結(jié)合不如強(qiáng)結(jié)合水緊密。其密度約為1.0~1.7g/cm3，冰點(diǎn)低于0oC，不傳遞靜水壓力，也不能在孔隙中自由流動(dòng)，只能以水膜的形式由水膜較厚處緩慢移向水膜較薄的地方，這種移動(dòng)不受重力影響。2.土中的水（2）自由水土孔隙中位于結(jié)合水以外的水稱自由水，自由水由于不受土粒表面靜電場(chǎng)力的作用，且可在孔隙中自由移動(dòng)，按其運(yùn)動(dòng)時(shí)所受的作用力不同，可分為重力水和毛細(xì)水。①重力水受重力作用而運(yùn)動(dòng)的水稱重力水。重力水位于地下水位以下，重力水與一般水一樣，可以傳遞靜水和動(dòng)水壓力，具有溶解能力，可溶解土中的水溶鹽，使土的強(qiáng)度降低，壓縮性增大；可以對(duì)土顆粒產(chǎn)生浮托力，使土的重力密度減??；它還可以在水頭差的作用下形成滲透水流，并對(duì)土粒產(chǎn)生滲透力，使土體發(fā)生滲透變形。2.土中的水（2）自由水②毛細(xì)水土中存在著很多大小不同的孔隙，這些孔隙有的可以相互連通形成彎曲的細(xì)小通道（毛細(xì)管），由于水分子與土粒表面之間的附著力和水表面張力的作用，地下水將沿著土中的細(xì)小通道逐漸上升，形成一定高度的毛細(xì)水帶，地下水位以上的自由水稱為毛細(xì)水。2.土中的水（2）自由水②毛細(xì)水毛細(xì)水上升的高度取決于土的粒徑、礦物成分、孔隙的大小和形狀等因素，一般黏性土上升的高度較大，而砂土的上升高度較小，在工程實(shí)踐中毛細(xì)水的上升可能使地基浸濕，使地下室受潮或使地基、路基產(chǎn)生凍脹，造成土地鹽漬化等問題2.土中的水無(wú)黏性土的密實(shí)狀態(tài)1問題引入2判別無(wú)黏性土密實(shí)程度的方法目錄1.問題引入影響無(wú)粘性土的松密程度土的力學(xué)特性密實(shí)度大結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度大、壓縮變形小密實(shí)度小結(jié)構(gòu)疏松、不穩(wěn)定、壓縮變形大1.問題引入土的密實(shí)度通常是指單位體積中固體土顆粒的含量定義:判別無(wú)粘性土的密實(shí)度方法孔隙比e相對(duì)密度Dr現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)測(cè)定1）以孔隙比e判別判別無(wú)黏性土密實(shí)度最簡(jiǎn)便的方法是用孔隙比e，孔隙比愈小，表示土愈密實(shí)，孔隙比愈大，土愈疏松。但由于顆粒的形狀和級(jí)配對(duì)孔隙比的影響很大，而孔隙比沒有考慮顆粒級(jí)配這一重要因素的影響，即使兩種土具有相同的孔隙比，也不能說明兩種土密實(shí)狀態(tài)相同，故應(yīng)用孔隙比確定土的密實(shí)度是有缺陷的。2.判別無(wú)黏性土密實(shí)程度的方法2）以相對(duì)密實(shí)度Dr判別

相對(duì)密實(shí)度Dr是將天然狀態(tài)的孔隙比e與最疏松狀態(tài)的孔隙比emax和最密實(shí)狀態(tài)的孔隙比emin進(jìn)行對(duì)比，作為衡量無(wú)黏性土密實(shí)度的指標(biāo)，判斷無(wú)黏性土的密實(shí)度，其表達(dá)式為：

2.判別無(wú)黏性土密實(shí)程度的方法2）以相對(duì)密實(shí)度Dr判別

2.判別無(wú)黏性土密實(shí)程度的方法顯然，Dr越大，土越密實(shí)。當(dāng)Dr＝0時(shí)，表示土處于最疏松狀態(tài)；當(dāng)Dr＝1時(shí)，表示土處于最緊密狀態(tài)。工程中根據(jù)相對(duì)密實(shí)度Dr，將無(wú)黏性土的密實(shí)程度劃分為密實(shí)、中密和疏松三種狀態(tài)，其標(biāo)準(zhǔn)如下：

Dr>0.67密實(shí)0.67≥Dr>0.33中密

Dr≤0.33疏松3）以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N判別2.判別無(wú)黏性土密實(shí)程度的方法標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的原位試驗(yàn)。該試驗(yàn)是用質(zhì)量為63.5kg的穿心錘，以一定高度（76cm）的落距自由落體，將貫入器打入土中30cm所需要的錘擊數(shù)稱