土力学第一四.ppt

第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类1u学习内容学习内容第一节第一节 土的生成与特性土的生成与特性第二节第二节 土的三相组成土的三相组成第三节第三节 土的物理性质指标土的物理性质指标第四节第四节 土的物理状态指标土的物理状态指标第五节第五节 土的工程分类土的工程分类2第一节：土的生成与特性第一节：土的生成与特性n土的生成土的生成土是由地壳表层的岩石（完整的）经长期的风化（物理、土是由地壳表层的岩石（完整的）经长期的风化（物理、化学、生物）和剥蚀（水流、冰川、风等自然力）变为碎化学、生物）和剥蚀（水流、冰川、风等自然力）变为碎屑，原地堆积或经风力水流等搬运后屑，原地堆积或经风力水流等搬运后沉积沉积而形成 根据成因不同，土的沉积类型：根据成因不同，土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土、冲积残积土、坡积土、洪积土、冲积土、土、风积土等此外，还有湖沼积土、海积土、冰川积土，还有风积土等此外，还有湖沼积土、海积土、冰川积土，还有在特殊环境下形成的特殊土，如沿海的软土、陕甘晋的黄土、黔在特殊环境下形成的特殊土，如沿海的软土、陕甘晋的黄土、黔滇桂的红粘土等滇桂的红粘土等。

形成时间：多在形成时间：多在第四纪第四纪地质时期地质时期3 代代纪纪世世时间 显生宙新 生代第四纪全新世~12000年更新世晚12000~1百万年中早第三纪 64 ~1.7百万年中生代白垩纪 (K)侏罗纪 (J)三叠纪(T)242 ~64百万年古生代 600 ~250百万年元古宙元古代1800-600百万年太古宙太古代1800-2700百万年冥古宙4第四纪沉积层：数米~数百米5残积土残积土 运积土运积土 洪积土洪积土坡积土坡积土冲积土冲积土土土 运积土包含风积土，在此不讨论6 残积层断面残积物新鲜基岩风化带 坡积层断面坡积物基岩 洪积层断面洪积物泉水基地下水岩 洪积层颗粒分布与洪积扇洪积扇7残积层(土)：指母岩表层经风化作用破碎，未经搬运残留在原地的堆积物 v组成：棱角状碎石、角砾、砂砾、粘性土v特点：裂隙多、无层次，平面分布、厚度不均匀v工程注意事项：不均匀沉降、土坡稳定　－济南南外环高速公路边坡破坏例子（堆集物为大块岩石） 残积层断面残积物新鲜基岩风化带8坡积层(土)：坡积土是在重力和短期性水流（如雨水、雪水）作用下，被挟带到山坡或坡脚处聚积起来的堆积物。

v特点：孔隙大、压缩性高v工程注意事项：不均匀沉降、地基稳定 坡积层断面坡积物基岩9洪积层(土)：山洪将残积层和坡积层搬运至山谷出口与山前平原v特点：形如扇状（洪积扇）不规则的粗细颗粒交替层里构造，谷口为大块碎石、粗砂，谷口外较远处颗粒变细v工程注意问题：土层不均匀沉降北京为洪积层－东部马路塌陷例子) 洪积层断面洪积物泉水基地下水岩 洪积层颗粒分布与洪积扇洪积扇10冲积层(土) 成因：河水搬运岩屑，沉积在河床较平缓地带类别： 平原河谷冲积层 山区河谷冲积层 山前平原冲积层 三角洲冲积层 工程注意问题：古河道沉积层（较厚淤泥、泥炭土）三角洲沉积层（新近沉积层、含水量大、压缩性高）11n土的结构土的结构土的结构是指土颗粒的大小、形状、排列及联结方式等所土的结构是指土颗粒的大小、形状、排列及联结方式等所表现出的综合特征它对土的物理力学性质有重要影响表现出的综合特征它对土的物理力学性质有重要影响 单粒结构单粒结构蜂窝结构蜂窝结构絮凝结构絮凝结构12 单粒结构(a)(b)由较粗的砾石、砂粒在自重作用自重作用下沉积而成土粒间仅有微弱的毛细水联结，土的强度主要来自土粒间的摩擦力。

土粒排列紧密时，强度大、压缩性好；土粒疏松时，土粒骨架不稳定，易产生变形；饱和疏松的粉细砂在地震作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，产生“液化”现象13 蜂窝结构蜂窝结构(a)颗粒正在沉积(b)沉积形成的蜂窝结构(a)(b)较细的土颗粒（d=0.005mm~0.075mm）土粒间的分子引力分子引力>土粒自重土粒自重，分子引力造成土粒不再下沉而形成特点：孔隙大14 絮状结构絮状结构I(a)絮状集合体正在沉积(b)沉积形成的絮状结构(a)(b)长期悬浮在水中的粘粒（d=d<0.005mm），在电解质较大的环境中，粘粒凝聚成小链环状的集合体小链环状的集合体，小链环之间又相互吸引，不断扩大成大小链环之间又相互吸引，不断扩大成大链环链环 特点：压缩性大、强度低； 长期的压密作用和胶结作用，土的联结力增加；受到扰动，土的强度迅速降低 絮状结构絮状结构IIII15n土的构造土的构造同一土层中的物质成分和颗粒大小等相近的各部分之间的相互关系特同一土层中的物质成分和颗粒大小等相近的各部分之间的相互关系特征称为土的构造征称为土的构造名称名称特征特征层状构造层状构造土在形成过程中，由于不同阶段所形成的沉积物在矿物成分、土在形成过程中，由于不同阶段所形成的沉积物在矿物成分、粒度成分、颜色等方面的差异表现出成层的特性。

粒度成分、颜色等方面的差异表现出成层的特性分散构造分散构造土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂、卵石层为分散构造土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂、卵石层为分散构造结核状构造结核状构造在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的亚粘土、含在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的亚粘土、含砾石的冰碛（砾石的冰碛（qi，浅水中的沙石；沙石浅滩）粘土等，浅水中的沙石；沙石浅滩）粘土等裂隙状构造裂隙状构造裂隙性，如黄土中的垂直裂隙，某些坚硬或硬塑粘土裂隙性，如黄土中的垂直裂隙，某些坚硬或硬塑粘土(如长如长江下游的下蜀粘土江下游的下蜀粘土)中有不连续小裂隙中有不连续小裂隙16 层状构造 (a)水平层理 (b)交错层理 分散构造 裂隙构造1—淤泥夹粘土透镜体2—粘土尖灭3—砂土夹粘土层4—基岩17n土的特性土的特性 土与其它连续介质材料相比，具有三个特性：土与其它连续介质材料相比，具有三个特性：（（1）压缩性大）压缩性大（（2）强度低）强度低（（3）透水性大）透水性大18第二节：土的三相组成第二节：土的三相组成v土是由固体矿物、液态水和气体三部分组成的三相体系v概念：v干 土(固体+气体，液体=0，粘土呈坚硬状态，砂土呈 松散状态)v湿 土(固体+液体+气体，粘土多为可塑状态)v饱和土(固体+液体，气体=0，粉细砂或粉土可产生液化，粘土地基在荷载作用下需几十年才能稳定) 土的组成示意图气体颗粒水19n土的固体颗粒土的固体颗粒(决定土体工程性质的主要成份决定土体工程性质的主要成份)Ø土的矿物成分土的矿物成分原生矿物：原生矿物： 由岩石经物理风化而成，其成份与母岩相同 。

次生矿物：次生矿物： 原生矿物经过反复风化和搬运后所形成很细的新矿物，其成分与母岩完全不同 主要是粘土矿物，粒径小于0.005 mm20粘土矿物复合的铝－硅酸盐晶体，片状高岭石：伊利石：蒙脱石：亲水性：蒙脱石>伊利石>高岭石蒙 脱 石21v土颗粒由粗变细，土可由无粘性变为有粘性，透水性也随之减小粒径在一定范围内的土粒，其矿物成分及性质都比较接近 v划分原则：性质相近原则 v粗、细粒组的分界粒径：0.1mm(或0.075mm)界限粒径（d/mm）0.0050.075260200粒组名称粘粒粉粒砂粒（细砂、中砂、粗砂）砾粒（细粒、中粒、粗粒）卵石（碎石）漂石（块石） 土的粒径分组Ø粒组划分粒组划分粗颗粒细颗粒巨粒22Ø土的粒径级配土的粒径级配土的粒径级配是指土中各粒组相对含量的组成土的粒径级配是指土中各粒组相对含量的组成 土的颗粒分析试验主要有筛分析法和比重计法土的颗粒分析试验主要有筛分析法和比重计法 筛分析法适用于粒径大于筛分析法适用于粒径大于0.075mm的粗粒土，试验时取一定量的风的粗粒土，试验时取一定量的风干、分散土样放在一套标准筛（孔径为干、分散土样放在一套标准筛（孔径为2.0、、1.0、、0.5、、0.25、、0.15、、0.075mm）上震荡一定时间后，称出留在各筛孔上土的质量，即可）上震荡一定时间后，称出留在各筛孔上土的质量，即可算得各个粒组的相对含量。

算得各个粒组的相对含量见下页图见下页图) 比重计法是根据土粒直径大小不同，在水中沉降的速比重计法是根据土粒直径大小不同，在水中沉降的速度不同的特性（即度不同的特性（即Stokes原理），测定粒径小于原理），测定粒径小于0.075mm的细粒土中各个粒组的相对含量的细粒土中各个粒组的相对含量 天然土很少是一个粒组的土土粒的大小及其组成情况，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232mmm71mmm6500μmm5250μmm4100μmm3m275μm底盘m1筛孔孔径干土质量合计M=Σmi ，i=1~n细筛：2.0，1.0，0.5，0.25，0.1，0.075mm粗筛：60，40，20，10，5，2mm24 颗粒级配曲线d10d60d30abc土的粒径lgd（mm）横坐标应该为lg10-lgd小于某粒径的土重百分比（ % ）101.00.50.250.1020.07551009080706050403020100曲线平缓，表示各种粒径的土都有，土颗粒不均匀；曲线陡峭，表示土粒均匀25v不均匀系数Cu——表示颗粒的不均匀程度d60——小于此种粒径土的质量占总土质量的 60%，称为限定粒径，mm。

d10——小于此种粒径土的质量占总土质量的 10%，称为有效粒径，mm曲线越陡峭，表示土粒越均匀，曲线越陡峭，表示土粒越均匀， d60 ，， d10 越接近，即越接近，即Cu 越小曲线越平缓，表示土粒越不均匀，曲线越平缓，表示土粒越不均匀，d60 ，， d10 相差越大，即相差越大，即Cu 越大26土的级配与密实性(a)均匀土 (b)不均匀土(b)(a)均匀土均匀土： Cu<5 （小于等于） 不均匀土不均匀土：Cu>5 Cu越大，表示土越不均匀，即土中含有许多粗细不同的粒组，级配越好 不均匀土经压实后，细颗粒填充于粗颗粒所形成的孔隙中，容易获得较高密实度27v曲率系数Cc——表示土颗粒径组成的又一特征 vd30——小于此种粒径土的质量占总土质量 的30% ，且Cc=1~3为级配良好 28n土中水土中水29（一）结合水(离土粒很近) 1、强结合水(吸着水)›性质 ：紧靠颗粒表面，厚度小于0.003μm，接近于固体，不能流动，不传递静水压力，具有很大的粘滞性、弹性和抗剪强度。

›只含强结合水时，粘土呈固体状态，砂土呈散粒状态2、弱结合水(薄膜水)›性质 ：厚度小于0.5μm，也不传递静水压力，具有较高的粘滞性和抗剪强度›由于弱结合水的存在，使土具有可塑性30（二）自由水(离土粒较远) 1、重力水›位于地下水位以下，受重力作用由高处向低处流动，具有浮力作用2、毛细水›位于地下水位以上，受毛细作用而上升›土中孔隙越小，毛细水上升高，›防冻胀、防潮31土中毛细水升高自由水面hchc32n土中气体土中气体（1）自由气体： 与大气相连通，土层受压时逸出2）封闭气泡：›与大气隔绝，存在于粘性土中，当土层受荷载作用时，封闭气泡缩小›土中封闭气泡多，土的压缩性增高，渗透性降低33第三节：土的物理性质指标第三节：土的物理性质指标基本指标：基本指标：(实测指标实测指标) 土的天然密度土的天然密度 ρ土的相对密度土的相对密度 ds（土的比重）土的含水量土的含水量 w换算指标：换算指标： 土的孔隙比土的孔隙比 e土的孔隙度土的孔隙度 n土的饱和度土的饱和度 Sr土的干密度土的干密度 ρd土的饱和密度土的饱和密度 ρsat土的浮密度土的浮密度 ρ′34n土的三相图土的三相图液相固相气相质量体积VaVwVvVmwmsmVsma=035n土的试验指标土的试验指标土的重度γ(kN/m3)36与土中的水无关37n土的换算指标土的换算指标孔隙体积也包括水的体积。