第一章土的物理力學(xué)性質(zhì)及分類

第一章土的物理力學(xué)性質(zhì)及分類第1頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類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)用第2頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.1概述§1.2土的組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性第3頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.1概述土是巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中生成的沒有粘結(jié)或弱粘結(jié)的堆積物搬運(yùn)、沉積§1土的物性與分類形成過程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)風(fēng)化巖石地球土地球影響第4頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無粘性土原生礦物質(zhì)變粘性土次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)§1土的物性與分類一.風(fēng)化有機(jī)質(zhì)§1.1概述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，形成新的礦物第5頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月二.搬運(yùn)與沉積殘積土無搬運(yùn)運(yùn)積土有搬運(yùn)土質(zhì)較好§1土的物性與分類殘積土強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細(xì)不均無層理§1.1概述母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物第6頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.搬運(yùn)與沉積運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)：風(fēng)積土§1土的物性與分類重力:坡積土流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物冰川:冰積土§1.1概述土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機(jī)物淤泥，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理第7頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月土體物理力學(xué)性質(zhì)的影響因素基本因素（重要因素）主要環(huán)境因素土體的骨架土粒的大小土粒的形狀礦物成分土粒的排列聯(lián)結(jié)特征為最主要的決定因素地應(yīng)力附加應(yīng)力地下水水化學(xué)場溫度場電磁場第8頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.2土的組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體§1土的物性與分類次要作用第9頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配§1土的物性與分類§1.2土的組成礦物成分顆粒形狀第10頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.2土的組成土中固體顆粒(簡稱土粒)無機(jī)礦物顆粒有機(jī)質(zhì)顆粒原生礦物次生礦物原巖經(jīng)物理風(fēng)化(機(jī)械破碎的過程)形成的,其物理化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定,其成分與母巖完全相同。石英長石云母原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化（成分改變的過程）后形成的。1、粘土礦物：蒙脫石、伊利石、高嶺石。2、無定形氧化物膠體：Al2O3、Fe2O3。3、鹽類：CaCO3、CaSO4、NaCl微生物參與風(fēng)化過程，在土中產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)成分。腐殖質(zhì)→形成淤泥或淤泥質(zhì)土有機(jī)殘余物→形成泥炭土粗大土粒—原生礦物；細(xì)小土?！紊V與有質(zhì)物質(zhì)。第11頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.粒徑級(jí)配一.固體顆粒§1土的物性與分類§1.2土的組成顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例狹義的粒徑級(jí)配影響土性的主因第12頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月顆粒大小粒組：按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類。即界于一定粒度范圍內(nèi)的土粒。界限粒徑：劃分粒組的分界尺寸。一.固體顆粒§1土的物性與分類§1.2土的組成dmm卵石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)

極細(xì)0.1粗粒土細(xì)粒土巨粒土第13頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月粒徑級(jí)配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

水分法：適用于細(xì)粒土(<0.075mm)——各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示。表述方法

粒徑級(jí)配累積曲線§1土的物性與分類一.固體顆?！?.2土的組成第14頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.固體顆粒§1土的物性與分類105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100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)§1.2土的組成P%958778665536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(%)2613.510第15頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.固體顆?！?土的物性與分類§1.2土的組成1009080706050403020100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：中值粒徑不均勻程度：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

第16頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.固體顆粒§1土的物性與分類§1.2土的組成1009080706050403020100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

平臺(tái)--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)性好第17頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月粒徑級(jí)配粒徑級(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土的物性與分類一.固體顆粒§1.2土的組成第18頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.礦物成分原生礦物

石英、長石、云母等次生礦物

主要是粘土礦物，包括三種類型

高嶺石、伊里石、蒙脫石§1土的物性與分類一.固體顆粒§1.2土的組成粘土礦物:由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成第19頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.固體顆?！?.2土的組成硅片的結(jié)構(gòu)第20頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.固體顆?！?.2土的組成鋁片的結(jié)構(gòu)第21頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.固體顆?！?.2土的組成粘土礦物的晶格構(gòu)造高嶺石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：單位質(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)足球場一樣大第22頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.固體顆粒§1.2土的組成粘土礦物的帶電性質(zhì)研究表明：粘土顆粒的表面電荷，凈電荷通常為負(fù)電荷第23頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月固定層和擴(kuò)散層中所含的陽離子與土粒表面的負(fù)電荷的電位相反，故稱為反離子，固定層和擴(kuò)散層又合稱為反離子層。反離子層與土粒表面負(fù)電荷一起構(gòu)成雙電層。第24頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月3.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土的物性與分類一.固體顆?！?.2土的組成第25頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月結(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引力作用范圍之外的水土中冰由自由水凍成，凍脹融陷§1土的物性與分類§1.2土的組成二.土中水（液相）第26頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.2土的組成二.土中水結(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)，有粘滯性弱結(jié)合水第27頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月自由水重力水毛細(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)§1土的物性與分類§1.2土的組成二.土中水第28頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.2土的組成二.土中水土中毛細(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)升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對象:

水柱第29頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.2土的組成二.土中水對砂土強(qiáng)度的影響:毛細(xì)邊角水,假凝聚力假定α=0,毛細(xì)壓力2πrTcosα+ucπr2=0毛細(xì)壓力非飽和土中毛細(xì)張力影響分析對象:水膜第30頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月三.土中氣體自由氣體：與大氣連通，對土的性質(zhì)影響不大封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道§1土的物性與分類§1.2土的組成第31頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月

土有三個(gè)組成部分：固相、液相和氣相

小結(jié)1.固體顆粒2.土中水3.土中氣體粒徑級(jí)配礦物成分顆粒形狀結(jié)合水(強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水)自由水(重力水、毛細(xì)水)自由氣體封閉氣體§1土的物性與分類§1.2土的組成第32頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.1概述§1.2土的組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性第33頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)§1土的物性與分類土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)力學(xué)特性影響表示第34頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.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土的物性與分類§1.3土的物理狀態(tài)密實(shí)程度干濕程度……特點(diǎn):指標(biāo)概念簡單，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、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義基本方法:三相草圖法第35頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.

三相草圖WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)質(zhì)量體積§1.3土的物理狀態(tài)第36頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月三相草圖§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個(gè):共有九個(gè)參數(shù):

VVvVsVaVω

/msmωmam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)任一參數(shù)為1對于飽和土,Va=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測定其它指標(biāo)是一種簡單而實(shí)用的方法§1.3土的物理狀態(tài)第37頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)2.室內(nèi)測定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積----土的密度、土粒的比重、土的含水率土的密度ρ土的重度γγ=ρg工程上更常用,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:土單位體積的質(zhì)量有時(shí)也稱土的天然密度§1.3土的物理狀態(tài)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)的概念第38頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土粒比重(土粒相對密度)Gs

s:

土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:無量綱土粒比重一般范圍:

粘性土2.72—2.75；砂土2.65—2.69;粉土2.70—2.71；有機(jī)質(zhì)土2.40—2.50;

泥炭1.50—1.80.4?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§1.3土的物理狀態(tài)表達(dá)式:第39頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的含水率ω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)是含水率,可達(dá)到或超過100％§1.3土的物理狀態(tài)表達(dá)式:第40頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.物理性質(zhì)指標(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo)孔隙比孔隙率(孔隙度)§1土的物性與分類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%粘性土：30-50%有的可達(dá)60-70%§1.3土的物理狀態(tài)定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達(dá)式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系第41頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.物理性質(zhì)指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo)§1土的物性與分類含水率飽和度§1.3土的物理狀態(tài)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=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:

飽和土第42頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)表示土中密度和重度的指標(biāo)天然密度干密度飽和密度天然重度干重度浮重度有效重度飽和重度§1.3土的物理狀態(tài)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=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:定義:

孔隙中充滿水時(shí)的單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量.第43頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月各種密度容重之間的大小關(guān)系：§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)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WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積第44頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系§1.3土的物理狀態(tài)教科書P34~35表2-2；例題2—1，P35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)第45頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類一.物理性質(zhì)指標(biāo)小結(jié)§1.3土的物理狀態(tài)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)系密實(shí)程度干濕程度……特點(diǎn):指標(biāo)概念簡單，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、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義基本方法:三相草圖法室內(nèi)測定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)土的密度、土粒的比重、土的含水率三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo)表示土中密度和重度的指標(biāo)三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系三相草圖法是求取物理性質(zhì)指標(biāo)的簡單而有效的方法第46頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類二.土的物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)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(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)力學(xué)特性影響表示第47頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月emax與emin：最大與最小孔隙比1.粗粒土(無粘性土)的密實(shí)狀態(tài)§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)密實(shí)度如何衡量?單位體積中固體顆粒含量的多少優(yōu)點(diǎn)：簡單方便缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響只能用于同一種土對策相對密度§1.3土的物理狀態(tài)孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20第48頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)emax:最大孔隙比；將松散的風(fēng)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(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)測得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難第49頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月粗粒土(無粘性土)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,

松散狀態(tài)1/3<

Dr≤

2/3,中密狀態(tài)

Dr>2/3

,密實(shí)狀態(tài)§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)相對密度第50頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月按天然孔隙比e劃分砂土密實(shí)度(TJ7-74)

密實(shí)中密稍密松散礫砂、粗砂、中砂e＜0.600.60≤e≤0.750.75＜e≤0.85e＞0.85細(xì)砂、粉砂e＜0.700.70≤e≤0.850.85＜e≤0.95e＞0.95按標(biāo)貫擊數(shù)N劃分砂土密實(shí)度(GB5007)密實(shí)中密稍密松散

N＞3030≥N＞1515≥N＞10N≤10按實(shí)測標(biāo)貫平均擊數(shù)N劃分砂土密實(shí)度(JTJ024-85)密實(shí)中密稍松極松

50—3029—109—5N＜5按重型動(dòng)力觸探擊數(shù)N63.5劃分碎石土密實(shí)度(GB5007)密實(shí)中密稍密松散

N63.5＞2020≥N63.5＞1010≥N63.5＞5

N63.5≤5§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)第51頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月2.粘性土的軟硬狀態(tài)§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)也稱稠度狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)粘性土含水率較硬變軟流動(dòng)可塑狀態(tài):當(dāng)粘性土在某含水量范圍內(nèi),可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋,并當(dāng)外力移去后仍能保持既得的形狀。（阿太堡）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。液限ωL：土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水率。塑限ωP：土由半固狀態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水率。第52頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑態(tài)

流態(tài)

強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水稠度狀態(tài)含水率土中水的形態(tài)w第53頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月相對稠度問題：僅適用于重塑土§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)對于不同的粘性土，含水率相同，稠度可能不同液性指數(shù)P38不同的粘性土，ωp、ωl

大小不同定義：wpwwlIL≤00＜IL≤1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0＜IL≤

0.25硬塑0.25＜IL≤

0.75可塑0.75＜IL≤1.00軟塑液性指數(shù)IL：粘性土的天然含水率和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。第54頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月——吸附結(jié)合水的能力；粘性大??；大致反映粘土顆粒含量

§1土的物性與分類二.物理狀態(tài)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)塑性指數(shù)IP：粘性土的液限和塑限的差值（省去%符號(hào)）常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)缺點(diǎn)不能充分反映粘土顆粒含量

不同的粘土礦物結(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非活性粘土正常粘土活性粘土第55頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類三.粘性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性§1.3土的物理狀態(tài)1、脹縮性：粘性土具有吸水膨脹和失水收縮的兩種變形特性。

脹縮土是土中粘粒成分主要由強(qiáng)親水性粘土礦物成分—蒙脫石和伊利石組成的，同具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的高塑性粘性土。有“晴天一把刀，雨天一團(tuán)糟”、“天晴張大嘴，雨后吐黃水”等通俗生動(dòng)的描述。自由膨脹率δef：為人工制備的烘干土，在水中增加的體積與原體積之比，按下式計(jì)算：式中Vω—土樣在水中膨脹穩(wěn)定后的體積，ml；V0—土樣原有體積，ml。具有下列工程地質(zhì)特征的場地，且自由膨脹率大于或等于40%的應(yīng)為膨脹土：1）裂隙發(fā)育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填灰白、灰綠色粘土，在自然條件下呈堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)；2）多出露于二級(jí)或二級(jí)以上階地、山前和盆地邊緣丘陵地帶，地形平緩，無明顯自然陡坎；3）常見淺層塑性滑坡、地裂、新開挖坑（槽）壁易發(fā)生坍塌等；4）建筑物裂隙隨氣候變化而張開和閉合。第56頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類三.粘性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性§1.3土的物理狀態(tài)2、濕陷性：指土在自重作用下或自重和附加壓力綜合作用下，受水浸濕后，使土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷特征。

用在一定壓力作用下土體浸水后的濕陷系數(shù)δs值來衡量。

在壓縮儀中將原狀試樣逐級(jí)加壓到實(shí)際受到的壓力p，等它壓縮穩(wěn)定后測得試樣高度hp，然后加水浸濕，測得下沉穩(wěn)定后的高度hp’。設(shè)土樣的原始高度h0，則按下式計(jì)算土的濕陷性δs：

當(dāng)δs＜0.015時(shí),為非濕陷性土,δs≥0.015時(shí),為濕陷性土。第57頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類三.粘性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性§1.3土的物理狀態(tài)3、凍脹性：指土的凍脹和凍融給建筑物或土工構(gòu)筑物帶來危害的變形特性。季節(jié)性凍土：指冬季凍結(jié)，夏季全部融化的凍土；隔年凍土：指冬季凍結(jié)，1~2年內(nèi)不融化的土層；多年凍土：指凍結(jié)狀態(tài)持續(xù)3年或3年以上的土層。凍土層的平均凍脹率η按下式計(jì)算：式中△z、zd和h‘分別為地表凍脹量、設(shè)計(jì)凍深和凍層厚度（mm）第58頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo):相對密度Dr

小結(jié)§1土的物性與分類§1.3土的物理狀態(tài)二.物理狀態(tài)指標(biāo)細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo):液性指數(shù)IL引入定義判別標(biāo)準(zhǔn)稠度界限稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)塑性指數(shù)液性指數(shù)引入定義判別標(biāo)準(zhǔn)第59頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.1概述§1.2土的組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性第60頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)力學(xué)特性土的結(jié)構(gòu)影響粗粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度<土的構(gòu)造第61頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.土粒間的作用力

重力毛細(xì)力膠結(jié)力顆粒表面力

——土顆粒的自重形成的方向向下的力——

砂土——土中毛細(xì)作用形成的力——

細(xì)砂、粉土——土粒間的膠體物質(zhì)產(chǎn)生的作用力——

粘土——

粘土——庫侖力：——范德華力：顆粒表面的靜電引力或斥力顆粒接觸點(diǎn)處的分子間引力§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)第62頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月二.粗粒土的結(jié)構(gòu)粒間作用力排列形式礦物成分單粒結(jié)構(gòu)示意圖重力，毛細(xì)力點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與面原生礦物§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)第63頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月三.細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)粒間作用力形成環(huán)境排列形式礦物成分表面力、膠結(jié)力（斥力減小引力增加）絮狀結(jié)構(gòu)(片架結(jié)構(gòu))蜂窩結(jié)構(gòu)(分散結(jié)構(gòu))示意圖表面力、膠結(jié)力（粒間斥力占優(yōu)勢）淡水中沉積海水中沉積次生礦物次生礦物天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結(jié)構(gòu)過渡向另一種結(jié)構(gòu)。面與面邊、角與面邊、角與邊§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)第64頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)四、土的構(gòu)造：是指同一土層中物質(zhì)成分和顆粒大小等都相近的集合體相互關(guān)系的特征。層狀構(gòu)造分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造第65頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月五.反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)相同含水量、密度1.

粘性土的靈敏度—

St

§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)=原狀土結(jié)構(gòu)性相同含水量密度粉碎重塑重塑土強(qiáng)度降低StSt≤11＜St≤22＜St≤44＜St≤88＜St≤16St

>16粘性土不靈敏低靈敏中等靈敏靈敏很靈敏流動(dòng)原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度第66頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月含水率不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。2.粘性土的觸變性

§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)第67頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)§1土的物性與分類§1.4土的結(jié)構(gòu)土顆粒或粒團(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)第68頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.1概述§1.2土的組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性第69頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月目的：依據(jù)：建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007和巖土工程勘察規(guī)范GB50021分類法公路路基、橋涵分類法——自學(xué)§1土的物性與分類§1.5土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類便于研究及應(yīng)用能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)－土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)第70頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.5土的工程分類一按沉積年代和地質(zhì)成因劃分1）按沉積年代和劃分老沉積土：第四紀(jì)晚更新世Q3及其以前沉積的土，超固結(jié)狀態(tài)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高；新近沉積土：第四紀(jì)全新世近期沉積的土，欠固結(jié)狀態(tài)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低。2）按地質(zhì)成因劃分殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、湖積土、海積土、淤積土、風(fēng)積土和冰積土。第71頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月二、按顆粒級(jí)配（粒度成分）和塑性指標(biāo)劃分

§1土的物性與分類§1.5土的工程分類土巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土第72頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.5土的工程分類碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土。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的顆粒超過全重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的顆粒超過全重50%粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%第73頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.5土的工程分類砂土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全量50%、且粒徑大于0.075mm

的顆粒超過全量50%的土。土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全重25~50%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%第74頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.5土的工程分類粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%且塑性指數(shù)Ip≤10的土塑性指數(shù)Ip>10的土粘性土10<Ip≤17的土Ip>17的土粘土粉質(zhì)粘土A<0.75A=075–1.25A>1.25非活性粘土正常粘土活性粘土第75頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.5土的工程分類三、其他——特殊土（巖土工程勘察規(guī)范GB50021）

濕陷性土、紅粘土、軟土、混合土、填土、凍土、膨脹巖土、鹽漬土、風(fēng)化巖與殘積土、污染土等。按有機(jī)質(zhì)含量劃分

分類名稱有機(jī)質(zhì)含量ωu（%）

無機(jī)土ωu＜5%有機(jī)質(zhì)土5%≤ωu≤10%

泥炭質(zhì)土10%＜ωu≤60%泥炭ωu＞60%第76頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.1概述§1.2土的相組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性第77頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月壓實(shí)：指通過夯打、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：指土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長的特性研究擊實(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)現(xiàn)場試驗(yàn):夯打、振動(dòng)、碾壓§1土的物性與分類§1.6土的壓實(shí)性（P232）第78頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.6土的壓實(shí)性一.室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)二.細(xì)粒土的壓實(shí)性三.粗粒土的壓實(shí)性第79頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月一.室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備

擊實(shí)筒V=1000cm3；擊實(shí)錘w=2.5牛頓

試驗(yàn)條件

土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數(shù)N=27/層

擊實(shí)能量

試驗(yàn)方法

對ω=cosnst的土；分三層壓實(shí)；測定擊實(shí)后的ω、ρ，算定ρd

注意：僅適用于細(xì)粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實(shí)儀§1土的物性與分類§1.6土的壓實(shí)性土第80頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月§1土的物性與分類§1.6土的壓實(shí)性二.細(xì)粒土的壓實(shí)性1.擊實(shí)曲線2.理論分析3.影響因素4.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)第81頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月1.擊實(shí)曲線特點(diǎn)：①具有峰值②位于飽和曲線之下

粘性土K很小，壓實(shí)過程中含水量幾乎不變，要想擊實(shí)到飽和狀態(tài)是不可能的?！?土的物性與分類0481216202428含水率w(%)2.01.81.61.4干密度

d(g/cm3)飽和曲線

dmax=1.86wop=12.1§1.6土的壓實(shí)性二.細(xì)粒土的壓實(shí)性最大干密度最優(yōu)含水率第82頁，課件共95頁，創(chuàng)作于2023年2月二.細(xì)粒土的壓實(shí)性2.理論分析壓實(shí)機(jī)理：顆粒被擊碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒間聯(lián)結(jié)力被破壞而發(fā)生孔隙體積減小;氣被擠出或被壓縮等水膜潤滑作用效果最佳;尚沒有形成封閉氣泡，氣易于排出;顆粒表面水膜很薄，相對移動(dòng)困難

水膜潤滑作用不明顯;封閉氣泡難以排出;增加水的相對含量

ω

ωop,ρd

ρdmaxω<ωop,ρd<

ρdmaxω>ωop,ρd<

ρdmax

§1土的物性與分類§1.6土的壓實(shí)性0481216202428含水率w(%)2.01.81.61.4干密度

d(g/cm3)飽和曲線

dmax=1.86wop=12.1第83頁，課