第一章土的物理性質(zhì)及工程分類(lèi)課件

1、第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類(lèi)第一節(jié) 土的成因及其構(gòu)造第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第三節(jié) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)第四節(jié) 土的工程分類(lèi)及野外鑒別方法第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類(lèi)第一節(jié) 土的成因及其構(gòu)造一、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：生成砂、礫等粗顆粒土?；瘜W(xué)風(fēng)化：生成粘性土。生物風(fēng)化土的沉積類(lèi)型：殘積土、坡積土、洪積土、沖積土等。特殊土：軟土、黃土、紅粘土、凍土等。 第一節(jié) 土的成因及其構(gòu)造一、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：物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化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(shuō)）雅丹地貌（風(fēng)蝕作用形成）基巖殘積土坡積土洪

2、積土沖積土風(fēng)積土（黃土高原風(fēng)成學(xué)說(shuō)）雅丹地二、土的三相組成土是由土粒（固相）、水（液相）、空氣（氣相）組成的三相體系； 孔隙中充滿(mǎn)水時(shí)為飽和土，為二相體系；完全無(wú)水時(shí)土為干土，也是二相體系。二、土的三相組成土是由土粒（固相）、水（液相）、空氣（氣相）1、固體顆粒(1)顆粒的礦物成分和顆粒分組1）土的礦物成分a、原生礦物物理風(fēng)化產(chǎn)物，石英、長(zhǎng)石、云母等。顆粒粗，為砂、礫組主要成分。b、次生礦物化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，顆粒細(xì)，為粘粒組的主要成分。顆粒細(xì)，比表面積大，活性大，親水性強(qiáng)。1、固體顆粒(1)顆粒的礦物成分和顆粒分組1）土的礦物成分a2)土的粒徑分組粒度:顆粒粒徑的大小;粒組:把粒度相近的顆粒合為一

3、組。0.005 0.05 2 20 200 單位：mm 黏土粒 粉粒 砂粒 圓粒角粒 卵石碎石 漂石塊石粒徑2)土的粒徑分組粒度:顆粒粒徑的大小;0.005 0細(xì)粒（粉粒：0.005d0.075； 粘粒：d0.005） 粒組劃分：工程上將物理力學(xué)性質(zhì)相近的顆粒劃 分為一組，便于研究。巨粒（漂石、塊石：d200； 卵石、碎石：60d200）粗粒（礫粒、粗粒：20d60， 細(xì)粒2d20； 砂粒：0.075d2）透水性大，無(wú)粘性。透水性大，無(wú)粘性。易透水，無(wú)粘性，松散。透水性小，稍有粘性。透水性很小，有粘性，可塑。細(xì)粒（粉粒：0.005d0.075； 粒組劃分：工程 （2）土工分析方法篩分法（0.0

4、7560） 密度計(jì)法(0.075的粉粒，粘粒) 篩分法的孔徑和儀器1)粗篩：孔徑為60、40、20、10、5、2mm。2)細(xì)篩：孔徑為2、1、05、025、0.075mm。 （2）土工分析方法（3）土的顆粒級(jí)配曲線(xiàn)顆粒級(jí)配：指大小土粒的搭配情況，通常用各粒組 的相對(duì)含量表示。 顆粒級(jí)配曲線(xiàn)：縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量 百分比；橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑（取對(duì)數(shù)坐標(biāo)）。（3）土的顆粒級(jí)配曲線(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果表述： 不均勻系數(shù)Cu越大，曲線(xiàn)越平緩，粒徑分布越不均勻。級(jí)配均勻的土 曲線(xiàn)平緩，粒徑不均勻，級(jí)配好； 曲線(xiàn)陡，粒徑均勻，級(jí)配不好。曲線(xiàn)特征級(jí)配良好的土試驗(yàn)結(jié)果表述： 不均勻系數(shù)Cu越大，曲線(xiàn)越平緩，粒

5、徑分布越土中的水固 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2、土中的水粘性土的性質(zhì)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)水土中水：固態(tài)水、氣態(tài)水、液態(tài)水（1）結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水：緊靠土粒表面（受電場(chǎng)作用力很 大）近于固體特征。 弱結(jié)合水：強(qiáng)結(jié)合水外，受電場(chǎng)作用減小， 呈粘滯狀態(tài)，對(duì)粘性土物理力學(xué)性質(zhì)影響大。土中水：固態(tài)水、氣態(tài)水、液態(tài)水強(qiáng)結(jié)合水：緊靠土粒表面（受電場(chǎng)土中水：固態(tài)水、氣態(tài)水、液態(tài)水（2）自由水（不受電場(chǎng)吸引） 重力水：地下水位以下土孔隙中，服從重力規(guī)律，傳遞水壓力，對(duì)土粒有浮力。 毛細(xì)水：存在于地下水位以上土孔隙中（表面張力作用產(chǎn)生，細(xì)粒土明顯），注意防凍

6、、防潮。土中水：固態(tài)水、氣態(tài)水、液態(tài)水重力水：地下水位以下土孔隙中，毛細(xì)管水上升高度的影響因素孔隙大小和形狀 粒徑尺寸 水的表面張力毛細(xì)管水上升高度的影響因素吸著水示意圖吸著水示意圖潛水承壓水上層滯水含水層地下水埋藏方式簡(jiǎn)介： 地下水位面天然地面補(bǔ)給源不透水層噴泉潛水承壓水上層滯水含水層地下水埋藏方式簡(jiǎn)介： 地下水位面天然 3、土中氣體 自由氣體：與大氣相通時(shí)可排出； 封閉氣體：可使土產(chǎn)生壓縮性和彈性。 3、土中氣體 自由氣體：與大氣相通時(shí)可排出； 封閉氣體 三、土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造（1） 單粒結(jié)構(gòu)1、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。生成時(shí)重力起主要作用，顆粒之間以機(jī)械作用為主

7、。粗粒土：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)疏松狀態(tài)（左圖） 在荷載作用下，會(huì)使土粒移向更穩(wěn)定的位置而更加密實(shí)，同時(shí)產(chǎn)生較大的變形 密實(shí)狀態(tài)（右圖） 比較穩(wěn)定 三、土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造（1） 單粒結(jié)構(gòu)1、土的結(jié)構(gòu)：土中顆粒粉 土：蜂窩結(jié)構(gòu)土粒下沉過(guò)程中，接觸點(diǎn)引力大于下沉土粒重量形成鏈環(huán)狀單元，很多這樣的鏈環(huán)狀單元聯(lián)接起來(lái)，便形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，蜂窩狀結(jié)構(gòu)常在粉土、粘土類(lèi)中遇到 （2）蜂窩結(jié)構(gòu)粉 土：蜂窩結(jié)構(gòu)土粒下沉過(guò)程中，接觸點(diǎn)引力大于下沉土粒重微小的粘粒，重量極輕，靠其自重在水中下沉，極為緩慢，土粒表面常帶有同號(hào)電荷，因而懸浮在水中作分子熱運(yùn)動(dòng)，不能相互碰撞結(jié)成粒團(tuán)下沉。在懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土表面的弱吸著水厚度減

8、薄，運(yùn)動(dòng)著的粘粒相互聚合，以面對(duì)邊或者面對(duì)角的接觸，并凝結(jié)成（3）絮狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：孔隙很大，強(qiáng)度低、壓縮性高、對(duì)擾動(dòng)比較敏感，土粒間的聯(lián)接強(qiáng)度會(huì)由于壓密和膠結(jié)作用而逐漸得到加強(qiáng)。微小的粘粒，重量極輕，靠其自重在水中下沉，極為緩慢，土粒表面2、土的構(gòu)造（1）層狀構(gòu)造土粒在沉積過(guò)程中，由于不同的地質(zhì)作用和沉積環(huán)境條件，大體相同的物質(zhì)成分和土粒大小在水平方向沉積成一定厚度，呈現(xiàn)出成層特征。（2）裂隙構(gòu)造裂隙構(gòu)造是指土層中存在的各種裂隙，裂隙中往往有鹽類(lèi)的沉淀。（3）結(jié)核構(gòu)造在細(xì)粒土中明顯摻有大顆粒或聚集的鐵質(zhì)、鈣質(zhì)等結(jié)合體、貝殼等雜物稱(chēng)為結(jié)核構(gòu)造。2、土的構(gòu)造3、土的特性（1） 土有較大的壓縮性。（2

9、） 土顆粒之間具有相對(duì)移動(dòng)性。（3） 土具有較大的透水性。土的三個(gè)特性對(duì)應(yīng)土力學(xué)三個(gè)定律：1.壓縮性壓密定律2.移動(dòng)性庫(kù)侖定律3.透水性達(dá)西定律土的三個(gè)特性：3、土的特性（1） 土有較大的壓縮性。土的三個(gè)特性對(duì)應(yīng)土力第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)土顆粒水氣 體孔 隙一、土的三相圖V土顆粒水氣 體孔 隙一、土的三相圖V1、土的飽和密度 和飽和重度二. 土的主要物理指標(biāo)2、土的浮密度和重度1+e土顆粒土顆粒水e1msmwm1、土的飽和密度 和飽和重度二. 土的主要物理3、土的干密度和干重度在建筑工程中，常以干重度作為土的密實(shí)程度的指標(biāo)3、土的干密度和干重度在建筑工程中，常以干重度

10、作為土的密實(shí)程5. 天然土的密度土的重度測(cè)定方法:環(huán)刀法:適用于細(xì)粒土灌水法:現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定粗粒土、巨粒土灌砂法:現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定粗粒土,最大粒徑不超過(guò)15mm核子密度儀:現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定法土顆粒水氣體mVVWmW4. 土粒相對(duì)密度（比密度）：5. 天然土的密度土的重度測(cè)定方法:土顆粒水氣體mVVWmW第一章土的物理性質(zhì)及工程分類(lèi)課件6. 土的天然含水量測(cè)定方法：烘干法：適用于粘性土、粉土、砂土紅外線(xiàn)法：適用于少量試樣試驗(yàn)酒精燃燒法：適用于少量試樣快速測(cè)定鐵鍋炒干法：適用于卵石或砂夾卵石6. 土的天然含水量測(cè)定方法：?jiǎn)卧寥鄨D土顆粒水氣 體7、孔隙比e孔隙比：部分與部分比值，可大于等于1單元土三相圖土顆粒水氣

11、 體7、孔隙比e孔隙比：部分與部分比值孔隙率：部分與整體比值，不可能大于18、孔隙率n孔隙率：部分與整體比值，不可能大于18、孔隙率n9、飽和度飽和度用于判定無(wú)粘性土的潮濕程度9、飽和度飽和度用于判定無(wú)粘性土的潮濕程度三、土的三相物理性質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系（書(shū)P12表12）三、土的三相物理性質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系（書(shū)P12表12）第三節(jié) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)：無(wú)粘性土：密實(shí)程度：松、密粘性土：軟硬程度（稠度）：軟、硬一、粗粒土（無(wú)黏性土）的物理狀態(tài)指標(biāo)無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實(shí)狀態(tài)時(shí)，強(qiáng)度較大，可作為良好的天然地基，呈松散狀態(tài)時(shí)，則是不良地基。對(duì)于同一種無(wú)粘性土，當(dāng)其孔隙比小于某

12、一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)，隨著孔隙比的增大，則處于中密、稍密直到松散狀態(tài)。第三節(jié) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)：無(wú)粘性土：密實(shí)程度：松相對(duì)密實(shí)度 不同的土不可以用孔隙比來(lái)判定，而要用相對(duì)密度來(lái)判定最大孔隙比用漏斗法來(lái)測(cè)定最小孔隙比用振動(dòng)錘擊法來(lái)測(cè)定1. 砂土的密實(shí)程度同一種土，可以用孔隙比e來(lái)判定土的密實(shí)程度相對(duì)密實(shí)度 不同的土不可以用孔隙比來(lái)判定，而要用相對(duì)密度來(lái)判根據(jù) 值可把砂土的密實(shí)度狀態(tài)劃分為下列三種： 密實(shí)的 中密的 松散的根據(jù) 值可把砂土的密實(shí)度狀態(tài)劃分為下列三種： 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（Standard Penetration Test） 標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù) N63.5錘重：63.5kg 落 距：

13、760mm 打入深度：300mm具體工程中可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N來(lái)評(píng)定砂土的密實(shí)度： 書(shū)P13表1-3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù) N63.5錘重：63.5kg 落2、碎石土的密實(shí)度碎石土的顆粒較粗，試驗(yàn)時(shí)不易取得原狀土樣，根據(jù)重型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N63.5可將碎石土的密實(shí)度劃分為松散、稍密、中密和密實(shí)P14表1-4。也可根據(jù)野外鑒別方法確定其密實(shí)度P14表1-52、碎石土的密實(shí)度碎石土的顆粒較粗，試驗(yàn)時(shí)不易取得原狀土樣， 二、粘性土的物理特征 1、 粘性土的界限含水量 粘性土由于其含水量的不同，而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài) 粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，叫做界

14、限含水量。 二、粘性土的物理特征 1、 粘性土的 我國(guó)目前以聯(lián)合法測(cè)定液限和塑限 我國(guó)目前以聯(lián)合法測(cè)定液限和塑限 顆 粒水VsVs+Va固態(tài)wLwPws縮限塑限液限半固態(tài)可塑態(tài)液態(tài)wVO2. 粘性土的稠度界限顆 粒水VsVs+Va固態(tài)wLwPws縮限塑限液限半固態(tài)可塑 液限和塑限的測(cè)定方法：液限（Liquid Limit）：錐式（瓦氏）液限儀或碟式（卡式）液限 儀或液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀塑限（Plastic Limit）： 搓條法或液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀 （1）塑性指數(shù)：綜合反映粘性土的特性以及各類(lèi)重要因素的影響，因此可用于土的分類(lèi)及其性質(zhì)的評(píng)估。反映粘性土可塑性的大小。液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉

15、百分號(hào)）成為塑性指數(shù) 液限和塑限的測(cè)定方法：液限（Liquid Limit）：塑第一章土的物理性質(zhì)及工程分類(lèi)課件（2）液性指數(shù)反映粘性土軟硬程度（稠度，潮濕程度）。固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)液 態(tài)（2）液性指數(shù)反映粘性土軟硬程度（稠度，潮濕程度）。固態(tài)或半 3、粘性土的靈敏度和觸變性 (1) 天然狀態(tài)下的粘性土、通常都具有一定的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)受到外來(lái)因素的擾動(dòng)時(shí)，土粒間的膠結(jié)物質(zhì)以及土粒，離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強(qiáng)度降低和壓縮性增大土的結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的這種影響，一般用靈敏度來(lái)衡量。土的靈敏度是以原狀土的強(qiáng)度與同一土經(jīng)重塑(指在含水量不變條件下使土的結(jié)構(gòu)徹底破壞)后的強(qiáng)度之比來(lái)表示的。St

16、4 高靈敏度； 2St4 中靈敏度；1St2 低靈敏度。 (2) 土的觸變性 飽和粘性土的結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，但當(dāng)擾動(dòng)停止后，土的強(qiáng)度又隨時(shí)間而逐漸增長(zhǎng)。粘性土的這種抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱(chēng)為土的觸變性。 3、粘性土的靈敏度和觸變性 (2) 土的觸變性第四節(jié) 土的工程分類(lèi)及野外鑒別方法一、土的工程分類(lèi)按鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB1002.5-99）對(duì)土、石的工程分類(lèi)。第四節(jié) 土的工程分類(lèi)及野外鑒別方法一、土的工程分類(lèi)按鐵 一、土（巖）的工程分類(lèi) 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、土（巖）的工程分類(lèi) 巖

17、土 巖 石碎 石 土 粉（一）巖石巖石是指土粒間具有牢固連接，呈整體或具節(jié)理和裂隙的巖塊。巖石按堅(jiān)硬程度、軟化性、抗風(fēng)化能力進(jìn)行分類(lèi)。巖石按堅(jiān)硬程度分類(lèi)巖石類(lèi)別飽和單軸極限抗壓強(qiáng)度硬質(zhì)巖石極硬巖大于60硬質(zhì)巖30以上至60軟質(zhì)巖石軟質(zhì)巖5以上至30極軟巖5以下（一）巖石巖石是指土粒間具有牢固連接，呈整體或具節(jié)理和裂隙的（二）碎石類(lèi)土碎石類(lèi)土是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全部質(zhì)量50%的非粘性土。土的名稱(chēng)顆粒形狀顆粒級(jí)配漂石土渾圓或圓棱狀為主粒徑大于200mm超過(guò)全質(zhì)量50%塊石土尖棱狀為主卵石土渾圓或圓棱狀為主粒徑大于20mm超過(guò)全質(zhì)量50%碎石土尖棱狀為主圓礫土渾圓或圓棱狀為主粒徑大于2m

18、m超過(guò)全質(zhì)量50%角礫土尖棱狀為主注意：粒徑由上到下以先符合者定名（二）碎石類(lèi)土碎石類(lèi)土是指粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全部質(zhì)（三）砂類(lèi)土砂類(lèi)土是指干燥時(shí)呈松散狀態(tài)，粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全部質(zhì)量的50%，塑性指數(shù)不大于3的土。土的名稱(chēng)土的顆粒級(jí)配礫砂粒徑大于2mm顆粒占全部質(zhì)量25%50%粗砂粒徑大于0.5mm顆粒超過(guò)全部質(zhì)量50%中砂粒徑大于0.25mm顆粒超過(guò)全部質(zhì)量50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm顆粒超過(guò)全部質(zhì)量85%粉砂粒徑大于0.075mm顆粒少于全部質(zhì)量50%（三）砂類(lèi)土砂類(lèi)土是指干燥時(shí)呈松散狀態(tài)，粒徑大于2mm的顆粒(四)黏性土1.黏性土按工程地質(zhì)特征分類(lèi)(1)老黏性土(2)一般黏性土(3)新近沉積的黏性土2.黏性土按塑性指數(shù)分類(lèi)：粘土和粉質(zhì)粘土。表1-143.黏性土按液性指數(shù)分類(lèi)：堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑。表1-15(四)黏性土1.黏性土按工程地質(zhì)特征分類(lèi)(1)老黏性土(2)塑性圖由美國(guó)卡薩格蘭德（Cassagrande）于1947年提出，現(xiàn)為世界通用的一種細(xì)粒土的分類(lèi)方法。左圖是以76g平衡錘錐尖15s入土10mm標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的；塑性圖由美國(guó)卡薩格蘭德（Cassagrande）于1947年黏性土按塑性圖分類(lèi)若入土深度為17mm時(shí)，Ip=0.73(wL-20)，wL=50%黏性土