《土的物理性质》PPT课件.ppt

第1章土的物理性质,学习基本要求:掌握土的颗粒级配曲线熟练掌握土的三相指标的定义和有关指标的换算；了解无粘性土和粘性土的工程特性；了解地基土的工程分类方法。,第一节土的三相组成一、土的三相组成土是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积形成的固体矿物、水和空气的集合体。土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。,土,固相（土颗粒）,液相（水）,气相（气）,固体矿物颗粒（固相）,土中气体（气相）,土中水（液相）,固相包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通的，形成多孔介质。,液相主要是水(溶解有少量的可溶盐类)；气相主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等。,土的三相图,土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：1.固体+气体（液体=0）为干土，此时粘土呈坚硬状态,砂土呈松散状态；2.固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态；3.固体+液体（气体=0）为饱和土，此时粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏；粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。,什么是液化？,如果饱和疏松的土是由细砂粒或粉砂粒所组成，在强烈的振动作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，引起所谓“砂土液化”现象，使地基失去承载力，在地震区将会引起震害。1964年6月16日，日本发生里氏7.5级地震后，因地基土发生液化所造成的破坏。,倒了，但结构未破坏,二、土的颗粒级配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。例如：土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。下表提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界限粒径200，20，2，0075和0005mm把土粒分为六大粒组。,土的颗粒级配:土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百分数)来表示。颗粒分析试验方法：筛分法（d0.075mm的土）比重计法（d0.075mm的土）,颗粒级配曲线图,曲线的纵坐标表示小于某土粒的累计质量百分比,横坐标则是用对数表示的土的粒径。由曲线的坡度可判断土的均匀程度，曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。,几个特殊粒径：d10,d30,d60小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d10。与之类似可以得到d30和d60（限定粒径）。土颗粒的级配指标：不均匀系数Cu=d60/d10曲率系数Cc=(d30)2/(d60d10),式中,d60限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，相应的粒径称为d60；d10有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为d10；d30当小于某粒径的土粒质量累计百分数30%时的粒径用d30表示。,不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度。连续级配土CU5,well-graded（级配良好）CU=5且CC=1-3（级配良好）,从曲线的形态上,可评定土颗粒大小的均匀程度。如曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。对于级配良好的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较好透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它土建工程的填方土料。,第二节土的结构与构造,一、土的结构1.定义：指土颗粒的大小、形状、表面特征，相互排列及其联结关系的综合特征。2.分类：单粒结构砂层，砾石层蜂窝结构粉粒絮状结构粘粒二、土的构造1.定义：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。2.分类：层状构造分散构造砂，砾石，卵石裂隙构造粘性土通常分散构造的工程性质最好，裂隙状构造中，因裂隙强度低、渗透性大，工程性质差。,单粒结构,单粒结构是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。因其颗粒较大、土粒间的分子吸引力相对很小，所以颗粒间几乎没有联结，至于未充满孔隙的水分只可能使其具有微弱的毛细水联结。单粒结构可以是疏松的，也可以是紧密的。呈紧密状单粒结构的土，由于其土粒排列紧密，在动、静荷载作用下部不会产生较大的沉降，所以强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基。具有疏松单粒结构的土，其骨架是不稳定的，当受到展动及其他外力作用时、土粒易于发生移动，土中孔隙剧烈减少。引起土的很大变形，因此，这种土层如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。“砂土液化”,蜂窝结构,蜂窝结构是主要由粉粒(0.0750.005mm)组成的土的结构形式。据研究，粒径在0.0750.005mm左右的土粒在水中沉积时，基本上是以单个土粒下沉，当碰上已沉积的土粒时，由于它们之间的相互引力大于其重力，因此土粒就停留在最初的接触点上不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。,絮状结构,絮状结构是由粘粒(2mm的颗粘含量超过全重的50%。分类：按粒径和颗粒形状可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾，见下表。碎石土的分类碎石土没有粘性和塑性，属于单粒结构,砂土定义：指粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。分类：砂土按粒组含量分类如下表碎石土的分类,粉土定义：粉土是指粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量的50，且塑性指数Ip10的土。粉土是介于砂土和粘性土之间的过渡性土类，它具有砂土和粘性土的某些特征，根据粘粒含量可以将粉土再划分为砂质粉土和粘质粉土。,粘性土定义：粘性土是指塑性指数Ip10的土。根据塑性指数大小，粘性土可再划分为粉质粘土和粘土两个亚类：当1017时为粘土。又可按沉积年代分类老粘土：Q3及以前的土，强度高，压缩性低一般粘性土：Q4新近沉积的粘性土：文化期以来(久固结),人工填土定义：人工填土是指由人类活动而堆填的土。其物质成分较杂，均匀性较差。根据其物质组成和堆填方式，填土可分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土四类。各类填土应根据下列特征予以区别：1、素填土是由碎石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土其中不含杂质或含杂质很少。按主要组成物质分为碎石素填土、砂性素填土、粉性素填土及粘性填土。经分层压实后则称为压实填土。2、杂填土是含大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。按其组成物质成分和特征分为建筑垃圾土、工业废料土及生活垃圾土。3、冲填土为由水力冲填泥浆形成的填土。,特殊土定义：特殊土是指在特定地理环境或人为条件下形成的具有特殊性质的土。它的分布一般具有明显的地域性。特殊土包括软土、人工填土、湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土等。软土是指沿海的滨海相、三角洲相、湖泊相、沼泽相等主要由细粒土组成的土，具有孔隙比大（一般大于1）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高和强度低的特点。包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土等。多数还具有高灵敏度的结构。,淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比e1.5的粘性土。淤泥质土：天然孔隙比1.0e1.5的粘性土。当土中有机质含量大于5%时称为有机质土；大于60%时则称泥炭。泥炭往往以夹层构造存在于一般粘性土层中，对工程十分不利，必须引起足够重视。,湿陷性黄土：是指土体在一定压力下受水浸湿时产生湿陷变形量达到一定数值的土。(湿陷变形量按野外浸水载荷试验确定)红粘土：是指碳酸盐岩系的岩石，经红土化作用形成并覆盖于基岩上的棕红、褐黄等颜色的高塑性粘土。其液限一般大于50，上硬下软，具明显的收缩性，裂隙发育，经坡、洪积再搬运后仍保留红粘土基本特征，液限大于45小于50的土称为次生红粘土。我国的红粘土以贵州、云南、广西等省区最为典型，分布广。,膨胀土：一般是指粘粒成分主要由亲水性粘土矿物（以蒙脱石和伊利石为主）所组成的粘性土，在环境和湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形，具有吸水膨胀、失水收缩的特性。已有的建筑经验证明，当土中水份聚集时，土体膨胀，可能对与其接触的建筑物产生强烈的膨胀上抬压力而导致建筑物的破坏；土中水分减少时，土体收缩并可使土体产生程度不同的裂隙，导致其自身强度的降低或消失。,多年冻土：是指温度等于或低于摄氏零度、含有固态水且这种状态在自然界连续保持三年或三年以上的土。当自然条件改变时，会产生冻胀、融陷、热融滑塌等特殊不良地质现象及发生物理力学性质的改变。,土层分布示意,