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1、第二章第二章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类第1页，本讲稿共55页第一节第一节 概述概述 一、土的生成一、土的生成 1.概念：土是地壳表面的岩石风化后产生的碎屑堆积物。概念：土是地壳表面的岩石风化后产生的碎屑堆积物。注：注：风化风化压缩固结、压缩固结、胶结硬化胶结硬化 、岩石、岩石土土目前土主要是指第四纪土。目前土主要是指第四纪土。2、风化作用分为：物理风化、风化作用分为：物理风化 原生矿物原生矿物 化学风化化学风化 次生矿物次生矿物 生物风化生物风化 有机质（或腐殖质）有机质（或腐殖质）第2页，本讲稿共55页原生矿物原生矿物固相固相构成构成风化风化程度程度颗粒颗粒大小大小特点及
2、对工程性质、力学性特点及对工程性质、力学性质的可能影响质的可能影响原生矿物原生矿物(石英、石英、长石、云长石、云母）母）物理物理风化风化粗大，呈块粗大，呈块状或粒状状或粒状(碎碎石、砾石与石、砾石与砂土的主要砂土的主要成分成分)性能稳定，视颗粒大小与形性能稳定，视颗粒大小与形状对力学、工程性质的影响状对力学、工程性质的影响不同。例如，级配良好，土不同。例如，级配良好，土粒不均匀，则该土的密度、粒不均匀，则该土的密度、强度大，压缩性低，透水性强度大，压缩性低，透水性差。差。第3页，本讲稿共55页 次生矿物次生矿物固相固相构成构成风化风化程度程度颗粒颗粒大小大小特点及对工程性质、力学性质特点及对工
3、程性质、力学性质的可能影响的可能影响次生次生矿物（蒙矿物（蒙脱石、伊脱石、伊利石、高利石、高岭石）岭石）化学化学风化风化细小，呈片细小，呈片状状,是粘性是粘性土固相的主土固相的主要成分。要成分。高度的分散性高度的分散性,呈细粒状呈细粒状,它的它的含量的变化对粘性土性质十分含量的变化对粘性土性质十分敏感敏感,巨大的比表面使其具有巨大的比表面使其具有很强的与水相互作用的能力很强的与水相互作用的能力,它的结晶结构的不同它的结晶结构的不同,会带来会带来其工程性质的显著差异。其工程性质的显著差异。第4页，本讲稿共55页有机质（或腐殖质）有机质（或腐殖质）固相固相构成构成风化风化程度程度颗粒颗粒大小大小特
4、点及对工程性质、力学性特点及对工程性质、力学性质的可能影响质的可能影响有机质有机质生物生物风化风化细粒和胶态细粒和胶态亲水性强大，有大量的有机亲水性强大，有大量的有机质是不良的地基。质是不良的地基。第5页，本讲稿共55页二、土的结构与构造二、土的结构与构造(一一)、土的结构、土的结构:1 1、概念、概念:指土粒相互排列的特征和粒间的联结能力。指土粒相互排列的特征和粒间的联结能力。2 2、土的结构类型与特征、土的结构类型与特征:、土的结构类型有：单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。、土的结构类型有：单粒结构、蜂窝结构、絮状结构。注：以上三种结构的工程性质逐渐降低，依次为最好、次注：以上三种结构的工程性
5、质逐渐降低，依次为最好、次之、最差。之、最差。、特征：、特征：第6页，本讲稿共55页A A、单粒结构、单粒结构粗大土粒在水和空气中下沉，而形成的全部由砂粒及更粗大土粗大土粒在水和空气中下沉，而形成的全部由砂粒及更粗大土粒组成的土具有该结构，分为两种：粒组成的土具有该结构，分为两种：疏松单粒结构疏松单粒结构，骨架不稳，骨架不稳定，易变形，未经处理不易做地基；定，易变形，未经处理不易做地基；紧密单粒结构紧密单粒结构，土粒排列，土粒排列紧密，强度较大，压缩性较小，是良好的天然地基。紧密，强度较大，压缩性较小，是良好的天然地基。第7页，本讲稿共55页B B、蜂窝结构、蜂窝结构主要由粉粒主要由粉粒(0.
6、020.005)组成的土的结构形式，在水中单个组成的土的结构形式，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒间的分子引力大于颗粒下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒间的分子引力大于颗粒自重，则下沉土粒被吸引，不再下沉，形成很大孔隙的蜂窝自重，则下沉土粒被吸引，不再下沉，形成很大孔隙的蜂窝结构。结构。第8页，本讲稿共55页C C、絮状结构、絮状结构由粘粒由粘粒(0.005mm)(0.075mm0.075mm时，采用筛分法时，采用筛分法;、当、当 d d dd3030dd1010。第16页，本讲稿共55页3 3、评定方法：、评定方法：、C Cu u表示土粒大小的均匀程度，表示土粒大小的均匀程度，C C
7、u u，土粒越不均匀，土粒越不均匀，级配良好。适应于对级配连续的土进行判断。级配良好。适应于对级配连续的土进行判断。一般情况一般情况下，工程上把下，工程上把C Cu u 5 5的土看作是均粒土，级配不良；的土看作是均粒土，级配不良；C Cu u 1010的土是非均粒土，级配良好。的土是非均粒土，级配良好。、对级配不连续的土，则采用对级配不连续的土，则采用C Cu u、C Cc c两个指标进行判断。两个指标进行判断。当砾类土或砂类土同时满足当砾类土或砂类土同时满足C Cu u 5 5和和C Cc c=13=13时，级配良好。时，级配良好。注：级配不连续指缺乏中间粒组（注：级配不连续指缺乏中间粒组
8、（d d6060、与、与d d1010之间的某粒组）之间的某粒组）的土，累计曲线呈台阶状。的土，累计曲线呈台阶状。第17页，本讲稿共55页二、土中水二、土中水、土中液态水：存在于土中的液态水有结合水和自由水两种。、土中液态水：存在于土中的液态水有结合水和自由水两种。（固定层）（固定层）（扩散层）（扩散层）第18页，本讲稿共55页结合水：是电场范围内的水。结合水：是电场范围内的水。、强结合水、强结合水：指紧靠土粒表面的结合水膜，是不因重力作指紧靠土粒表面的结合水膜，是不因重力作 用变化的固态水，其特点是：用变化的固态水，其特点是：A、没有溶解盐的能力，不能传递静水压力，只有吸热变成、没有溶解盐的
9、能力，不能传递静水压力，只有吸热变成 蒸汽时才能移动。蒸汽时才能移动。B、只含有强结合水的土表现为固态。、只含有强结合水的土表现为固态。、弱结合水：、弱结合水：紧靠强结合水的外围而形成的结合水膜。其紧靠强结合水的外围而形成的结合水膜。其 特点是：特点是：A、不能传递静水压力，水膜较厚的向较弱的缓慢移动。、不能传递静水压力，水膜较厚的向较弱的缓慢移动。B、当土中含有弱结合水时，土是半固态的可塑状态，即是、当土中含有弱结合水时，土是半固态的可塑状态，即是 粘性土具有可塑性的机制所在。粘性土具有可塑性的机制所在。第19页，本讲稿共55页自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的水，可分为自由水：存在于
10、土粒表面电场影响范围以外的水，可分为重力水和毛细水。重力水和毛细水。、重力水、重力水，存在于地下水位以下的透水土层中的地下水，存在于地下水位以下的透水土层中的地下水，对土颗粒产生浮力，重力水位差能产生渗流；是砂、粘土对土颗粒产生浮力，重力水位差能产生渗流；是砂、粘土中常有的水体，能传递静水压力，是土中孔隙压力的主要中常有的水体，能传递静水压力，是土中孔隙压力的主要构成水体，地下水位升降会引起土中应力变化，开挖基坑构成水体，地下水位升降会引起土中应力变化，开挖基坑时要防止动水压力引起的时要防止动水压力引起的流砂现象流砂现象。第20页，本讲稿共55页、毛细水、毛细水，受到水与空气交界面张力作用的自
11、由水，在，受到水与空气交界面张力作用的自由水，在粉细砂中，土的毛细现象较重。注意两点：粉细砂中，土的毛细现象较重。注意两点：A、毛细水上升对建筑物地下部分的防潮措施和地基土的侵、毛细水上升对建筑物地下部分的防潮措施和地基土的侵蚀和冻涨等有重要影响。蚀和冻涨等有重要影响。B、干旱地区地下水中可溶盐随毛细水上升不断蒸发，盐份、干旱地区地下水中可溶盐随毛细水上升不断蒸发，盐份便积聚于靠近地表处而形成盐渍土。便积聚于靠近地表处而形成盐渍土。（二）、气态水：对土的性质影响不大。（二）、气态水：对土的性质影响不大。（三）、固态水：对土的工程性质影响大。（三）、固态水：对土的工程性质影响大。第21页，本讲稿
12、共55页三、土中气三、土中气A、细粒土、细粒土封闭气体封闭气体弹性变形弹性变形土的渗透性差，强度受到土的渗透性差，强度受到封闭气体影响。封闭气体影响。B、粗粒土、粗粒土气与大气连通气与大气连通残余变形残余变形土的渗透性大，变形土的渗透性大，变形稳定，强度一般较大，即连通气体一般不影响土的性质。稳定，强度一般较大，即连通气体一般不影响土的性质。第22页，本讲稿共55页第三节第三节 土的三相比例指标土的三相比例指标把表示土中三相比例关系的物理量称为土的三相比例指标。把表示土中三相比例关系的物理量称为土的三相比例指标。第23页，本讲稿共55页一、土粒比重一、土粒比重Gs 1.概念：概念：土粒质量与同
13、体积的土粒质量与同体积的4C时的纯水质量之比，亦称土时的纯水质量之比，亦称土粒相对密度。粒相对密度。无纲量无纲量2.计算公式：计算公式：3.3.测定方法：测定方法：比重瓶法比重瓶法第24页，本讲稿共55页二、土的密度二、土的密度1.概念：概念：土单位体积的质量。土单位体积的质量。2.计算公式：计算公式：3.3.测定方法：测定方法：环刀法环刀法注：注：土的密度随着土的矿物成分、孔隙大小和水的含量而不土的密度随着土的矿物成分、孔隙大小和水的含量而不同，天然状态下的土的密度一般为同，天然状态下的土的密度一般为1.62.0t/m1.62.0t/m3 3。第25页，本讲稿共55页三、含水量三、含水量w
14、1.概念：概念：土中水质量与土粒质量的百分比。土中水质量与土粒质量的百分比。2.计算公式：计算公式：3.3.实测方法：实测方法：烘干法烘干法第26页，本讲稿共55页四、孔隙比四、孔隙比e 1.概念：概念：土中孔隙体积与土粒体积之比。土中孔隙体积与土粒体积之比。2.计算公式：计算公式：注：注：孔隙比反映了土的密实度，孔隙比反映了土的密实度，e e 11时，土是疏松的高压缩性土。同一类时，土是疏松的高压缩性土。同一类土的孔隙比越大，土的压缩性和透水性越大，而其强土的孔隙比越大，土的压缩性和透水性越大，而其强度就越小。度就越小。第27页，本讲稿共55页五、孔隙率五、孔隙率n 1.概念：概念：土中孔隙
15、体积与土体体积之比，用百分数表示。土中孔隙体积与土体体积之比，用百分数表示。2.计算公式：计算公式：第28页，本讲稿共55页六、饱和度六、饱和度Sr 1.概念：土孔隙中水的体积与孔隙体积之比，用百分概念：土孔隙中水的体积与孔隙体积之比，用百分数表示。数表示。2.计算公式：计算公式：3.3.判断土的干湿程度：判断土的干湿程度：S Sr r=0=0为干土。为干土。0S0Sr r100%2/32/3 Dr1/3Dr 1/3按相对密实度按相对密实度Dr划分砂土的密实度：划分砂土的密实度：3.规范建议用规范建议用标准贯入试验锤击数标准贯入试验锤击数N63.5来划分来划分.4、野外鉴别野外鉴别注：注：前三
16、种方法主要针对砂土前三种方法主要针对砂土,后一种主要针对后一种主要针对碎石土碎石土.第39页，本讲稿共55页第五节、粘性土的物理特征第五节、粘性土的物理特征一、粘性土的可塑性及界限含水量一、粘性土的可塑性及界限含水量wWSWpWL固态固态流态流态可塑态可塑态半固态半固态强结合水强结合水强结合水、强结合水、部分弱结部分弱结合水合水弱结合水、弱结合水、部分自由部分自由水水大量自由大量自由水水第40页，本讲稿共55页、可塑状态：、可塑状态：就是指粘性土在某含水量范围内就是指粘性土在某含水量范围内,可用外力塑成任可用外力塑成任何形状而不发生裂纹何形状而不发生裂纹,并当外力移去后仍能保持既得的形状并当外
17、力移去后仍能保持既得的形状,土土的这种性能叫可塑性。的这种性能叫可塑性。、界限含水量：、界限含水量：粘性土由一种状态转到另一种状态的含水量。粘性土由一种状态转到另一种状态的含水量。、液限、液限wL:粘性土由可塑状态转到流动状态的界限含水量。粘性土由可塑状态转到流动状态的界限含水量。测定方法：测定方法：1、锥式液限仪（国内）、锥式液限仪（国内）2、碟式液限仪（国外）、碟式液限仪（国外）、塑限、塑限wp：粘性土由半固态转到可塑状态的界限含水量。：粘性土由半固态转到可塑状态的界限含水量。测定方法：测定方法：1、搓条法、搓条法 2、锥式液限仪联合测定、锥式液限仪联合测定第41页，本讲稿共55页 (五五
18、).缩限缩限ws：指粘性土随含水量的减少，体积开始不变时指粘性土随含水量的减少，体积开始不变时的含水量。的含水量。测定方法：测定方法：烘干法烘干法二、粘性土的可塑性指标二、粘性土的可塑性指标1、塑性指数、塑性指数Ip：是指液限和塑限的差值（省去是指液限和塑限的差值（省去%符号），符号），即：即：第42页，本讲稿共55页Ip的含义：的含义：、Ip表示结合水的含量多少。表示结合水的含量多少。、表示土粒组成、矿物成份。、表示土粒组成、矿物成份。、反映抗剪强度、压缩性指标。、反映抗剪强度、压缩性指标。、Ip10，为为粘性土分粘性土分类类。第43页，本讲稿共55页2.液性指数液性指数IL：是指粘性土的天
19、然含水量和塑限的差值与塑：是指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，即：性指数之比，即：作为判别粘性土软硬程度的标准，作为判别粘性土软硬程度的标准，其划分标准其划分标准(GB50021(GB5002194)94)见下表：见下表：状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑ILIL00IL0.250.25IL 0.750.751.0第44页，本讲稿共55页三三.粘性土的结构性和灵敏度粘性土的结构性和灵敏度1、土的结构性：、土的结构性：指天然土的结构受到扰动影响而改变的指天然土的结构受到扰动影响而改变的特性。一般用灵敏度衡量。特性。一般用灵敏度衡量。2.灵敏度灵敏度St：是指原状土无侧
20、限抗压强度与扰动土无侧限是指原状土无侧限抗压强度与扰动土无侧限抗压强度之比。即：抗压强度之比。即：第45页，本讲稿共55页3.地基规范根据灵敏度将饱和粘性土分为三类地基规范根据灵敏度将饱和粘性土分为三类:低灵敏度土低灵敏度土 1St2 中等灵敏度土中等灵敏度土 24第46页，本讲稿共55页四、粘性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性四、粘性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性1、粘性土的胀缩性：粘性土的胀缩性：是指粘性土具有吸水膨胀和失水收缩是指粘性土具有吸水膨胀和失水收缩的两种变形特性。的两种变形特性。2、土的湿陷性：土的湿陷性：是指土在自重压力作用下或自重压力和附是指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合
21、作用下，受水浸湿后，使土的结构迅速破坏而加压力综合作用下，受水浸湿后，使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷特征发生显著的附加下陷特征第47页，本讲稿共55页3.土的冻胀性土的冻胀性:是指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来是指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性。危害的变形特性。其危害有其危害有冻土的冻胀会使路基隆起，使柔性路面鼓包、开裂，使刚性冻土的冻胀会使路基隆起，使柔性路面鼓包、开裂，使刚性路面错缝或折断；冻胀还使建筑物抬起，引起建筑物开裂、路面错缝或折断；冻胀还使建筑物抬起，引起建筑物开裂、倾斜，甚至倒塌。倾斜，甚至倒塌。第48页，本讲稿共55页对工程危害更大的是春
22、暖土层解冻融化后，由于土层上部积对工程危害更大的是春暖土层解冻融化后，由于土层上部积聚的冰晶体融化，使土中含水量大大增加，加之细粒土排水聚的冰晶体融化，使土中含水量大大增加，加之细粒土排水能力差，土层软化，强度大大降低。路基土冻融后，在车辆能力差，土层软化，强度大大降低。路基土冻融后，在车辆反复碾压下，易产生路面开裂、冒泥，即翻浆现象。冻融也反复碾压下，易产生路面开裂、冒泥，即翻浆现象。冻融也会使房屋、桥梁、涵管发生大量不均匀下沉，引起建筑物开会使房屋、桥梁、涵管发生大量不均匀下沉，引起建筑物开裂破坏。裂破坏。注注:确定基础埋深时确定基础埋深时,必须考虑地基土的冻胀性。必须考虑地基土的冻胀性。
23、第49页，本讲稿共55页 第六节第六节 土的分类标准土的分类标准一、土的分类原则一、土的分类原则1、分类目的：分类目的：在于通过一种通用的鉴别标准，以便于对不同在于通过一种通用的鉴别标准，以便于对不同土类作有价值的比较、评价，进行学术与经验的交流。土类作有价值的比较、评价，进行学术与经验的交流。2、土的分类原则：、土的分类原则：简明的原则：简明的原则：土的分类体系采用的指标，既要能综合反映土的分类体系采用的指标，既要能综合反映土的主要工程性质，又要其测定方法简单，且使用方便。土的主要工程性质，又要其测定方法简单，且使用方便。工程特性差异的原则：工程特性差异的原则：土的分类体系采用的指标要在一定
24、土的分类体系采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性。程度上反映不同类工程用土的不同特性。第50页，本讲稿共55页3、目前国内外的两大类工程分类体系：、目前国内外的两大类工程分类体系：、建筑工程系统的分类体系：建筑工程系统的分类体系：侧重于把土作为建筑地侧重于把土作为建筑地基和环境，故以基和环境，故以原状土原状土为基本对象。为基本对象。、工程材料系统的分类体系：工程材料系统的分类体系：侧重于把土作为建筑材侧重于把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土等工程，以料，用于路堤、土坝和填土等工程，以扰动土扰动土为基本对为基本对象。象。第51页，本讲稿共55页二、土的总分类体系：二、土的总分
25、类体系：第52页，本讲稿共55页三、建筑地基土的分类三、建筑地基土的分类一）一）.岩石：岩石：是指颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。是指颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。其分类如下：其分类如下：1.按按坚固性坚固性分为分为硬质硬质和和软质岩石。软质岩石。2.按按风化程度风化程度分为分为微风化、中等风化、强风化岩石。微风化、中等风化、强风化岩石。二）二）.碎石土：碎石土：是粒径大于是粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土。根的土。根据颗粒级配和形状进一步划分为据颗粒级配和形状进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、园漂石、块石、卵石、碎石、园砾和角砾。砾和角
26、砾。第53页，本讲稿共55页三）、砂土：三）、砂土：是指粒径大于是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%，粒径大于，粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%的土。按的土。按颗粒级配分为颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。四）、粉土：四）、粉土：是塑性指数是塑性指数Ip10，粒径大于，粒径大于0.075mm的颗粒的颗粒含量不超过全重含量不超过全重50%的土。的土。五）、粘性土：五）、粘性土：是塑性指数是塑性指数Ip10的土。的土。按塑性指数粘性土可进一步分为：按塑性指数粘性土可进一步分为：粘土粘土 Ip17 粉质粘土粉质粘土 10Ip17第54页，本讲稿共55页六）、其它：六）、其它：具有一定分布区域或工程意义，具有长期具有一定分布区域或工程意义，具有长期特殊成分、状态和结构特征的土称为特殊土。它分特殊成分、状态和结构特征的土称为特殊土。它分为为湿陷性土、红粘土、软土、混合土、填土、冻土、湿陷性土、红粘土、软土、混合土、填土、冻土、膨胀岩土、盐岩渍土、风化岩与残积土、污染土、膨胀岩土、盐岩渍土、风化岩与残积土、污染土、人工填土等。人工填土等。第55页，本讲稿共55页