土的物理性质和工程分类课件

土的物理性质和工程分类土的物理性质和工程分类2.1 土的生成与特性土的生成与特性土的生成土的生成土土：由岩石经物理、化学或生物分化、经剥蚀、搬运、沉积由岩石经物理、化学或生物分化、经剥蚀、搬运、沉积等地质作用形成的固体矿物、水和气体的集合体等地质作用形成的固体矿物、水和气体的集合体物理风化物理风化化学风化化学风化生物风化生物风化土的结构和构造土的结构和构造土的结构土的结构定义定义：土颗粒之间的相互排列和联结形式：土颗粒之间的相互排列和联结形式种类种类 土的物理性质和工程分类2.1 土的生成与特性1 1 单粒结构单粒结构 蜂窝结构蜂窝结构 絮状结构絮状结构工程性质工程性质土的构造土的构造定义定义：同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征：同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征种类种类层状构造层状构造分散构造分散构造 单粒结构 蜂窝结构 2 2结核状构造结核状构造裂隙状构造裂隙状构造工程性质工程性质土的工程特性土的工程特性压缩性高：压缩性高：E卵石卵石4050MPa；E饱和砂饱和砂816MPa；强度低强度低透水性大透水性大土的生成与工程特性的关系土的生成与工程特性的关系搬运、沉积条件搬运、沉积条件流水搬运流水搬运风力搬运风力搬运沉积年代沉积年代沉积年代越久，性质越好沉积年代越久，性质越好沉积的自然地理环境沉积的自然地理环境结核状构造3 3土的三相组成土的三相组成：土由固体矿物、水和气体三部分组成：土由固体矿物、水和气体三部分组成干土干土土颗粒气土颗粒气湿土湿土土颗粒水气土颗粒水气饱和土饱和土土颗粒土颗粒 水水2.2 土的三相组成土的三相组成：土由固体矿物、水和气体三部分组成2.2 土的4 4土的固体颗粒土的固体颗粒土粒的矿物成分土粒的矿物成分原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒原生矿物：单矿物颗粒；多矿物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腐殖质腐殖质土的固体颗粒土的固体颗粒土的固体颗粒土的固体颗粒5 5 土颗粒的大小与形状土颗粒的大小与形状 土颗粒粒组土颗粒粒组 土颗粒的形状土颗粒的形状粒组名称粒组名称粒径粒径d的范围的范围(mm)主主 要要 特特 征征巨巨粒粒组组漂石、块石漂石、块石d 200无粘性，透水性大，不能保持水分，毛细管水上升高无粘性，透水性大，不能保持水分，毛细管水上升高度小度小卵石、碎石卵石、碎石200d60粗粗粒粒组组砾砾粗粗60d20中中20d5细细5d2砂砂粗粗2d0.5无粘性，无可塑性，易透水，毛细管水上升高度不大无粘性，无可塑性，易透水，毛细管水上升高度不大中中0.5d0.25细细0.25d0.075细细粒粒组组 粉粉 粒粒0.075d0.005湿润时微有可塑性或无可塑性，透水性很小，毛细管湿润时微有可塑性或无可塑性，透水性很小，毛细管水上升高度较大，在水中的结构不稳定，易悬浮水上升高度较大，在水中的结构不稳定，易悬浮 粘粘 粒粒 d0.005有可塑性和粘性，透水性极微，毛细管水上升高度大，有可塑性和粘性，透水性极微，毛细管水上升高度大，遇水膨胀大，干时收缩性显著、坚硬遇水膨胀大，干时收缩性显著、坚硬 土颗粒的大小与形状 土颗粒的形状粒组名称粒径d的范围 6 6土的粒径级配土的粒径级配定义定义：土中各粒组的相对含量占总质量的百分数：土中各粒组的相对含量占总质量的百分数分析方法分析方法筛分法：粒径筛分法：粒径d0.075mm密度计法：粒径密度计法：粒径d5及及Cc=13（如（如图图2.3b中中B线）线）级配不良：土粒大小均匀或粒径分布曲线不连续级配不良：土粒大小均匀或粒径分布曲线不连续（如（如图图2-3b中的中的A、C线）线）土中水土中水结合水（结合水（图图2.4）强结合水（吸着水）强结合水（吸着水）弱结合水（薄膜水）弱结合水（薄膜水）自由水自由水重力水重力水毛细水毛细水粗粒土级配良好的判定1010土中水土中水土中水1111气态水气态水固态水固态水土中气体土中气体自由气体自由气体封闭气泡封闭气泡气态水12122.3 土的物理性质指标土的物理性质指标土的三相图（土的三相图（图图2.5）土的三项基本物理性质指标土的三项基本物理性质指标土的密度土的密度和土的重度和土的重度定义定义和表达式和表达式=g=9.810常见值：常见值：1.62.2 g/cm3测定方法测定方法环刀法：粉土和粘性土环刀法：粉土和粘性土灌水法：卵石、砾石和原状砂灌水法：卵石、砾石和原状砂(2.3)(2.3b)2.3 土的物理性质指标土的三相图（图2.5）(2.3)(1313图图2.5 2.5 土的三相图土的三相图图2.5a 土的三相图图2.5b 土的三相简化图公式推导举例：当Vs=1时图2.5 土的三相图图2.5a 土的三相图图2.5b 1414土粒比重土粒比重Gs定义定义和表达式和表达式常见值：常见值：2.652.75测定方法测定方法比重瓶法比重瓶法经验法经验法土的含水率土的含水率w定义定义和表达式和表达式常见值：砂常见值：砂 040；粘性土；粘性土 2060测定方法：烘箱法测定方法：烘箱法(2.4)(2.5)土粒比重Gs(2.4)(2.5)1515反映土的松密程度的指标反映土的松密程度的指标土的孔隙比土的孔隙比e定义定义和表达式和表达式常见值：砂常见值：砂 0.51.0；粘性土；粘性土 0.51.2土的孔隙率土的孔隙率n定义定义和表达式和表达式常见值：常见值：3050孔隙比孔隙比e与孔隙率与孔隙率n的关系的关系(2.6)(2.7)反映土的松密程度的指标(2.6)(2.7)1616反映土中含水程度的指标反映土中含水程度的指标含水率含水率w土的饱和度土的饱和度Sr定义定义和表达式和表达式常见值：常见值：01工程应用工程应用(2.8)稍湿的稍湿的饱和的饱和的0.50.8Sr很湿的很湿的反映土中含水程度的指标(2.8)稍湿的饱和的0.50.8Sr1717特定条件下土的密度特定条件下土的密度干密度干密度d d 和干重度和干重度d d定义定义和表达式和表达式常见值：常见值：1.32.0 g/cm3工程应用工程应用测定方法测定方法环刀法：粉土和粘性土环刀法：粉土和粘性土放射性同位素法放射性同位素法饱和密度饱和密度sat sat 和饱和重度和饱和重度satsat定义定义和表达式和表达式(2.9)(2.10)特定条件下土的密度(2.9)(2.10)1818常见值：常见值：satsat1.82.3 g/cm3有效（浮）密度有效（浮）密度和有效（浮）重度和有效（浮）重度定义定义和表达式和表达式常见值：常见值：0.81.3 g/cm3几种密度之间的关系几种密度之间的关系简化的三相图简化的三相图（图图2.5a和和2.5b）土的物理性质指标常用换算公式土的物理性质指标常用换算公式（P53表表2.1）(2.11)常见值：sat1.82.3 g/cm3(2.11)19192.4 土的物理状态指标土的物理状态指标无粘性土的密实度无粘性土的密实度以孔隙比以孔隙比e为标准为标准以相对密度以相对密度Dr为标准为标准定义及表达式定义及表达式工程应用工程应用以标准贯入击数以标准贯入击数N为标准为标准(2.12)松散松散密实密实1/32/3Dr中密中密稍密稍密密实密实1530N中密中密10松散松散2.4 土的物理状态指标无粘性土的密实度(2.12)松散密2020 稠度稠度：土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能：土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力，它是粘性土最主要的物理状态特征。力，它是粘性土最主要的物理状态特征。分界含水率分界含水率：粘性土从一种物理状态过渡到另一种物理状：粘性土从一种物理状态过渡到另一种物理状态时含水率态时含水率液限液限wL定义定义：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水率：粘性土呈液态与塑态之间的分界含水率测定方法测定方法锥式液限仪（图锥式液限仪（图2.11）：入土深度）：入土深度10mm液限液限碟式液限仪（图碟式液限仪（图2.12）：击数）：击数25，槽合拢长度，槽合拢长度13mm液限液限半固态半固态液态液态wPwLw塑态塑态ws固态固态0粘性土的物理状态指标粘性土的物理状态指标 半固态液态wPwLw塑态ws固态0粘性土的物理状态指标2121图2.112.12图2.112.122222塑限塑限wP定义定义：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水率：粘性土呈塑态与半固态之间的分界含水率测定方法测定方法滚搓法滚搓法液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法缩限缩限ws定义定义：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水率：粘性土呈半固态与固态之间的分界含水率测定方法：收缩皿法测定方法：收缩皿法塑性指数塑性指数 IP定义定义：液限与塑性的差值，去掉百分号：液限与塑性的差值，去掉百分号 物理意义：处于可塑状态下，含水率变化的最大区物理意义：处于可塑状态下，含水率变化的最大区间；反映能吸附结合水的多少间；反映能吸附结合水的多少工程应用：作为粘性土和粉土定名的标准工程应用：作为粘性土和粉土定名的标准(2.13)塑限wP(2.13)2323液性指数液性指数 IL定义定义：天然含水率和塑限之差与液、塑限差值之比：天然含水率和塑限之差与液、塑限差值之比物理意义：相对稠度，反映土的软硬程度物理意义：相对稠度，反映土的软硬程度工程应用：将粘性土分为不同的软硬状态工程应用：将粘性土分为不同的软硬状态活动度活动度 A定义定义：粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的：粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值比值物理意义：反映粘性土中所含矿物的活动性物理意义：反映粘性土中所含矿物的活动性(2.14)(2.15)可塑可塑流塑流塑0.751.0IL软塑软塑0.25硬塑硬塑0坚硬坚硬wwLwP wwL液性指数 IL(2.14)(2.15)可塑流塑0.751.02424灵敏度灵敏度 St定义定义：粘性土的原状土与原土结构完全破坏的重塑：粘性土的原状土与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值土的无侧限抗压强度的比值物理意义：反映粘性土结构性的强弱物理意义：反映粘性土结构性的强弱工程应用工程应用保护基槽保护基槽利用利用触变性触变性触变性触变性：粘性土结构受扰动后土的强度降低，但：粘性土结构受扰动后土的强度降低，但静置一段时间后强度又逐渐增长的性质静置一段时间后强度又逐渐增长的性质(2.16)中灵敏中灵敏 4St高灵敏高灵敏 2低灵敏低灵敏正常正常1.25A活动活动0.75不活动不活动灵敏度 St(2.16)中灵敏 4St高灵敏 2低灵敏25252.5 地基土的工程分类地基土的工程分类土的分类与定名的必要性土的分类与定名的必要性土的分类标准土的分类标准岩石岩石定义：颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理定义：颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理裂隙的岩体裂隙的岩体分类分类按坚固程度按坚固程度表表2.2 岩石坚固程度的划分岩石坚固程度的划分按风化程度按风化程度未、微、弱、强、全风化未、微、弱、强、全风化坚固程度类别坚固程度类别坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩饱和单轴抗压强度标准值饱和单轴抗压强度标准值 frk（MPa）f rk 6060 frk 3030 frk 1515 frk 5 frk 52.5 地基土的工程分类土的分类与定名的必要性坚固程度类别2626按岩石的完整程度按岩石的完整程度表表2.3 岩石完整程度划分岩石完整程度划分碎石土碎石土定义：土的粒径定义：土的粒径d2 mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50的土的土分类依据：粒组含量和颗粒形状分类依据：粒组含量和颗粒形状定名定名表表2.4 碎石土的分类碎石土的分类完整程度等级完整程度等级完整完整较完整较完整较破碎较破碎破碎破碎极破碎极破碎完整性系数完整性系数0.750.750.550.550.350.350.15 0.15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圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主粒径粒径d200 mm的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的50块石块石棱角形为主棱角形为主卵石卵石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主粒径粒径d20 mm的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的50碎石碎石棱角形为主棱角形为主圆砾圆砾圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主粒径粒径d2 mm的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的50角砾角砾棱角形为主棱角形为主按岩石的完整程度完整程度等级完整较完整较破碎破碎极破碎完整性2727工程性质工程性质密实碎石土：骨架颗粒含量密实碎石土：骨架颗粒含量70，交错排列，连，交错排列，连续接触续接触中密碎石土：骨架颗粒含量中密碎石土：骨架颗粒含量6070，交错排，交错排列，大部分接触列，大部分接触稍密碎石土：骨架颗粒含量稍密碎石土：骨架颗粒含量5560，排列混，排列混乱，大部分不接触乱，大部分不接触松散碎石土：骨架颗粒含量松散碎石土：骨架颗粒含量55，排列十分混乱，排列十分混乱，绝大部分不接触绝大部分不接触砂土砂土定义：粒径定义：粒径d2 mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50，且，且d 0.075 mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50的土的土分类依据：粒径级配、各粒组含量分类依据：粒径级配、各粒组含量工程性质2828定名定名 表表2.5 砂土的分类砂土的分类工程性质工程性质密实与中密的砾砂、粗砂、中砂优良地基；密实与中密的砾砂、粗砂、中砂优良地基；稍密的砾、粗、中砂良好地基稍密的砾、粗、中砂良好地基粉砂与细砂：密实良好；饱和疏松不良粉砂与细砂：密实良好；饱和疏松不良粉土粉土定义：塑性指数定义：塑性指数IP 10且粒径且粒径d0.075 mm的颗粒的颗粒含量不超过全重含量不超过全重50的土的土定名：介于砂土和粘性土之间，按定义定名：介于砂土和粘性土之间，按定义工程性质：密实良好；饱和稍密不良工程性质：密实良好；饱和稍密不良土的名称土的名称粒组含量粒组含量砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂粒径粒径d2 mm的颗粒占总质量的的颗粒占总质量的2550粒径粒径d0.5 mm的颗粒超过总质量的的颗粒超过总质量的50粒径粒径d0.25 mm的颗粒超过总质量的的颗粒超过总质量的50粒径粒径d0.075 mm的颗粒超过总质量的的颗粒超过总质量的85粒径粒径d0.075 mm的颗粒超过总质量的的颗粒超过总质量的50定名 土的名称粒组含量砾砂粒径d2 2929粘性土粘性土定义：塑性指数定义：塑性指数IP 10分类依据：按塑性指数的大小分类依据：按塑性指数的大小定名：定名：IP 17为粘土；为粘土；10 IP 17为粉质粘土为粉质粘土工程性质：硬塑优良；流塑软弱工程性质：硬塑优良；流塑软弱人工填土人工填土定义：人类活动堆填形成的各类土定义：人类活动堆填形成的各类土分类依据：按组成物质和堆积年代分类依据：按组成物质和堆积年代定名定名按组成和成因按组成和成因素填土素填土压实填土压实填土杂填土杂填土冲填土冲填土粘性土3030按堆积年代按堆积年代老填土：粘性土超过老填土：粘性土超过10年；粉土超过年；粉土超过5年年新填土：粘性土小于新填土：粘性土小于10年；粉土小于年；粉土小于5年年工程性质：不良，强度低，压缩性大，不均工程性质：不良，强度低，压缩性大，不均匀。压实填土相对较好，杂填土最差。匀。压实填土相对较好，杂填土最差。特殊性质的土特殊性质的土淤泥和淤泥质土淤泥和淤泥质土生成条件：静水或缓慢流水，生物化学作用生成条件：静水或缓慢流水，生物化学作用物理性质：淤泥物理性质：淤泥wwL，e1.5；淤泥质土；淤泥质土 wwL，1.0 e 1.5工程性质工程性质红粘土和次生红粘土红粘土和次生红粘土生成条件：亚热带温湿气候，碳酸盐岩系出露经生成条件：亚热带温湿气候，碳酸盐岩系出露经红土化红土化按堆积年代3131物理性质：红粘土物理性质：红粘土IP3050，wL 50，e 1.11.7，Sr 0.85；次生红粘土；次生红粘土wL 45工程性质：强度高，压缩性低，厚度不均，上硬工程性质：强度高，压缩性低，厚度不均，上硬下软。下软。湿陷性黄土湿陷性黄土膨胀土膨胀土多年冻土多年冻土盐渍土盐渍土物理性质：红粘土IP3050，wL 50，e 3232