土的物理性質與工程分類.ppt

土的物理性質與工程分類,土的形成與風化作用,物理風化 化學風化 生物活動,巖石和土的粗顆粒受各種氣候等物理因素的影響產生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎 是顆粒大小發(fā)生量的變化 礦物成分與母巖相同，稱原生礦物 產生無粘性土,母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物 顆粒成分發(fā)生質的變化 礦物成分與母巖不同，稱次生礦物 形成十分細微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類,土的形成與風化作用,物理風化 化學風化 生物活動,包括植物、動物和土壤微生物的作用 可加劇物理和化學風化 構成土中有機質和營養(yǎng)物質的生物循環(huán) 導致腐殖質的形成，改變土壤的結構,土的形成與風化作用,物理風化 化學風化 生物活動,殘積土 無搬運 運積土 有搬運,搬運與沉積,搬運與沉積,殘積土 無搬運 運積土 有搬運,風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物 坡積土：土粒粗細不同，性質不均 洪積土：有分選性，近粗遠細 沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭 湖泊沼澤沉積土：含有機物淤泥，土性差 海相沉積物：顆粒細，表層松軟，土性差 冰積土：土粒粗細變化較大，性質不均勻 風積土：顆粒均勻，層厚而不具層理,土中氣體 氣相 次要作用,固體顆粒 固相 構成土體骨架 起決定作用,土中水 液相 重要影響,土體的三相構成,研究土的基本性質，需要從三項本身開始研究,固體顆粒 - 礦物成分,固體成分,原生礦物 - 石英、長石、云母等 次生礦物,礦物質 有機質,無定形氧化物膠體 可溶鹽 粘土礦物,具有和原生礦物很不相同的特性 對粘土性質的影響很大,固體顆粒 - 顆粒大小,粒組 將土中不同粒徑土粒，按適當粒徑范圍分成的若干小組 界限粒徑 劃分粒組的分界尺寸,d (mm),礫石,砂粒,粉粒,粘粒,膠粒,60,2,0.075,0.005,0.002,0.25,0.5,5,20,粗,中,細,粗,中,細,0.075,粗粒,細粒,粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。 細粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。,巨粒,60,卵石,200,漂石,固體顆粒 - 粒徑級配,粒徑級配：各粒組的相對含量，用質量百分 數來表示 -無粘性土工程性質的主要決定因素，作為土分類定名的主要依據。 分析方法： 篩分法：適用于粗粒土 孔徑大小不同的篩子 水分法：適用于細粒土 常采用比重計法 表述方法: 粒徑級配累積曲線,固體顆粒 - 粒徑級配,孔徑 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075),200g土,篩余 0 10 16 18 24 22 38 72,小于某粒徑之土質量百分數P（）,粒徑(mm),P 100 95 87 78 66 55 36,土的粒徑級配累積曲線,水分法,篩分法,固體顆粒 級配曲線,d60,d50,d10,d30,特征粒徑:,斜率: 某粒徑范圍內顆 粒的含量 陡-相應粒組含量多 緩-相應粒組含量少 平臺-相應粒組缺乏,d50 : 平均粒徑 d60 : 控制粒徑 d10 : 有效粒徑 d30,土的粗細度：用d50 表示 土的不均勻程度：用不均勻系數： Cu = d60 / d10 表示，Cu 5，稱為不均勻土，反之稱為均勻土 連續(xù)程度: 用曲率系數 Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量, Cc=13為連續(xù)級配, 3或1為不連續(xù)級配,固體顆粒 級配曲線,小于某粒徑之土質量百分數（）,粒徑(mm),土的粒徑級配累積曲線,d60,d50,d10,d30,粒組含量用于土的分類定名； 不均勻系數Cu用于判定土的不均勻程度： Cu 5為不均勻土； Cu 5為 均勻土 曲率系數Cc用于判定土的連續(xù)程度： Cc =13為級配連續(xù)土；Cc3 或 Cc3 或Cc1為 級配 不良的土,粒徑級配曲線和指標的應用,土 中 水,結晶水 礦物內部的水 結合水 吸附在土顆粒表面的水 自由水 電場引力作用范圍之外的水 土中冰 由自由水凍成，凍脹融沉 水蒸氣 存在孔隙空氣中,氣相 - 土中氣,自由氣體：與大氣連通連通的氣體 對土的性質影響不大 封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體 其體積與壓力有關。會增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性 溶解在水中的氣體 吸附于土顆粒表面的氣體,土體有三個組成部分：固相、液相和氣相,小 結,固體顆粒 土中水 土中氣體,粒徑級配 礦物成分 顆粒形狀,結合水 ：強結合水、弱結合水 自由水 ：重力水、毛細水,自由氣體 封閉氣體,物理性質指標,土的三個組成相的體積和質量上的比例關系,密實程度 干濕程度 ,特點: 指標概念簡單，數量很多 要點： 名稱、概念或定義、符號、表達式、 單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別 基本方法:,定義,三相草圖法,三 相 草 圖,三 相 草 圖,三個獨立變量， 干土或飽和土二個獨立變量,其它指標： 三相草圖法計算,實驗室 測定,基本物理性質試驗,為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進行三個基本的物理性質試驗： 土的密度試驗 土粒比重試驗 土的含水量試驗,定義：土單位體積的質量 表達式： 單 位: kg/m3 或 g/cm3 一般范圍: 1.602.20 g/cm3,土的密度,基本試驗指標-土的密度,定義：土粒的密度與4C時 純蒸餾水密度的比值 表達式： 單 位: 無量綱 一般范圍：粘性土 2.702.75， 砂土 2.65,土粒比重Gs,基本試驗指標-土粒比重,=1.0 g/cm3,土粒比重在數值上等于土粒的密度,基本試驗指標 - 含水量,定義：土中水的質量與土粒質 量之比，用百分數表示 表達式： 單 位: 無量綱 一般范圍：變化范圍大,注意: 其實是含水比,可達到或超過100,土的含水量W,可表示同一種土的松密，二者之間存在關系：,表示土中孔隙含量的指標,砂類土：28-35% 粘性土：30-50%，有的可達60-70%,孔隙比e：土中孔隙體積與固體顆粒體積之比, 為無量綱,孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙體積與總體積之比, 用百分數表示,可用三相草圖推出,表示土中含水程度的指標,對干土：Sr=0 對飽和土：Sr=1,含水量：,飽和度：土中水的體積與孔隙體積的比值,飽和度表示孔隙中充滿水的程度：,表示土體密度和容重的指標,干密度：土被烘干時的密度， 干容重：,天然密度 天然容重,飽和密度：土被飽和時的密度， 飽和容重：,浮容重：,靜水下的有效容重,浮密度,各種密度容重間的大小關系,天然密度 干密度 飽和密度,天然容重 干容重 飽和容重 浮容重,練習題,某住宅地基勘查中，已知一個鉆孔原狀土試樣試驗結果為：土的密度=1.80g/cm3，土粒比重Gs=2.70，土的含水量=18.0%，繪制三項草圖，求其余六個物理性質指標,練習題,1、繪制三項草圖 假設,練習題,小 結,土的三個組成相的體積和質量上的比例關系,定義,三相草圖法,特點: 指標概念簡單，數量很多 要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、 單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別,土的物理狀態(tài)指標,土的物理狀態(tài) 粗粒土的松密程度 粘性土的軟硬狀態(tài),土的物理性質指標 (三相間的比例關系),表示,粗粒土的密實狀態(tài),密實度：通常指單位體積中固體顆粒含量的多少,簡單方便，但只能用于同一種土，不能反映級配的影響,物理性質指標：孔隙比e（孔隙率n） 干容重d,相對密度：,emax與emin ：最大與最小孔隙比,標準灌入捶擊次數：N63.5,無粘性土密實度,以孔隙比e為標準（砂土）,e0.95時松散狀態(tài)、強度低、壓縮性大,優(yōu)點： 用一個指標e即可判別砂土的密實度，應用方便，同一種土，密砂的孔隙比e1，松砂孔隙比e2則e1e2，密砂孔隙比反而大于松砂孔隙比。,無粘性土密實度,無粘性土的密實度,相對密度：,emax與emin ：最大與最小孔隙比,克服未考慮顆粒級配的缺陷，可用天然孔隙比e，與同一種砂的最松狀態(tài)孔隙比emax和最密實狀態(tài)孔隙比emin進行對比，看更靠近emax，以此來判斷他的密實度，即相對密實度Dr,最大孔隙比emax: 將松散的風干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經換算得到最大孔隙比 最小孔隙比emin : 將松散的風干土樣裝入金屬容器內，按規(guī)定方法振動和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經換算得到最小孔隙比,理論上的最大與最小孔隙比在室內的測定有時很困難,粗粒土的最大與最小孔隙比,相對密度,粗粒土的相對密度,相對密度指標主要用于人工填土，對天然砂土層采用原位標準貫入試驗法測定,無粘性土密實度,標準灌入試驗N為標準確定無粘性土密實度 -現場進行的一種原位測試 試驗方法：用卷揚機將質量為63.5kg的鋼錘，提升76cm高度，讓鋼錘自由下落，打擊灌入器，使灌入器貫入土中深為30cm所需的捶擊數，記為N63.5，N的大小反映土的貫入阻力的大小，即密實度的大小，這種方法科學而準確 。,5,10,50,30,15,稍密,密實,中密,松散,無粘性土密實度,碎石土的密實度 -用重型動力觸探捶擊數來劃分密實度 對漂石、塊石粒徑大于200mm的顆粒含量較多的碎石土用野外鑒別法劃分密實狀態(tài)。,粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度，稠度是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力,稠度狀態(tài)與含水量有關,粘性土,含水量,較硬,變軟,流動,粘性土的稠度狀態(tài),塑限wp,液限wl,粘性土的稠度反映土中水的形態(tài),固態(tài)或半固態(tài),可塑狀態(tài),流動狀態(tài),強結合水,弱結合水,自由水,w,強結合水膜最大,出現相當數量自由水,粘性土的稠度狀態(tài),液限wl（%） 定義：粘性土呈液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量 測定方法：錘式液限儀，碟式液限儀 塑限wp（%） 定義：粘性土呈塑態(tài)與半固態(tài)之間的分界含水量。 測定：滾搓法 液塑限聯(lián)合測定法： 76g，下沉10mm- wl 下沉 2mm- wp,縮限ws（%） 定義：粘性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的分界含水量 測定：收縮皿法,液性指數：,IL0 堅硬(半固態(tài)) 01 流塑,土的稠度狀態(tài)液性指數,不同的粘土，wp、wl 大小不同。對于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同,液性指數是表征土的含水量與分界含水量之間相對關系的指標。對重塑土較為合適。,塑性指數,問題：反映的是全部土顆粒吸附結和合的能力，不能充分反映粘土礦物表面活性的高低,活性指數：,粒徑小于0.002mm顆粒的質量占總土總質量的百分比,A 1.25 活性粘土,定義：,大體上表示土的弱結合水含量,反映吸附結合水的能力，即粘性大小 大致反映粘土顆粒含量 常作為細粒土工程分類的依據,粗粒土的密實狀態(tài)指標: 相對密度Dr,細粒土的稠度狀態(tài)指標: 液性指數IL,定義 判別標準,界限含水量 wP、wL 土中水形態(tài) 塑性指數 Ip 吸附結合水的能力,定義 判別標準,小 結,土 的 結 構,土顆?；蛄F的空間排列和相互聯(lián)結,土粒間的作用力 粗粒土的結構 細粒土的結構 粘性土的結構性指標,土的結構：土顆粒的大小形狀、表面特征、相互排列及其聯(lián)結關系的綜合特征,巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,土,建筑場地基基礎規(guī)范GB50007-2002,工程性質和力學性能,粒徑大于2mm的顆粒含量超過50%,土的名稱 粒組含量,粒徑大于2mm的顆粒占全質量25 - 50%,礫砂 粗砂 中砂 細砂 粉砂,粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質量50%,粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質量50%,粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質量85%,粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質量50%,建筑場地基基礎規(guī)范GB50007-2002,巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,砂土,巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,土,粉土 粘性土,粘性土：塑性指數Ip10的土,粉質粘土：1017的土,非活性粘土： A 1.25,粉土：粒徑大于0.