土力学地基基础 课件 21第二章土的性质及工程分类.ppt
土力学与地基基础,姬凤玲,深圳大学土木工程学院,第二章土的性质及工程分类,土的三相组成,土的物理性质指标,土的物理状态指标,地基土的工程分类,土的渗透及渗流,土的压实特性,土中气体 气相 次要作用,固体颗粒 固相 构成土体骨架 起决定作用,土中水 液相 重要影响,土体的三相构成,第一节、土的三相组成,土样三相组成示意图,第一节、土的三相组成,一、土的固体颗粒,固体颗粒的组成成分,固体颗粒的大小,无机矿物,土颗粒,有机质,原生矿物,次生矿物,固体颗粒的组成成分,矿物成分原生矿物,1、岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。,3、构成粗粒土，颗粒大、比表面积小，抗水性和抗风化作用强，工程性质稳定。,2、一般颗粒较粗，呈粒状。有圆状、浑圆状、棱角状等。,粗颗粒的形状,岩浆的运移冷凝,矿物成分次生矿物,1、原生矿物经化学风化作用后而形成的新矿物。主要为粘土矿物。,3、是粘性土固相的主要成分，颗粒小、比表面积大，与水作用强。,2、颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状。,粘土颗粒的形状,粘 土 矿 物,粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶胞所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。,硅片 铝片,粘 土 矿 物,粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。,硅片 铝片,晶层间通过氢键联结，联结力强，晶格不能自由活动，水难以进入晶格间能组叠很多晶层，多达百个以上，成为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-3m，厚约0.03-1m。主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨胀和失水收缩，或者说亲水能力差。,粘 土 矿 物,依硅片和铝片组叠形式的不同，可分成如下三种类型：,高岭石 蒙特石 伊利石,晶层间是O2-对O2-的连结，联结力很弱，水很容易进入晶层之间。每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒大小约为0.1-1m，厚约m。主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水能力强。,粘 土 矿 物,依硅片和铝片组叠形式的不同，可分成如下三种类型：,高岭石 蒙特石 伊利石,粘 土 矿 物,是云母在碱性介质中风化的产物。与蒙特石相似，由两层硅片夹一层铝片所形成的三层结构，但晶层之间有钾离子连结。主要特征：连结强度弱于高岭石而高于蒙特石，其特征也介于两者之间。,依硅片和铝片组叠形式的不同，可分成如下三种类型：,高岭石 蒙特石 伊利石,粒组：工程上把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组。,d(mm),砾石,砂粒,粉粒,粘粒,胶粒,60,2,0.075,0.005,0.002,0.25,0.5,5,20,粗,中,细,粗,中,细,0.075,粗粒,细粒,粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。,巨粒,60,界限粒径,固体颗粒的大小,固体颗粒-粒组,固体颗粒-粒径级配,粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分 数来表示 分析方法：筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土 常采用比重计法 表述方法:粒径级配累积曲线,固体颗粒的大小,固体颗粒-粒径级配,孔径105.02.01.00.50.250.1(0.075),200g土,筛余010161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P100958778665536,土的粒径级配累积曲线,水分法,筛分法,固体颗粒的大小,固体颗粒 级配曲线,d60,d50,d10,d30,特征粒径:,斜率:某粒径范围内颗 粒的含量 陡-相应粒组含量多 缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏,d50:平均粒径d60:控制粒径d10:有效粒径d30,固体颗粒的大小,土的粗细度：用d50 表示土的不均匀程度：用不均匀系数：Cu=d60/d10 表示，Cu 5，称为不均匀土，反之称为均匀土连续程度:用曲率系数 Cc=d302/(d60 d10)度量,Cc=13为连续级配,3或1为不连续级配,固体颗粒 级配曲线,小于某粒径之土质量百分数（）,粒径(mm),土的粒径级配累积曲线,d60,d50,d10,d30,固体颗粒的大小,小于某粒径之土质量百分数（）,粒径(mm),土的粒径级配累积曲线,d60,d10,d30,缺少小颗粒，Cc缺少大颗粒，Cc,Cc=13,级配连续,曲率系数举例,固体颗粒的大小,粒组含量用于土的分类定名；不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu 5为不均匀土；Cu 5为 均匀土 曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=13为级配连续土；Cc3 或 Cc3 或Cc1为 级配 不良的土,粒径级配曲线和指标的应用,固体颗粒的大小,二、土中的水,土中水,矿物内部的水结晶水,土孔隙中的水,结合水,非结合水,强结合水,弱结合水,液态水,重力水,毛细水,气态水,固态水,-强结合水：排列致密，密度范围1.22.4g/cm3 冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性 温度高于105C110C时可蒸发-弱结合水：密度范围1.11.74g/cm3 外力作用下可以移动温度高于105C110C时可蒸发,粘土颗粒,引力,d,水分子,阳离子,强结合水,弱结合水,自由水,土中水 结合水,结合水：受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水,毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的作用重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流动,土中水 自由水,自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水,hc,毛细水,重力水,毛细管,hc,土中毛细水上升高度,T,2r,上升高度,r2hcw=2rTcos,毛细水上升高度与孔径成反比,粘土粉土砂土砾石,三、土中的气体,与大气相通,无影响，易挤出,与大气不相通（空气、水气、天然气）,压力作用下可压缩或溶解,封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，使土的弹性增大，延长了土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。,第二节、土的物理性质指标,一、直接指标,二、间接指标,通过试验测定得到,通过直接指标换算得到,一、直接指标,土的密度和容重,土的比重Gs,土的含水率,土的密度和容重,单位体积土的质量，用表示,定义：,单位：,g/cm3,表达式：,定义：单位体积土的重量，用表示,单位：KN/m3,表达式：,测定方法：环刀法、灌砂法,土的密度和容重,土的比重Gs,定义：土的固体颗粒质量与同体积4时纯水的质量之比（无因次）。,表达式：,土的比重Gs,测定方法：比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重,定义：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示,含水率,表达式：,测定方法：烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在105110下烘干，称干土的质量。,含水率,二、间接指标,土的孔隙比e,土的孔隙率n,土的饱和度Sr,干密度d、干容重d,饱和密度sat与饱和容重sat,浮密度 与浮容重,土的孔隙比e,定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示表达式：,土中孔隙率n,定义：土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示.表达式：,土的饱和度Sr,定义：水在孔隙中充满的程度。表达式：,干密度d、干容重d,定义：单位体积内土粒的质量或重量.表达式：,饱和密度sat与饱和容重sat,定义：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量表达式：,浮密度 与浮容重,定义：地下水位以下的土，土中固体颗粒的质量减去固体颗粒排开水的质量与土样体积之比。表达式：,各种密度之间的比较,筛分法,适用于粒径大于0.075mm的土,土的粒径级配颗（粒）分试验,比重计法,土的粒径级配颗（粒）分试验,适用于粒径小于0.075mm的土,
