土的物理性质及工程分类_课件.pdf

第一章土的物理性质及工程分类 也基基砒工程第一章土的物理性质及工程分类 主要内容一7 L 1土的组成及其构造与构造 L2土的物理性质目的 L3土的物理形状目的 1.4土（岩）的工程分类2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 地基基砒工程土的物理性质概述风化物理、I-Lj有七I搬运堆积岩石破碎 化学成分改动大小、外形和 成分都不一样 的松散颗粒集 合体土）L固相 土液相J气相土粒土中水土中气土中颗粒的大小、成分 及三相之间的相互作用 和比例关系，反映出土 的不同性质2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 池基基砒工程 1.1 土的组成及其构造与构造 一、土的固相土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况 对土的物理力学性质有明显影响L土的颗粒级配粒度成分工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为 假设干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量即各粒组占土 粒总量的百分数来表示，称为土的颗粒级配J筛分法：适用于0.075mmd460mm t比重计法：适用于d200200 20透水性很大,无粘性，无毛细水粗粒土圆砾或角砾颗粒粗 中 细20 10 10-5 52透水性大，无粘性,毛细水上升高度不超过粒径 大小砂粒粗中细2-0.50.5-0.25 0.25-0.075易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压 缩性增加;无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散;毛细 水上升高度不大，随粒径变小而增大细粒土粉粒0.075-0.005透水性小;湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍 有收缩;毛细水上升高度较大较快,极易出现冻胀 现象粘粒40.005透水性很小;湿时有粘性、可塑性,遇水膨胀大，干时收缩显著;毛细水上升高度大，但速度较慢注:漂石、卵石和圆砾颗粒均呈一定的磨圆形状(圆形或亚圆形);块石、碎石和角砾颗粒都带有棱角。粘粒或称粘土粒;粉粒或称粉土粒。粘粒的粒径上限也有采用o.002mm的。2022-1-11三分类 加；地泉泉砒工程IRI0I1筛分法用一套孔径不同的筛子，按 从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样 过筛，称出留在各筛上的土 质量，然后计算其占总土粒 质量的百分数第一章土的物理性质及工程分类 I池基基砒工程小奋斗狂 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同 来确定小于某粒径的土粒含量第一章土的物理性质及工程分类 颗粒粒径级配曲线地基基砒工程纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐 标表示土粒的粒径（对数坐标）am10卵石】或碎石圆4昧或角砾砂粒粉粒极大大t3/、相r细*中细1E密1S1ffl0090.1(送脚则曝用S/氧谏卜x2030405060708080706050403020师她则蚂出总明靠辣上白90主 I10 国 2f s|土粒粒径(mm)0000000 dc5dd第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程颗粒级配的描画 工程上常用不均匀系 数Cu描画颗粒级配的 不均匀程度C=4应。、d 60-限定粒径d 1。-有效粒径d 30中值粒径Cu愈大,表示土粒愈不均 匀。工程上把CuV5的土视 为级配不良的土;Cu10 幽盅视为级配良好的土曲率系数Cc描画颗粒级 配曲线整体形状，阐明 某粒组能否缺失情况d iod 60dW.d30：d60小于某粒径、的土粒含量为10%、30%和 e。时所对应的粒径,对于砾类土或砂类土，同时满 足Cu5和Cc=l3时，定名为 良好级配砂或良好级配砾第一章土的物理性质及工程分类 I漉I 地基基砒工程2.土粒的矿物成分矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用原生矿物：由岩石经过物理风化构成，其矿物成 分与母岩一样例：石英、云母、长石等特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、紧缩性较低的次的物：岩石经化学风化后所构成的新的矿物，其成分与母岩不一样例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 晟 地基基砒工程二、土中的水土中水的含量明显地影响土的性质（尤其是粘性）o 土中水除了一部分以结晶水的方式吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自在水L结合水强结合水：紧靠于颗粒外表、所受电场的作用力很大、几乎完全固定陈列、丧失液体的特性而接近于固体弱结合水：紧靠强结合水的外围构成的结合水膜，所 受的电场作用力随着与颗粒间隔增大而减弱2.自在水存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能 传送水压力，冰点为0,有溶解才干2022-1-1以两种方式存在：毛细水、重力水第一章土的物理性质及工程分类 I讪I 地基塞砒工程三、土中气体土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封锁气体和与大气不连 通的封锁气体L非封锁气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大2.封锁气体：受外荷作用，不能逸出，被紧缩 或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土 的性质有较大的影响，使土的浸透性减小，弹 性增大和延伸土体受力后变形到达稳定的历时2022-1-11地基基砒工程第一章土的物理性质及工程分类四、土的构造在成土过程中所构成的土粒的空间陈列及其结合方式,与组成土的颗粒大小、颗粒外形、矿物成分和堆积条件有 关L单粒构造：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下 沉落构成的单粒构造，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据构成条件不同，可分为疏松形状和密实形2022-1-11密实形状疏松形状第一章土的物理性质及工程分类 I地基基砒工程2.蜂窝构造：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力 大于重力，接触后，不再继续下沉，构成链环单位，很多链环结合起来，构成孔隙较大的蜂窝状构造蜂窝构造3.絮状构造：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻,在水中处于悬浮形状。当悬液介质发生变化时，土粒 外表的弱结合水厚度减薄，粘粒相互接近，凝聚成絮 铁物下沉，构成孔隙较大的絮状构造第一章土的物理性质及工程分类 晟 地基基砒工程五、土的构造土的构造是指土体中各构造单元之间的关系。主要 特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造,二者都呵斥了土的不均匀性1.层理构造：土粒在堆积过程中，由于不同阶段堆 积的物质成分、颗粒大小或颜色不同，而沿竖向呈 现出成层特征，分程度层理和交错层理。2.分散构造:土层中土粒分布均匀，性质相近，如蜘躺1为营澄津多不延续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类3M”即 1.2 土的物理性质目的（三相比例目的）地基基砒工程测定方法：环刀法、灌水法粘土 p=1.82.0g/cm3砂土 p=1.62.0g/cm32022-1-111.土的密度p：单位g/cm3单位体积土的质量户个*可工程中常用重度%来表示单 位体积土的分量-重力加速度，近似取 10m/s2_地基基砒工程第一章土的物理性质及工程分类 IM1）、环刀法：主要适用于黏性土、粉土与砂土，采用容积 为1000cm3或200cm3的不锈钢环刀2、灌水法：主要适用于卵石、砾石与原状砂。详细做法：现场挖试坑，将挖出的试样装入容器，称其 质量，再用塑料薄膜平铺于试坑内，注水至袋内水面与坑口 产平，注入的水量即为试坑体积。1阴$g1干重度：单位体积土粒分量 九二y工程运用：干重度常用于填方工程土体压本质量控制规范。rd越大，阐明土体压得愈密实2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 I汨地基基砒工程）饱和重度：孔隙中全部充溢水时单位体积土粒分量Ysat=%g+一V常见值：3）有效重度：地下水位以下时，土体受水的浮力作用时,O/=v vysa-y(o2022.1席见值：第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程质量m 体积V 2.土粒相对密度ds土粒比重：一 三 7 土粒质量与同体积的4时纯水土粒相对除的年前衿券系中裕#省端笳，4疫相至急度减小“69 71 73 76土的称号砂土粉土粉质粘土粘土泥炭ds第一章土的物理性质及工程分类 m 地基基砒工程质量m 体积V3.土的含水量co：土中水的 质量与土粒质量之比，以百 分数表示m mm刃二*100%=-xlOO%ms s土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理目的。天 然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及 其所处的自然地理环境等有关。测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精熄灭法主要适用于黏性土、砂土、粉土等常规实验。2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程L孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙体积 与土粒体积之比孔隙率n：土中孔隙体积与 总体积之比，以百分数表示=匕 xlOO)V砂土 e=0.5 1.0,当e l.0时为脆弱地基e t nn=-或 e=-2。22-1川+1-ne和n t,土质愈疏松第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程之比,2.土的饱和度Sr：土中孔 隙水的体积与孔隙总体积以百分数表示=fixlO3饱和度描画土中孔隙被水充溢的程度，用于评价 土体的干湿形状干土Sr=O,完全饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为 三种形状：Sr450%稍湿;50%80%饱和2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 藐I 地基基砒工程 间的换算 土的三相目的中，土粒相质量m 体积V对密度ds,含水量3和密 度P是经过实验测定的，可以根据三个根本目的换 算出其他各目的为计算方便，可令v=1或P 7V=l+e%=dsPcoVs=1令Vs=l 那么VV1n尸碗工A m _4(1+G)20性 El.-夕_44。+砌1e-11+e即P第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程%g=44g(l+助 _，V (l+e)(l+防 一 1+(0_ dsP活+叭 _ 九(4+e)1+e 1+e 1+e第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程1【例】某土样经实验测得体积为100cm3,湿土质量为 87g,烘干后，干土质量为167g。假设土粒的相对密度ds为2.66,求该土样的含水量密度P、重度、干重度fd、孔隙比e、饱和重度fsat和有效重度1 据题意=100cm3 m-187g ms T67g,187-167=20gm,、co-Jm20 x 100%=xl 00%167一凡g-167x10：-cni d y JOO100 3第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程4(1+勾4 1P187或由=鼠=2.66得匕二急匕=20cm那么e二K=-K3722=0.59362.7820-xlOO%37.22_(9V=53.7 一Ysat一VK第一章土的物理性质及工程分类 也基基砒工程 1.餐工的物理形状目而一 一、无粘性土的密实度砂土无粘性土，碎石土土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗 粒含量的多少，天然形状下的砂、碎石等处于从严密到松散 的不同物理形状。无粘性土的密实度与其工程性质有着亲密 关系密实度大一紧缩性低 一良好的建筑物地基 反之，松散的无粘性土那么是脆弱地基2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 温 地基基砒工程I%、1.孔隙比e 方法简单，但未思索土体颗粒级配的影响 天然孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限制时，处于密实形状。孔隙比愈 大，土愈松散当e 0.95时为松散砂土，强度低，紧缩性高。砂土在最松散加砂土在天然形2.相对密实度Dr 状时的孔隙3尖下孔隙比匕在最密实形4=四心-/状时的孔隙比ax匕2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 地的物砒工程当Dr=O时，e=emin,表示土处于最疏松形状；当 Dr=l.0时，e=emax,表示土体处于最密实形状Drl/3 l/3Dr2/32/3Drl疏松形状 中密形状 密实形状因砂土较难采取原 状土，天然孔隙比 不易测定3.按动力触探确定无粘性土的密实度 天然砂土的密实度，可按原位规范贯入实验的锤击数力触探的锤击数N63.5进展评定(GB50007-2002)N进展评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动密实度松散稍密中密密实按西平定砂石密实度N1010N1515N30按N63.5评定碎石土密实 1 2022-1-11_N63,555N63.51010N63.5-【例】某砂土试样,实验测定土粒相对密度ds=2.7,含 水量3=9.43%,天然密度P=1.66/cm3。知砂样最密实 形状时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松形状时称得 干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判 别砂土所处的密实形状【解答】砂土在天然形状下的孔隙比40+04 1.e=-1-P砂土最小孔隙比 m.公4 max=-y=yg/an=幺2-1=QG7相对密实度分=0W=?nin166砂土最大孔隙比0mm=-=Lg/ctn心=送旦-1=086ninL-04支11/3,2/3中密形状第一章土的物理性质及工程分类 地基基砒工程L粘性土的稠度形状稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破 坏的抵抗才干,是粘性土最主要的物理形状特征缩限COS 塑限coP 液限coL0 固态；半固态;可塑形状;流动形状粘性土由某一种形状过渡到另一形状的分界含水量称为土的界限含水量液塑限测定根据土工实验规程)(SL237-007-1999)规定，采用液塑限结合测定仪进展测定。2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类1020 30 40 50 60 80 1002009876 5 4 3 2I M财爵g般画含水量（）下沉深度为17mni所对应的含水量为液限；下沉深度2为21M处所对应的含水量为塑限第一章土的物理性质及工程分类m地基基砒工程2.粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数ip是液限和塑限的差值（省去%）,即土处在 可塑形状的含水量变化范围阐明：可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，而可塑性 大小是用粘性土处于塑性形状的含水量变化范围来衡量。塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的才干，即与 土中粘粒含量有关。粘粒含量越多，塑性指数就越高液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与 塑性指数之比 _ 一CL2022-1-11Ip第一章土的物理性质及工程分类 焉 地基基砒工程I入 Z 阐明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间 的相对关系。当11X0时，34COP,土处于巩固形状；当IL 1时，co coL,土处于流动形状。根据IL值可以 直接断定土的软硬形状形状巩固硬塑可塑软塑流塑液性指数IL00IL0.250.25IL0.750.75IL12022-1-11第一章土的物理性质及工程分类丽地基基砒工程1.4（岩）的工程分类 一、分类的目的和原那么土的分类体系就是根据土的工程性质差别将土划分成一 定的类别，目的在于经过通用的鉴别规范，便于在不同土类 间作有价值的比较、评价、积累以及学术与阅历的交流分类原那么：1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，运用方便2.土的分类体系所采用的目的要在一定程度上反映不 同类工程用土的不同特性2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类(w1 地基基砒工程分类体系：1.建筑工程系统分类体系偏重把土作为建筑地基和环境，研讨对象为原状土，例如：建筑地基根底设计规范(GB50007-2002)地基土分类方法2.工程资料系统分类体系偏重把土作为建筑资料，用于路堤、土坝和填土地基 工程。研讨对象为扰动土，例如：土的分类规范 XGBJ145-90)工程用土的分类和公路土工实验规程 XJTJ051-93)土的工程分类2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 I地基基砒工程分类方法：1.V建筑地基根底设计规范(GB500072002)根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基 土岩分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类a.岩石的分类颗粒间结实粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石,巩固程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类b.碎石土的分类粒径一志于2mm的颗粒含量超越全重50%的土称为碎石土巩固程度类别巩固岩较硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)frk6030frk6015frk305frk15frk17粉质粘土10IP17f.人工填土的分类由于人类活动而构成的堆积物称为人工填土。物质 成分较杂乱，均匀性较差，根据其物质组成和成因，可 分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。2.的分类规范(GB J145-90)根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类。2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类 地基基砒工程a.巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量 区分。假设土中巨粒含量多于50%,属于巨粒土；假设 土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土。b.粗粒土的分类巨粒含量少于15%,剔除巨粒后，假设土中粒径大 于0.075nmi的粗粒含量多于余土的50%,属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类。c.细粒土的分类土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%,且粗 粒含量少于25%的土属于细粒土。2022-1-11地基基砒工程第一章土的物理性质及工程分类605040302010O细粒土按塑性图进展细分2022-1-11第一章土的物理性质及工程分类：脚/产基基砒工程【例】以下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按地基规范分类法确定三种土的称号(申太则眼然)则和中田四氧株卜W100908070605040302010 08852 25g|土粒粒径d7im)0AU-1-1 1第一章土的物理性质及工程分类 1/1 地基基砒工程II【解答】A土:从A土级配曲线查得，粒径小于2mm的占总土质量 的67%、粒径小于0.075mm占总土质量的21%,满足粒 径大于2mm的不超越50%,粒径大于0.075mm的超越 50%的要求，该土属于砂土；又由于粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大 于2mm占总土质量25%50%的要求，故此土应命名为 第佳粒径大于2 mm的没有，粒径大于0.075mm占总土质 量的52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为 粉砂C壬:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于 20mm的占总土质量的13%,按碎石土分类表可得，该土 应命名为圆砾或角砾地基基砒工程第一章土的物理性质及工程分类 土的压实性 一、土的击实实验在实验室内经过击实实验研讨土的压实性。击实实验有 轻型和重型两种。轻型击实实验适用于粒径小于5mm 的土，击实筒容积为947cm3,击 锤质量为2.5kg。把制备成一定含 水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm重型击实实验适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为 2104cm3,击锤质量为4.5kg,击锤落高为45.7cm。分五层击 实，每层56击。根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应 的甲密度。第一章土的物理性质及工程分类 标地基基砒工程能、土的种类和级配等L含水量的影响 pdpdmaxt_ _二、填土的击实特性影响土压实性的要素很多，主要有含水量、击实功当含水率较低时，击实后 的干密度随含水量的添加 而增大。而当干密度增大 到某一值后，含水量的继 续添加反招致干密度的减 小。干密度的这一最大值 处为该击数下的最大干密 与它对应的含水量称 为最优含水量0 sop CD阐明：当击数一定时，只需在某一含水量下才获得最正确2的缶实效果、第一章土的物理性质及工程分类地基基砒工程2.击实功能的影响pd20i.土料的最大干密度和最优 含水量不是常数。最大干密 度随击数的添加而逐渐增大,最优含水量逐渐减小。然而,这种变化速率是递减的。同 时，光凭添加击实功能来提 高土的最大干密度是有限的 2.当含水量较低时击数的影 响较显著。当含水量较高时击数400含水量与干密度关系曲线趋 近于饱和线，这时提高击实 功能是无效的阐明：填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低,填土遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学 性质。因此，在实践施工中填土的含水率控制得当与否，不彼涉1及到经济效益，而且影响到工程质量第一章土的物理性质及工程分类 I地基基砒工程3.土类和级配的影响击实实验阐明，在一样击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑 性指数愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水量愈大。pd无粘性土的击实曲线和粘 性土击实曲线不同，在含 水量较大时得到较高的干 密度，因此在无粘性土实 践填筑中，通常要不断洒 水使其在较高的含水量下 压实。0 无粘性土的击实曲线 阐明：土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实，由于级配良好的土 2 管足够的细粒去充填较粗粒构成的孔隙，因此能获得较高