2土的物理性质

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,绪论(补充内容),介绍土的形成及物质组成,从定性和定量两个方面描述,土体,的,物质组成,密实程度,及,工程应用,土的物理性质,主要内容:,1,知识要点：,掌握土体的三相组成及三相比例指标之间的换算,领会无粘性土密实度概念、判别方法及砂土相对密度的计算,掌握粘性土的塑性、液限、塑性指数和液性指数的概念 及其物理状态评价,掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分类方法,掌握土体的压实原理及压实标准与控制,2,第一节 土的形成与颗粒特征,土是岩石经,风化、搬运、堆积,而形成的自然历史的产物。,搬运、沉积,一、土体的形成,风化,岩石,地球,土,地球,3,生物风化,物理风化,化学风化,矿物成,分未变,无粘性土,原生矿物,矿物成分改变,粘性土,次生矿物,风化作用分类,有 机 质,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物,动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化,4,二、土体的三相组成,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,土体,次要作用,土体三相组成示意图,5,（一）、固体矿物颗粒(固相),物理状态,力学特性,粒径级配,矿物成分,颗粒形状,6,1. 矿物成分,原生矿物,石英,、,长石,、,云母,等,次生矿物,主要是,粘土矿物，包括三种类型,高岭石,、,伊利石,、,蒙脱石,粘土矿物:,由硅氧四面体和铝氢氧八面体构成的晶胞所组合而成,7,粘土矿物的晶格构造,高岭石,蒙脱石,伊利石,粒径,比表面积,胀 缩 性,渗 透 性,强度,压 缩 性,大,10-20m,2,/g,小,大,大,小,中,80-100m,2,/g,中,中,中,中,小,800m,2,/g,大,小,小,大,8,次生矿物,蒙脱石,伊利石,高岭石,蒙 脱 石,9,2. 颗粒级配,颗粒大小,各粒径成分在土中占的比例,常用表格法或,累计曲线法表示,影响土性质的主因,10,颗粒大小,基本概念,粒度:天然土是由大小不同的颗粒组成的,土粒的大小称为粒度。,粒组：天然土的粒径一般是连续变化的，工程上把相近的土粒合并为组，称为粒组。,粘粒,粉粒,砂粒,砾粒,碎石,块石,0.005,0.075,2,20,200,巨粒,粗粒,细粒,mm,11,表格法表示的粒组划分,12,粒径级配,（1）定义,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(粒度成分)。,（2）粒径分析方法,筛分法（,d0.075mm,的土）,沉降分析法： （,d0.075mm）的土）,15,密度计法（d0.075mm的土）,16,（3）表述方法,表格法,10-2,2-0.05,0.05-0.005,1g/cm,3,冰点处于零下几十度,具有固体的的特性,温度高于,100C,时可蒸发,强结合水,位于强结合水之外，电场引,力作用范围之内,外力作用下可以移动,不因重力而移动，有粘滞性,弱结合水,21,土中毛细现象,毛细水,分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管,22,（三）、土体中气体(气相),土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分,存在形式有两种:,自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大,封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性,土体中气体,23,第二节 土的结构,定义：,土体的结构是指土颗粒之间的相互排列和连接方式,。,力学特性,影响,土的结构,反映,土的成分,形成条件,分类,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,24,单粒结构,蜂窝结构,絮状结构,25,第三节 土的三相组成及物理性质指标,土的物理状态,粗粒土的松密程度,粘性土的软硬状态,土的物理性质指标,(三相间的比例关系),力学特性,影响,表示,26,一. 土的三相图,Water,Air,Soil,V,a,V,w,V,s,V,v,V,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,体积,27,二.土的物理性质指标确定,Water,Air,Soil,V,a,V,w,V,s,V,v,V,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,体积,土的物理性质指标共有9个：e、n、S,r,、,s,、 ,d,、 ,sat、,/,土的密度,土的容重,=g,工程上更常用于计算土的自重应力,单位:,kg/m,3,或 g/cm,3,单位:,kN/m,3,一般范围:,1.602.20 g/cm,3,定义:,土单位体积的质量,有时也称,土的天然密度,表达式:,相关指标:,三相草图有助于直观理解物性指标的概念,28,各种密度容重之间的大小关系：,天然密度,干密度,饱和密度,天然容重,干容重,浮容重,饱和容重,Water,Air,Soil,V,a,V,w,V,s,V,v,V,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,体积,29,土粒比重,s,:,土粒的密度，单位体积土粒的质量,单位:,无量纲,土粒比重一般范围:,粘性土 2.702.75,砂 土 2.65,4C时纯蒸馏水的密度,=1.0 g/cm,3,定义:,土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值,表达式:,土粒比重在数值上等于土粒的密度,饱和度,表达式:,定义:,土中水的体积与孔隙体积的比值,饱和度表示,孔隙中充满水的程度,S,r,=0 :,干土,S,r,=1 :,饱和土,30,土的含水量,定义:,土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示,注意:,其实是含水比, 可达到或超过100,表达式:,孔隙比,孔隙率,(,孔隙度,),关系:,在某种程度上反映土的松密,定义:,土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲,表达式:,定义:,土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示,表达式:,31,例题1：,工程地基经试验测定：原状土样的体积V=70cm,3,，土的质量m=0.126Kg,土的固体颗粒质量m,s,=0.1043Kg,求土样的密度，干密度，含水量。,32,第四节 无粘性土的密实特性,无粘性土的松密程度,力学特性,影响,土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量,定义:,密实度大,结构稳定、强度大、压缩变形小,密实度小,结构疏松、不稳定、压缩变形大,如何衡量无粘性土的密实度?,孔隙比e或孔隙率n,相对密实度D,r,现场标准贯入试验测定,33,优点：,简单方便,缺点：,不能反映级配的影响且只能用于同一种土,1、孔隙比e或孔隙率n,0.6,0.75,0.85,松散,中密,密实,稍密,34,e,max,与,e,min,：,最大与最小孔隙比,2、相对密实度,D,r,= 1,最密状态,D,r,= 0,最松状态,D,r,1/3 ,疏松状态,1/3,2/3,密实状态,判别标准：,优点：,把土的级配因素考虑在内，,理论上较为完善,缺点：,e、e,min,、 e,man,难以准确测定,35,3、根据现场标准贯入试验判定,标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质量为63.5kg的锤头，提升到76cm的高度，让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需的锤击数，记为N63.5，这是一种简便的测试方法。N的大小，综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国岩土工程勘查规范（GB5002194）规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数进行划分。,标准贯入试验垂击数N63.5,N63.510,10N63.515,15N63.530,N63.530,密实度,松散,稍密,中密,密实,判定标准：,30,15,10,松散,中密,密实,稍密,36,第五节 粘性土的物理特性,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状态，反映土的软硬程度。,粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。,塑限,p,液限,l,稠度界限,粘性土的稠度反映土中水的形态,固态或,半固态,塑态,液态,强结合水膜最大,出现自由水,强结合水,弱结合水,自由水,稠度状态,含水量,w,37,一、界限含水量,1、液限,L,锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土10mm所对应的含水量。,碟式液限仪测定法：以2转/秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，,当25击V型土槽合拢长度恰好13mm所对应的含水量。,锥式液限仪,碟式液限仪,38,2、塑限,p,滚搓法：,将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm,土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。,液、塑性联合测定法：,利用液、塑性联合测定仪同时,测定3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和,含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm及2mm时土,样的含水量就分别为该土的液限和塑限。,圆锥入土深度与含水量关系,39,二、塑性指数I,p,和 液性指数I,L,表明吸附结合水的能力、粘性大小；大致反映粘土颗粒含量,塑性指数,I,p,工程上常用作粘性土与粉土定名的依据,缺点：,不能充分反映粘土颗粒含量,不同的粘土矿物结合水的能力不同,40,注意：,仅适用于重塑土,液性指数I,L,I,L,0,I,L,=0 1,I,L,1,坚硬状态,可塑状态,流 塑,0.00 0.25,0.25 0.75,0.75 1.00,硬塑,可塑,软塑,反映粘性土天然状态的软硬程度,工程上作为确定粘性土承载力的重要指标,41,第六节 土的工程分类,分类依据：,能反映土的物理力学性质,土的组成,土的状态,土的结构,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,本节主要介绍建筑地基基础设计规范GBJ7-89分类法,土,岩石,碎石土,砂土,粉土,粘性土,人工填土,42,碎石土,土的名称 颗粒形状 粒组含量,漂石,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,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,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%,43,砂土,土的名称 粒组含量,粒径大于2mm的颗粒占全质量25 - 50%,砾砂,粗砂,中砂,细砂,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%,44,粉土,粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数I,p,10的土,塑性指数Ip10的土,粘性土,1017的土,粘土,粉质粘土,45,例题2：,住宅楼基坑取土样经试验测定天然含水量w=20.5%,塑限w,p,=18.5%，液限w,L,=28.7%，试确定土样的名称及所处的物理状态。,46,粒度成分分析结果（%）,粒组（mm）,土样A,土样B,土样C,粒组（mm）,土样A,土样B,土样C,105,25,0.100.075,9,4.6,37.6,52,3.1,20,0.0750.01,8.1,11.1,21,6,12.3,0.010.005,4.2,18.9,10.5,16.4,8,0.0050.001,5.2,10,0.50.25,41.5,6.2,8,0.001,1.5,0.250.10,26,4.9,14.4,例3：对下表中的3个土样分别定名。,注：分类时应根据粒组含量由大到小以最先符合者确定。,47,