地基与基础-土的物理性质与工程分类.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,地基与基础工程,Soil Mechanics and Foundation Engineering,1/62,第一章,介绍土形成及物质组成,从定性和定量两个方面描述,土体,物质组成,密实程度,及,工程应用,土物理性质及工程分类,主要内容:,2/62,知识关键点：,掌握土体三相组成、三相百分比指标之间换算及,土基本指标测试方法,。,了解无粘性土密实度概念及判别方法。,掌握粘性土塑性指数和液性指数作用和用途，以及粘性土物理状态评价。,掌握无粘性土和粘性土分类依据和分类方法。,3/62,1.1,土成因,土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不一样条件下形成自然历史产物,搬运、沉积,一、土体生成,风化,岩石,地球,土,地球,4/62,生物风化,物理风化,化学风化,矿物成,分未变,无粘性土,原生矿物,矿物成份改变,粘性土,次生矿物,风化作用分类,有 机 质,岩石和土粗颗粒受各种气候原因影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎,母岩表面和碎散颗粒受环境原因作用而改变其矿物化学成份，形成新矿物,动植物活动引发岩石和土体粗颗粒粒度或成份改变,5/62,定义：,土体结构是指土生成工程中所形成土粒空间排列及,其形式。,力学特征,影响,土结构,反应,土成份,形成条件,分类,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,二、土结构和结构,6/62,粒间作用力,可否作天然地基,矿物成份,单粒结构,示意图,重力、毛细力,密实单粒结构是良好天然地基,原生矿物,指粗砂粒或更粗大颗粒在水或空气中沉积形成。,粗粒土结构,涣散,密实,7/62,粒间作用力,形成环境,可否作为天然地基,矿物成份,水中悬浮力、自重力,（斥力减小引力增加）,絮状结构,(凝聚结构),蜂窝结构,(分散结构),示意图,颗粒间引力、自重力,（粒间引力占优势）,淡水中沉积,海水中沉积,次生矿物,次生矿物,注意：,天然条件下，可能是各种组合，或者由一个结构过渡向另一个结构。,不可,不可,细粒土结构,是指由粉粒（粒径,0.0050.075mm）在水中下沉时形。,是指由粘粒（粒径0.005mm）,集合体组成。,8/62,颗粒形状,原生矿物,圆状、浑圆状、棱角状,次生矿物,针状、片状、扁平状,9/62,土结构：,是指土体中各结构单元之间关系，主是从宏观角度,研究土组成，其主要特点是土成层性和裂缝性,。,力学特征,影响,土结构,类型,层状结构,分散结构,裂隙结构,结核状结构,通常分散结构土工程性质最好是理性地基，结核状结构土工程性质取决于细 粒土部分，裂隙结构不连续裂缝破坏土整体性故土工程性质最差。,10/62,气相,固相,液相,+,+,组成土骨架，起主体作用,主要影响,土体,次要作用,土体三相组成示意图,1.2 土组成,11/62,一、,土中固体颗粒(固相),物理状态,力学特征,粒组划分,土颗粒级配,土粒矿物成份,12/62,.颗粒级配,颗粒大小,土中各个粒组相对含量,惯用表格法或,粒径曲线法表示,影响土性质主因,13/62,表格法表示粒组划分,14/62,粒径级配,确定方法,筛分法,：适合用于粒径在0.074 60mm 土,密度计法,：,适合用于粒径小于0.074 mm 土,通常将各粒组相对含量，用质量百分数来表示,表述方法,粒径级配累积曲线,15/62,10,5.0,2.0,1.0,0.5,0.25,0.1,200g,10,16,18,24,22,38,72,P,%,95,87,78,66,55,36,筛分法原理图,筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：,20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，,将烘干且分散了,200,g有代表性试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上土重，并计算出各粒组相对含量，即得土颗粒级配。,密度计法,(也称比重计法),：是,沉降分析,法一个，另外还有移液管法(也称吸管法)。该两法理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状细颗粒在水中下沉速度与颗粒直径平方成正比,16/62,粒径(mm),0.05,0.01,0.005,百分数P(%),26,13.5,10,经典颗分级配曲线,沉降分析结果,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,小于某粒径之土质量百分数P（）,10,5.0,1.0,0.5,0.10,0.05,0.01,0.005,0.001,粒径(mm),17/62,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,小于某粒径之土质量百分数（）,10,5.0,1.0,0.5,0.10,0.05,0.01,0.005,0.001,粒径(mm),土粒径级配累积曲线,d,60,d,50,d,10,d,30,d,60,d,10,d,30,C,u,C,c,0.33,0.005,0.063,66,2.41,特征粒径:,d,60,控制,粒径,d,10,有效,粒径,d,30,中,值粒径,不均匀程度,：,C,u,=,d,60,/d,10,连续程度:,C,c,=,d,30,2,/,(,d,60,d,10,),曲率系数,不均匀系数,C,u,5,级配不均匀,粗细程度,：,用平均粒径,d,50,表示,18/62,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,小于某粒径之土质量百分数（）,10,5.0,1.0,0.5,0.10,0.05,0.01,0.005,0.001,粒径(mm),土粒径级配累积曲线,d,60,d,10,d,30,连续程度:,C,c,=,d,30,2,/,(,d,60,d,10,),曲率系数,较大颗粒缺乏,C,c,减小,较小颗粒缺乏,C,c,增大,C,c,=,1,3,级配连续性好,曲线,d,60,d,10,d,30,C,u,C,c,L,0.33,0.005,0.081,66,3.98,M,0.063,2.41,R,0.030,0.545,19/62,粒径级配累积曲线及指标用途：,粒组含量用于土分类定名,；,工程中用不均匀系数,C,u,评价土不均匀程度：,C,u,5,不均匀土,；,C,u,3 或,C,c,1,级配不连续土,不均匀系数,C,u,和,曲率系数,C,c,用于判定土级配优劣：,当,C,u,5且,C,c,=,1,3 时，为,级配 良好土,；,当,C,u,3 或,C,c,1g/cm,3,冰点处于零下几十度,含有固体特征,温度高于100C时可蒸发,强结合水性质稳定,强结合水,位于强结合水之外，以水膜,形式包围着土粒,外力作用下能够移动,不因重力而移动，有粘滞性,弱结合水,固,定,层,扩散层,27/62,土中毛细现象,毛细水,分布在土粒内部相互贯通孔隙能够看成许多形状不一、直径互异、彼此连通毛细管,重力水,是位于地下水位以下土空隙中，能在重力或压力作用下流动。其性质能传递静水压力并产生浮力。,28/62,三、土中气体(气相),土体中气体是指存于土体空隙中未被水占据部分,存在形式有两种:,自由气体:与大气相通,对土性质影响不大,封闭气体:与大气隔绝,增大土体弹性和压缩性,土体中气体,29/62,1.3 土物理性质指标,土物理状态,粗粒土松密程度,粘性土软硬状态,土物理性质指标,(三相间百分比关系),力学特征,影响,表示,30/62,一.土三相图,水,气,土 粒,V,a,V,w,V,s,V,v,V,W,a,=0,W,w,W,s,W,质量,体积,31/62,二.土物理性质指标确定,Water,Air,Soil,V,a,V,w,V,s,V,v,V,W,a,=0,W,w,W,s,W,质量,体积,土物理性质指标共有9个：e、n、S,r,、,d,s,、,d,、,sat、,/,土重度,土密度,=g,工程上更惯用于计算土自重应力,单位:,kN/m,3,或 g/cm,3,单位:,kN/m,3,普通范围:,16 22,kN/m,3,定义:,土单位体积质量,有时也称,土天然密度,表示式:,相关指标:,三相草图有利于直观了解物性指标概念,32/62,各种密度容重之间大小关系：,土重度,干重度,饱和重度,天然容重,干容重,浮容重,饱和容重,Water,Air,Soil,V,a,V,w,V,s,V,v,V,W,a,=0,W,w,W,s,W,质量,体积,33/62,土粒相对密度,s,:,土粒密度，单位体积土粒质量,单位:,无量纲,土粒比重普通范围:,粘性土 2.702.75,砂 土 2.65,2.95,4C时纯蒸馏水密度,=9.8 kg/m,3,定义:,土粒密度与4C时纯蒸馏水密度比值,表示式:,土粒比重在数值上等于土粒密度,饱和度,表示式:,定义:,土中水体积与孔隙体积比值,用百分数表示。,饱和度表示,孔隙中充满水程度,S,r,=0 :,干土,S,r,=100%:,饱和土,34/62,土含水量,定义:,土中水质量与土粒重量之比,用百分数表示,注意:,普通用含水量衡量黏性土潮湿程度。,表示式:,孔隙比,孔隙率,(,孔隙度,),关系:,惯用来反应土密实程度,定义:,土中孔隙体积与固体颗 粒体积之比,无量纲,表示式:,定义:,土中孔隙体积与土总体积之比,用百分数表示,表示式:,35/62,反应土密度指标有五个：,d,sat,d,s,反应土湿度指标有两个：,s,r,反应土土孔隙特征有两个：,e n,土天然重度,三个指标最基本物理指标，,可直接经过试验测定得出,天然含水量,土相对密度,ds,注:,以上9项物理性质指标，其中,36/62,惯用物理性质指标间换算关系,换算步骤:,:假设V,s,=1(V=1或m,s,=1),并画出三相草图;,:解出各相物质质量和体积换算指标;,:利用换算指标按基本定义列出所求物理指标换算公式,Water,Air,Soil,0,V,s,V,v,V,e,1,1+e,质量,体积,已知关系五个:,共有九个参数:,V V,v,V,s,V,a,V,/,W,s,W,W,a,W,物性指标是百分比关系:,可假设任一参数为1,对于饱和土,V,a,=0,剩下两个独立变量,e,e,e,d,s,w,d,s,w,d,s,w,(,1,+,),37/62,1.4 土物理状态指标,物理状态,力学特征,无黏性土密实度,黏性土物理特征,38/62,例题分析,【例1-1】,某土样，重量为,1.87N,，,体积为,100cm,3,，,烘干后，烘干土质量为,1.67N,。已知土粒相对密度,d,s,为,2.66,，试求：,、,、,e,、,s,r,、,d,、,sat,和,【,解】,39/62,一、无黏性土密实度,无粘性土 密实程度,工程性质,影响,指含有单粒结构碎石土与砂土，土粒之间无粘结力，呈涣散状态,定义:,土密实,结构稳定、强度高、压缩性低变形小,土涣散,结构不稳定、强度低、压缩性高变形大,怎样评定无粘性土密实度?,碎石土用触探锤击数,63.5,砂土用相对密度D,r,现场标准贯入试验锤击数,40/62,优点：,简单方便,缺点：,不能反应级配影响且只能用于同一个土,孔隙比e或孔隙率n,e,max,与,e,min,：,最大与最小孔隙比,相对密度,D,r,=1,最密状态,D,r,=0,最松状态,D,r,0.67 ,疏松状态,0.33,0.67,密实状态,判别标准：,优点：,把土级配原因考虑在内，,理论上较为完善,缺点：,e、e,min,、e,man,难以准确测定,41/62,依据现场标准贯入试验锤击数判定,标准贯入试验是一个原位测试方法。试验方法：将质量为63.5kg锤头，提升到76cm高度，让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需锤击数，记为N63.5，这是一个简便测试方法。N大小，综合反应了土贯入阻力大小，亦即密实度大小。我国岩土工程勘查规范（GB5002194）要求砂土密实度按表标准贯入锤击数进行划分。,标准贯入试验垂击数N,63.5,N,63.5,5,5,N,63.5,10,10,N,63.5,20,N,63.5,20,密实度,涣散,稍密,中密,密实,判定标准：,42/62,二、粘性土物理特征,粘性土物理状态能够用稠度表示。,稠度是反应粘性土处于不一样含水量时软硬程度或浠,稠程度,。,粘性土从一个状态过分到另一个状态分界含水量称为界限含水量。,塑限,p,液限,l,稠度界限,粘性土随含水量改变可改变土物理形态,固态或,半固态,可塑状态,流动状态,强结合水膜最大,出现自由水,强结合水,弱结合水,自由水,稠度状态,含水量,43/62,一、界限含水量测定方法,1、液限,L,锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土10mm所对应含水量。,碟式液限仪测定法：以2转/秒速度，使碟子重复起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好13mm所对应含水量。,锥式液限仪,碟式液限仪,44/62,2、塑限,p,滚搓法：,将天然湿度土体在毛玻璃上搓成直径为3mm,土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时含水量。,液、塑性联合测定法：,利用液、塑性联合测定仪同时,测定3份不一样含水量同一个土样，得到圆锥下沉深度和,含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm及2mm时土,样含水量就分别为该土液限和塑限。,圆锥入土深度与含水量关系,45/62,二、塑性指数I,p,和液性指数I,L,塑性指数,数值大小可反应粘性土可塑范围大小，,塑性指数,越大，表明粘性性土粘性和塑性越好,（与粘粒含量相关，粘粒含量越多，吸附水能力越大）；,塑性指数,I,p,工程上惯用塑性指数作为粘性土与粉土定名分类依据,缺点：,不能充分反应粘土颗粒含量,不一样粘土矿物吸服水能力不一样,46/62,注意：,仅适合用于重塑土,液性指数I,L,w,p,w,w,l,I,L,1,坚硬状态,可塑状态,流 态,0.00 0.25,0.25 0.75,0.75 1.00,硬塑,可塑,软塑,反应粘性土天然状态软硬程度,工程上作为确定粘性土承载力主要指标,47/62,三、黏性土灵敏度和触变性,相同含水量、密度,1.粘性土灵敏度,S,t,=,原状土,结构性,相同含水量,密度,粉碎,重塑,重塑土,强度降低,S,t,1-2,2-4,4,粘性土,低灵敏,中等灵敏,高灵敏,原状土无侧限抗压强度,重塑土无侧限抗压强度,48/62,含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐步强化，强度逐步恢复现象，称为,触变性,。,土触变性是土结构联结形态发生改变引发，是土,微观结构,随时间改变,宏观表现,。,2.粘性土触变性,49/62,四、活动度,活性指数,p,0.002,:粒径小于0.002mm颗粒质量占总土总质量百分比,A 1.25,非活性粘土,正常粘土,活性粘土,粘性土塑性指数与土中胶粒含量百分数比值称为活动度（活性指数）,反应粘性土中所含矿物活动性,50/62,1.5 地基岩土工程分类,分类依据：,粘性土按塑性指数和沉积条件,无粘性土按粒径及相对含量,评价岩土工程性质以及为地基基础设计与施工提供依据,本节主要介绍建筑地基基础设计规范-,GB5007-,分类法,土,岩石分类见表至表,碎石土分类见表,砂土分类见表,粉土分类塑性指数,，粒径.颗粒含量不超出,粘性土分类塑性指数,土表,人工填土分为杂填土，素填土，冲填土,分类目标：,51/62,1、岩石,按成因分类,岩浆岩,沉积岩,变质岩,按坚硬程度分类,按完整程度分类,52/62,2、碎石土,土名称 颗粒形状 粒组含量,漂石,块石,圆形及亚圆形为主,棱角形为主,粒径大于200mm颗粒超出全质量50%,卵石,碎石,圆形及亚圆形为主,棱角形为主,圆形及亚圆形为主,棱角形为主,圆砾,角砾,粒径大于20mm颗粒超出全质量50%,粒径大于2mm颗粒超出全质量50%,53/62,3、砂土,土名称 粒组含量,粒径大于2mm颗粒占全质量25-50%,砾砂,粗砂,中砂,细砂,粉砂,粒径大于0.5mm颗粒超出全质量50%,粒径大于0.25mm颗粒超出全质量50%,粒径大于0.075mm颗粒超出全质量85%,粒径大于0.075mm颗粒超出全质量50%,54/62,4、粉土,粒径大于0.075mm颗粒含量小于全质量50%而塑性指数I,p,10土,塑性指数Ip10土,5、粘性土,1017土,粘土,粉质粘土,55/62,6、人工填土,因为人类活动而推填土。,其物质成份杂乱，均匀性差。,按其组成和成因分类,素填土,压实填土,杂填土,冲填土,除了以上六种土外还有特殊土，见第十章。,56/62,细粒土按塑性图分类,细粒土是指粒组小于0.075mm者超出50 时土。,在塑性图中，以塑性指数IP为纵轴、液限w,L,横轴。,依据细粒土在坐标图上位置，就可方便地进行细粒土地分类,塑性图分类法,57/62,三、例题分析,土样,天然含水量,(%),塑限,p,(%),液限,L,(%),A,40.4,25.4,47.9,【例】,A、B两种土样，试验结果见表，试确定该土名称及软硬状态。,【,解答】,A,土,因 I,P,17，0.25,I,L,0.75，所以该土为黏土，可塑状态：,土样,天然含水量,(%),塑限,p,(%),液限,L,(%),A,23.2,21.0,31.2,B,土,因,10,I,P,17,，0,I,L,0.25，所以该土为粉质黏土，硬塑状态。,58/62,1.6 土压实机理及工程控制,土击实性是指土在重复冲击荷载作用下能被压密特征,压实本质,土料孔隙率减小，密实度提升,1、击实机理：,颗粒被击碎，土粒定向排列;,土粒破碎，粒间联结力被破 坏而发生孔隙体积减小;,气被挤出或被压缩等,59/62,2、影响击实效 果原因：,土性质,含水量：,压实功：,粘粒含量：粘粒含量越少，最大干重度越大,颗粒级配：颗粒级配越均匀，击实效果越差,含水量不一样改变了土颗粒间作用力，并改变,土结构与状态，含水量与击实效果以下列图所表示,要到达一定击实干密度，则含水量小时，击实,功大，含水量大时，则应选取击实功小机具。,0 4 8 12 16 20 24 28,含水量w(%),2.0,1.8,1.6,1.4,干密度,d,(g/cm,3,),饱和曲线,dmax,=1.86,w,op,=12.1,60/62,a.,粘性土存在最优含水量,op,，在填土施工中应该将土料含水量控制在,op,左右，以期得到,dmax,，通常取,b.,工程上常采取压实度,Dc,控制（作为填方密度控制标准）,、级土石坝,Dc9598%,级土石坝,Dc9295%,3、压实标准与控制：,.细粒土压实标准,61/62,.粗粒土压实特征与标准,不存在最优含水量,；,在完全风干和饱和两种状态,下易于击实,；,潮湿状态下,d,显著降低,。,a.击实曲线,特点,20%,b.理论分析,对粗粒土，击实过程中能够自由排水，不存在细粒土中出现现象。,在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,c.压实标准,惯用相对密度,控制,Dr0.70.75,施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和,62/62,