巖土力學第2章土的工程性質及分類ppt課件

1、土的物理性質與工程分類第二章土的物理性質目的1 目的定義1土粒比重土粒相對密度 土粒質量與同體積的4時純水的質量之比。即： 土粒的比重可在實驗室內用比重瓶法測定。sd1.sssswwmdv(2)(2)土的含水量土的含水量 土中水的質量與土粒質量之比，稱為土土中水的質量與土粒質量之比，稱為土的含水量，以百分數(shù)計。的含水量，以百分數(shù)計。即：即： 。 含水量是標志土濕度的一個重要物理目含水量是標志土濕度的一個重要物理目的，普通用烘干法測定。的，普通用烘干法測定。(3)(3)土的密度土的密度 土單位體積的質量稱為土的密度單位土單位體積的質量稱為土的密度單位 或或 ，即：即： 。土的密度普通用環(huán)刀法測定

2、。土的密度普通用環(huán)刀法測定。100%wsmm3g cm3t mmv(4)(4)土的干密度土的干密度 , ,飽和密度飽和密度 和有效密度和有效密度 土單位體積中固體顆粒部分的質量，稱為土土單位體積中固體顆粒部分的質量，稱為土的干密度的干密度 ，即：，即： 土孔隙中充溢水時的單位體積質量，稱為飽土孔隙中充溢水時的單位體積質量，稱為飽和密度和密度 ，即：，即： 單位土體積中土顆粒的質量扣除同體積水后單位土體積中土顆粒的質量扣除同體積水后的質量，即為單位土體積中土粒的有質量，的質量，即為單位土體積中土粒的有質量，稱為土的有效密度稱為土的有效密度 , ,即：即： dsdmvsatsvwsatmvvssw

3、mvv (5) (5) 土的孔隙比土的孔隙比e e和孔隙率和孔隙率n n 土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比，即：即： 土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之比，用百分數(shù)計，即：比，用百分數(shù)計，即：6 6土的飽和度土的飽和度 土中被水充溢的孔隙體積與孔隙總體積之比，土中被水充溢的孔隙體積與孔隙總體積之比，以百分數(shù)表示，即：以百分數(shù)表示，即： 。vsvevrs100%wrvvsv100%vvnv1. 三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積2 土的物性與分類可推導出可推導出 :

4、 :(1)1swdmve (1)1swde 11sswdmdve1vvenvewwsrvvwvmdsvve例題例題: :1.1.某一原狀土樣某一原狀土樣, ,經實驗測得根本目的如下經實驗測得根本目的如下: :密密度度 , , 含水含水量量 , , 土粒比重土粒比重求求: :孔隙比，孔隙率，飽和度、干密度、飽和孔隙比，孔隙率，飽和度、干密度、飽和密度和有效密度。密度和有效密度。31.67g cm12.9%2.67sd 例2：土密度的運用：條件：某填土工程的填量為 ，壓實后的干密度要求不小于 ，壓實時的最優(yōu)含水量為 ，取土現(xiàn)場土料，天然含水量 ，天然密度要求：1需運來多少立方米的土料？ 2為使土料

5、到達最優(yōu)含水量，在壓實 前需加多少水？ 330000Vm31.70dt m18%op15%31.64t m闡明：在一定擊數(shù)下，某一含水量能獲得最闡明：在一定擊數(shù)下，某一含水量能獲得最正確擊實效果，這一含水量稱為最正確含水正確擊實效果，這一含水量稱為最正確含水量。量。三相草圖三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積sawvawVVVVVVVswaawwwmmmmm0mV 知關系五個知關系五個: :共有九個參數(shù)共有九個參數(shù): V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m剩下三個獨立變量剩下三個獨立變量三相草圖法三相草圖法物性目的是比例關系物性

6、目的是比例關系: :可假設任一參數(shù)為可假設任一參數(shù)為1 1實驗室測實驗室測定定其它目其它目的的是一種簡單而適用的方法是一種簡單而適用的方法2 土的物性與分類二.土的物理形狀目的土的物理形狀粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度土的物理性質目的(三相間的比例關系)力學力學特性特性影影響響表表示示2 土的物性與分類2. 2. 粘性土的軟硬形狀也稱稠度形狀粘性土的軟硬形狀也稱稠度形狀稠度形狀與含水量有關稠度形狀與含水量有關含水量含水量較較硬硬變變軟軟流流動動2.3 土的物理形狀土的物理形狀界限含水量界限含水量:隨天然含水量的添加隨天然含水量的添加,粘性土由一種粘性土由一種物理形狀向另一種形狀過渡的含水量的

7、界限值物理形狀向另一種形狀過渡的含水量的界限值.塑性塑性:在一定條件下在一定條件下,因受外力作用其外形發(fā)生變因受外力作用其外形發(fā)生變化化,但不產生裂隙但不產生裂隙,外力卸去后外力卸去后,仍能堅持既得外形仍能堅持既得外形的一種性能的一種性能.可塑性是粘性土區(qū)別于無粘性土的可塑性是粘性土區(qū)別于無粘性土的主要特征主要特征.塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形狀粘性土的稠度反映土中水的形狀固態(tài)或半固態(tài)固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)塑態(tài) 流態(tài)流態(tài) 強結合水膜最大強結合水膜最大出現(xiàn)自在水出現(xiàn)自在水強結合水強結合水弱結合水弱結合水自在水自在水稠度形狀稠度形狀含水量含水量土中水的形狀土中水的形

8、狀w2.3 土的物理形狀土的物理形狀plpIww吸附弱結合吸附弱結合水的才干水的才干塑性指數(shù)塑性指數(shù)土由可塑形狀轉到流動形狀的界限含水量叫液限土由可塑形狀轉到流動形狀的界限含水量叫液限. .土由半固態(tài)轉到可塑狀的界限含水量叫塑限土由半固態(tài)轉到可塑狀的界限含水量叫塑限. .plpIww吸附弱結合水的才干；大致反映粘吸附弱結合水的才干；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小土顆粒含量、粘性大小塑性指數(shù)塑性指數(shù)常作為細粒土工程分類的根據(jù)常作為細粒土工程分類的根據(jù)不同的粘土礦物結合水的才干不同不同的粘土礦物結合水的才干不同2.3 土的物理形狀土的物理形狀相對稠度相對稠度pLlpwwIww 即使含水量一樣，稠度

9、能夠不同即使含水量一樣，稠度能夠不同液性指數(shù)液性指數(shù)對不同的粘土，對不同的粘土，wp、wl 大小不同大小不同定義：定義：wpwwlIL1鞏固形鞏固形狀狀可塑形可塑形狀狀流流 態(tài)態(tài)0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬硬塑塑可可塑塑軟軟塑塑2.3 土的物理形狀土的物理形狀對同一種粘土，含水量可反映其稠度對同一種粘土，含水量可反映其稠度問題：問題：例例4：某土樣其含水量為：某土樣其含水量為32.5%,密度密度 土的相對密度土的相對密度 ，液限，液限 ，塑限塑限 。求：土樣的物理形狀。求：土樣的物理形狀。 2.65sd 31.8g cm36.4%L18.9%puutqqS 反映

10、粘性土構造性的目的反映粘性土構造性的目的 03 uquq 一樣含水量、密度一樣含水量、密度1.1.粘性土的靈敏度粘性土的靈敏度 St St =原狀原狀土土構造性構造性一樣含一樣含水量水量密度、密度、組成組成粉粉碎碎重重塑塑重塑重塑土土強度降低強度降低St11-22-44-88-1616粘性土粘性土不靈敏不靈敏低靈敏低靈敏中等靈中等靈敏敏靈敏靈敏很靈敏很靈敏流動流動原狀土的無側限抗壓強原狀土的無側限抗壓強度度重塑土的無側限抗壓強重塑土的無側限抗壓強度度含水量不變，密度不變，因重塑而強度降低，含水量不變，密度不變，因重塑而強度降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸恢復的景象，又因靜置而逐漸強化，強度逐

11、漸恢復的景象，稱為觸變性。稱為觸變性。土的觸變性是土構造中結合形狀發(fā)生變化引起土的觸變性是土構造中結合形狀發(fā)生變化引起的，是土構造隨時間變化的宏觀表現(xiàn)。的，是土構造隨時間變化的宏觀表現(xiàn)。目前尚沒有合理的描畫土觸變性的方法和目的。目前尚沒有合理的描畫土觸變性的方法和目的。2. 2. 粘性土的觸變性粘性土的觸變性 emaxemax與與emin emin ：最大與最小孔隙：最大與最小孔隙比比1. 粗粒土的密實形狀粗粒土的密實形狀密實度密實度如何衡量如何衡量? ?單位體積中固體顆粒含量的多少單位體積中固體顆粒含量的多少 或或 孔隙含量的多少孔隙含量的多少優(yōu)點：簡一方優(yōu)點：簡一方便便缺陷：不能反映級配的

12、影缺陷：不能反映級配的影響響 只能用于同一種土只能用于同一種土對對策策相對密度相對密度minmaxmaxreeeeD 干容重干容重d d或孔隙比或孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin = 0.35emin = 0.202.4 無粘性土的物理形狀無粘性土的物理形狀emax: emax: 最大孔隙比；將松散的風干土樣經過長最大孔隙比；將松散的風干土樣經過長頸漏斗悄然地倒入容器，防止重力沖擊，求得頸漏斗悄然地倒入容器，防止重力沖擊，求得土的最小干密度再經換算得到最大孔隙比土的最小干密度再經換算得到最大孔隙比emin: emin: 最小孔隙比；將松散的風干土樣裝入金最小孔隙比；將松散的風干土樣裝

13、入金屬容器內，按規(guī)定方法振動和錘擊，直至密度屬容器內，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不再提高，求得土的最大干密度再經換算得到最小孔隙比最小孔隙比emaxemax與與emin emin ：最大與最小孔隙比：最大與最小孔隙比留意：室內測得實際上的最大與最小孔隙比有時很留意：室內測得實際上的最大與最小孔隙比有時很困難困難粗粒土的密實形狀目的粗粒土的密實形狀目的 判別規(guī)范：判別規(guī)范：Dr = 1 , Dr = 1 , 最密形狀最密形狀 Dr = 0 , Dr = 0 , 最松形狀最松形狀 Dr 1/3 , Dr 1/3 , 疏松形狀疏松形狀 1/3 Dr 2/3

14、 1/3 2/3 , Dr 2/3 , 密實形狀密實形狀相對密度相對密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 例例3：某砂土土樣的密度：某砂土土樣的密度 ，含水，含水量量 ，土粒的相對密度，土粒的相對密度 ，對該砂樣進展相對密度實驗，得到其最大干密對該砂樣進展相對密度實驗，得到其最大干密度度 ，最小干密度，最小干密度 。求：確定該砂土的相對密實度并判別其密實程求：確定該砂土的相對密實度并判別其密實程度。度。31.77 g cm3max1.74dg cm3min1.37dg cm9.8%2.68sd 無粘性土密實度劃分的其他方法無粘性土密實度劃分的其他

15、方法1.砂土按天然孔隙比劃分砂土按天然孔隙比劃分密實中密稍密松散 e0.600.60e0.750.75e0.85 e0.60 e0.700.70e0.850.85e0.95 e0.60礫石、粗、中砂礫石、粗、中砂細砂、粉砂細砂、粉砂2.砂土密實度按規(guī)范貫入擊數(shù)砂土密實度按規(guī)范貫入擊數(shù)N劃分劃分密實度密實中密稍密松散標貫擊數(shù)標貫擊數(shù)N 5030 29 10 9 5 52.5 粉土的密實度和濕度粉土的密實度和濕度密實度密實中密稍密孔隙比 e0.750.75e0.90 e0.90細砂、粉砂細砂、粉砂2.粉土濕度的分類粉土濕度的分類濕度 稍濕 濕 很濕含水量含水量w w20 20w30 e301.粉土

16、密實度的分類粉土密實度的分類2.6 土的脹縮性、濕陷性和凍脹性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性2.6.1 土的脹縮性土的脹縮性 土的脹縮性是指粘性土有吸水膨脹和失水收土的脹縮性是指粘性土有吸水膨脹和失水收縮的特征縮的特征.主要緣由是巖土體中含有大量的親水性主要緣由是巖土體中含有大量的親水性礦物成分礦物成分,如蒙脫石如蒙脫石,伊利石伊利石.用自在膨脹率和膨脹率來表示用自在膨脹率和膨脹率來表示1.自在膨脹率自在膨脹率2.膨脹率膨脹率00wephhh00wefVVV無粘性土密實度劃分的其他方法無粘性土密實度劃分的其他方法1.砂土按天然孔隙比劃分砂土按天然孔隙比劃分2.6.2 土的濕陷性土的濕陷性 土的濕陷

17、性是指土在自重作用下或自重和附土的濕陷性是指土在自重作用下或自重和附加壓力綜協(xié)作用下加壓力綜協(xié)作用下,受水浸濕后土的構造迅速破受水浸濕后土的構造迅速破壞而發(fā)生的顯著附加下陷的特征壞而發(fā)生的顯著附加下陷的特征.黃土的濕陷性評價黃土的濕陷性評價:濕陷性系數(shù)濕陷性系數(shù):自重濕陷性系數(shù)自重濕陷性系數(shù) 時時,應定義為濕陷性黃土應定義為濕陷性黃土 時時,應定義為非濕陷性黃土應定義為非濕陷性黃土0zzzshhh0.015s0.015s0ppshhh無粘性土密實度劃分的其他方法無粘性土密實度劃分的其他方法1.砂土按天然孔隙比劃分砂土按天然孔隙比劃分2.場地濕陷性類型場地濕陷性類型 當自重濕陷性量當自重濕陷性量

18、7CM時時, 應定義為非自重濕應定義為非自重濕陷性場地陷性場地 當自重濕陷性量當自重濕陷性量7CM時時, 應定義為自重濕陷應定義為自重濕陷性場地性場地自重濕陷性量的計算自重濕陷性量的計算:總濕陷性量的計算總濕陷性量的計算:0zszsiihssiih0.015s注注: 時時,土層濕陷量不累計土層濕陷量不累計0.015zs例例:某地域黃土資料如下某地域黃土資料如下,濕陷性黃土深度為濕陷性黃土深度為10米米,求黃土的自重濕陷量和總濕陷量求黃土的自重濕陷量和總濕陷量取樣深度自重濕陷系數(shù)自重濕陷系數(shù)濕陷系數(shù)濕陷系數(shù)10.0210.02720.0200.02830.0120.01940.0170.0135

19、0.0180.01960.0140.01870.0160.01980.0250.02390.0220.012100.0110.00901.2,0.7土的凍脹性土的凍脹性 有負溫或零溫有負溫或零溫,其中含有冰的各種土為凍土其中含有冰的各種土為凍土,只需負溫或零溫只需負溫或零溫,但不含有冰的各種土為寒土但不含有冰的各種土為寒土. 冬季凍結冬季凍結,夏季融化的土為季節(jié)凍土夏季融化的土為季節(jié)凍土,凍結形凍結形狀繼續(xù)二年以上的土為多年凍土狀繼續(xù)二年以上的土為多年凍土. 地基土產生凍脹有三要素地基土產生凍脹有三要素:水分水分,土土,負溫度負溫度dzzzdzdzhz-地表凍脹量地表凍脹量(mm)-設計深度設

20、計深度(mm)h-凍層厚度凍層厚度(mm)例例:某季節(jié)性凍土場地地面標高為某季節(jié)性凍土場地地面標高為290.m,冬季凍冬季凍結后地表最大標高為結后地表最大標高為290.296m,凍土層最低標高凍土層最低標高為為288.130m,春季融化后地面標高又降至春季融化后地面標高又降至290.m.求凍脹率求凍脹率目的：根據(jù)：建筑地基根底設計規(guī)范-GB50007-2019分類法 2.7 2.7 土的工程分類土的工程分類是將工程性質相近是將工程性質相近的土歸為一類的土歸為一類便于研討、交流及運用能反映土的物理力學性質土的組成土的組成土的形狀土的形狀土的構造土的構造2 土的物性與分類建筑地基根底設計規(guī)范-GB

21、50007-2019分類法 土土巖石巖石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土特殊土特殊土2 土的物性與分類巖石巖石: :巖石是指顆粒間結實結合、呈整體或具有巖石是指顆粒間結實結合、呈整體或具有節(jié)理裂隙的巖體。節(jié)理裂隙的巖體。巖石按其成因可分為巖漿巖、堆積巖和蛻變巖。巖石按其成因可分為巖漿巖、堆積巖和蛻變巖。巖石按其鞏固程度可分鞏固巖、較硬巖、較軟巖、巖石按其鞏固程度可分鞏固巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖。軟巖、極軟巖。巖石按風化程度可分為未風化、微風化、中風化、巖石按風化程度可分為未風化、微風化、中風化、強風化和全風化。強風化和全風化。巖石按其完好程度可分為完好、較完好、較破碎、巖石按其

22、完好程度可分為完好、較完好、較破碎、破碎、極破碎。破碎、極破碎。碎石土：是指粒徑大于2mm的顆粒含量超越總質 量的50%的土土的稱號土的稱號 顆粒外形顆粒外形 粒組含量粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超越全質量50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超越全質量50%粒徑大于2mm的顆粒超越全質量50%砂土：是指粒徑大于2mm的顆粒含量不超越總質量的50%，且粒徑大于0.075mm的顆粒超越總量的50%的土。土的稱號土的稱號 粒組含量粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質量25 - 50%礫砂粗砂中砂細砂粉砂粒

23、徑大于0.5mm的顆粒超越全質量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超越全質量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超越全質量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超越全質量50%粉土粒徑大于粒徑大于0.075mm0.075mm的顆粒含量的顆粒含量小于全質量小于全質量50%50%而塑性指數(shù)而塑性指數(shù)Ip10Ip10的土的土塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip10Ip10的土的土粘性土10Ip171017Ip17的土的土粘土粘土粉質粘土粉質粘土特殊土：是指分布在一定地理區(qū)域、有工程意特殊土：是指分布在一定地理區(qū)域、有工程意義的特殊成分、形狀和構造特征的土。義的特殊成分、形狀和構造特征的土。1淤泥和淤泥質土：在靜水或緩慢水流

24、中堆淤泥和淤泥質土：在靜水或緩慢水流中堆積，并經生物化學作用構成。我們把天然含水積，并經生物化學作用構成。我們把天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于量大于液限，天然孔隙比大于或等于1.5的土稱的土稱為淤泥為淤泥;而天然含水量大于液限，天然孔隙比小而天然含水量大于液限，天然孔隙比小于于1.5但大于等于但大于等于1.0的土稱為淤泥質土。的土稱為淤泥質土。2人工填土：是指人類活動而構成的堆積物。人工填土：是指人類活動而構成的堆積物。按其組成及成因，可分為素填土、壓實填土、按其組成及成因，可分為素填土、壓實填土、雜填土和沖填土。雜填土和沖填土。這類土普通緊縮性高、強度低、透水性差。這類土普通緊縮性

25、高、強度低、透水性差。紅粘土與次生紅粘土：紅粘土為碳酸鹽巖系的巖紅粘土與次生紅粘土：紅粘土為碳酸鹽巖系的巖石經紅土化學作用構成的高塑性粘土，其液限普石經紅土化學作用構成的高塑性粘土，其液限普通大于通大于50%。紅粘土經過再搬運后仍保管其根本。紅粘土經過再搬運后仍保管其根本特征，其液限大于特征，其液限大于45%的土為次生紅粘土。的土為次生紅粘土。膨脹土：是指土中粘粒成分主要由親水性礦物組膨脹土：是指土中粘粒成分主要由親水性礦物組成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性，成，同時具有顯著的吸水膨脹和失水收縮特性，其自在膨脹率大于或等于其自在膨脹率大于或等于40%的粘性土。的粘性土。 這類土雖然強度

26、高、緊縮性低；但是遇水膨脹這類土雖然強度高、緊縮性低；但是遇水膨脹隆起，失水收縮下沉，會引起地基的不均勻沉降，隆起，失水收縮下沉，會引起地基的不均勻沉降，對建筑物危害極大。對建筑物危害極大。粒徑(mm) 0.075 0.0750.25 0.250.5 0.522.0占全重% 14.7 32.6 34.7 12.85.2例：某土樣不同粒組的含量如下要求：確定土的稱號要求：確定土的稱號壓實：指經過夯打、振動、碾壓等，使土體變得密壓實：指經過夯打、振動、碾壓等，使土體變得密實、以提高土的強度、減小土的緊縮性和浸透性實、以提高土的強度、減小土的緊縮性和浸透性壓實性：指土在一定壓實能量作用下密度增長的特

27、性研討擊實性的目的： 以最小的能量耗費獲得最大的壓實密度 擊實方法：室內擊實實驗現(xiàn)場實驗: 夯打、振動、碾壓2.8 2.8 土的壓實性土的壓實性一. 室內擊實實驗 實驗設備實驗設備 擊實筒擊實筒V=1000cm3V=1000cm3；擊實錘；擊實錘w=25w=25牛頓牛頓 實驗條件實驗條件 土樣分層土樣分層n=3n=3層；落高層；落高d=30cmd=30cm；擊數(shù)；擊數(shù)N=27/N=27/層層 擊實能量擊實能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 實驗方法實驗方法 對對=cosnst的土；分三層壓實；的土；分三層壓實； 測定擊實后的測定擊實后的、，算定，算定d 留意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺留意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實儀寸的擊實儀土土1.1.擊實曲線擊實曲線 特點：特點：具有峰值具