土力學(xué)_第2章(土的物理性質(zhì)和工程分類)

1、第二章第二章 土的工程分類土的工程分類和物理性質(zhì)和物理性質(zhì)2一、土的生成和組成一、土的生成和組成巖石風(fēng)化，剝蝕水、風(fēng)的搬運(yùn)或就地沉積土物理風(fēng)化：生成砂、礫等粗顆粒土?；瘜W(xué)風(fēng)化：生成粘性土（高嶺土等）。生物風(fēng)化：植物根分泌有機(jī)酸；遺體腐爛；微生物作用。 （1）土的來(lái)源3 （2）土的礦物成分（a）原生礦物：物理風(fēng)化產(chǎn)物，石英、長(zhǎng)石、云母等。 顆粒粗，為砂、礫組主要成分?；瘜W(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水穩(wěn)性強(qiáng)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，水穩(wěn)性強(qiáng)。（b）次生礦物：化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)物，顆粒細(xì)，為粘粒組的主要成分。 顆粒細(xì)，比表面比表面積大，活性大，親水性強(qiáng)。蒙 脫 石A. 粘土礦物B. 倍半氧化物及次生 二氧化硅C. 可溶性次生礦物（c）

2、有機(jī)質(zhì)：親水性：蒙脫石伊利石高嶺石單位質(zhì)量上顆粒所擁有的表面積4（3）土的組成（a）土的組成 土是各種礦物顆粒的集合體 粗顆粒土細(xì)顆粒土土顆粒水氣 體孔 隙氣一般由固體顆粒、水和空氣三相組成有四相說(shuō)水土交界面smwmamvmmaVwVsVvVV0wm土中的水固 態(tài)自由水氣 態(tài)液 態(tài)結(jié)合水重力水毛細(xì)水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水（b）土中的水和氣體粘性土的性質(zhì)105oO-2H+H+粘土顆粒水分子極 性粘 粒弱 結(jié) 合 水自 由 水強(qiáng) 結(jié) 合 水 （c）土中的氣體（4）土的結(jié)構(gòu)及其聯(lián)結(jié)（a） 粗粒土及粉土的結(jié)構(gòu) 生成時(shí)重力起主要作用，顆粒之間以機(jī)械作用為主。土的結(jié)構(gòu)：土中顆粒及其集合物的堆積方式和相互聯(lián)結(jié)方式

3、。粗粒土：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)粉土：蜂窩結(jié)構(gòu)（b） 粘性土的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型：顆粒間的作用力：范德華力、庫(kù)侖力等。特特 點(diǎn)點(diǎn)：有粘聚力和可塑性：有粘聚力和可塑性。（c）不均勻土的混合結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)絮凝結(jié)構(gòu)二、土的主要特點(diǎn)二、土的主要特點(diǎn)（1）多樣性：由于成土母巖不同、風(fēng)化作用的歷史不同，造成土的種類繁多、分布復(fù)雜、性質(zhì)各異。（2）易變性：土的工程特性經(jīng)常受著外界的溫度、濕度（地下水作用）、壓力（建筑物荷載）等影響而產(chǎn)生顯著變化。青藏鐵路中的凍土三、土顆粒劃分及測(cè)試（1）土顆粒粒徑劃分2.0mm0.5mm0.25mm0.15mm0.125mm0.075mm0.053mm0.005mm60目120目200目270目

4、100目12粒組統(tǒng)稱粒組統(tǒng)稱粒組劃分粒組劃分粒徑范圍粒徑范圍d/mm主要特性主要特性巨粒組巨粒組漂石（塊石）漂石（塊石）d200透水性大，無(wú)粘性，不易壓縮透水性大，無(wú)粘性，不易壓縮卵石（碎石）卵石（碎石）200 d 60透水性大，無(wú)粘性，不易壓縮透水性大，無(wú)粘性，不易壓縮粗粒組粗粒組礫粒礫粒粗礫粗礫60 d 20透水性大，無(wú)粘性，不能保持水分，毛細(xì)水上升透水性大，無(wú)粘性，不能保持水分，毛細(xì)水上升高度很小，壓縮性較小高度很小，壓縮性較小中礫中礫20 d 5細(xì)礫細(xì)礫5 d 2砂粒砂粒粗砂粗砂2d 0.5易透水，無(wú)粘性，毛細(xì)水上升高度不大，飽和松易透水，無(wú)粘性，毛細(xì)水上升高度不大，飽和松細(xì)砂在振動(dòng)荷

5、載作用下會(huì)產(chǎn)生液化，一般壓縮性細(xì)砂在振動(dòng)荷載作用下會(huì)產(chǎn)生液化，一般壓縮性較小，隨顆粒減小，壓縮性增大較小，隨顆粒減小，壓縮性增大中砂中砂0.5 d 0.25細(xì)砂細(xì)砂0.25 d 0.075細(xì)粒組細(xì)粒組粉粒粉粒0.075 d 0.005透水性小，濕時(shí)有微粘性，毛細(xì)水上升高度較大，透水性小，濕時(shí)有微粘性，毛細(xì)水上升高度較大，有凍脹現(xiàn)象，飽和并很松在振動(dòng)荷載作用下會(huì)產(chǎn)有凍脹現(xiàn)象，飽和并很松在振動(dòng)荷載作用下會(huì)產(chǎn)生液化生液化粘粒粘粒d 0.005透水性差，濕時(shí)有粘性和可塑性，遇水膨脹，失透水性差，濕時(shí)有粘性和可塑性，遇水膨脹，失水收縮，性質(zhì)受含水量的影響較大，毛細(xì)水上升水收縮，性質(zhì)受含水量的影響較大，毛

6、細(xì)水上升高度大。高度大。土粒粒組的劃分土粒粒組的劃分地基與基礎(chǔ)（第三版p15）篩分法（0.1mm以上）（2）粒徑測(cè)試擺篩圖擺篩圖水（析）分法（0.1mm以下）（a）密度計(jì)法：適用于粒徑小于）密度計(jì)法：適用于粒徑小于0.075mm的細(xì)顆粒土。的細(xì)顆粒土。 斯托克斯斯托克斯(Stokes)定理：顆粒下沉速度與顆粒直徑的平方成正比。定理：顆粒下沉速度與顆粒直徑的平方成正比。 （b）激光顆粒分析法）激光顆粒分析法 MicrotracS3500型顆粒分析儀 （3）顆粒測(cè)試成果 粒徑分布曲線（級(jí)配曲線）10.10.011E-302040608010010小于某粒徑的土粒質(zhì)量/%粒徑/mm 不均勻系數(shù) 級(jí)配

7、良好的土CddCddduc60103026010() 曲率系數(shù)CddCddduc60103026010()且Cu越大，曲線越平緩，粒徑分布越不均勻。Cc3，中間顆粒偏多，小粒徑顆粒偏少。 級(jí)配不良的土不能同時(shí)滿足上述兩個(gè)條件的土60u10dCd230c6010()dCddu5Cc1 3C 17四、土的分類情況四、土的分類情況（1）按照地質(zhì)年代分類 （a）老沉積土：晚更新世Q3及其以前沉積的土。 （b）新沉積土：第四紀(jì)全新世Q4中近期沉積的土。（2）按照地質(zhì)成因分類 殘積土、坡積土、沖積土、淤積土、冰積土和風(fēng)化土（3） 土（巖）的工程分類 巖 土 巖 石碎 石 土 粉 土特 殊 土 砂 土強(qiáng)度、

8、節(jié)理、風(fēng)化程度顆粒大小、級(jí)配、形狀 粘性土 塑性指數(shù)或塑性圖按照土顆粒大小和塑性指數(shù)的工程分類（巖土工程勘察規(guī)范GB50021-2001） 土的名稱顆粒形狀顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配漂 石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%塊 石 棱角形為主卵 石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%碎 石棱角形為主圓 礫 圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%角 礫 棱角形為主碎石土的分類注：定名時(shí)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定。（a）碎石土：粒徑大于2.0mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50的土。碎石土卵石塊石（碎石） （b）砂土：粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量

9、不超過(guò)總質(zhì)量50，粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50的土。土的名稱顆 粒 級(jí) 配礫 砂粗 砂中 砂細(xì) 砂粉 砂 粒徑大于2.0mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量2550%粒徑大于0.5mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量50%注：定名時(shí)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定。砂土的分類砂土 （d）粘性土：粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì) 量50，塑性指數(shù)Ip 10的土。 （c）粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量不超過(guò)總質(zhì)量 50的土，塑性指數(shù)Ip 10的

10、土。 粉質(zhì)粘土：塑性指數(shù)10 Ip 17的土。 粘土：塑性指數(shù)Ip 17的土。（e）特殊性土： 濕陷性土、黃土、紅粘土、軟土、混合土、填土、多年凍土、膨脹巖土、鹽漬巖土、風(fēng)化巖和殘積土、污染土。Loess，yellow earth 劉東生院士Frozen soils五、土的物理性質(zhì)指標(biāo)直接測(cè)定指標(biāo)（3個(gè)）換算指標(biāo)（6個(gè)）1. 土的密度和重度（重力密度，容重）MV直接測(cè)定指標(biāo)（3個(gè)）測(cè)定方法：環(huán)刀法（kg/m3）（kN/m3）9.8m/s2單位體積土的質(zhì)量（重量）。mVg2. 土粒的比重測(cè)量方法：比重瓶煮沸法水的密度1.0g/cm3水的比重1.0土粒的質(zhì)量與同體積 4 純水的質(zhì)量之比。 wssV

11、mGwssVWG3. 含水量wMMWWwsws100%測(cè)量方法：烘干法土粒的質(zhì)量土中水的質(zhì)量（重量）與土粒質(zhì)量（重量）之比，以百分?jǐn)?shù)表示。 wwss100%mWwmW4. 孔隙比和孔隙率eVVwvss( )11nVVVvsv100%nee1enn1換算指標(biāo)（6個(gè)）ms=sVa0VwmwVsms氣體氣體水水土粒土粒Vs=1V =e+1Vv=emw=w sm=(1+w)s孔隙比(e)：土中孔隙體積與土粒體積之比，用小數(shù)表示?？紫堵?n)：土中孔隙體積與土的總體積之比，用%表示。 v100%VnV1ene1nenvsVeVs(1)1w5. 飽和度eVVwvss()11ms=sVa0VwmwVsms氣

12、體氣體水水土粒土粒Vs=1V =e+1Vv=emw=w sm=(1+w)s 土中所含水的體積與孔隙體積之比 , 反映了土體中孔隙被水充滿的程度。 wrvVSVswGesw/we6. 土的飽和重度、浮重度、干重度eVVwvss()11satswee1WVewss11ms=sVa0VwmwVsms氣體氣體水水土粒土粒Vs=1V =e+1Vv=emw=w sm=(1+w)ssa tw sw1 eswsat1eesdWVs11ew六、 土的物理狀態(tài)及其指標(biāo)土的物理狀態(tài)：土的土的干濕干濕、松密松密、軟硬軟硬等狀態(tài)。等狀態(tài)。 砂 土：密實(shí)程度松、密粘性土：軟硬程度（稠度）軟、硬（1） 土的干濕狀態(tài)（地基與

13、基礎(chǔ)p24）（三種）土的類別評(píng)價(jià)指標(biāo)稍濕很濕飽和砂土飽和度Sr(%)Sr5050Sr80Sr80粉土含水量w(%)w2020 w30w30指標(biāo)和狀態(tài)（地基與基礎(chǔ)p27）相對(duì)密實(shí)度 （Relative Density ）Deeeermaxmaxmin0.67Dr1.0 密實(shí)0.33Dr0.67 中密 0Dr0.33 松散（2） 砂土的松密狀態(tài)工程上原位測(cè)試判斷物理狀態(tài)： 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探和靜力觸探試驗(yàn)maxrmaxmineeDee 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（SPT）（Standard Penetration Test） 標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù) N 錘 重：63.5kg 落 距：760mm 打入深度：300mm判斷

14、標(biāo)準(zhǔn)：建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500072002)巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）工程上原位測(cè)試判斷松密狀態(tài) N63.5 5 松散松散 5 N63.5 10 稍密稍密 10 N63.5 20 中密中密 N63.5 20 密實(shí)密實(shí)重型動(dòng)力觸探擊數(shù)碎石土碎石土密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài) N 10 松散松散 10 N 15 稍密稍密 15 N 30 中密中密 N 30 密實(shí)密實(shí)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)砂砂 土土密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)阿特堡界限 (Atterberg limit)（3） 粘性土的軟硬狀態(tài)顆 粒水VsVs+Vw固態(tài)wLwPws縮限塑限液限可塑態(tài)液態(tài)wVO半固態(tài) 粘性土隨著含水量的不同，分別表現(xiàn)出：固態(tài)

15、、半固態(tài)、可塑態(tài)、流動(dòng)態(tài)粘性土隨著含水量的不同，分別表現(xiàn)出：固態(tài)、半固態(tài)、可塑態(tài)、流動(dòng)態(tài)粘性土從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)的含水量分界點(diǎn)稱為界限含水量界限含水量。 液限（wL）的測(cè)定： 錐式液限儀（中國(guó)）； 碟式液限儀（歐美，詳見(jiàn)ASTM試驗(yàn)規(guī)程）。碟式液限儀 平衡錐式液限儀 液限和塑限的測(cè)定方法塑限（wp）的測(cè)定： 搓條法測(cè)定，3mm土條?？s限的測(cè)定： 收縮皿法測(cè)定。 塑性指數(shù)綜合反映粘性土的特性以及各類重要因素的影響，因此可用于土的分類及其性質(zhì)的評(píng)估。反映粘性土可塑性的大小。IwwPLPPLPIww 液性指數(shù)反映粘性土軟-硬程度（稠度，潮濕程度）。固態(tài)或半固態(tài)可塑態(tài)液 態(tài)（流動(dòng)）IwwwwLPLP 重塑土和原狀土0-0.25 硬塑0.25-0.75 可塑0.75-1.0 軟塑PLLPwwIwwL0I L01IL0I （3） 最大干重度和最優(yōu)含水量飽和線 土體能夠通過(guò)振動(dòng)、夯實(shí)和碾壓等方法調(diào)整土粒排列，進(jìn)而增加密實(shí)度的性質(zhì)稱為土的壓實(shí)性。 土的干密度d是反映土的密實(shí)度的重要指標(biāo)，它與土的含水量、壓實(shí)能量和填土的性質(zhì)等有關(guān)。將同一種土配置成不同含水量的土樣后進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)，可以獲得如圖所示的含水量w與干密度d之間的關(guān)系曲線，稱作擊實(shí)曲線。dmaxoptwdw七、土的結(jié)構(gòu)變化（1） 砂土的振動(dòng)密實(shí)和液化1964年6月16日日本新瀉7.5級(jí)地震 （2） 粘性土的