土的物理性質(zhì)與分類課件

CONTENT第1章土的物理性質(zhì)土的組成01土的物理性質(zhì)指標(biāo)02土的物理狀態(tài)指標(biāo)03土的工程分類04CONTENT第1章土的物理性質(zhì)土的組成01土的物理12本章目的:對(duì)土的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋和定量描述本章特點(diǎn):

看起來(lái)零散學(xué)習(xí)要點(diǎn):

各節(jié)間聯(lián)系各節(jié)內(nèi)層次§1土的組成4個(gè)課時(shí)2本章目的:本章特點(diǎn):學(xué)習(xí)要點(diǎn):§1土的組成42土的組成PARTONE土的組成PART3041.1土的組成1.2土中水次重要作用1.4土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造影響土的長(zhǎng)期工程力學(xué)性質(zhì)1.3土中氣體工程性質(zhì)作用很小1.1土的固體顆粒骨架作用，對(duì)土體影響最大。041.1土的組成1.2土中水次重要作用1.4土的結(jié)構(gòu)與451.土的組成土的形成滲透特性變形特性強(qiáng)度特性土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類土的壓實(shí)性決定影響如何獲得較好的土便于研究和應(yīng)用51.土的組成土的形成滲透特性土的三相組成土的工程分類土56§1.1土的形成土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積

風(fēng)化土地球§1土的組成巖石地球6§1.1土的形成土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然67生物分化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無(wú)黏性土原生礦物質(zhì)變黏性土次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)一.風(fēng)化有機(jī)質(zhì)§1.1土的形成巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎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(xué)成分，形成新的礦物§1土的組成7生物分化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無(wú)黏性土原生礦物質(zhì)變黏性土次生78土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架起決定作用重要影響土體次要作用§1土的組成8土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架重要影響土體次要作用8不同相及其性質(zhì)，注意哪兩種是兩相體？不同相及其性質(zhì)，注意哪兩種是兩相體？910一.固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配土的三相組成礦物成分顆粒形狀§1土的物性與分類10一.固體顆粒物理狀態(tài)粒徑級(jí)配土的三相組成礦物成分顆粒10土粒的大小與其組成礦物的物理強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。粗大顆粒是物理風(fēng)化的結(jié)果，細(xì)顆?；瘜W(xué)風(fēng)化強(qiáng)?！?土的組成§1.1土的形成土粒的大小與其組成礦物的物理強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。粗大顆粒是11固體顆粒固體相指土中的礦物顆粒，簡(jiǎn)稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱為土骨架。自然界中，組成土體骨架的土粒，大小懸殊、性質(zhì)各異。固體顆粒固體相指土中的礦物顆粒，簡(jiǎn)稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱12131.粒徑1.固體顆粒顆粒大小當(dāng)量小球體的直徑影響土性的主因§土的三相組成§1土的組成131.粒徑1.固體顆粒顆粒大小當(dāng)量小球體的直徑影響土性13142.粒組1.固體顆粒顆粒相近土粒粒徑接近，則工程性質(zhì)也接近，所以歸為一組。劃分粒組的分界尺寸叫界限粒徑§土的三相組成§1土的組成142.粒組1.固體顆粒顆粒相近土粒粒徑接近，則工程性質(zhì)1415顆粒大小粒組

按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑，要注意不同的部門和教材，數(shù)字不同。1.固體顆?！?.1土的三相組成§1土的組成d(mm)d(mm)礫石砂粒粉粒黏粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)

極細(xì)0.075粗粒細(xì)粒15顆粒大小粒組按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成15粒組劃分的依據(jù)國(guó)內(nèi)目前采用的粒組劃分依據(jù)如下，反映了研究和工程地質(zhì)特性（土的特性）①粒徑>2mm透水而不溶于水，無(wú)毛管現(xiàn)象，粒間無(wú)連接力②粒徑2-0.074透水而不溶于水，有毛管現(xiàn)象，粒間無(wú)連接力，有毛管連接③粒徑0.074-0.005弱透水，溶水，毛管水含量高，有粘結(jié)性。④粒徑<0.005膠體顆粒，可塑性，膨脹性，極弱的透水性，強(qiáng)烈的可壓縮性，溶水，有毛管現(xiàn)象，顆粒連接粒組劃分的依據(jù)國(guó)內(nèi)目前采用的粒組劃分依據(jù)如下，反映了研究和工16土粒大小的工程應(yīng)用顆粒分布可以幫助工程師確定土的“質(zhì)地”，并且用它來(lái)給土分類。對(duì)于工程管理來(lái)說(shuō)，土質(zhì)分類對(duì)于造價(jià)哪一部分有影響？顆粒分布定義土的滲透性等級(jí)。對(duì)于大壩等有用。顆粒分布可以用來(lái)選擇壩基、路基、混凝土等材料。顆粒分布可以評(píng)估水泥漿、化學(xué)溶液、動(dòng)力固結(jié)等。有效粒徑可以判斷土的滲透性。土粒大小的工程應(yīng)用顆粒分布可以幫助工程師確定土的“質(zhì)地”，并1718粒徑級(jí)配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(≥0.075

mm)，想一想為什么？

水分法：適用于細(xì)粒土(<0.075

mm)——各粒組及其相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示表述方法

粒徑級(jí)配累積曲線一.固體顆?！?.3

土的三相組成§1土的物性與分類顆粒組成反映土的分散度，各粒組的相對(duì)含量決定了土的工程性質(zhì)。18粒徑級(jí)配確定方法篩分法：適用于粗粒土(≥0.071819105.02.01.00.50.250.075200g101618242246641009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665532土的粒徑級(jí)配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.5101.固體顆?！?.1

土的三相組成§1土的組成1910200g101009080706050403020119201009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:控制粒徑d10

:有效粒徑d30

：沒(méi)有名字不均勻程度：Cu=d60/d10

連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)—不均勻系數(shù)Cu

≥5,級(jí)配不均勻粗細(xì)程度：用d50

表示

一.固體顆?！?.1

土的三相組成§1土的組成201009080706050403020100小于某粒徑之20211009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:

某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量

陡—相應(yīng)粒組質(zhì)量集中

緩—相應(yīng)粒組含量少

平—相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級(jí)配連續(xù)性好1.固體顆?！?.1

土的三相組成§1土的組成211009080706050403020100小于某粒徑之2122粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc

=1~3,級(jí)配連續(xù)土；Cc>3或

Cc<1,級(jí)配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：

如果

Cu≥5且Cc

=1~3，級(jí)配良好的土；

如果

Cu<5或

Cc>3或

Cc<1,級(jí)配不良的土1.固體顆?！?.1土的三相組成§1土的組成22粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：1）粒組含量用于土的分類定22說(shuō)明1：這里面有2個(gè)概念：不均勻系數(shù)和連續(xù)性cu越大，越不均勻，即粗顆粒和細(xì)顆粒的大小相差越懸殊。啥叫連續(xù)性，就是從小到大的顆粒都有?？偟恼f(shuō)來(lái)就是如果從大到小都有，且大顆粒比小顆粒大很多，則粒組多，所以級(jí)配曲線很寬，當(dāng)然就平緩。cu越大當(dāng)然就越不均勻。問(wèn)題：缺失一部分土，那么壓實(shí)性能如何？聯(lián)想一下：為什么公路路基施工時(shí)要將無(wú)機(jī)結(jié)合料拌合？說(shuō)明1：這里面有2個(gè)概念：不均勻系數(shù)和連續(xù)性23說(shuō)明2：曲率系數(shù)級(jí)配積累曲線的斜率用曲率系數(shù)cc來(lái)表示。其意義就是主要考慮對(duì)土的性質(zhì)有重大影響的主要部分的組成狀況。當(dāng)然連續(xù)性對(duì)cc的影響也大?？聪马?yè)兩幅圖。p10說(shuō)明2：曲率系數(shù)24土的物理性質(zhì)與分類課件25土的物理性質(zhì)與分類課件26兩幅圖的解讀三根曲線的d60和d10的位置都相同，別以為cu都相同，級(jí)配就一樣。因?yàn)檫€涉及到d30的位置。自己分別計(jì)算一下各自的cc，看看有什么規(guī)律。意思是缺失后新曲線d30比原級(jí)配曲線靠左的平緩還是靠右的平緩？?jī)煞鶊D的解讀27級(jí)配的總結(jié)與工程應(yīng)用級(jí)配好的土用于什么領(lǐng)域？級(jí)配不好的土用于什么領(lǐng)域？第二章要講cu和cc在滲流穩(wěn)定性中的重要作用。一定要引起注意。級(jí)配的總結(jié)與工程應(yīng)用級(jí)配好的土用于什么領(lǐng)域？28舉一反三瀝青材料結(jié)構(gòu)類型按級(jí)配原則構(gòu)成的瀝青混合料，其結(jié)構(gòu)組成通常有下列三種形式：1)懸浮一密實(shí)結(jié)構(gòu)：由次級(jí)骨料填充前級(jí)骨料(較次級(jí)骨料粒徑稍大)空隙的瀝青混凝土具有很大的密度，但由于前級(jí)骨料被次級(jí)骨料和瀝青膠漿分隔，不能直接互相嵌鎖形成骨架，因此該結(jié)構(gòu)具有較大的黏聚力c，但內(nèi)摩擦角φ較小，高溫穩(wěn)定性較差。通常按最佳級(jí)配原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。2)骨架-空隙結(jié)構(gòu)：粗骨料所占比例大，細(xì)骨料很少甚至沒(méi)有。粗骨料可互相嵌鎖形成骨架，嵌擠能力強(qiáng)；但細(xì)骨料過(guò)少不易填充粗骨料之間形成的較大的空隙。該結(jié)構(gòu)內(nèi)摩擦角φ較高，但黏聚力c也較低。3)骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)：較多數(shù)量的斷級(jí)配粗骨料形成空間骨架，發(fā)揮嵌擠鎖結(jié)作用，同時(shí)由適當(dāng)數(shù)量的細(xì)骨料和瀝青填充骨架間的空隙形成既嵌緊又密實(shí)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅內(nèi)摩擦角φ較高，結(jié)聚力c也較高，是綜合以上兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。瀝青瑪蹄脂混合料是這種結(jié)構(gòu)典型代表。舉一反三瀝青材料結(jié)構(gòu)類型按級(jí)配原則構(gòu)成的瀝青混合料，其結(jié)構(gòu)組29302.礦物成分原生礦物

石英、長(zhǎng)石、云母等次生礦物

主要是黏土礦物，包括三種類型

高嶺石、伊里石、蒙脫石黏土礦物:由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成一.固體顆?！?.3

土的三相組成§1土的物性與分類302.礦物成分原生礦物石英、長(zhǎng)石、云母等黏土礦物3031硅片的結(jié)構(gòu)一.固體顆?！?.3

土的三相組成§1土的物性與分類SiSi氧離子O2-硅離子Si4+硅-氧四面體硅片的結(jié)構(gòu)硅片簡(jiǎn)圖

(基本單元)31硅片的結(jié)構(gòu)一.固體顆?！?.3土的三相組成§1土的3132鋁片的結(jié)構(gòu)一.固體顆?！?.3

土的三相組成§1土的物性與分類OH-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體鋁片的結(jié)構(gòu)鋁片簡(jiǎn)圖AlAl(基本單元)32鋁片的結(jié)構(gòu)一.固體顆?！?.3土的三相組成§1土的3233高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）黏土礦物的晶格構(gòu)造蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性滲透性強(qiáng)度壓縮性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積9克蒙脫土的總表面積大約與一個(gè)足球場(chǎng)一樣大一.固體顆?！?.3

土的三相組成§1土的物性與分類33高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）黏土礦物的晶格構(gòu)造蒙脫石伊利石粒徑3334黏土礦物的帶電性質(zhì)黏土顆粒的表面有電荷，凈電荷通常為負(fù)電荷一.固體顆?！?.3

土的三相組成§1土的物性與分類----------------------++++黏土顆粒水分子陽(yáng)離子34黏土礦物的帶電性質(zhì)黏土顆粒的表面有電荷，凈電荷通常為負(fù)電34353.顆粒形狀原生礦物圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物針狀、片狀、扁平狀1.固體顆?！?.1

土的三相組成§1土的組成353.顆粒形狀原生礦物圓狀、渾圓狀、棱角狀1.3536結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水

結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水自由水電場(chǎng)引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷二.土中水（液相）§1.1土的三相組成§1土的組成36結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水二.土中水（液相）§1.3637結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)密度>1g/cm3冰點(diǎn)處于零下幾十度具有固體的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有黏滯性弱結(jié)合水二.土中水§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類37結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外3738自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)存在于固氣之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動(dòng)二.土中水§1.1土的三相組成§1土的物性與分類38自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)存在于3839=

濕潤(rùn)角空氣固體水lT=界面張力d=

毛管直徑Td=2rua-uwua-uw=壓力差二.土中水§1.1

土的三相組成§1土的物性與分類毛細(xì)水毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)管hc39=濕潤(rùn)角空氣固體水lT=界面張力d=3940土中毛細(xì)現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管毛細(xì)升高與孔徑成反比黏土粉土砂土礫石分析對(duì)象:

水柱二.土中水§1.1

土的三相組成§1土的物性與分類大氣壓為基準(zhǔn)40土中毛細(xì)現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛4041毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力分析對(duì)象:水膜二.土中水§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類41毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力4142毛細(xì)壓力二.土中水§1.1土的三相組成§1土的組成對(duì)砂土強(qiáng)度的影響:毛細(xì)邊角水,假凝聚力非飽和土中毛細(xì)張力影響42毛細(xì)壓力二.土中水§1.1土的三相組成§1土的組成對(duì)4243三.土中氣體自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類43三.土中氣體自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大§43同一種土，原狀土樣和重塑土樣的力學(xué)性質(zhì)有很大差異，可見(jiàn)，土的組成成分不是決定土性的全部，土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對(duì)土性也有很大影響。土的結(jié)構(gòu)（fabricofsoil)（微觀方面）是指土粒大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系、土中水性質(zhì)及孔隙特征等因素的綜合特征。土的結(jié)構(gòu)是在成土過(guò)程中逐漸形成的，它與礦物成份、沉積條件相關(guān)。土的構(gòu)造

(structureofsoil)（宏觀方面）是指同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征，表征了土層的層理、裂隙及大孔隙等宏觀特征結(jié)構(gòu)與構(gòu)造§1.1土的三相組成§1土的組成同一種土，原狀土樣和重塑土樣的力學(xué)性質(zhì)有很大差異，可見(jiàn)，土的44單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)

1.5.1土的結(jié)構(gòu)1.5.1土的結(jié)構(gòu)451.單粒結(jié)構(gòu)為碎石土和砂土的結(jié)構(gòu)特征，是由粗大土粒在水或空氣中下沉而形成的。因顆粒較大，士粒間的分子吸引力相對(duì)很小，所以顆粒間幾乎沒(méi)有連接，至于未充滿孔隙的水分只可能使其具有微弱的毛細(xì)水連接。單粒結(jié)構(gòu)：疏松和緊密。1.單粒結(jié)構(gòu)為碎石土和砂土的結(jié)構(gòu)特征46呈緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，由于其土粒排列緊密，在動(dòng)、靜荷載作用下都不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，所以強(qiáng)度較大，壓縮性較小，是較為良好的天然地基。具有疏松單粒結(jié)構(gòu)的土，其骨架是不穩(wěn)定的，當(dāng)受到震動(dòng)及其他外力作用時(shí)，土粒易于發(fā)生移動(dòng)，土中孔隙劇烈減少，引起土的很大變形，因此，這種土層如未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基。

呈緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，由于其土粒排列緊密，在動(dòng)、靜荷載作用下47主要由粉粒和細(xì)砂0.075~0.005mm組成的土的結(jié)構(gòu)形式。據(jù)研究，粒徑在0．075－0．005mm左右的士粒在水中沉積時(shí)，基本上是以單個(gè)土粒下沉，當(dāng)碰上已沉積的土粒時(shí)，由于它們之間的相互引力大于其重力，因此土粒就停留在最初的接觸點(diǎn)上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)有很大孔隙，由于弓架作用和一定程度粒間聯(lián)結(jié)，使得其可以承擔(dān)一般水平的靜力荷載。但當(dāng)其承受高水平應(yīng)力和動(dòng)力荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)將破壞，可導(dǎo)致嚴(yán)重的地基變形。2.蜂窩結(jié)構(gòu)主要由粉粒和細(xì)砂0.075~0.005mm組成的土的結(jié)構(gòu)48是粘粒（＜0.005mm）集合體組成的結(jié)構(gòu)形式。微小的粘粒，重量極輕，難以靠自重在水中下沉。下沉主要靠黏土顆粒與水作用產(chǎn)生的粒間作用力。粒間相互作用力有吸引力也有排斥力。當(dāng)總的吸引力大于排斥力時(shí)，就表現(xiàn)為凈吸引力；反之，為凈排斥力。

主要有：3.絮狀結(jié)構(gòu)是粘粒（＜0.005mm）集合體組成的結(jié)構(gòu)形式。3.絮狀結(jié)構(gòu)49靜電力：黏土顆粒帶負(fù)電，主要分布在其平面上，兩端則帶正電。與距離平方成反比。分子力（范德華力）極性分子之間、極性分子對(duì)非極性分子暫時(shí)極化再吸引。與距離六次方成反比。雙電層重疊產(chǎn)生的離子吸引力。顆粒間結(jié)晶與膠結(jié)力滲透斥力。靜電力：黏土顆粒帶負(fù)電，主要分布在其平面上，兩端則帶正電。與50層理構(gòu)造：土不均勻、各向異性。裂隙構(gòu)造：土呈各向異性。分散構(gòu)造：土不均勻、各向同性。

分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造水平層理構(gòu)造交錯(cuò)層理構(gòu)造土的構(gòu)造土的構(gòu)造是結(jié)構(gòu)相對(duì)均一的結(jié)構(gòu)單元體的形態(tài)和組合特征。層理構(gòu)造：土不均勻、各向異性。分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造水平層理構(gòu)造交5152§1.2

土的物理指標(biāo)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度黏性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)(松密程度、干濕程度、輕重程度)力學(xué)特性直接影響表示§1土的組成？52§1.2土的物理指標(biāo)土的物理狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)力學(xué)5253一.物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系§1.3土的物理指標(biāo)松密程度干濕程度輕重程度特點(diǎn):指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義基本方法:三相草圖法§1土的組成53一.物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系53541.三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm一.物理性質(zhì)指標(biāo)質(zhì)量體積§1.2土的物理狀態(tài)§1土的組成541.三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVv5455三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個(gè):共有九個(gè)參量:

VVvVsVaVw

/msmwmam剩下三個(gè)獨(dú)立變量三相草圖法物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參量為1對(duì)于飽和土,Va=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其它指標(biāo)是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成55三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma55562.室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積－土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的重度(天然重度、濕重度)γ=ρg工程上很常用,用于計(jì)算土的自重應(yīng)力單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

一般范圍:1.60~2.20

g/cm3定義:單位體積土的質(zhì)量有時(shí)也稱土的天然密度、濕密度表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo):三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成562.室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSoli5657WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒比重s:土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:無(wú)量綱土粒比重一般范圍:

黏性土2.70

~

2.75砂土2.654?C時(shí)純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度定義:土粒的密度與4?C時(shí)純蒸餾水的密度的比值表達(dá)式:一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成57WaterAirSolidVaVwVsVvVma=05758WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的含水量定義:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,

用百分?jǐn)?shù)表示注意:

其實(shí)是含水比,可達(dá)到或超過(guò)100％表達(dá)式:一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成58WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mw5859表示土中孔隙含量的指標(biāo)孔隙比孔隙率(孔隙度)３.其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)關(guān)系:在某種程度上反映土的松密砂類土：28~35%黏性土：30~50%有的可達(dá)60~70%定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無(wú)量綱表達(dá)式:WaterAirSolidVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,常用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成59表示土中孔隙含量的指標(biāo)孔隙比孔隙率３.其它常用的物理性5960表示土中含水程度的指標(biāo)含水量飽和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積表達(dá)式:定義: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Sr=0:干土Sr=1:飽和土一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成60表示土中含水程度的指標(biāo)含水量飽和度WaterAirSo6061表示土的密度和重度的指標(biāo)天然密度干密度飽和密度天然重度干重度浮重度浮密度有效重度飽和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

定義:

土被完全烘干時(shí)的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達(dá)式:一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成61表示土的密度和重度的指標(biāo)天然密度干密度飽和密度天然重度干6162各種密度重度之間的大小關(guān)系：天然密度干密度飽和密度天然重度干重度浮重度飽和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.2土的物理狀態(tài)§1土的組成62各種密度重度之間的大小關(guān)系：天然密度干密度飽和密度天然重6263常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系教科書(shū)要點(diǎn)從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系不鼓勵(lì)死記硬背必要時(shí)利用三相草圖推導(dǎo)一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.2

土的物理狀態(tài)§1土的組成三相草圖法有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系是求取物理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而有效的方法63常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系教科書(shū)要點(diǎn)從物理意義上理63巖土考試真題巖土考試真題64土的物理性質(zhì)與分類課件65※三相組成考試?yán)}有一碼頭的擋土墻高5m，墻背垂直光滑，墻后為沖填的松砂，填土表面水平，地下水位與墻頂齊平，已知：砂的e=0.9，飽和重度γsat=18.7kN/m3，內(nèi)摩擦角ψ=30°，強(qiáng)震使飽和松砂完全液化，震后松砂沉積變密實(shí)，e=0.65，內(nèi)摩擦角ψ=35°，震后墻后水位不變，求震后土的高度。

※三相組成考試?yán)}有一碼頭的擋土墻高5m，墻背垂直光滑，66※三相組成別的章節(jié)公式學(xué)了第四章后的靈活應(yīng)用此公式最方便。但是對(duì)人的要求比較高，需要深層次的理解公式的背后意思?！嘟M成別的章節(jié)公式學(xué)了第四章后的靈活應(yīng)用此公式最方便67※三相組成推導(dǎo)對(duì)于干土和飽和土，只需要兩項(xiàng)指標(biāo)即可換算出其余的8項(xiàng)指標(biāo)，換算一下：有側(cè)限情況下，單位高度1的土體：⑴

震前：VV1+VS=V1VV1/VS=0.9（Ms+Vv1*1）/（Vv1+Vs）=（Ms+0.9Vs*1）=1.87(2)

震后，一部分水泌出，設(shè)為體積VW，VV2+VW+VS=V1

VV2/VS=0.65震后飽和沙土的飽和密度為ρsat，綜合以上各式，即ρsat=（Ms+Vv2*1）/（Vv2+Vs）=（Ms+0.65Vs*1）/（Vv2+Vs）=（Ms+0.65Vs*1+0.25Vs*1-0.25Vs*1）/（Vv2+Vs）=1.87×1.9÷1.65-0.25÷1.65=2，重度為20.總之，要用到湊數(shù)法。就是5*0.25/1.9=0.6587=0.66m。※三相組成推導(dǎo)對(duì)于干土和飽和土，只需要兩項(xiàng)指標(biāo)即可換算出68土的物理性質(zhì)與分類課件69土的物理性質(zhì)與分類課件70真題真題71土的物理性質(zhì)與分類課件7273土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度黏性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)力學(xué)特性影響表示§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成73土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)力學(xué)特性影響7374emax與emin

：最大與最小孔隙比1.粗粒土的密實(shí)狀態(tài)物理狀態(tài)指標(biāo)密實(shí)度如何衡量?單位體積土中固體顆粒含量的多少

或孔隙含量的多少優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響只能用于同一種土對(duì)策相對(duì)密度干重度d或孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成74emax與emin：最大與最小孔隙比1.粗粒土的密7475emax:最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過(guò)長(zhǎng)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(jīng)換算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比emax與emin

：最大與最小孔隙比注意：室內(nèi)測(cè)得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成75emax:最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗輕輕7576粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)

判別標(biāo)準(zhǔn)：

Dr

=1,最密狀態(tài)

Dr

=0,最松狀態(tài)

Dr≤1/3,疏松狀態(tài)1/3<Dr≤2/3,中密狀態(tài)

Dr>2/3,密實(shí)狀態(tài)相對(duì)密度二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成76粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)判別標(biāo)準(zhǔn)：Dr76772.黏性土的軟硬狀態(tài)也稱稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)黏性土含水量較硬變軟流動(dòng)二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成772.黏性土的軟硬狀態(tài)也稱稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)7778塑限wp液限wl稠度界限黏性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)w二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成土顆粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強(qiáng)結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水吸附弱結(jié)合水的能力塑性指數(shù)78塑限wp液限wl稠度界限黏性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)7879相對(duì)稠度問(wèn)題：僅適用于重塑土即使含水量相同，稠度狀態(tài)可能不同液性指數(shù)定義：wpwwlIL<0IL=0~1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00

~

0.250.25

~

0.750.75

~

1.00硬塑可塑軟塑二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成對(duì)同一種黏土，含水量可反映其稠度問(wèn)題：對(duì)不同的黏土，wp、wl

大小不同79相對(duì)稠度問(wèn)題：僅適用于重塑土即使含水量相同，稠度狀態(tài)可能7980——吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映黏土顆粒含量、黏性大小塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)缺點(diǎn)不能充分反映黏土顆粒含量

不同的黏土礦物結(jié)合水的能力不同活性指數(shù)p0.002:粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比A<0.75A=075

~

1.25A>1.25非活性黏土正常黏土活性黏土二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成80——吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映黏土顆粒含量、黏性大小塑8081二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成粗粒土與黏性土為何采用不同的物理狀態(tài)指標(biāo)？反映土的細(xì)觀特點(diǎn)與力學(xué)特性有更直接的聯(lián)系便于量測(cè)81二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成粗8182目的：便于研究、交流及應(yīng)用依據(jù)：能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)－建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2011分類法水利部SL237-001-1999分類法§1.4土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的土歸為一類土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)§1土的組成82目的：便于研究、交流及應(yīng)用依據(jù)：能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的8283建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2011分類法土巖石碎石土砂土粉土黏性土人工填土§1.4土的工程分類§1土的組成83建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2011分類法土8384建筑規(guī)范分類法碎石土土的名稱顆粒形狀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的顆粒超過(guò)全質(zhì)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的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%§1.4

土的工程分類§1土的組成84建筑規(guī)范分類法碎石土土的名稱顆粒形狀8485砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25～50%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%建筑規(guī)范分類法§1.4土的工程分類§1土的組成85砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)8586粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%，并且塑性指數(shù)Ip≤10塑性指數(shù)Ip>10黏性土10<Ip≤17的土Ip>17的土黏土粉質(zhì)黏土A<0.75A=075~1.25A>1.25非活性黏土正常黏土活性黏土建筑規(guī)范分類法§1.4土的工程分類§1土的組成86粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%，并8687壓實(shí)：通過(guò)夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性壓實(shí)性：土在一定壓實(shí)能量作用下密度增加的特性研究壓實(shí)性的目的：

以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)密度

擊實(shí)方法：室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)—錘擊現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)—夯打、振動(dòng)、碾壓§1.5

土的壓實(shí)性---補(bǔ)充知識(shí)§1土的組成87壓實(shí)：通過(guò)夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的87謝謝本章結(jié)束謝謝本章結(jié)束88CONTENT第1章土的物理性質(zhì)土的組成01土的物理性質(zhì)指標(biāo)02土的物理狀態(tài)指標(biāo)03土的工程分類04CONTENT第1章土的物理性質(zhì)土的組成01土的物理8990本章目的:對(duì)土的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋和定量描述本章特點(diǎn):

看起來(lái)零散學(xué)習(xí)要點(diǎn):

各節(jié)間聯(lián)系各節(jié)內(nèi)層次§1土的組成4個(gè)課時(shí)2本章目的:本章特點(diǎn):學(xué)習(xí)要點(diǎn):§1土的組成490土的組成PARTONE土的組成PART91041.1土的組成1.2土中水次重要作用1.4土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造影響土的長(zhǎng)期工程力學(xué)性質(zhì)1.3土中氣體工程性質(zhì)作用很小1.1土的固體顆粒骨架作用，對(duì)土體影響最大。041.1土的組成1.2土中水次重要作用1.4土的結(jié)構(gòu)與92931.土的組成土的形成滲透特性變形特性強(qiáng)度特性土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類土的壓實(shí)性決定影響如何獲得較好的土便于研究和應(yīng)用51.土的組成土的形成滲透特性土的三相組成土的工程分類土9394§1.1土的形成土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積

風(fēng)化土地球§1土的組成巖石地球6§1.1土的形成土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化后在不同條件下形成的自然9495生物分化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無(wú)黏性土原生礦物質(zhì)變黏性土次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)一.風(fēng)化有機(jī)質(zhì)§1.1土的形成巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎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(xué)成分，形成新的礦物§1土的組成7生物分化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無(wú)黏性土原生礦物質(zhì)變黏性土次生9596土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架起決定作用重要影響土體次要作用§1土的組成8土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架重要影響土體次要作用96不同相及其性質(zhì)，注意哪兩種是兩相體？不同相及其性質(zhì)，注意哪兩種是兩相體？9798一.固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配土的三相組成礦物成分顆粒形狀§1土的物性與分類10一.固體顆粒物理狀態(tài)粒徑級(jí)配土的三相組成礦物成分顆粒98土粒的大小與其組成礦物的物理強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。粗大顆粒是物理風(fēng)化的結(jié)果，細(xì)顆粒化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)。§1土的組成§1.1土的形成土粒的大小與其組成礦物的物理強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有關(guān)。粗大顆粒是99固體顆粒固體相指土中的礦物顆粒，簡(jiǎn)稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱為土骨架。自然界中，組成土體骨架的土粒，大小懸殊、性質(zhì)各異。固體顆粒固體相指土中的礦物顆粒，簡(jiǎn)稱土粒。它構(gòu)成土的骨架，稱1001011.粒徑1.固體顆粒顆粒大小當(dāng)量小球體的直徑影響土性的主因§土的三相組成§1土的組成131.粒徑1.固體顆粒顆粒大小當(dāng)量小球體的直徑影響土性1011022.粒組1.固體顆粒顆粒相近土粒粒徑接近，則工程性質(zhì)也接近，所以歸為一組。劃分粒組的分界尺寸叫界限粒徑§土的三相組成§1土的組成142.粒組1.固體顆粒顆粒相近土粒粒徑接近，則工程性質(zhì)102103顆粒大小粒組

按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑，要注意不同的部門和教材，數(shù)字不同。1.固體顆粒§1.1土的三相組成§1土的組成d(mm)d(mm)礫石砂粒粉粒黏粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)

極細(xì)0.075粗粒細(xì)粒15顆粒大小粒組按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成103粒組劃分的依據(jù)國(guó)內(nèi)目前采用的粒組劃分依據(jù)如下，反映了研究和工程地質(zhì)特性（土的特性）①粒徑>2mm透水而不溶于水，無(wú)毛管現(xiàn)象，粒間無(wú)連接力②粒徑2-0.074透水而不溶于水，有毛管現(xiàn)象，粒間無(wú)連接力，有毛管連接③粒徑0.074-0.005弱透水，溶水，毛管水含量高，有粘結(jié)性。④粒徑<0.005膠體顆粒，可塑性，膨脹性，極弱的透水性，強(qiáng)烈的可壓縮性，溶水，有毛管現(xiàn)象，顆粒連接粒組劃分的依據(jù)國(guó)內(nèi)目前采用的粒組劃分依據(jù)如下，反映了研究和工104土粒大小的工程應(yīng)用顆粒分布可以幫助工程師確定土的“質(zhì)地”，并且用它來(lái)給土分類。對(duì)于工程管理來(lái)說(shuō)，土質(zhì)分類對(duì)于造價(jià)哪一部分有影響？顆粒分布定義土的滲透性等級(jí)。對(duì)于大壩等有用。顆粒分布可以用來(lái)選擇壩基、路基、混凝土等材料。顆粒分布可以評(píng)估水泥漿、化學(xué)溶液、動(dòng)力固結(jié)等。有效粒徑可以判斷土的滲透性。土粒大小的工程應(yīng)用顆粒分布可以幫助工程師確定土的“質(zhì)地”，并105106粒徑級(jí)配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(≥0.075

mm)，想一想為什么？

水分法：適用于細(xì)粒土(<0.075

mm)——各粒組及其相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示表述方法

粒徑級(jí)配累積曲線一.固體顆?！?.3

土的三相組成§1土的物性與分類顆粒組成反映土的分散度，各粒組的相對(duì)含量決定了土的工程性質(zhì)。18粒徑級(jí)配確定方法篩分法：適用于粗粒土(≥0.07106107105.02.01.00.50.250.075200g101618242246641009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665532土的粒徑級(jí)配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.5101.固體顆粒§1.1

土的三相組成§1土的組成1910200g10100908070605040302011071081009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:控制粒徑d10

:有效粒徑d30

：沒(méi)有名字不均勻程度：Cu=d60/d10

連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)—不均勻系數(shù)Cu

≥5,級(jí)配不均勻粗細(xì)程度：用d50

表示

一.固體顆?！?.1

土的三相組成§1土的組成201009080706050403020100小于某粒徑之1081091009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:

某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量

陡—相應(yīng)粒組質(zhì)量集中

緩—相應(yīng)粒組含量少

平—相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級(jí)配連續(xù)性好1.固體顆粒§1.1

土的三相組成§1土的組成211009080706050403020100小于某粒徑之109110粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：Cc

=1~3,級(jí)配連續(xù)土；Cc>3或

Cc<1,級(jí)配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：

如果

Cu≥5且Cc

=1~3，級(jí)配良好的土；

如果

Cu<5或

Cc>3或

Cc<1,級(jí)配不良的土1.固體顆粒§1.1土的三相組成§1土的組成22粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：1）粒組含量用于土的分類定110說(shuō)明1：這里面有2個(gè)概念：不均勻系數(shù)和連續(xù)性cu越大，越不均勻，即粗顆粒和細(xì)顆粒的大小相差越懸殊。啥叫連續(xù)性，就是從小到大的顆粒都有?？偟恼f(shuō)來(lái)就是如果從大到小都有，且大顆粒比小顆粒大很多，則粒組多，所以級(jí)配曲線很寬，當(dāng)然就平緩。cu越大當(dāng)然就越不均勻。問(wèn)題：缺失一部分土，那么壓實(shí)性能如何？聯(lián)想一下：為什么公路路基施工時(shí)要將無(wú)機(jī)結(jié)合料拌合？說(shuō)明1：這里面有2個(gè)概念：不均勻系數(shù)和連續(xù)性111說(shuō)明2：曲率系數(shù)級(jí)配積累曲線的斜率用曲率系數(shù)cc來(lái)表示。其意義就是主要考慮對(duì)土的性質(zhì)有重大影響的主要部分的組成狀況。當(dāng)然連續(xù)性對(duì)cc的影響也大。看下頁(yè)兩幅圖。p10說(shuō)明2：曲率系數(shù)112土的物理性質(zhì)與分類課件113土的物理性質(zhì)與分類課件114兩幅圖的解讀三根曲線的d60和d10的位置都相同，別以為cu都相同，級(jí)配就一樣。因?yàn)檫€涉及到d30的位置。自己分別計(jì)算一下各自的cc，看看有什么規(guī)律。意思是缺失后新曲線d30比原級(jí)配曲線靠左的平緩還是靠右的平緩？?jī)煞鶊D的解讀115級(jí)配的總結(jié)與工程應(yīng)用級(jí)配好的土用于什么領(lǐng)域？級(jí)配不好的土用于什么領(lǐng)域？第二章要講cu和cc在滲流穩(wěn)定性中的重要作用。一定要引起注意。級(jí)配的總結(jié)與工程應(yīng)用級(jí)配好的土用于什么領(lǐng)域？116舉一反三瀝青材料結(jié)構(gòu)類型按級(jí)配原則構(gòu)成的瀝青混合料，其結(jié)構(gòu)組成通常有下列三種形式：1)懸浮一密實(shí)結(jié)構(gòu)：由次級(jí)骨料填充前級(jí)骨料(較次級(jí)骨料粒徑稍大)空隙的瀝青混凝土具有很大的密度，但由于前級(jí)骨料被次級(jí)骨料和瀝青膠漿分隔，不能直接互相嵌鎖形成骨架，因此該結(jié)構(gòu)具有較大的黏聚力c，但內(nèi)摩擦角φ較小，高溫穩(wěn)定性較差。通常按最佳級(jí)配原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。2)骨架-空隙結(jié)構(gòu)：粗骨料所占比例大，細(xì)骨料很少甚至沒(méi)有。粗骨料可互相嵌鎖形成骨架，嵌擠能力強(qiáng)；但細(xì)骨料過(guò)少不易填充粗骨料之間形成的較大的空隙。該結(jié)構(gòu)內(nèi)摩擦角φ較高，但黏聚力c也較低。3)骨架-密實(shí)結(jié)構(gòu)：較多數(shù)量的斷級(jí)配粗骨料形成空間骨架，發(fā)揮嵌擠鎖結(jié)作用，同時(shí)由適當(dāng)數(shù)量的細(xì)骨料和瀝青填充骨架間的空隙形成既嵌緊又密實(shí)的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)不僅內(nèi)摩擦角φ較高，結(jié)聚力c也較高，是綜合以上兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。瀝青瑪蹄脂混合料是這種結(jié)構(gòu)典型代表。舉一反三瀝青材料結(jié)構(gòu)類型按級(jí)配原則構(gòu)成的瀝青混合料，其結(jié)構(gòu)組1171182.礦物成分原生礦物

石英、長(zhǎng)石、云母等次生礦物

主要是黏土礦物，包括三種類型

高嶺石、伊里石、蒙脫石黏土礦物:由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成一.固體顆粒§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類302.礦物成分原生礦物石英、長(zhǎng)石、云母等黏土礦物118119硅片的結(jié)構(gòu)一.固體顆粒§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類SiSi氧離子O2-硅離子Si4+硅-氧四面體硅片的結(jié)構(gòu)硅片簡(jiǎn)圖

(基本單元)31硅片的結(jié)構(gòu)一.固體顆?！?.3土的三相組成§1土的119120鋁片的結(jié)構(gòu)一.固體顆粒§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類OH-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體鋁片的結(jié)構(gòu)鋁片簡(jiǎn)圖AlAl(基本單元)32鋁片的結(jié)構(gòu)一.固體顆?！?.3土的三相組成§1土的120121高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）黏土礦物的晶格構(gòu)造蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性滲透性強(qiáng)度壓縮性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積9克蒙脫土的總表面積大約與一個(gè)足球場(chǎng)一樣大一.固體顆粒§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類33高嶺石（氫鍵聯(lián)結(jié)）黏土礦物的晶格構(gòu)造蒙脫石伊利石粒徑121122黏土礦物的帶電性質(zhì)黏土顆粒的表面有電荷，凈電荷通常為負(fù)電荷一.固體顆粒§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類----------------------++++黏土顆粒水分子陽(yáng)離子34黏土礦物的帶電性質(zhì)黏土顆粒的表面有電荷，凈電荷通常為負(fù)電1221233.顆粒形狀原生礦物圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物針狀、片狀、扁平狀1.固體顆粒§1.1

土的三相組成§1土的組成353.顆粒形狀原生礦物圓狀、渾圓狀、棱角狀1.123124結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水

結(jié)合水吸附在土顆粒表面的水自由水電場(chǎng)引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷二.土中水（液相）§1.1土的三相組成§1土的組成36結(jié)晶水礦物內(nèi)部的水二.土中水（液相）§1.124125結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)密度>1g/cm3冰點(diǎn)處于零下幾十度具有固體的特性溫度高于100°C時(shí)可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有黏滯性弱結(jié)合水二.土中水§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類37結(jié)合水排列致密、定向性強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合水位于強(qiáng)結(jié)合水之外125126自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)存在于固氣之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動(dòng)二.土中水§1.1土的三相組成§1土的物性與分類38自由水重力水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)存在于126127=

濕潤(rùn)角空氣固體水lT=界面張力d=

毛管直徑Td=2rua-uwua-uw=壓力差二.土中水§1.1

土的三相組成§1土的物性與分類毛細(xì)水毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)管hc39=濕潤(rùn)角空氣固體水lT=界面張力d=127128土中毛細(xì)現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管毛細(xì)升高與孔徑成反比黏土粉土砂土礫石分析對(duì)象:

水柱二.土中水§1.1

土的三相組成§1土的物性與分類大氣壓為基準(zhǔn)40土中毛細(xì)現(xiàn)象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛128129毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力分析對(duì)象:水膜二.土中水§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類41毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力129130毛細(xì)壓力二.土中水§1.1土的三相組成§1土的組成對(duì)砂土強(qiáng)度的影響:毛細(xì)邊角水,假凝聚力非飽和土中毛細(xì)張力影響42毛細(xì)壓力二.土中水§1.1土的三相組成§1土的組成對(duì)130131三.土中氣體自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道§1.3

土的三相組成§1土的物性與分類43三.土中氣體自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大§131同一種土，原狀土樣和重塑土樣的力學(xué)性質(zhì)有很大差異，可見(jiàn)，土的組成成分不是決定土性的全部，土的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造對(duì)土性也有很大影響。土的結(jié)構(gòu)（fabricofsoil)（微觀方面）是指土粒大小、形狀、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系、土中水性質(zhì)及孔隙特征等因素的綜合特征。土的結(jié)構(gòu)是在成土過(guò)程中逐漸形成的，它與礦物成份、沉積條件相關(guān)。土的構(gòu)造

(structureofsoil)（宏觀方面）是指同一土層中的物質(zhì)成分和顆粒大小都相近的各部分之間的相互關(guān)系的特征，表征了土層的層理、裂隙及大孔隙等宏觀特征結(jié)構(gòu)與構(gòu)造§1.1土的三相組成§1土的組成同一種土，原狀土樣和重塑土樣的力學(xué)性質(zhì)有很大差異，可見(jiàn)，土的132單粒結(jié)構(gòu)

蜂窩結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)

1.5.1土的結(jié)構(gòu)1.5.1土的結(jié)構(gòu)1331.單粒結(jié)構(gòu)為碎石土和砂土的結(jié)構(gòu)特征，是由粗大土粒在水或空氣中下沉而形成的。因顆粒較大，士粒間的分子吸引力相對(duì)很小，所以顆粒間幾乎沒(méi)有連接，至于未充滿孔隙的水分只可能使其具有微弱的毛細(xì)水連接。單粒結(jié)構(gòu)：疏松和緊密。1.單粒結(jié)構(gòu)為碎石土和砂土的結(jié)構(gòu)特征134呈緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，由于其土粒排列緊密，在動(dòng)、靜荷載作用下都不會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，所以強(qiáng)度較大，壓縮性較小，是較為良好的天然地基。具有疏松單粒結(jié)構(gòu)的土，其骨架是不穩(wěn)定的，當(dāng)受到震動(dòng)及其他外力作用時(shí)，土粒易于發(fā)生移動(dòng)，土中孔隙劇烈減少，引起土的很大變形，因此，這種土層如未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基。

呈緊密狀單粒結(jié)構(gòu)的土，由于其土粒排列緊密，在動(dòng)、靜荷載作用下135主要由粉粒和細(xì)砂0.075~0.005mm組成的土的結(jié)構(gòu)形式。據(jù)研究，粒徑在0．075－0．005mm左右的士粒在水中沉積時(shí)，基本上是以單個(gè)土粒下沉，當(dāng)碰上已沉積的土粒時(shí)，由于它們之間的相互引力大于其重力，因此土粒就停留在最初的接觸點(diǎn)上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)有很大孔隙，由于弓架作用和一定程度粒間聯(lián)結(jié)，使得其可以承擔(dān)一般水平的靜力荷載。但當(dāng)其承受高水平應(yīng)力和動(dòng)力荷載時(shí)，結(jié)構(gòu)將破壞，可導(dǎo)致嚴(yán)重的地基變形。2.蜂窩結(jié)構(gòu)主要由粉粒和細(xì)砂0.075~0.005mm組成的土的結(jié)構(gòu)136是粘粒（＜0.005mm）集合體組成的結(jié)構(gòu)形式。微小的粘粒，重量極輕，難以靠自重在水中下沉。下沉主要靠黏土顆粒與水作用產(chǎn)生的粒間作用力。粒間相互作用力有吸引力也有排斥力。當(dāng)總的吸引力大于排斥力時(shí)，就表現(xiàn)為凈吸引力；反之，為凈排斥力。

主要有：3.絮狀結(jié)構(gòu)是粘粒（＜0.005mm）集合體組成的結(jié)構(gòu)形式。3.絮狀結(jié)構(gòu)137靜電力：黏土顆粒帶負(fù)電，主要分布在其平面上，兩端則帶正電。與距離平方成反比。分子力（范德華力）極性分子之間、極性分子對(duì)非極性分子暫時(shí)極化再吸引。與距離六次方成反比。雙電層重疊產(chǎn)生的離子吸引力。顆粒間結(jié)晶與膠結(jié)力滲透斥力。靜電力：黏土顆粒帶負(fù)電，主要分布在其平面上，兩端則帶正電。與138層理構(gòu)造：土不均勻、各向異性。裂隙構(gòu)造：土呈各向異性。分散構(gòu)造：土不均勻、各向同性。

分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造水平層理構(gòu)造交錯(cuò)層理構(gòu)造土的構(gòu)造土的構(gòu)造是結(jié)構(gòu)相對(duì)均一的結(jié)構(gòu)單元體的形態(tài)和組合特征。層理構(gòu)造：土不均勻、各向異性。分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造水平層理構(gòu)造交139140§1.2

土的物理指標(biāo)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度黏性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)(松密程度、干濕程度、輕重程度)力學(xué)特性直接影響表示§1土的組成？52§1.2土的物理指標(biāo)土的物理狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)力學(xué)140141一.物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系§1.3土的物理指標(biāo)松密程度干濕程度輕重程度特點(diǎn):指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義基本方法:三相草圖法§1土的組成53一.物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系1411421.三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm一.物理性質(zhì)指標(biāo)質(zhì)量體積§1.2土的物理狀態(tài)§1土的組成541.三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVv142143三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個(gè):共有九個(gè)參量:

VVvVsVaVw

/msmwmam剩下三個(gè)獨(dú)立變量三相草圖法物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參量為1對(duì)于飽和土,Va=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其它指標(biāo)是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成55三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma1431442.室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積－土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的重度(天然重度、濕重度)γ=ρg工程上很常用,用于計(jì)算土的自重應(yīng)力單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

一般范圍:1.60~2.20

g/cm3定義:單位體積土的質(zhì)量有時(shí)也稱土的天然密度、濕密度表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo):三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成562.室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSoli144145WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒比重s:土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:無(wú)量綱土粒比重一般范圍:

黏性土2.70

~

2.75砂土2.654?C時(shí)純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度定義:土粒的密度與4?C時(shí)純蒸餾水的密度的比值表達(dá)式:一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成57WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0145146WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的含水量定義:土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,

用百分?jǐn)?shù)表示注意:

其實(shí)是含水比,可達(dá)到或超過(guò)100％表達(dá)式:一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成58WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mw146147表示土中孔隙含量的指標(biāo)孔隙比孔隙率(孔隙度)３.其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)關(guān)系:在某種程度上反映土的松密砂類土：28~35%黏性土：30~50%有的可達(dá)60~70%定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無(wú)量綱表達(dá)式:WaterAirSolidVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,常用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成59表示土中孔隙含量的指標(biāo)孔隙比孔隙率３.其它常用的物理性147148表示土中含水程度的指標(biāo)含水量飽和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積表達(dá)式:定義: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Sr=0:干土Sr=1:飽和土一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成60表示土中含水程度的指標(biāo)含水量飽和度WaterAirSo148149表示土的密度和重度的指標(biāo)天然密度干密度飽和密度天然重度干重度浮重度浮密度有效重度飽和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

定義:

土被完全烘干時(shí)的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達(dá)式:一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1土的組成61表示土的密度和重度的指標(biāo)天然密度干密度飽和密度天然重度干149150各種密度重度之間的大小關(guān)系：天然密度干