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1、2、土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类E2.1 概述概述E2.2土的组成及土的结构土的组成及土的结构E2.3 土的物理性质指标土的物理性质指标 E2.4 无粘性土的密实度无粘性土的密实度E2.5 粘性土的物理特性粘性土的物理特性E2.6 土的渗透及渗流土的渗透及渗流E2.8 土的工程分类土的工程分类 土的形成土的形成土的形成土的形成形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学性质物理力学性质影响影响土是岩石经过风化后土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积搬运、沉积搬运、沉积 风化风化岩石岩石地球土土地球2.1 2.1 概述
2、概述概述概述固体矿物颗粒固体矿物颗粒 （固相）（固相）土中气体土中气体（气相）（气相）土中水土中水（液相）（液相）2.2 土的三相组成及土的结构土的三相组成及土的结构 土土的的固固体体颗颗粒粒是是土土的的三三相相组组成成中中的的主主体体，是是决决定土的工程性质的主要成分定土的工程性质的主要成分。1.1.土粒的矿物成分土粒的矿物成分（1 1）原生矿物）原生矿物（2 2）次生矿物）次生矿物 （3 3）腐植质）腐植质2.2.1 土的固体颗粒土的固体颗粒次生矿物次生矿物 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 高岭石高岭石蒙 脱 石2.2.土颗粒的大小与形状土颗粒的大小与形状粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成
3、一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径3.3.土的粒径级配土的粒径级配（1）定义）定义 工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2）粒径分析方法）粒径分析方法筛分法（筛分法（d0.075mm的土）的土）密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土）筛分法就是用一套标准筛子如孔筛分法就是用一套标准筛子如孔直径直径(mm)(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的将烘干且分散了的200g g有代表性有代表性的试样倒入标准
4、筛内摇振，然后的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。得土的颗粒级配。沉降分析法：具体有密度计法沉降分析法：具体有密度计法(也也称比重计法称比重计法)或移液管法或移液管法(也称吸管也称吸管法法)。该两法的理论根底都是依据。该两法的理论根底都是依据Stokes(Stokes(司笃克斯司笃克斯)定律，即球状的定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比直径的平方成正比105.02.01.00.50.250.1200g1016182422387
5、2P%958778665536筛分法原理图筛分法原理图筛分法筛分法密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土）（3）颗粒级配的表示方法）颗粒级配的表示方法表示方法表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法表格法、颗粒累计级配曲线法特征粒径特征粒径:d60:限定限定粒径粒径d10:有效有效粒径粒径d30:中中值粒径值粒径不均匀程度不均匀程度：Cu=d60/d10 1、不均匀系数不均匀系数连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)2、曲率系数曲率系数粒径级配累积曲线及指标的用途：粒径级配累积曲线及指标的用途：粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；不均匀系数不均匀系数Cu用于判定
6、土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土不均匀土；Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：如果如果 Cu 5且且 C c =1 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 Cu 3 或或 Cc 1.21.22.4g/cm2.4g/cm3 3冰点冰点-76-76具有极大的粘滞性和固体具有极大的粘滞性和固体的特性的特性温度高于温度高于100C100C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引力作用范围之内力作用范围之内密度密度1.01.7g/cm
7、3冰点冰点-2030外力作用下可以移动外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性弱结合水弱结合水图图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作用矿物颗粒对水分子的静电引力作用土中毛细现象土中毛细现象2.2.2.3 毛细水毛细水分布在土粒内部相互贯穿分布在土粒内部相互贯穿的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管 上升高度上升高度:毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石分析对象分析对象:水柱水柱T为外表张力为外表张力2.2.2.5 土体中气体土体中气体(气相气相)土体中的气体是指
8、存于土体空隙中未被水占据的局部土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的局部,存在形式有两种存在形式有两种:自由气体自由气体:与大气相通与大气相通,对土的性质影响不大对土的性质影响不大封闭气体封闭气体:与大气隔绝与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性增大土体的弹性和压缩性土体中气体土体中气体2.2.1 土的结构土的结构2.2.3 土的结构构造土的结构构造 单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构 絮状结构絮状结构砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒2.2.2 土的构造土的构造v层状构造层状构造v分散构造分散构造v结核状构造结核状构造v裂隙状构造裂隙状构造2.3.1 土的三相比例指标土的三相比例指标t概述概述土的物理
9、性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。t三相指标的定义三相指标的定义2.3 土的物理性质指标土的物理性质指标固相固相液相液相气相气相土颗粒土颗粒土中水土中水土中气土中气Water 水水Air 空空气气Soil 固体固体颗颗粒粒VaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积v土的物理性质指标一共有土的物理性质指标一共有9个。个。v（1）反映土松密程度的指标有）反映土松密程度的指标
10、有2个：个：土的孔隙比土的孔隙比 e e=V Vv/v/V Vs s土的孔隙率土的孔隙率 n n=V Vv/v/V V100100 （2 2）反映含水程度的指标有）反映含水程度的指标有2 2个：个：土的含水量土的含水量 w=mw/ms100 土的饱和度土的饱和度 SrSr=V Vw/w/VvVv100100v(3)(3)特定条件下的密度指标有特定条件下的密度指标有5 5个：个：土的天然密度土的天然密度 =m/v=m/v土的干密度土的干密度 d=Ms/V土的饱和密度土的饱和密度 satsat(m ms s+V Vvvw w)/)/V V土的浮密度（有效密度）土的浮密度（有效密度）/=(m ms
11、s-V Vs sw w)/)/V V=satsat-w土粒相对密度（土粒比重）土粒相对密度（土粒比重）ds=ms/mw=ms/(V Vs.s.w1w1)=s s/w1w1其中三个根本试验指标其中三个根本试验指标u土的天然密度土的天然密度 测定：环刀法测定：环刀法 u土的含水量土的含水量w 测定：烘干法测定：烘干法u土粒相对密度（土粒比重）土粒相对密度（土粒比重）ds 测定：比重瓶法测定：比重瓶法 其它其它6 6个指标：个指标：S Sr r、d、sat sat、/、e e、n n可通过指标换算得到。可通过指标换算得到。2.3.4 指标的换算指标的换算 土的密度、含水量、土粒比重是通土的密度、含水
12、量、土粒比重是通过试验测定，其他指标可由这三个指标换过试验测定，其他指标可由这三个指标换算得到。算得到。2.4 无粘性土的密实度无粘性土的密实度（1）孔隙比）孔隙比ev优点：简单方便优点：简单方便v缺点：无法反映土的级配因素缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散松散中密中密密实密实稍密稍密（2）相对密实度）相对密实度Dr 定义：定义：v优点：计入土的级配因素，理论上比较优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。完善。v缺点：天然孔隙比难以获取，且缺点：天然孔隙比难以获取，且e emaxmax,e eminmin 的测定受人为的影响较大。的测定受人为的影响较大。（3）标准贯入试验锤
13、击数）标准贯入试验锤击数N为标准为标准301510松散松散中密中密密实密实稍密稍密2.5 粘性土的物理特性粘性土的物理特性v界限含水量、液限、塑限、缩限界限含水量、液限、塑限、缩限v塑性指数塑性指数v液性指数液性指数v灵敏度灵敏度粘性土的物理特性可以用稠度表示。粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理 状态，反映土的软硬程度。状态，反映土的软硬程度。v液限、塑限、缩限液限、塑限、缩限 一、定义一、定义 界限含水量、界限含水量、液限液限WL、塑限塑限Wp、缩限缩限Ws 二、测定方法 液塑限联合测定法液塑限联合测定法wSWpW
14、L流动流动状态状态固态固态可塑可塑状态状态半固态半固态0测试结果整理测试结果整理v粘性土的可塑性指标粘性土的可塑性指标v塑性指数塑性指数I IP Pv液性指数液性指数IL1.0 0.75IL1 0.25IL0.75 0IL0.25 ILi0,v=k(i-i0)二、二、渗透系数的测定渗透系数的测定 测定土的渗透系数的方法有:室内试验测定方法室内试验测定方法野外试验测定方法野外试验测定方法常水头试验法常水头试验法变水头试验法变水头试验法井孔抽水试验井孔抽水试验井孔注水试验井孔注水试验三三.渗透破坏渗透破坏 在渗透力较大时，土体内会发生流土、管涌等渗透破坏现象。介绍如下：流土流土:在向上的渗透作用下
15、，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象。原因：动水压力原因：动水压力GD大于水的浮重度大于水的浮重度动水压力：动水压力：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向 与与 渗流方向一致。渗流方向一致。大小大小:在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯穿的管道。地表贯穿的管道。管涌管涌原因：原因：内因内因 有足够多的粗颗粒形有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙成大于细粒直径的孔隙外因外因渗透力足够大渗
16、透力足够大 管涌流土与管涌的比较流土与管涌的比较 流土流土土体局部范围的颗粒同时土体局部范围的颗粒同时发生移动发生移动管涌管涌只发生在水流渗出的表层只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，只要渗透力足够大，可发生在任何土中可发生在任何土中破坏过程短破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等导致下游坡面产生局部滑动等现象现象位置位置土类土类历时历时后果后果土体内细颗粒通过粗粒形成土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流可发生于土体内部和渗流溢出处溢出处一般发生在特定级配的一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长破坏过程相对较长导致结
17、构发生塌陷或溃口导致结构发生塌陷或溃口 图为发生在上海黄浦江隧道施工中流土带来的灾害。施工中发生渗水后，随后出现大量流砂涌入施工中的隧道，导致中山南路局部地面下沉，建筑倾斜。图为发生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水猛长，使土体中的水力坡降增加，加之土结构的几何原因，发生了图中的管涌。沙袋用来提高逸出口水位，以降低水力坡降。此外还抛了一些大的砾石形成反滤层。四、防治流土、管涌的根本措施四、防治流土、管涌的根本措施 防治流土的关键在于操作渗流逸出处的水力坡降,根本措施是确保实际的逸出坡降不超过允许坡降。防止管涌一般可从下两方面采取措施:1.改变水力条件,降低土层内部和渗流逸出处的渗透
18、坡降。如上游做防渗铺盖或打板桩等；2.改变几何条件,在渗流逸出部位铺设层间关系满足要求的反滤层,是防止管涌破坏的有效措施。第第5 5节节 流土、管涌及其防治流土、管涌及其防治大堤大堤江河江河沙袋沙袋砾石砾石工民建标准工民建标准水利部标准水利部标准铁道部标准铁道部标准交通部标准交通部标准2.8 土的工程分类土的工程分类分类依据：分类依据：能反映土的物理力学性质能反映土的物理力学性质土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构 土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类，土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类，以便于工程应用及研究以便于工程应用及研究本节主要介绍建筑地基根底设计标准本节主要介绍
19、建筑地基根底设计标准 GB50007 GB5000720022002分类法分类法 土土岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土一、岩石一、岩石按成因分类按成因分类岩浆岩沉积岩变质岩按坚硬程度分类按坚硬程度分类按完整程度分类按完整程度分类二、碎石土二、碎石土土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量漂石漂石块石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石卵石碎石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆砾圆砾角砾角砾粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%三、砂土三、砂土土的名称土的
20、名称 粒组含量粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25-50%砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%四、粉土四、粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于小于全质量50%而塑性指数Ip10的土粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量大于大于全质量50%塑性指数Ip10Ip10的土五、粘性土五、粘性土1017的土的土粘土粘土粉质粘土粉质粘土六、人工填土人类活动而形成的各类土。成分复杂，均匀性差。人类活动而形成的各类土。成分
21、复杂，均匀性差。分类方法分类方法:按组成物质分类如下表：按组成物质分类如下表：土的名称土的名称组组成物成物质质素填土素填土素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组组成成的填土的填土杂杂填土填土杂杂填土填土为为含有建筑物垃圾、工含有建筑物垃圾、工业废业废料、生活垃料、生活垃圾等圾等杂杂物的填土物的填土冲填土冲填土冲填土冲填土为为由水力冲填泥砂形成的填土由水力冲填泥砂形成的填土压实压实填土填土经过压实经过压实或夯或夯实实的素填土的素填土为压实为压实填土填土1、软土：天然含水量大于液限软土：天然含水量大于液限()，天然孔隙，天然孔隙比比15的粘性土是淤泥，的粘性土是
22、淤泥，1e1.5的粘性土为的粘性土为淤泥质土。淤泥质土。工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不良地基。良地基。2、红粘土和次生红粘土：、红粘土和次生红粘土：50%，=30 50，e=1.11.7，Sr0.85。液限。液限45%的土为次生的土为次生红粘土。红粘土的工程性质：强度高压缩性低红粘土。红粘土的工程性质：强度高压缩性低，失水收缩显著。失水收缩显著。七、特殊土3、膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水矿物、膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或等于缩特性，其自由膨胀率大于或等于40的的粘性土。粘性土。4、黄土：湿陷性、黄土：湿陷性5、冻土：冻胀融沉、冻土：冻胀融沉6、盐渍土：含易溶盐含量大于、盐渍土：含易溶盐含量大于0.5%，且具，且具有吸湿、松胀特性。有吸湿、松胀特性。演讲完毕，谢谢观看！