土石方工程1土的工程性質(zhì)及分類課件

第一節(jié)土的工程性質(zhì)及分類?土的生成與特性?土的三相組成※土的三相比例指標(biāo)※無粘性土的密實度※粘性土的物理特性?土的分類※土的工程性質(zhì)第一節(jié)土的工程性質(zhì)及分類?土的生成與特性1

一、土的生成與特性

（一）土的生成

不同的風(fēng)化作用，形成不同性質(zhì)的土。風(fēng)化作用有下列三種：1.物理風(fēng)化總稱無粘性土。2.化學(xué)風(fēng)化巖石碎屑與水、氧氣和二氧化碳等物質(zhì)接觸，產(chǎn)生一種新的成份――次生礦物，總稱為粘性土。3.生物風(fēng)化由動、植物和人類活動對巖體造成的破壞，稱生物風(fēng)化。一、土的生成與特性（一）土的生成2

（二）土的特性

1.壓縮性大

彈性模量（土稱變形模量）飽和細砂的壓縮性比C20混凝土大1600倍。粘性土壓縮性往往比飽和細砂還要大。2.強度低

土的強度指抗剪強度。3.透水性大（二）土的特性3二、土的三相組成土由礦物固體顆粒、水和氣體三部分組成，稱為土的三相組成。固體＋氣體（液體＝0）為干土。干粘土堅硬，干砂松散；固體＋液體＋氣體為濕土。濕的粘土多為可塑狀態(tài)；固體＋液體（氣體＝0）為飽和土。飽和粉細砂受震動可能產(chǎn)生液化；飽和粘土地基沉降需很長時間才能穩(wěn)定。二、土的三相組成土由礦物固體顆粒、水和氣體三部分組成，稱為土4三、土的三相比例指標(biāo)（一）實測指標(biāo)

1、土的密度（ρ）定義：原土狀態(tài)下，單位體積的土的質(zhì)量。公式：單位：g/cm3、t/m3試驗測定方法：環(huán)刀法通常，砂土ρ=1.6～2.0t/m3；

粘性土和粉土ρ=1.8～2.0t/m3三、土的三相比例指標(biāo)（一）實測指標(biāo)52、土的相對密度（比重）定義：土粒密度與40C時純水密度之比。公式：無量綱※數(shù)值上等于土粒密度,同一類土比重變化幅度較小。試驗測定方法：比重瓶法3、土的含水量（）定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比（%）。公式:試驗測定方法：烘干法※含水量是表示土濕度的一個重要指標(biāo)。同一類土其強度隨著含水量的增大而降低,對粘性土、粉土影響較大，對粉砂、細砂稍有影響，對碎石土等無影響。2、土的相對密度（比重）64、土的重度（γ）定義：單位體積土所受的重力。公式：單位：kN/m3通常，砂土γ=16

～20kN/m3；粘性土和粉土γ=18～20kN/m35、土的干密度（）定義：單位體積土中土粒質(zhì)量。公式：●工程上常以土的干密度來評價土的密實程度，常用來控制填土的施工質(zhì)量，其值一般為1.3～1.8t/m3。4、土的重度（γ）76、土的飽和重度（）

定義：土中孔隙完全被水充滿時土的重度。

公式：

?土的飽和重度一般為18～237、土的孔隙比（）

定義：土中孔隙體積與土粒體積之比。

公式：小數(shù)表示

?孔隙比是表示土的密實程度的一個重要指標(biāo)。粘性土和粉土的孔隙比變化較大。一般，<0.6的土是密實的，壓縮性?。?gt;1.0的土是疏松的，壓縮性高。6、土的飽和重度（）8

8、土的孔隙率（）

定義：土中孔隙體積與總體積之比。

公式：9、土的飽和度（）

定義：土中水的體積與孔隙體積之比。用百分數(shù)表示

公式：

表1-3砂土濕度狀態(tài)的劃分濕度稍濕很濕飽和飽和度

≤50%50%<

≤80%

>80%8、土的孔隙率（）濕度稍濕很9四、無粘性土的密實度（一）無粘性土

泛指砂土和碎石土。（二）判別砂土密實度的方法（P9）

1、用天然孔隙比的大小判別；2、用砂土相對密度判別；判別公式：3、現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)（N）判別；4、野外鑒別

四、無粘性土的密實度（一）無粘性土10五、粘性土的物理特性（一）界限含水量定義：粘性土從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的分界含水量。種類：液限（）、塑限（）、縮限（）（二）塑性指數(shù)和液性指數(shù)1、塑性指數(shù)：液限和塑限（省去%）的差值。?塑性指數(shù)能全面反映影響粘性土的各種因素，規(guī)范按塑性指數(shù)對粘性土分類。

五、粘性土的物理特性（一）界限含水量112、液性指數(shù)

定義：粘性土的含水量和塑限的差值（省去%）與塑性指數(shù)之比。

公式：

?液性指數(shù)是判別粘性土軟硬狀態(tài)的指標(biāo)，根據(jù)液性指數(shù)的不同，可將粘性土劃分為以下幾種：

表1-5粘性土狀態(tài)的劃分

狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)

≤00<≤0.250.25<≤0.750.75<≤1.0

>1.02、液性指數(shù)狀態(tài)堅硬硬塑可12六、土的分類（一）土的工程分類：分為松軟土、普通土、堅土、砂礫堅土、軟石、次堅石、堅石、特堅硬石等8類16級（二）地基土的分類1.巖石工程性質(zhì)：微風(fēng)化的硬質(zhì)巖石為最優(yōu)良的地基。強風(fēng)化的軟質(zhì)巖石工程性質(zhì)差。2.碎石土定義：粒徑d>2mm的顆粒含量超過50%的土稱碎石土。定名：粒徑由大至小分漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫、角礫六種，見表1－5。六、土的分類（一）土的工程分類：分為松軟土、普通土、堅土、砂13表1－5碎石土定名土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全重50%塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒超過全重50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%角礫棱角形為主表1－5碎石土定名土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石圓形及亞圓143.砂土定義：粒徑d＞2mm的顆粒含量不超過全重50%，且d＞0.075mm的顆粒超過全重50%的土，稱砂土。定名：粒徑由大到小分為礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂五種，見表1－7。★當(dāng)砂土中，粒徑小于0.075mm的土的IP＞10時，應(yīng)以“含粘性土”定名，如含粘性土粒砂。★工程性質(zhì)：常見的礫砂、粗砂、中砂為良好地基；粉細砂要具體分析，如為飽和疏松狀態(tài)，則為不良地基。3.砂土15表1－7砂土定名土的名稱粒組含量礫砂粒徑大于2mm的顆粒占全重25～50%粒砂粒徑大于0.5mm的顆粒占全重50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒占全重50%細砂粒徑大于0.075mm的顆粒占全重85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒占全重50%4.粉土粉土的性質(zhì)介于粘性土與砂土之間。密實度：根據(jù)天然孔隙比的大小，可分為密實、中密、稍密。濕度：根據(jù)飽和度分為三等：稍濕、很濕、飽和。工程性質(zhì)：密實粉土性質(zhì)好，飽和稍密的粉土地震時易產(chǎn)生液化，為不良地基。表1－7砂土定名土的名稱粒組含量礫砂粒徑大于216

5、粘性土

指塑性指數(shù)大于10的土。分為粉質(zhì)粘土和粘土。土的名稱粉質(zhì)粘土粘土塑性指數(shù)10～17大于176、人工填土指人類活動形成的堆積物。按堆積物的成份分為：素填土：由碎石土、砂土、粉土、黏性土等組成的填土。雜填土：含有建筑垃圾、工業(yè)廢料、生活垃圾等雜物的填土。沖填土：由水力充填泥沙形成的填土。5、粘性土土的名稱粉質(zhì)粘土粘土塑性指數(shù)1017七、土的工程性質(zhì)（一）壓實性

壓實是指用靜力、振動、沖擊等機械方法將土中孔隙減少的過程。土的壓實效果決定于壓實能量和含水量。

*最優(yōu)含水量：在一定的壓實能量下，使土最易被壓實且能達到最大干密度時的含水量。用表示。

*最大干密度：與最優(yōu)含水量相對應(yīng)的干密度。用表示。

*壓實系數(shù)：施工時所控制的干密度與最大干密度之比。用表示。在地基土受力層范圍內(nèi)要求達到0.94～0.96。七、土的工程性質(zhì)（一）壓實性18試驗證明：最佳含水量約與土的塑限相近，大致為；粉土取14～18。最佳含水量與壓實能量有關(guān)，在填土壓實程度不足時，可改用大的壓實能量補夯。在同類土中顆粒級配對壓實效果影響很大，不均勻的容易壓實，均勻的不容易壓實。粘性土在最佳含水量時，壓實到最大干密度，其飽和度一般在80%左右。試驗證明：19

（二）土的可松性天然土經(jīng)開挖后，其體積因松散而增加，雖然振動夯實，仍然不能完全復(fù)原，土的這種性質(zhì)稱為土的可松性。土的可松性用可松性系數(shù)表示，即

式中:――土的最初可松性系數(shù)；――最終可松性系數(shù)；V1――土在天然狀態(tài)下的體積，m3;V2――土挖出后在松散狀態(tài)下的體積，m3;V3――土經(jīng)壓（夯）實后的體積，m3?！谕练焦こ讨?，最初可松性系數(shù)用以計算挖方裝運車輛及挖方機械的重要參數(shù)；最終可松性系數(shù)是計算填方時所需填土方量的重要參數(shù)。（二）土的可松性天然土經(jīng)開挖后，其體積因20（三）土的壓縮性定義：地基土在壓力作用下體積減少的性質(zhì)；(P15)壓縮系數(shù)ａ（Mpa-1）

ａ=（e1-e2）/（p2-p1）e1、e2：壓力為p1、p2時土的孔隙比（孔隙體積/土粒體積）

p1：工程實踐中取100MPa

p2：工程實踐中取200MPaａ<0.1Mpa-1

低壓縮性土0.1Mpa-1

≤ａ<0.5Mpa-1

中壓縮性土0.5Mpa-1

≤ａ高壓縮性土（三）土的壓縮性定義：地基土在壓力作用下體積減少的性質(zhì)；(21作業(yè)1.某工程開挖基坑土方工程量為6500m3，混凝土基礎(chǔ)和地下室占有體積為3200m3，則應(yīng)預(yù)留多少回填土（松散狀態(tài)土）？若多余土方外運，外運土方為多少？如果用斗容量為3m3的汽車外運，需運幾車？（已知土的最初可松性系數(shù)為1.27，最終可松性系數(shù)為1.05）2.某梯形溝槽長200m，上口寬6m，底寬3m，槽深3m，在其底部直接鋪設(shè)DN1000鋼管，試計算挖土方量、填土方量、外運土方量。（計算時省略管壁厚度，設(shè)土的最初可松性系數(shù)為1.27，最終可松性系數(shù)為1.05）作業(yè)1.某工程開挖基坑土方工程量為6500m3，混凝土基礎(chǔ)和221.解：預(yù)留松散狀態(tài)土量為V留=(V挖-V基)×Ks/Ks’

=(6500-3200)×1.27/1.05=3991.43(m3)外運土方量(松散狀態(tài))為V外運=V挖×Ks-V留=6500×1.27-3991.43=4263.57(m3)如果用斗容量為3m3的汽車外運，則需運車數(shù)n車=V外運/3=426