第二章土的物理性質(zhì)及工程分類

1、yyyy年年m月月d日星期日星期wteacher yang ping粘性粘性土的土的物理物理特征特征概述概述土的土的組成組成土的土的三相三相比例比例指標(biāo)指標(biāo)土的土的分類分類標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)地基地基土的土的工程工程分類分類 無粘無粘性土性土的密的密實度實度teacher yang ping 一、土的生成一、土的生成 1.概念：土是地殼表面的巖石風(fēng)化后產(chǎn)生的碎屑堆積物。概念：土是地殼表面的巖石風(fēng)化后產(chǎn)生的碎屑堆積物。注：注： 風(fēng)化風(fēng)化壓縮固結(jié)、壓縮固結(jié)、膠結(jié)硬化膠結(jié)硬化 、巖石、巖石土土目前土主要是指第四紀(jì)土。目前土主要是指第四紀(jì)土。2、風(fēng)化作用分為：物理風(fēng)化、風(fēng)化作用分為：物理風(fēng)化 原生礦物原生礦物 化

2、學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 次生礦物次生礦物 生物風(fēng)化生物風(fēng)化 有機質(zhì)（或腐殖質(zhì)）有機質(zhì)（或腐殖質(zhì)）teacher yang ping原生礦物原生礦物固相固相構(gòu)成構(gòu)成風(fēng)化風(fēng)化程度程度顆粒顆粒大小大小特點及對工程性質(zhì)、力學(xué)性特點及對工程性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)的可能影響質(zhì)的可能影響原生礦物原生礦物( (石英、石英、長石、云長石、云母）母）物理物理風(fēng)化風(fēng)化粗大，呈塊粗大，呈塊狀或粒狀狀或粒狀( (碎碎石、礫石與石、礫石與砂土的主要砂土的主要成分成分) )性能穩(wěn)定，視顆粒大小與形性能穩(wěn)定，視顆粒大小與形狀對力學(xué)、工程性質(zhì)的影響狀對力學(xué)、工程性質(zhì)的影響不同。例如，級配良好，土不同。例如，級配良好，土粒不均勻，則該土的密度、

3、粒不均勻，則該土的密度、強度大，壓縮性低，透水性強度大，壓縮性低，透水性差。差。teacher yang ping 次生礦物次生礦物固相固相構(gòu)成構(gòu)成風(fēng)化風(fēng)化程度程度顆粒顆粒大小大小特點及對工程性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)特點及對工程性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)的可能影響的可能影響次生次生礦物（蒙礦物（蒙脫石、伊脫石、伊利石、高利石、高嶺石）嶺石）化學(xué)化學(xué)風(fēng)化風(fēng)化細小，呈片細小，呈片狀狀 , ,是粘性是粘性土固相的主土固相的主要成分。要成分。高度的分散性高度的分散性, ,呈細粒狀呈細粒狀, ,它的它的含量的變化對粘性土性質(zhì)十分含量的變化對粘性土性質(zhì)十分敏感敏感, ,巨大的比表面使其具有巨大的比表面使其具有很強的與水相互作用

4、的能力很強的與水相互作用的能力, ,它的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的不同它的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的不同, ,會帶來會帶來其工程性質(zhì)的顯著差異。其工程性質(zhì)的顯著差異。teacher yang ping有機質(zhì)（或腐殖質(zhì)）有機質(zhì)（或腐殖質(zhì)）固相固相構(gòu)成構(gòu)成風(fēng)化風(fēng)化程度程度顆粒顆粒大小大小特點及對工程性質(zhì)、力學(xué)性特點及對工程性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)的可能影響質(zhì)的可能影響有機質(zhì)有機質(zhì)生物生物風(fēng)化風(fēng)化細粒和膠態(tài)細粒和膠態(tài)親水性強大，有大量的有機親水性強大，有大量的有機質(zhì)是不良的地基。質(zhì)是不良的地基。teacher yang ping二、土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造二、土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造( (一一) ) 、土的結(jié)構(gòu)、土的結(jié)構(gòu): :1 1 、概念、概念: :指土粒相

5、互排列的特征和粒間的聯(lián)結(jié)能力。指土粒相互排列的特征和粒間的聯(lián)結(jié)能力。2 2 、土的結(jié)構(gòu)類型與特征、土的結(jié)構(gòu)類型與特征: :、土的結(jié)構(gòu)類型有：單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)。、土的結(jié)構(gòu)類型有：單粒結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)。注：以上三種結(jié)構(gòu)的工程性質(zhì)逐漸降低，依次為最好、次注：以上三種結(jié)構(gòu)的工程性質(zhì)逐漸降低，依次為最好、次之、最差。之、最差。、特征：、特征：teacher yang pinga a 、單粒結(jié)構(gòu)、單粒結(jié)構(gòu)粗大土粒在水和空氣中下沉，而形成的全部由砂粒及更粗大土粗大土粒在水和空氣中下沉，而形成的全部由砂粒及更粗大土粒組成的土具有該結(jié)構(gòu)，分為兩種：粒組成的土具有該結(jié)構(gòu)，分為兩種：疏松單粒結(jié)構(gòu)

6、疏松單粒結(jié)構(gòu)，骨架不穩(wěn)，骨架不穩(wěn)定，易變形，未經(jīng)處理不易做地基；定，易變形，未經(jīng)處理不易做地基；緊密單粒結(jié)構(gòu)緊密單粒結(jié)構(gòu)，土粒排列，土粒排列緊密，強度較大，壓縮性較小，是良好的天然地基。緊密，強度較大，壓縮性較小，是良好的天然地基。teacher yang pingb b 、蜂窩結(jié)構(gòu)、蜂窩結(jié)構(gòu)主要由粉粒主要由粉粒( (0.020.005) )組成的土的結(jié)構(gòu)形式，在水中單個組成的土的結(jié)構(gòu)形式，在水中單個下沉，碰到已沉積的土粒，由于土粒間的分子引力大于顆粒下沉，碰到已沉積的土粒，由于土粒間的分子引力大于顆粒自重，則下沉土粒被吸引，不再下沉，形成很大孔隙的蜂窩自重，則下沉土粒被吸引，不再下沉，形成很

7、大孔隙的蜂窩結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。teacher yang pingc c 、絮狀結(jié)構(gòu)、絮狀結(jié)構(gòu)由粘粒由粘粒(0.005mm)( 0.075mm0.075mm時，采用篩分法時，采用篩分法; ;、當(dāng)、當(dāng) d d dd3030dd1010。teacher yang ping3 3、評定方法：、評定方法：、c cu u表示土粒大小的均勻程度，表示土粒大小的均勻程度， c cu u，土粒越不均勻，土粒越不均勻，級配良好。適應(yīng)于對級配連續(xù)的土進行判斷。級配良好。適應(yīng)于對級配連續(xù)的土進行判斷。 一般情況一般情況下，工程上把下，工程上把c cu u 5 5的土看作是均粒土，級配不良；的土看作是均粒土，級配不良； c

8、cu u 1010的土是非均粒土，級配良好。的土是非均粒土，級配良好。、 對級配不連續(xù)的土，則采用對級配不連續(xù)的土，則采用c cu u、 c cc c兩個指標(biāo)進行判斷。兩個指標(biāo)進行判斷。當(dāng)?shù)[類土或砂類土同時滿足當(dāng)?shù)[類土或砂類土同時滿足c cu u 5 5和和c cc c =13 =13時，級配良時，級配良好。好。注：級配不連續(xù)指缺乏中間粒組（注：級配不連續(xù)指缺乏中間粒組（ d d6060、與、與d d1010之間的某粒組）之間的某粒組）的土，累計曲線呈臺階狀。的土，累計曲線呈臺階狀。teacher yang ping二、土中水二、土中水、土中液態(tài)水：存在于土中的液態(tài)水有結(jié)合水和自由水兩種。、土

9、中液態(tài)水：存在于土中的液態(tài)水有結(jié)合水和自由水兩種。（固定層）（固定層）（擴散層）（擴散層）teacher yang ping結(jié)合水：是電場范圍內(nèi)的水。結(jié)合水：是電場范圍內(nèi)的水。 、強結(jié)合水、強結(jié)合水 ：指緊靠土粒表面的結(jié)合水膜，是不因重力作指緊靠土粒表面的結(jié)合水膜，是不因重力作 用變化的固態(tài)水，其特點是：用變化的固態(tài)水，其特點是： a、沒有溶解鹽的能力，不能傳遞靜水壓力，只有吸熱變成、沒有溶解鹽的能力，不能傳遞靜水壓力，只有吸熱變成 蒸汽時才能移動。蒸汽時才能移動。 b、只含有強結(jié)合水的土表現(xiàn)為固態(tài)。、只含有強結(jié)合水的土表現(xiàn)為固態(tài)。 、弱結(jié)合水：、弱結(jié)合水：緊靠強結(jié)合水的外圍而形成的結(jié)合水膜。

10、其緊靠強結(jié)合水的外圍而形成的結(jié)合水膜。其 特點是：特點是： a、不能傳遞靜水壓力，水膜較厚的向較弱的緩慢移動。、不能傳遞靜水壓力，水膜較厚的向較弱的緩慢移動。 b、當(dāng)土中含有弱結(jié)合水時，土是半固態(tài)的可塑狀態(tài)，即是、當(dāng)土中含有弱結(jié)合水時，土是半固態(tài)的可塑狀態(tài)，即是 粘性土具有可塑性的機制所在。粘性土具有可塑性的機制所在。teacher yang ping自由水：存在于土粒表面電場影響范圍以外的水，可分自由水：存在于土粒表面電場影響范圍以外的水，可分為重力水和毛細水。為重力水和毛細水。、重力水、重力水，存在于地下水位以下的透水土層中的地下水，存在于地下水位以下的透水土層中的地下水，對土顆粒產(chǎn)生浮力

11、，重力水位差能產(chǎn)生滲流；是砂、粘土對土顆粒產(chǎn)生浮力，重力水位差能產(chǎn)生滲流；是砂、粘土中常有的水體，能傳遞靜水壓力，是土中孔隙壓力的主要中常有的水體，能傳遞靜水壓力，是土中孔隙壓力的主要構(gòu)成水體，地下水位升降會引起土中應(yīng)力變化，開挖基坑構(gòu)成水體，地下水位升降會引起土中應(yīng)力變化，開挖基坑時要防止動水壓力引起的時要防止動水壓力引起的流砂現(xiàn)象流砂現(xiàn)象。teacher yang ping、毛細水、毛細水，受到水與空氣交界面張力作用的自由水，在，受到水與空氣交界面張力作用的自由水，在粉細砂中，土的毛細現(xiàn)象較重。注意兩點：粉細砂中，土的毛細現(xiàn)象較重。注意兩點：a、毛細水上升對建筑物地下部分的防潮措施和地基土

12、的侵、毛細水上升對建筑物地下部分的防潮措施和地基土的侵蝕和凍漲等有重要影響。蝕和凍漲等有重要影響。b、干旱地區(qū)地下水中可溶鹽隨毛細水上升不斷蒸發(fā)，鹽份、干旱地區(qū)地下水中可溶鹽隨毛細水上升不斷蒸發(fā)，鹽份便積聚于靠近地表處而形成鹽漬土。便積聚于靠近地表處而形成鹽漬土。（二）、氣態(tài)水：對土的性質(zhì)影響不大。（二）、氣態(tài)水：對土的性質(zhì)影響不大。（三）、固態(tài)水：對土的工程性質(zhì)影響大。（三）、固態(tài)水：對土的工程性質(zhì)影響大。teacher yang ping三、土中氣三、土中氣a、細粒土、細粒土封閉氣體封閉氣體彈性變形彈性變形土的滲透性差，強度受到土的滲透性差，強度受到封閉氣體影響。封閉氣體影響。b、粗粒土、

13、粗粒土氣與大氣連通氣與大氣連通殘余變形殘余變形土的滲透性大，變形土的滲透性大，變形穩(wěn)定，強度一般較大，即連通氣體一般不影響土的性質(zhì)。穩(wěn)定，強度一般較大，即連通氣體一般不影響土的性質(zhì)。teacher yang ping把表示土中三相比例關(guān)系的物理量稱為土的三相比例指標(biāo)。把表示土中三相比例關(guān)系的物理量稱為土的三相比例指標(biāo)。teacher yang ping一、土粒比重一、土粒比重gs 1.概念：概念：土粒質(zhì)量與同體積的土粒質(zhì)量與同體積的4c時的純水質(zhì)量之比，亦稱土?xí)r的純水質(zhì)量之比，亦稱土粒相對密度。粒相對密度。無綱量無綱量2.計算公式：計算公式：3.3.測定方法：測定方法：比重瓶法比重瓶法1wss

14、svmg1wsteacher yang ping二、土的密度二、土的密度1.概念：概念：土單位體積的質(zhì)量。土單位體積的質(zhì)量。2.計算公式計算公式：3.3.測定方法：測定方法：環(huán)刀法環(huán)刀法33cmgmtvm或注：注：土的密度隨著土的礦物成分、孔隙大小和水的含量而不土的密度隨著土的礦物成分、孔隙大小和水的含量而不同，天然狀態(tài)下的土的密度一般為同，天然狀態(tài)下的土的密度一般為1.62.0t/m1.62.0t/m3 3。teacher yang ping三、含水量三、含水量w 1.概念：概念：土中水質(zhì)量與土粒質(zhì)量的百分比。土中水質(zhì)量與土粒質(zhì)量的百分比。2.計算公式：計算公式：%100swmmw3.3.實

15、測方法：實測方法：烘干法烘干法teacher yang ping四、孔隙比四、孔隙比e 1.概念：概念：土中孔隙體積與土粒體積之比。土中孔隙體積與土粒體積之比。2.計算公式計算公式：svvve 注：注：孔隙比反映了土的密實度，孔隙比反映了土的密實度，e e 11時，土是疏松的高壓縮性土。同一類時，土是疏松的高壓縮性土。同一類土的孔隙比越大，土的壓縮性和透水性越大，而其強土的孔隙比越大，土的壓縮性和透水性越大，而其強度就越小。度就越小。teacher yang ping五、孔隙率五、孔隙率n 1.概念：概念：土中孔隙體積與土體體積之比，用百分數(shù)表示。土中孔隙體積與土體體積之比，用百分數(shù)表示。2.

16、計算公式計算公式：%100vvnvteacher yang ping六、飽和度六、飽和度sr 1.概念：土孔隙中水的體積與孔隙體積之比，用百概念：土孔隙中水的體積與孔隙體積之比，用百分數(shù)表示。分數(shù)表示。2.計算公式：計算公式：%100vwrvvs3.3.判斷土的干濕程度：判斷土的干濕程度：s sr r=0=0為干土。為干土。0s0sr r100%2/32/3 dr1/3dr 1/3按相對密實度按相對密實度dr劃分砂土的密實度：劃分砂土的密實度：3.規(guī)范建議用規(guī)范建議用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)n63.5來劃分來劃分.4、野外鑒別野外鑒別注：注：前三種方法主要針對砂土前三種方法主要針對

17、砂土,后一種主要針對后一種主要針對碎石土碎石土.teacher yang ping一、粘性土的可塑性及界限含水量一、粘性土的可塑性及界限含水量wwswpwl固態(tài)固態(tài)流態(tài)流態(tài)可塑態(tài)可塑態(tài)半固態(tài)半固態(tài)強結(jié)合水強結(jié)合水強結(jié)合水、強結(jié)合水、部分弱結(jié)部分弱結(jié)合水合水弱結(jié)合水、弱結(jié)合水、部分自由部分自由水水大量自由大量自由水水teacher yang ping、可塑狀態(tài)：、可塑狀態(tài)：就是指粘性土在某含水量范圍內(nèi)就是指粘性土在某含水量范圍內(nèi),可用外力塑成任可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋何形狀而不發(fā)生裂紋,并當(dāng)外力移去后仍能保持既得的形狀并當(dāng)外力移去后仍能保持既得的形狀,土的土的這種性能叫可塑性。這種性能叫

18、可塑性。、界限含水量：、界限含水量：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的含水量。粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的含水量。、液限、液限wl:粘性土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量。粘性土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量。測定方法：測定方法：1、錐式液限儀（國內(nèi)）、錐式液限儀（國內(nèi)） 2、碟式液限儀（國外）、碟式液限儀（國外）、塑限、塑限wp ：粘性土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量。：粘性土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量。測定方法：測定方法：1、搓條法、搓條法 2、錐式液限儀聯(lián)合測定、錐式液限儀聯(lián)合測定teacher yang ping (五五).縮限縮限ws：指粘性土隨含水量的減少，體積開始

19、不變時指粘性土隨含水量的減少，體積開始不變時的含水量。的含水量。測定方法：測定方法：烘干法烘干法二、粘性土的可塑性指標(biāo)二、粘性土的可塑性指標(biāo)1、塑性指數(shù)、塑性指數(shù)ip：是指液限和塑限的差值（省去是指液限和塑限的差值（省去%符號），符號），即：即：plpwwiteacher yang pingip的含義：的含義：、ip表示結(jié)合水的含量多少。表示結(jié)合水的含量多少。、表示土粒組成、礦物成份。、表示土粒組成、礦物成份。、反映抗剪強度、壓縮性指標(biāo)。、反映抗剪強度、壓縮性指標(biāo)。、ip10，為為粘性土分類粘性土分類。teacher yang ping2.液性指數(shù)液性指數(shù)il：是指粘性土的天然含水量和塑限的差

20、值與塑：是指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比，即：性指數(shù)之比，即：ppplpliwwwwwwi作為判別粘性土軟硬程度的標(biāo)準(zhǔn)，作為判別粘性土軟硬程度的標(biāo)準(zhǔn)，其劃分標(biāo)準(zhǔn)其劃分標(biāo)準(zhǔn)(gb50021(gb5002194)94)見下表：見下表：狀態(tài)狀態(tài)堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑ilil00il0.250.25il 0.750.751.0teacher yang ping三三.粘性土的結(jié)構(gòu)性和靈敏度粘性土的結(jié)構(gòu)性和靈敏度1、土的結(jié)構(gòu)性：、土的結(jié)構(gòu)性：指天然土的結(jié)構(gòu)受到擾動影響而改變的指天然土的結(jié)構(gòu)受到擾動影響而改變的特性。一般用靈敏度衡量。特性。一般用靈敏度衡量。2. 靈敏度靈敏

21、度st：是指原狀土無側(cè)限抗壓強度與擾動土無側(cè)限是指原狀土無側(cè)限抗壓強度與擾動土無側(cè)限抗壓強度之比。即：抗壓強度之比。即：uutqqsteacher yang ping3.地基規(guī)范根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為三類地基規(guī)范根據(jù)靈敏度將飽和粘性土分為三類: 低靈敏度土低靈敏度土 1st2 中等靈敏度土中等靈敏度土 24teacher yang ping四、粘性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性四、粘性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性1、粘性土的脹縮性：粘性土的脹縮性：是指粘性土具有吸水膨脹和失水收縮是指粘性土具有吸水膨脹和失水收縮的兩種變形特性。的兩種變形特性。2、土的濕陷性：土的濕陷性：是指土在自重壓力作用下或自

22、重壓力和附是指土在自重壓力作用下或自重壓力和附加壓力綜合作用下，受水浸濕后，使土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而加壓力綜合作用下，受水浸濕后，使土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷特征發(fā)生顯著的附加下陷特征teacher yang ping3.土的凍脹性土的凍脹性:是指土的凍脹和凍融給建筑物或土工建筑物帶來是指土的凍脹和凍融給建筑物或土工建筑物帶來危害的變形特性。危害的變形特性。其危害有其危害有凍土的凍脹會使路基隆起，使柔性路面鼓包、開裂，使剛性凍土的凍脹會使路基隆起，使柔性路面鼓包、開裂，使剛性路面錯縫或折斷路面錯縫或折斷；凍脹還使建筑物抬起，引起建筑物開裂、凍脹還使建筑物抬起，引起建筑物開裂、傾斜，甚至倒

23、塌。傾斜，甚至倒塌。teacher yang ping對工程危害更大的是春暖土層解凍融化后，由于土層上部積對工程危害更大的是春暖土層解凍融化后，由于土層上部積聚的冰晶體融化，使土中含水量大大增加，加之細粒土排水聚的冰晶體融化，使土中含水量大大增加，加之細粒土排水能力差，土層軟化，強度大大降低。路基土凍融后，在車輛能力差，土層軟化，強度大大降低。路基土凍融后，在車輛反復(fù)碾壓下，易產(chǎn)生路面開裂、冒泥，即翻漿現(xiàn)象。凍融也反復(fù)碾壓下，易產(chǎn)生路面開裂、冒泥，即翻漿現(xiàn)象。凍融也會使房屋、橋梁、涵管發(fā)生大量不均勻下沉，引起建筑物開會使房屋、橋梁、涵管發(fā)生大量不均勻下沉，引起建筑物開裂破壞。裂破壞。注注: :

24、確定基礎(chǔ)埋深時確定基礎(chǔ)埋深時, ,必須考慮地基土的凍脹性。必須考慮地基土的凍脹性。teacher yang ping一、土的分類原則一、土的分類原則1、分類目的：分類目的：在于通過一種通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，以便于對不同在于通過一種通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，以便于對不同土類作有價值的比較、評價，進行學(xué)術(shù)與經(jīng)驗的交流。土類作有價值的比較、評價，進行學(xué)術(shù)與經(jīng)驗的交流。2、土的分類原則：、土的分類原則：簡明的原則：簡明的原則：土的分類體系采用的指標(biāo)，既要能綜合反映土的分類體系采用的指標(biāo)，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)，又要其測定方法簡單，且使用方便。土的主要工程性質(zhì)，又要其測定方法簡單，且使用方便。工程特性差異的原則

25、：工程特性差異的原則：土的分類體系采用的指標(biāo)要在一定土的分類體系采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性。程度上反映不同類工程用土的不同特性。teacher yang ping3、目前國內(nèi)外的兩大類工程分類體系：、目前國內(nèi)外的兩大類工程分類體系：、建筑工程系統(tǒng)的分類體系：建筑工程系統(tǒng)的分類體系：側(cè)重于把土作為建筑地側(cè)重于把土作為建筑地基和環(huán)境，故以基和環(huán)境，故以原狀土原狀土為基本對象。為基本對象。、工程材料系統(tǒng)的分類體系：工程材料系統(tǒng)的分類體系：側(cè)重于把土作為建筑材側(cè)重于把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土等工程，以料，用于路堤、土壩和填土等工程，以擾動土擾動土為基本為基本對象。對象。teacher yang ping二、土的總分類體系：二、土的總分類體系：特殊土一般土工程用土有機土無機土細粒土粗粒土含巨粒的土巨粒土卵石漂石巨?；旌贤粱旌暇蘖Ｍ辽邦愅恋[