2土的性质及工程分类教学文案.ppt

2 土的性质及工程分类2.1 概述2.2 土的三相组成与土的结构2.3 土的物理性质指标2.4 无粘性土的密实度2.5 粘性土的物理特性2.6 土的渗透及渗流2.7 土的动力特性 2.8 土(岩)的工程分类2.1.1土的物理性质概述岩石风化（物理、化学）作用岩石破碎 化学成分改变搬运沉积大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集合体（土） 土固相液相气相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质 2.1 概述固体矿物颗粒 （固相）土中气体（气相） 土中水（液相）土的三相组成(2)次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不相同,高岭石、伊利石、蒙脱石等特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点 2. 土粒粒组（1）粒度、粒组、界限粒径的概念（2）土粒粒组的划分粘粒粉粒砂粒圆粒碎石块石0.0050.075260200巨粒粗粒细粒3土的颗粒级配 工程上将各种不同的土粒按其粒径划分为若干粒组，土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数），称为土的颗粒级配 （1）土的颗粒级配(2)颗粒粒径级配曲线 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）的曲线。

土的颗粒级配曲线（3）颗粒级配的描述 不均匀系数Cu 描述颗粒级配的不均匀程度 曲率系数Cc 描述颗粒级配曲线整体形态 连续级配土，Cu5的土视为级配不良的土； Cu5的土视为级配良好的土不连续级配土，同时满足Cu5和Cc=13时，为良好级配土d10、d30、d60为小于某粒径的土粒含量为10%、 30%和60%时所对应的粒径（1）筛分法用一套孔径不同的标准筛，按从上至下筛孔逐渐减小放置将风干的试样土倒进筛内然后摇振，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数 试验方法筛分法：适用于0.075mmd60mm比重计法:适用于d0.075mm4 颗粒分析试验筛分法（d0.075mm的土）（2）比重计法 利用大小不同的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量v2.2.2土中的水和气 1.土中水的存在形态强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体 弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱，是塑性性有可塑性的原因v2土中气体 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体（1）非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大 （2）封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时 3 粘土颗粒与水的相互作用（1）粘土颗粒表面的带电现象 粘土颗粒表面带有负电荷，在直流电的作用下土颗粒向正极移动，工程上利用这一特性进行电渗排水。

2）双电层与扩散层的概念（3）影响扩散层的因素4 土的冻胀（1） 土的冻胀现象及其危害（2）影响冻胀的因素 土的因素 冻胀现象通常发生在细粒土中，粉砂、粉土、粉质粘土和粉质亚砂土冻胀明显 水的因素 有水源补给时冻胀现象明显 温度因素 气温下降缓慢，强度小，负温持续时间常，冻胀明显2.2.3土的结构和构造 1 土的结构：土粒的大小、形状、相互排列及连接关系等特征 （1）单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构. 特点:土粒间点与点接触根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态 密实状态疏松状态(2)蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构 3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构 蜂窝结构絮状结构v2土的构造 土的构造是指土体中各结构单元之间的关系主要特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性 （1）层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成层特征 （2)裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 2.3 土的物理性质指标v2.3.1土的三相图及指标定义 n1 三个基本试验指标 （1）土的密度：单位体积土的质量 气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V（2)土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.702.75；砂土一般为2.65左右。

土中有机质含量增加，土粒相对密度减小(3)土粒相对密度ds：土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比 气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V2.反映单位土体质量和重力的指标（3）饱和密度sat ：土体中孔隙完全被水充满时单位体积质量 （2）干密度d ：单位体积土中固体颗粒部分的质量 （4）浮密度 ：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差 气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V（1）天然密度 v3 反映土的空隙特征和含水程度的指标 气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V（1）孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比 （3）土的饱和度Sr ：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度干土Sr=0,饱和土Sr=100%砂土根据饱和度分为三种状态: （2）孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示 Sr50%稍湿； 50Sr80%很湿； Sr80%饱和v2.3.2指标间的换算气水土粒dsw Vs11+e质量m体积V土的三相指标中，土粒比重ds ，含水量和密度是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标Vv=edsw ds（1）w 推导：换算关系式：v例题分析 n【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。

若土粒的相对密度ds为2.66，求该土样的含水量、密度、重度 、干重度d 、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度 【解答】2.4 无粘性土的密实度 2.4.1无粘性土的密实度的划分1.孔隙比e 孔隙比e可以用来表示粉砂土的密实度对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态孔隙比愈大，土愈松散 优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素0.90.75中密密实稍密2.相对密实度DrDr0.33疏松状态0.33Dr0.67中密状态0.67Dr1密实状态优点：计入土的级配因素，理论上比较完善缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin的测定受人为的影响较大砂土的密实度划分分别为砂土在最松散状态、天然状态、最密实状态时的孔隙比3.按动力触探确定无粘性土的密实度 天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002) 密实度按N评定砂石密实度 按N63.5评定碎石土密实度 松散稍密中密密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.5204 碎石土的野外鉴别2.5 粘性土的物理特性2.5.1粘性土的界限含水量1 界限含水量:粘性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量称为土的界限含水量2 界限含水量的测定 0固态可塑状态流动状态塑限P液限L半固态缩限s液限：锥式液限仪、碟式液限仪、液塑限联合测定仪塑限：搓条法，液塑限联合测定法3 界限含水量的测定方法规定与比较（2）碟式液限仪测定的液限大于锥式液限仪测定的液限。

液限塑限锥式液限仪液塑限联合测定仪碟式液限仪测定搓条法（1）测定方法规定液塑限联合测定仪下沉深度为10mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限 2.5.2粘性土的塑性指数和液性指数1 塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中粘粒含量有关粘粒含量越多,塑性指数就越高 说明：液性指数表征土抵抗外力的量度,其值越大,表示抵抗外力的能力越小.根据IL值可以直接判定土的软硬状态 2 液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比 状态液性指数坚硬硬塑可塑软塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1v例题分析 n【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度ds=2.7,含水量=9.43%,天然密度=1.66/cm3已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态 【解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度中密状态2.5.3 粘性土的灵敏度和触变性1 灵敏度低灵敏中等灵敏高灵敏2 触变性 粘性土结构遭到破坏，强度降低，但随着时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性。

2.6 土的渗透及渗流v2.6.1土的渗流定律1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究结论：水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比v=ki达西定律水力梯度，即沿渗流方向单位渗流长度的水头损失 1 达西定律（1）达西渗流试验（2） 达西定律适用范围与起始水力坡降达西定律砂土的渗透速度与水力梯度呈线性关系 密实的粘土，需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透;同时渗透系数与水力坡降的规律还偏离达西定律而呈非线性关系 达西定律适用于层流，不适用于紊流v=kiivO砂土ib起始水力坡降虚直线简化0iv密实粘土v2 土的渗透系数时间t内流出的水量(1)常水头试验 整个试验过程中水头保持不变 适用于透水性大（k10-3cm/s）的土，例如砂土 (2)现场抽水试验v3 影响渗透系数的因素（1）土粒大小与级配 细粒含量愈多，土的渗透性愈小，例如砂土中粉粒及粘粒含量愈多时，砂土的渗透系数就会大大减小 （2）土的密实度 （3）水的动力粘滞系数 同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小 动力粘滞系数随水温发生明显的变化水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。

4.土中封闭气体含量 土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低封闭气体含量愈多，土的渗透性愈小v2.6.3渗透力和临界水头梯度1.渗透力水流流经这段土体，受到土颗粒的阻力，阻力引起的水头损失为h说明：渗透力j是渗流对单位土体的作用力，是一种体积力，其大小与水力坡降成正比，作用方向与渗流方向一致，单位为kN/m3 h2h1h21L2.临界水力梯度 当土颗粒的重力与渗透力相等时，土颗粒不受任何力作用，好像处于悬浮状态，这时的水力梯度即为临界水力梯度 在工程计算中，将土的临界水力梯度，除以某一安全系数Fs(23)，作为允许水力坡降i设计时，为保证建筑物的安全，将渗流逸出处的水力坡降控制在允许坡降i内v2.6.4渗透破坏与控制1.流土 渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土粒群同时发生悬浮、移动的现象 流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏 2.管涌 在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象 土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。

管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏 3.流土与管涌的判别渗透破坏的形式与土的类别、颗粒级配以及水力条件等因素有关 粘性土由于粒间具有粘聚力，粘结较紧，一般不出现管涌而。