土力学地基与基础课程讲义4土的物理性质及工程分类.ppt
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1、土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类第一章第一章1.1 1.1 土的形成土的形成和和三三相组成相组成1.2 1.2 土的结构与构造土的结构与构造1.3 1.3 土的物理性质指标土的物理性质指标1.4 1.4 土的物理状态指标土的物理状态指标1.5 1.5 土的压实性土的压实性1.6 1.6 土的工程分类土的工程分类 目目 录录1.1 1.1 土的形成和三相组成土的形成和三相组成土的三相组成土的三相组成土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的结构土的结构便于研究和应用便于研究和应用土的工程分类土的工程分类土的压实性土的压实性 土的形成影
2、响土的形成影响从而决定土的渗透特性;变形特性及强度特性从而决定土的渗透特性;变形特性及强度特性土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物产物形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学物理力学性质性质影响影响两个名词:两个名词:基岩基岩覆盖土覆盖土一一、风化风化生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物粘性土粘性土次生矿物次生矿物有有 机机 质质二二、搬运、剥蚀与沉积搬运、剥蚀与沉积残积土残积土无搬运无搬运土土质质较较好好残积土残积土强风化强风化弱风化弱风化微风化微风化母岩体母岩体颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙多
3、棱角多棱角粗细不均粗细不均无层理无层理运积土运积土有搬运有搬运风:风积土风:风积土重力重力:坡积土坡积土 流水流水:洪积土洪积土冲积土冲积土湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物冰川冰川:冰积土冰积土土粒粗细不同,性质不均匀土粒粗细不同,性质不均匀有分选性,近粗远细有分选性,近粗远细浑圆度分选性明显,土层交迭浑圆度分选性明显,土层交迭含有机物淤泥,土性差含有机物淤泥,土性差颗粒细,表层松软,土性差颗粒细,表层松软,土性差土粒粗细变化较大,性质不均匀土粒粗细变化较大,性质不均匀颗粒均匀,层厚而不具层理颗粒均匀,层厚而不具层理 土的三相组成土的三相组成气相气相固相固相液相液相+构成土骨架
4、,起决定作用构成土骨架,起决定作用重要影响重要影响土体土体次要作用次要作用1 1、颗粒大小、颗粒大小粒组划分粒组划分粒组 按粗细进行分组,将粒径接近的归成一类按粗细进行分组,将粒径接近的归成一类界限粒径一一、固体颗粒固体颗粒2 2、土粒粒度分析土粒粒度分析-颗粒级配颗粒级配颗粒大小颗粒大小各粒径成分在土各粒径成分在土中占的比例中占的比例颗粒级配颗粒级配 各粒组的相对含量,用质量百分数来表示各粒组的相对含量,用质量百分数来表示确定方法确定方法 筛分法筛分法:适用于粗粒土:适用于粗粒土 (0.075 mm)沉降分析法(比重计法):适用于细:适用于细粒土粒土 (0.075 mm)表述方法表述方法 颗
5、粒级配累积曲线颗粒级配累积曲线筛分法:适用于粒径大于0.075mm的土比重计法:适用于粒径小于0.075mm的土105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%9587786655361009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P()()105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积土的粒径级配累积曲线曲线筛分法筛分法1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数()小于某粒径之土质量百分数()105.01.00.50.100.050.01
6、0.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径特征粒径特征粒径:d50:平均平均粒径粒径d60:限限制制粒径粒径d10:有效有效粒径粒径d30;中值粒径中值粒径不均匀程度:不均匀程度:不均匀程度:不均匀程度:Cu=d60/d10 连续程度连续程度连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配良好级配良好粗细程度:粗细程度:粗细程度:粗细程度:用用d50 表示 1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数()()105.0
7、1.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累土的粒径级配累积曲线积曲线d60d10d30斜率斜率:某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数C C c c=1-3,1-3,级配连续性好级配连续性好粒径级配判定粒径级配判定1 1)粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名;2 2)不均匀系数)不均匀系数CuCu用于判定土的不均匀程度:用于判定土的不均匀程度:Cu Cu 5
8、,5,不均匀土;不均匀土;Cu Cu 5,33或或CcCc1,1,级配不连续级配不连续4 4)不均匀系数)不均匀系数CuCu和曲率系数和曲率系数CcCc用于判定土的级配优劣:用于判定土的级配优劣:如果如果 CuCu55且且 CcCc=1 13 3,级配良好的土;级配良好的土;如果如果 Cu Cu 53 3 或或Cc Cc 1,11g/cmg/cm3 3冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度具有固体的特性具有固体的特性温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发弱结合水弱结合水:位于强结合水之外,电场引力作用范围之内位于强结合水之外,电场引力作用范围之内外力作用下可以移动外力作用下可以移动不
9、因重力而移动,有粘滞性。仍然不能传递不因重力而移动,有粘滞性。仍然不能传递静水压力静水压力自由水自由水重力水重力水毛细水毛细水在重力作用下可在土中自由在重力作用下可在土中自由流动流动存在于固气之间存在于固气之间 在重力与表面张力作用下可在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动在土粒间空隙中自由移动土中毛细现象土中毛细现象 上升高度上升高度:r2hcw=2rTcos毛细水毛细水毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比分析对象分析对象:水柱水柱粘土、粉土、砂土、砾石粘土、粉土、砂土、砾石对砂土强度的影响对砂土强度的影响:毛毛细边角水细边角水,假凝聚力假凝聚力 假定假定=0,毛细压力毛细压力2
10、rTcos+ucr2 =0毛细压力毛细压力分析对象分析对象:水膜水膜三三、土中气体土中气体v自由气体:自由气体:与大气连通,对土的性质影响不大与大气连通,对土的性质影响不大与大气连通,对土的性质影响不大与大气连通,对土的性质影响不大v封闭气体:封闭气体:增加土的弹性;阻塞渗流通道增加土的弹性;阻塞渗流通道增加土的弹性;阻塞渗流通道增加土的弹性;阻塞渗流通道土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结空间排列和相互联结空间排列和相互联结1.2 土的结构和构造土的结构和构造力学特性力学特性(微观结构)(微观结构)土的结构土的结构重塑土的强度重塑土的强
11、度原状土的强度原状土的强度(宏观结构)(宏观结构)土的构造土的构造+同一土层中物质成分、同一土层中物质成分、同一土层中物质成分、同一土层中物质成分、颗粒大小相近的各部分颗粒大小相近的各部分颗粒大小相近的各部分颗粒大小相近的各部分之间的相互关系的特征之间的相互关系的特征之间的相互关系的特征之间的相互关系的特征影响影响1 1、土粒间的作用力土粒间的作用力 重重 力力 毛细力毛细力 胶结力胶结力 颗粒表面力颗粒表面力 土颗粒的自重形成的方向向下的力土颗粒的自重形成的方向向下的力 砂土砂土 土中毛细作用形成的力土中毛细作用形成的力 细砂、粉土细砂、粉土 土粒间的胶体物质产成的作用力土粒间的胶体物质产成
12、的作用力 粘土粘土 粘土粘土 库库 仑仑 力力:范德华力范德华力:颗粒表面的静电引力或斥力颗粒表面的静电引力或斥力颗粒接触点处的分子间引力颗粒接触点处的分子间引力-粗粒土的结构粗粒土的结构 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分单粒结构单粒结构示意图示意图重力,毛细力重力,毛细力点与点、点与面点与点、点与面原生矿物原生矿物2 2、土的结构、土的结构-细砂、粉粒土的结构细砂、粉粒土的结构 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分蜂窝结构蜂窝结构重力,表面力重力,表面力蜂窝状蜂窝状主要是原生矿物主要是原生矿物-细粒土的结构细粒土的结构 粒间作用力粒间作用力 形成环
13、境形成环境 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分表面力、胶结力表面力、胶结力(斥力减小引力增加)(斥力减小引力增加)示意图示意图表面力、胶结力表面力、胶结力(粒间斥力占优势)(粒间斥力占优势)淡水中沉积淡水中沉积海水中沉积海水中沉积次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物天然条件下,可能是多种组合,或者由一种结构过渡向另一种结构。天然条件下,可能是多种组合,或者由一种结构过渡向另一种结构。面与面面与面边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边絮状结构絮状结构3 3、土的构造类型、土的构造类型表征土层的层理构造、裂隙构造及大孔隙等宏观特征1.3 土的物理性质指标土的物理性质指标 土的物理性质指标土的物理性质
14、指标(三相间的比例三相间的比例关系关系)。可以用来表示。可以用来表示土的物理状态,土的物理状态,包括:粗粒土的松密程度和粘性土的软包括:粗粒土的松密程度和粘性土的软硬状态,在一定程度上决定了土的力学硬状态,在一定程度上决定了土的力学特性。特性。一、物理性质指标一、物理性质指标土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系基本方法基本方法:三相草图法三相草图法1 1、三相草图(三相比例关系图)三相草图(三相比例关系图)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体
15、积已知关系五个已知关系五个:共有九个参数共有九个参数:V Vv Vs Va V/ms m ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量物性指标是比例关系物性指标是比例关系:可假设任一参数为可假设任一参数为1实验室测定实验室测定其它指标其它指标2、室内测定的三个物理性质指标基本物理指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的密度土的密度单位单位:kg/m3 或或 g/cm3一般范围一般范围:1.602.20 g/cm3土单位体积的质量土单位体积的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度表达式表达式:相关指标相关指标:土的容重(重度)土的容重(重度)=g 单
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