土的物理性質與工程分類-土的組成、結構與構造（土力學課件）

土的結構與構造1.土的結構疏松狀態(tài)（左圖）土中顆粒及其集合物的堆積方式和相互聯(lián)結方式(1)單粒結構碎石類土和砂類土等粗顆粒土生成時重力起主要作用，顆粒之間以機械作用為主。粗粒土：單粒結構在荷載作用下，會使土粒移向更穩(wěn)定的位置而更加密實，同時產生較大的變形密實狀態(tài)（右圖）比較穩(wěn)定1.土的結構（2）蜂窩結構粉土：蜂窩結構較細的土粒在自重作用下于水中下沉時，由于顆粒細、重量輕，碰到已穩(wěn)定顆粒，土粒便被吸引不再下沉，逐漸形成鏈環(huán)狀單元，很多這樣的鏈環(huán)狀單元聯(lián)接起來，便形成孔隙較大的蜂窩狀結構。蜂窩狀結構常見于粉土、黏土中。1.土的結構（3）絮狀結構土的絮狀結構最細小的黏粒大都呈片狀或針狀，在水中呈膠體特性，由于電分子力的作用，使土粒表面附有水膜。這種帶有水膜的土粒在水中運動時，與其他土粒碰撞凝聚成小鏈環(huán)的土粒集合，然后沉積成大鏈環(huán)，形成不穩(wěn)定的復雜的絮狀結構。這種結構在海相沉積黏土中常見。最細小黏性土的特有結構形式。1.土的結構（3）絮狀結構特點孔隙很大，強度低、壓縮性高、對擾動比較敏感，土粒間的聯(lián)接強度會由于壓密和膠結作用而逐漸得到加強。1.土的結構（4）反映細粒土結構特性的兩種性質黏性土的靈敏度黏性土的結構性分類St結構性分類2＜St≤4中靈敏度4＜St≤8高靈敏度8＜St≤16極靈敏度＞16流性《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》（JTJ83-2011）黏性土的觸變性含水率和密度不變，土因重塑而軟化，有因靜止而逐漸硬化，強度有所恢復的性質。2.土的構造(1)層狀構造土的構造是指同一土層中物質成分和顆粒大小等相近的各部分之間的相互位置與充填空間的特征。土粒在沉積過程中，由于不同的地質作用和沉積環(huán)境條件，大體相同的物質成分和土粒大小在水平方向沉積成一定厚度，呈現(xiàn)出成層特征。第四紀沖積層具有明顯的層狀構造。砂、礫石等沉積物，當厚度較大時，往往無明顯的層理而呈分散狀，又稱分散結構。1．淤泥夾黏土透鏡體2．黏土尖滅層3．砂土夾黏土層4．礫石層5．基巖2.土的構造（2）裂隙構造裂隙構造是指土層中存在的各種裂隙，黃土層中有柱狀裂隙，裂隙中往往有鹽類的沉淀。堅硬或硬塑黏土層中不連續(xù)裂隙，破壞了土的整體性。（3）結核構造在細粒土中明顯摻有大顆粒或聚集的鐵質、鈣質等結合體、貝殼等雜物時稱為結核構造。由于大顆粒比較分散，土層性質決定于細粒土。3.土的特性土的三個特性土有較大的壓縮性土顆粒之間具有相對移動性土具有較大的透水性土的三個特性對應土力學三個定律壓縮性壓密定律移動性庫侖定律透水性達西定律二級標題三級標題顏色中文字體：思源黑體英文字體：新羅馬2.土壓力分類一級標題三級標題（3）被動土壓力土的結構與構造-作業(yè)1土的結構與構造-作業(yè)1什么是土的結構，常見土的結構有哪些？土的結構：土中顆粒及其集合物的堆積方式和相互聯(lián)結方式常見的結構形式有三種：土的結構與構造-作業(yè)1單粒結構：常由碎石類土和砂類土等粗顆粒土生成蜂窩狀結構：常見于粉土、黏土中絮狀結構：最細小黏性土的特有結構形式，海相沉積黏土中常見什么是土的結構，常見土的結構有哪些？土的結構與構造-作業(yè)2土的結構與構造-作業(yè)2什么是土的構造，常見土的構造有哪些？常見的構造形式有三種：土的結構與構造-作業(yè)2層狀構造、裂隙構造、結核構造什么是土的構造，常見土的構造有哪些？土的構造是指同一土層中物質成分和顆粒大小等相近的各部分之間的相互位置與充填空間的特征。土的組成1.土的組成土體固相solid氣相air液相water構成土骨架，起決定作用重要影響次要作用兩種兩相土體飽和土干土1.土的組成（1）固體顆粒原生礦物即物理風化所產生的粗顆粒礦物。顆粒的礦物成分和顆粒分組長石1長石21.土的組成原生礦物角閃石1角閃石2石英1石英21.土的組成原生礦物云母1云母21.土的組成次生礦物黏土是化學風化后產生的礦物，如顆粒極細的黏土礦物。常見的有高嶺土、伊里土和蒙脫土等。1.土的組成顆粒分組粒組粒度按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類顆粒粒徑的大小0.0050.07522060200單位：mm黏土粒

粉粒砂粒細圓礫細角粒卵石碎石漂石塊石粒徑粗圓礫粗角粒《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》的土的顆粒分組表1.土的組成《公路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》的土的顆粒分組表粒組名稱粒徑（mm）一般特性巨粒組漂石、塊石大于200無黏性、孔隙比大、透水性大、毛細水上升高度極微，不能保持水分，能承受很大靜壓，壓縮性小卵石、小塊石60～200粗粒組礫角礫粗20～60無黏性、易透水、毛細水上升高度不大，遇水不膨脹，干燥時不收縮且松散，不呈現(xiàn)可塑性，能保持水分，能承受較大靜水壓力，壓縮性較小中5～20細2～5砂粗0.5～2中0.25～0.5細0.075～0.25細粒組粉粒0.002～0.075濕潤時出現(xiàn)輕微黏性，透水性小，遇水膨脹或干縮都不顯著，毛細水上升較快,上升高度較大黏粒小于0.002黏性大，幾乎不透水，濕潤時呈現(xiàn)可塑性，遇水膨脹或干縮都較顯著，壓縮性大1.土的組成（1）固體顆粒顆粒級配各粒組的質量占干土土樣總質量的百分數(shù)。粒徑級配分析方法篩分法移液管法密度計法粒徑0.075mm以上√粒徑0.075mm以下粒徑0.075mm以下粒徑分析方法1.土的組成（1）固體顆粒粒徑級配分析方法標準篩分粗篩和細篩粗篩孔徑60、40、20、10、5、2mm細篩孔徑2.0、1.0、0.5、0.25、0.075mm

1.土的組成《鐵路工程土工試驗規(guī)程》篩析試驗成果記錄粗篩分析用的風干試樣質量=5000g，小于0.075mm的試樣質量占總質量的百分數(shù)=6.7%細篩分析用小于2mm試樣質量=300g，小于2mm的試樣質量占總質量的百分數(shù)=80%篩類別孔徑(2mm)分計留篩試樣質量(g)累計留篩試樣質量(g)小于該孔徑試樣的質量(g)小于該孔徑試樣質量百分數(shù)(%)小于該孔徑試樣質量占總試樣質量百分數(shù)(%)粗篩6000500010010040475475452590.590.52025500450090.090.01050550445089.089.05150700430086.086.023001000400080.080.0細篩200300100100×0.8=80.0152.552.5247.582.582.5×0.8=66.00.5101.1153.6146.448.848.8×0.8=39.00.2578.9232.267.522.522.5×0.8=18.00.07542.3274.825.28.48.4×0.8=6.7篩底存留(g)23.22982.00.70.7×0.8=0.61.土的組成表格法粒徑(mm)＞2010～205～102～51～20.5～1.00.25～0.50.25～0.075小于0.075百分數(shù)11.7%19.0%22.6%19.7%7.3%11.0%6.0%2%0.7%顆粒級配曲線法特征粒徑d60

:限制粒徑d10

:有效粒徑d30

:平均粒徑特征粒徑1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)d60d50d10d30用d50

表示不均勻程度Cu=d60/d10不均勻系數(shù)Cu

≥5，級配不均勻土的粒徑級配累積曲線1.土的組成土的粒徑級配累積曲線斜率：某粒徑范圍內顆粒的含量陡：相應粒組質量集中緩：相應粒組含量少,不均勻性好平臺：相應粒組缺乏小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）1009080706050403020100105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)d60d10d30Cu

≥5，級配不均勻1.土的組成土的粒徑級配累積曲線連續(xù)程度Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數(shù)d600.33d100.005d300.063Cu66Cc2.411.土的組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)d60d50d10d30土的粒徑級配累積曲線連續(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，級配連續(xù)性好1.土的組成小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）1009080706050403020100105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)d60d10d30土的粒徑級配累積曲線曲線LMRd600.33d100.005d300.0810.0630.030Cu66Cc3.982.410.5451.土的組成小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）1009080706050403020100105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)d60d10d30粒徑級配粒徑級配累積曲線及指標的用途：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,級配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc用于判定土的級配優(yōu)劣：

如果Cu≥5且Cc

=1~3，級配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,級配不良的土1.土的組成2.土中水結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強結合水排列致密、定向性強密度>1g/cm3冰點處于零下幾十度具有固體的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)弱結合水排列致密、定向性強密度>1g/cm3冰點處于零下幾十度具有固體的特性溫度高于100°C時可蒸發(fā)2.土中水非結合水重力水在重力作用下可在土中自由流動毛細水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3.土中氣體自由氣體與大氣連通，對土的性質影響不大封閉氣體增加土的彈性；阻塞滲流通道二級標題三級標題顏色中文字體：思源黑體英文字體：新羅馬2.土壓力分類一級標題三級標題（3）被動土壓力土的組成-作業(yè)1土的組成-作業(yè)1土是由哪三相組成的？各相的作用是什么？簡答題土的組成-作業(yè)1土是由哪三相組成的？各項的作用是什么？土由固相、液相、氣相等三相組成：其中：固相（土顆粒）：構成土骨架，對土的工程性質起決定作用：液相（水）：對土的工程性質起重要作用；氣相（氣體）：對土的工程性質起次要作用簡答題土的組成-作業(yè)2土的組成-作業(yè)2土按按礦物成分如何分類？簡答題土的組成-作業(yè)2簡答題原生礦物：即物理風化所產生的粗顆粒礦物。常見的有長石、角閃石、石英、云母等。土按按礦物成分如何分類？次生礦物：是化學風化后產生的礦物，如顆粒極細的黏土礦物。常見的有高嶺土、伊里土和蒙脫土等。土的組成-作業(yè)3土的組成-作業(yè)3簡答題按《鐵路橋涵地基和基礎設計規(guī)范》土的顆粒如何分組？每組工程特性有哪些？顆粒名稱粒徑

（mm）主要特征漂石（渾圓、圓棱）或塊石（尖棱）大d＞800無黏性，透水性很大、毛細水上升高度很小中400＜d

≤800小200＜d≤400卵石（渾圓、圓棱）或碎石（尖棱）大100＜d

≤200小60＜d

≤100粗圓礫（渾圓、圓棱）或粗角礫（尖棱）大40＜d

≤60小20＜d

≤40細圓礫（渾圓、圓棱）或細角礫大10＜d

≤20中5＜d≤10小2＜d

≤5砂粒粗0.5＜d

≤2無黏性，易透水，有一定毛細水上升高度中0.25＜d

≤0.5細0.075＜d≤0.25粉粒0.005≤d

≤0.075濕時有黏性，透水性小，毛細水上升高度較大黏粒d＜0.005有黏性和可塑性，透水性極微，其性質隨含水率有較大變化土的組成-作業(yè)4土的組成-作業(yè)4簡答題常用的粒徑分析方法有哪些？各適用于何種情況？土的組成-作業(yè)4簡答題常用的粒徑分析方法有哪些？各適用于何種情況？篩