土力学第二章土的工程性质及工程分类课件.ppt

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1、土力学第二章 土的性质及工程分类主讲教师：张成兴,土力学,第二章 土的性质及工程分类,2.1 概述2.2 土的三相组成及土的结构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 土的渗透性2.7 土的压实原理2.8 地基土的工程分类,第二章 土的性质及工程分类2.1 概述,土是指： 连续坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式，在各种自然环境中生成的沉积物。,风化,搬运、沉积,2.1 概 述, 什么是土？,土是指：风化岩石地球颗粒堆积物地球搬运、沉积2.1 概,卵 石,粘土,砂,砾石料,卵 石粘土砂 砾石料, 一般固体： 液体： 土体（散粒）

2、：,可保持固定的形状,不具有特定的形状,具有一定但不固定的形状, 一般固体：可保持固定的形状不具有特定的形状具有一定但不固,碎散性,土有哪些特点？,非连续介质,受力以后易变形 体积变化主要是孔隙变化 剪切变形主要由颗粒 相对位移引起 强度低,岩石风化的产物,碎散性土有哪些特点？非连续介质 受力以后易变形岩石风化的,多相介质,三相性（三相体系）,土有哪些特点？,固相土骨架液相水气相空气,多相介质三相性土有哪些特点？固相土骨架,天然性（自然变异性）,自然界的产物,土有哪些特点？,非均匀性各向异性结构性时空变异性,天然性自然界的产物土有哪些特点？非均匀性,碎散性,三相性,天然性,力学特性复杂,变形特

3、性 强度特性 渗透特性,土有哪些特点？,碎散性三相性天然性力学特性复杂 变形特性 土有哪些特点？,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,2.2 土的三相组成及土的结构,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2,一. 固体颗粒,物理力学特性,组成情况,矿物成分,大小和形状,2.2 土的三相组成及土的结构,一. 固体颗粒物理力学特性组成情况矿物成分大小和形状 2.,2.2.1 土的固体颗粒矿物成分,原生矿物 石英、长石、云母次生矿物 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:复合的铝-硅酸盐晶体，颗粒程片状。由硅片和铝片

4、构成的晶胞所组合而成,土的固体颗粒物质分为无机矿物颗粒和有机质,2.2.1 土的固体颗粒矿物成分原生矿物 石英、长,硅片的结构,基本单元：硅-氧四面体,2.2.1 土的固体颗粒矿物成分,硅片的结构基本单元：2.2.1 土的固体颗粒矿物成分,铝片的结构,基本单元：铝-氢氧八面体,2.2.1 土的固体颗粒矿物成分,铝片的结构基本单元：2.2.1 土的固体颗粒矿物成分,粘土矿物的结晶格架,蒙脱石,伊利石,粒径比表面积胀 缩 性强度压 缩 性,大10-20m2/g小大小,中80-100m2/g中中中,小800m2/g大小大,9克蒙脱石的总表面积大约与一个足球场一样大,高岭石（氢键联结）粘土矿物的结晶格

5、架蒙脱石伊利石粒径大中,砂粒与粘粒,砂粒与粘粒,原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状次生矿物 针状、片状、扁平状,2.2.1 土的固体颗粒颗粒形状,原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状2.2.1 土的固体颗粒,2.2.1 土的固体颗粒粒组,粒径：颗粒的大小通常以直径表示。称为粒径（mm）或粒度。粒组：工程上常把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。,2.2.1 土的固体颗粒粒组粒径：颗粒的大小通常以直径表,2.2.1 土的固体颗粒粒组,卵石或碎石颗粒 (20200mm)圆砾或角砾颗粒 (220mm)砂 (0.0752mm),粉粒(0.0050.075mm)粘粒(0.00

6、5mm),2.2.1 土的固体颗粒粒组土颗粒巨粒(200mm)卵,粘土,细砂,粗砂,碎石,卵石,碎石,粘土,粘土细砂粗砂碎石卵石碎石粘土,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配,土的颗粒级配 土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组的土粒的相对含量。土的颗粒级配定义：土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重的百分数表示，称为土的颗粒级配。,土的颗粒级配分析方法 列表法（P7） 颗粒级配曲线法,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配土的颗粒级配土的颗粒级配,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配,试验结果可绘制在半对数坐标上 纵坐标：小于某粒径的土粒质量百分数 横坐标：使用对数尺度表示土的粒径

7、，可以把粒径相差上千倍的粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有主要影响的颗粒部分清楚地表达出来。,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配 试验结果可绘制在半,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配,土力学第二章土的工程性质及工程分类课件,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配,不均匀系数：曲率系数：,小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的60%时的粒径-限定粒径（d60）。小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的30%时的粒径-中值粒径（d30） 。小于某粒径的土粒含量占总土颗粒质量的10%时的粒径-有效粒径（d10） 。,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配不均匀系数：

8、曲率系,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配,不均匀系数：可以反映大小不同粒组的分布情况，Cu越大表示土粒大小分布范围广，级配良好。 曲率系数：描述累积曲线的分布范围，反映曲线分布的整体形态，表示是否有某粒组缺失的情况。,Cu5 ，Cc13,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配不均匀系数：可以反映大小,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配分析方法,颗粒分析试验 筛分法：粒径600.075mm 静水沉降法（沉降分析法）：粒径0.075mm,2.2.1 土的固体颗粒颗粒级配分析方法颗粒分析试验,2.2.1 土的固体颗粒筛分法,筛分法,筛析机,2.2.1 土的固体颗粒筛分法筛分法筛析机,2.2.1 土的固体颗粒

9、比重瓶法,2.2.1 土的固体颗粒比重瓶法,2.2.1 土的固体颗粒比重瓶法,2.2.1 土的固体颗粒比重瓶法,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P%958778665536,土的粒径级配累积曲线,水分法,10200g101009080706050403020100,颗粒级配,粒径级配累积曲线及指标的用途：,1）粒组含量用于土的分类定名；,2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土； Cu 5, 均匀土,3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 3, 级配连续土；

10、 Cc 3 或 Cc 1,级配不连续土,4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu 5且 C c = 1 3 ， 级配 良好的土； 如果 Cu 3 或 Cc 1, 级配 不良的土,颗粒级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分,2.2.2 土中水和气土中水,土中水-土中水是土的液相组成部分。水对无粘性土的工程地质性质影响较小，但粘性土中水是控制其工程地质性质的重要因素，如粘性土的可塑性、压缩性及其抗剪性等，都直接或间接地与其含水量有关。,2.2.2 土中水和气土中水 土中水-土中水是土的,土中水按存在形态分：,固态水：矿物内部结晶水或内部结合水，存在于土粒

11、矿 物的晶体格架内部或是参与矿物构造的水。根据对土的工程性质的影响，可把矿物内部结合水当做土体矿物颗粒的一部分，在比较高的温度下（80-680）才能化为气态水而与颗粒分离。气态水：土中气的一部分。液态水：井水，河水，海水等。,2.2.2 土中水和气土中水,土中水按存在形态分：固态水：矿物内部结晶水或内部结合水，存在,2.2.2 土中水和气-土中水,粘土颗粒表面带电现象,Ruess（列伊斯）1807年。,阳极管中水自下而上浑浊，说明粘土颗粒在向阳极移动，同时管中水位逐渐下降； 阴极管内水仍是清澈的，水位在逐渐升高。 说明粘土颗粒带有负电荷。,固体颗粒在直流电作用下向某一电极移动的现象称为电泳，而

12、水分子向相反电极移动的现象称为电渗。,2.2.2 土中水和气-土中水粘土颗粒表面带电现象Rues,2.2.2 土中水和气,土中液态水,自由水,结合水,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的成薄膜状的水。,自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。,2.2.2 土中水和气土中液态水自由水 结合水强结合水弱结,2.2.2 土中水和气结合水,强结合水特点：紧靠土粒表面，其性质接近于固体，密度为1.2-2.4g/m3，冰点-78，不能传递静水压力，具有极大的粘滞度，弹性和抗剪强度。,2.2.2 土中水和气结合水 强结,2.2.2 土中水和气结合水,弱结合水

13、特点：这层水不是接近于固态而是一种粘滞水膜。受力时能由水膜较厚处缓慢转移到水膜较薄处，也可以因电场引力从一个土粒的周围移到另一个颗粒的周围。即弱结合水膜能发生变形，但不因重力作用而流动。弱结合水的存在是粘性土在某一含水量范围内表现出可塑性的原因，土的冻胀也与弱结合水的性质有关，此部分水对粘性土的影响最大。,2.2.2 土中水和气结合水 弱结,2.2.2 土中水和气自由水,自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水，它的性质与普通水一样，能够传递静水压力，冰点为0 ，有溶解盐类的能力。按所受作用力的不同，可分为重力水和毛细水两种。,2.2.2 土中水和气自由水 自由,2.2.2 土中水和气自

14、由水,重力水是存在于地下水位以下，土颗粒电分子引力范围以外的水，存在水头差的时候产生流动，对土颗粒及结构物有浮力作用。 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力的作用，存在于地下水位以上的透水层中自由水。,2.2.2 土中水和气自由水 重力,毛细水：受到水与空气交界面处表面张力的作用，存在于地下水位以上透水层中自由水。,2.2.2 土中水和气毛细水,毛细现象：指土中水在表面张力作用下，沿着细的孔隙向上及向其他方向移动的现象。,毛细水：受到水与空气交界面处表面张力的作用，存在于地下水位以,毛细水危害：若毛细水上升至地表， 会引起土质盐渍化、沼泽化，而且会使地基湿润、强度降低、变形增大。在寒冷地区还会

15、促使土的冻胀，地下室会过分潮湿，故在工程中要注意防潮、防冻。,2.2.2 土中水和气毛细水,毛细压力：由于土粒表面的湿润作用，使毛细水形成弯液面。在水和空气分界面上产生的表面张力总是沿着弯液面切线方向作用的，它促使两个土颗粒互相靠拢，在土粒接触面上产生一个压力，这个压力称为毛细压力，也称为毛细粘聚力。,毛细水危害：若毛细水上升至地表， 会引起土质盐渍化、沼泽化，,土的冻胀：当大气负温传入土中时，土中的自由水首先冻结成冰晶体，随着气温的继续下降，弱结合水的最外层也开始冻结，使冰晶体逐渐扩大。这样使冰晶体周围土粒的结合水膜减薄，土粒就产生剩余的分子引力。由于结合水膜的减薄，使得水膜中的离子浓度增加

16、，产生了渗透压力。在这两种引力作用下，下卧未冻结区水膜较厚处的弱结合水被吸引到水膜较薄的冻结区，并参与冻结，使冰晶体增大，而不平衡引力继续存在，只要有水源补给，未冻结区的水分就会不断向冻结区迁移和积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形成冰夹层，土体随之发生隆起，即冻胀现象。,2.2.2 土中水和气土的冻胀,土的融陷现象：当气温升高，土层解冻时，土中积聚的冰晶体融化，土体随之下陷，即出现融陷现象。,土的冻胀：当大气负温传入土中时，土中的自由水首先冻结成冰晶体,2.2.2 土中水和气土的冻胀,冻胀危害：冻胀和融陷都将对工程产生不利影响，特别是高寒地区，发生冻胀时，使路基隆起，柔性路面鼓包，开裂，刚性路

17、面错缝或折断；修建在冻土上的建筑物，冻胀引起建筑物开裂、倾斜甚至使轻型构筑物倒塌。而发生融陷后，路基土在车辆反复碾压下，轻者路面变得较软，严重路面翻浆，也会使房屋、桥梁、涵管发生大量下沉或不均匀下沉，引起建筑物的开裂破坏。,影响冻胀因素：土的因素：细粒土，如粉砂、粉土、粉质粘土和粉质亚砂土。水的因素：由水分的迁移和积聚所致。3. 温度的因素：气温骤降或缓慢下降。,结论：在持续负温作用下，地下水位较高处的粉砂、粉土、粉质粘土等土层常具有较大的冻胀危害。,2.2.2 土中水和气土的冻胀冻胀危害：冻胀和融陷都将对,2.2.2 土中水和气土中气,与大气相通,无影响，易挤出,与大气不相通（空气、水气、天

18、然气）,压力作用下可压缩或融解,2.2.2 土中水和气土中气 与大气相通无影响，易挤出,2.2.3 土的结构与构造土的结构,土的结构性土的组成与物理性质并不能完全决定土的性质，土的结构对土的性质具有很大的影响，这种特性称为土的结构性（土的结构是指土颗粒或集合体的大小和形状，表面特征，排列形式以及它们之间的连接特征）。单粒结构、蜂窝状结构、絮凝结构。,2.2.3 土的结构与构造土的结构土的结构性土的组成与,2.2.3 土的结构与构造单粒结构,特点： 单粒结构是由粗大土粒在水或空气中下沉而形成的。土粒间存在点与点的接触，随着它的形成条件的不同，可形成密实的或者疏松的状态。（碎石土和砂土）,2.2.

19、3 土的结构与构造单粒结构,2.2.3 土的结构与构造单粒结构,疏松状态： 骨架不稳定，在荷载作用下，特别是在震动荷载作用下会使土粒移向更稳定的位置而更加密实，同时产生较大的变形。未经处理不宜作为建筑物的地基。,2.2.3 土的结构与构造单粒结构疏松状态：,2.2.3 土的结构与构造单粒结构,密实状态： 土粒排列紧密，在动荷载及静荷载作用下都不会产生较大沉降，强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基。,单粒结构的松密程度取决于矿物成分、颗粒形状、级配情况。,2.2.3 土的结构与构造单粒结构密实状态：单粒结构的松,2.2.3 土的结构与构造蜂窝结构,土粒下沉过程中，土粒间的分子吸力大于下沉土

20、粒重量形成链环状单元，很多这样的链环状单元联接起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构，蜂窝状结构常在粉土、粘土类中遇到。具有蜂窝结构的土有很大孔隙，但由于弓架作用使其可以承担一般的水平荷载，当承受较高水平荷载和动荷载，结构破坏，导致严重地基沉降。,2.2.3 土的结构与构造蜂窝结构土粒下沉过程中，土粒间,2.2.3 土的结构与构造絮凝结构,微小的粘粒，重量极轻，靠其自重在水中下沉，极为缓慢，由于土粒间的吸引力形成土粒集合体团粒而下沉。主要存在于海积粘土中。孔隙很大，强度低、压缩性高、对扰动比较敏感，土粒间的联接强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强。,2.2.3 土的结构与构造絮凝结构微小的粘粒，重

21、量极轻，,2.2.3 土的结构与构造土的结构,三种结构中密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状为其次，絮凝结构土工程性质最差。后两种结构土，如果因振动其天然结构被破坏的话，强度很低，压缩性大。因此未经处理不能作为天然地基。,2.2.3 土的结构与构造土的结构,2.2.3 土的结构与构造土的构造,裂隙、节理构造,粘性土或淤泥质粘性土夹层 层理构造,土的构造是指土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征，亦称宏观结构。,2.2.3 土的结构与构造土的构造 粘性土或淤泥质粘性土,土的物理状态松密程度软硬程度,土的物理性质(松密程度、干湿程度、轻重程度),工程性质,间接反映,直接反映,2.3 土的物理性质指标

22、,土的三相的体积和质量上的比例关系,取决于,土的物理状态土的物理性质工程性质间接反映直接反映2.3 土,2.3 土的物理性质指标,表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系的指标，称为土的三相比例指标。主要指标有：相对密度、天然密度、含水量（这三个指标需用实验室实测）和由它们三个计算得出的指标干密度、饱和密度、孔隙率、孔隙比和饱和度。注意：土的三相比例指标是其物理性质的反映，但与其力学性质有内在联系，显然固相成分的比例越高，其压缩性越小，抗剪强度越大，承载力越高。,2.3 土的物理性质指标 表示土的三,2.3 土的物理性质指标,1. 土的三相关系示意图,2.3 土的物理性质指标1. 土的三相

23、关系示意图,土的天然密度一般用“环刀法”测定。,天然状态下土的密度变化范围很大，一般为1.6-2.2 。,土单位体积的质量称为土的天然密度。单位：,1）土的天然密度,2. 三个基本试验指标,土的天然密度一般用“环刀法”测定。 天然状态下土的密度变化,土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）。,含水量 是表示土湿度的一个重要物理指标。,土的含水量一般采用“烘干法”测定。,2）土的含水量,土中水的质量与土粒质量之比（用百分数表示）。 含,土的固体颗粒质量与同体积4时纯水的质量之比。 土粒密度 纯水在4时的密度,土的相对密度可在实验室采用“比重瓶法”测定。,3）土粒相对密度,土的相对密度可在实验室

24、采用“比重瓶法”测定。3）土粒相对密度,3. 反映土单位体积质量的指标,1）土的干密度,土单位体积中固体颗粒部分的质量。,工程上常用土的干密度来评价土的密实程度，以控制填土、高等级公路路基和坝基的施工质量。,2）土的饱和密度,土孔隙中充满水时的单位体积质量。,3. 反映土单位体积质量的指标1）土的干密度土单位体积中固体,3）土的有效密度,在地下水位以下，单位体积中土粒的质量扣除同体积水的质量后，即为单位土体积中土粒的有效质量。,4. 反映土的孔隙特征，含水程度的指标,1）土的孔隙比,土中孔隙体积与土的颗粒体积之比。,3）土的有效密度 在地下水位以下，单位体积中土,土的孔隙率是土中孔隙体积与总体

25、积之比（百分数表示）。,2）土的孔隙率,土的孔隙比和孔隙率都是反映土体密实程度的重要物理性质指标，一般情况下，孔隙比和孔隙率越大，土愈疏松，反之，土愈密实。,3）土的饱和度,土中水的体积与孔隙体积之比，以百分率计。,土的饱和度反映了土中孔隙被水充满的程度。,土的孔隙率是土中孔隙体积与总体积之比（百分数表示）。,上述土的三相比例中，天然密度、含水量和相对密度三个指标是通过试验测定的。在测定这三个指标后，可导出其余各个指标。,5. 指标换算,上述土的三相比例中，天然密度、含水量和相对密,密度,干密度,令,密度 干密度 令,孔隙比,饱和密度,有效密度,孔隙率,饱和度,孔隙比 饱和密度 有效密度 孔隙

26、率 饱和度,例2.1一块原状土样，经试验测得土的三个基本试验指标：,求孔隙比，孔隙率和饱和度。,解：,答：经计算得到孔隙比e为0.805，孔隙率n为44.6%，饱和度Sr为42.8%。,例2.1一块原状土样，经试验测得土的三个基本试验指标：,2.4 无粘性土的密实度,本次课主要内容：1. 无粘性土的密实度（2.4）；2. 粘性土的物理特性（2.5）；,本次课重点难点：重点：掌握反映无粘性土密实度的指标“相对密实度”、砂土的密实度状态分类、粘性土的液限、塑性、灵敏度、触变性等物理特性。难点：塑限液限测定方法（试验），粘性土的物理特性和工程实际有哪些关联？,2.4 无粘性土的密实度本次课主要内容：

27、本次课重点难点：,2.4 无粘性土的密实度,无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。 密实度的评价方法有三种： 1、 室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 2、 利用标准贯入试验等原位测试方法 3、 野外观测方法 （用于碎石土）,无粘性土：指含粘土颗粒较少，透水性大的土，包括粗粒土和粉土。,粉土的物质组成、结构构造、物理力学性质接近于砂土。,2.4 无粘性土的密实度无粘性土

28、的密实度指的是碎石土和砂土,2.4 无粘性土的密实度,判别无粘性土密实程度,孔隙比e,颗粒的形状和级配对孔隙比有着极大的影响,孔隙比e未能考虑级配的因素,最松散状态-最大孔隙比,最密实状态-最小孔隙比,土粒粒径较均匀时-差值较小,土粒粒径不均匀时-差值较大,综合反映土粒级配、土粒形状和结构等因素。,2.4 无粘性土的密实度判别无粘性土密实程度孔隙比e颗粒的,2.4 无粘性土的密实度,相对密实度：砂土的密实程度并不完全取决于天然孔隙比，而很大程度上取决于土的级配情况，相对密实度同时反映了孔隙比和级配的影响，以Dr表示。,最小孔隙比是最紧密状态的孔隙比，用“振击法”测定。最大孔隙比是土处于最疏松状

29、态时的孔隙比，用“松砂器法”测定。,相对密实度对于土作为土工构筑物和地基的稳定性，特别是在抗震稳定性方面具有重要的意义。,2.4 无粘性土的密实度相对密实度：砂土的密实程度并不完全,虽然相对密实度从理论上能反映颗粒级配、颗粒形状等因素。但由于对砂土很难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。建筑地基基础设计规范（GB50007-2019）用标准贯入试验的锤击数来划分砂土的密实度。,砂 土 的 密 实 度,2.4 无粘性土的密实度标准贯入试验,虽然相对密实度从理论上能反映颗粒级配、颗,碎石土的密实度 碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列

30、、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分为密实、中密、稍密、松散四种。,2.4 无粘性土的密实度野外观测法,碎石土的密实度2.4 无粘性土的密实度野外观测法,松散,55%，绝大部分不接触,锹易挖掘，井壁极易坍塌,钻进很容易，冲击钻探时，钻杆无跳动，孔壁易坍塌,松散55%，绝大部分不接触锹易挖掘，井壁极易坍塌钻进很容易，,2.5 粘性土的物理特性,流动状态,可塑状态,固体状态,半固体状态,刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动,外力作用可塑成任何形状而不产生裂缝，当在外力去掉后仍能保持已获得的形状不变,水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩。,含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发

31、生破裂。,体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡。,2.5 粘性土的物理特性流动状态可塑状态固体状态 半固体状态,固态或半固态,塑态,流态,强结合水,弱结合水,自由水,含水量,w,固态或半固态塑态 流态 强结合水弱结合水自由水含水,2.5.1 粘性土的稠度与界限含水量,粘性土,0 ws w p w L,固态,半固态,可塑状态,流动状态,塑限,液限,缩限,粘性土的界限含水量： 同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。瑞典科学家阿特堡（Atterberg 1911）提出，这些界限含水量又称为阿特堡界限。,2.

32、5.1 粘性土的稠度与界限含水量粘性土0,界限含水量的测定方法： 塑限：搓条法 液限：锥式液限仪（碟式液限仪）。,2.5.1 粘性土的稠度与界限含水量,0 ws wp w L,固态,半固态,可塑状态,流动状态,塑限,液限,缩限,界限含水量的测定方法：2.5.1 粘性土的稠度与界限含水量,搓条法 锥式液限仪,2.5.1 粘性土的稠度与界限含水量,搓条法 锥式,可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小用土处在可塑状态时的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。塑性指数：指液限和塑限的差值（省去%号），即土处在可塑状态的含水量变化范围，用IP表示。,塑性指数

33、越大，表明土的颗粒越细，比表面积越大，土的粘粒或亲水矿物含量越高，土处在可塑状态的含水量变化范围越广。亦即塑性指数能综合反映土的矿物成分和颗粒大小的影响，故塑性指数常作为工程上对粘性土进行分类的依据。,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数,可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小用土处在可塑,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数,IP粘粒含量蒙脱石高岭石伊利石蒙脱石粘粒含量IPIP与矿物成,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数,液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用IL表示。即,液性指数表征天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑状态的土的液性指数在01之间；

34、液性指数大于1，处于流动状态；液性指数小于0，土处于固态或半固体状态。,天然含水量对粘性土的状态有很大影响，但对于不同的土，即使具有相同的含水量，如果它们的塑限、液限不同，所处的状态也不同，需要一个表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系的指标。,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数液性指数：粘性土的天,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数,建筑地基基础设计规范（GB50007-2019）规定，粘性土根据液性指数可划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种软硬状态。,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数状态坚硬硬塑可塑软塑,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数,注 意,由于液限和塑限目前

35、都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重作用已有很长的历史，它获得了一定的结构强度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定会发生流动。含水率大于液限只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。,2.5.2 粘性土的塑性指数与液性指数注 意 由,2.5.2 粘性土的天然稠度,在公路建设中，有时还用稠度来区分粘性土的状态。土的液限与天然含水量之差和塑性指数之比，称为土的天然稠度。,2.5.2 粘性土的天然稠度 在公路建设中，,天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度 衡量：,式中qu，qu 原状、重塑试样的无侧限抗压强

36、度。,2.5.3 粘性土的灵敏度和触变性,天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。,2.5.3 粘性土的灵敏度与触变性,土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后的强度降低就越明显。为此，在基础工程施工中必须注意保护基槽，尽量减少对土结构的扰动。,根据灵敏度将饱和粘性土分为：,2.5.3 粘性土的灵敏度与触变性 土的灵敏,2.5.3 粘性土的灵敏度与触变性,触变性：饱和粘性土当受扰动后，结构产生破坏，其强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间增大，这种特性称为触变性。 粘性土结构遭到破坏，强度降低，但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质称为土的触变性。,2.5.3 粘性土的灵敏度与触

37、变性触变性：饱和粘性土当受扰,2.7 土的压实性及动力特性,土的压实性指土体在压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力产生位移，使土中孔隙减小，密度增加的这种性质。土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀性。填土的密实度常以其干密度来表示。压实方法：碾压法，夯实法，振动三类。工程实践表明，对于过湿或者过干的粘性土土体都难以压实。只有在适当的含水量范围内才能压实。在一定的压实功（能）下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水量称为土的最优或最佳含水量，与其相对应的干密度则称为最大干密

38、度。,2.7 土的压实性及动力特性土的压实性指土体在压实能量作用,2.7 土的压实性及动力特性,压实原理：可以用结合水膜润滑理论及电化学性质来解释。,粘性土中含水量较低，土较干时，土粒表面的结合水膜较薄，水处于强结合水状态，土粒间距较小，粒间电作用力以引力占优势，土粒之间的摩擦力，粘结力都很大，所以土粒相对位移时阻力大，尽管有击实功作用，但也较难克服这种阻力，因此压实效果差。,随着含水量的增加，结合水膜增厚，土粒间距也逐渐增加，此时斥力增加而使土块变软，引力相对减小，压实功比较容易克服粒间引力而使土粒相互位移，趋于密实，压实效果好。,含水量继续增加时，粒间引力减小，但土中出现了自由水，水占据体

39、积越大，颗粒能够占据的相对体积就越小，击实过程中过多的水分不易排出，阻止土粒移动，所以干密度会变小，击实效果反而下降。,2.7 土的压实性及动力特性压实原理：可以用结合水膜润滑理,2.7.1 土的压实原理击实试验,轻型：粒径小于5毫米,重型：粒径小于20毫米,25下，分三层击实,56下，分5层击实,2.7.1 土的压实原理击实试验轻型：粒径小于5毫米重型,2.7 土的压实原理,2.7 土的压实原理,击实仪,击实仪,峰值：土的干密度随含水量的变化而变化，并在击实曲线上出现一个干密度峰值，只有当土的含水量达到最优含水量时，才能得到这个峰值。,击实曲线位于理论饱和曲线左边,击实曲线的形态。击实曲线在

40、最优含水量两侧左陡右缓，且大致与饱和曲线平行，表明土在最优含水量偏干状态时，含水量对土的密实度影响更为明显。,峰值：土的干密度随含水量的变化而变化，并在击实曲线上出现一个,2.7.2 影响击实效果的因素,含水量的影响击实功能的影响土的性质,2.7.2 影响击实效果的因素含水量的影响,含水率的影响当含水率较小时，土的干密度随着含水率的增加而增大，而当干密度增加到某一值后，含水率继续增加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，此时对应的含水率称为最优含水率。,2.7.2 影响击实效果的因素,含水率的影响2.7.2 影响击实效果的因素,2.7.2 影响击实效果的因素,1、土料的

41、最大干密度和最优含水率不是常数。最大干密度随击数的增加而逐渐增大，最优含水率则逐渐减小。但是这种增大或减小的速率是递减的，因而光靠增加击实功能来提高土的干密度是有一定限度的。,2、含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密度的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低则填土遇水后容易引起湿陷。,击实功的影响 ：,2.7.2 影响击实效果的因素1、土料的最大干密度和最优含,土类和级配的影响 ：同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指数越大，越难于压实；对于无粘性土，含水率对压实性的影响没有像粘性土

42、那么敏感，其击实曲线与粘性土不同，在含水率较大时得到较高的干密度。因此在无粘性土的实际填筑中同时需要不断洒水使其在较高含水率下压实。无粘性土通常用相对密实度来控制，一般不进行击实试验；级配良好的土易于压实，反之则不易压实 。,2.7.2 影响击实效果的因素,土类和级配的影响 ：2.7.2 影响击实效果的因素,工程实践中，用土的压实度或者压实系数来直接控制填方工程质量，压实系数定义为工地压实时要求达到的最大干密度与室内击实试验所得到的最大干密度之比值。,2.7.2 压实度（压实系数）,在工地对压实度进行检验，一般采用灌砂法、湿度密度仪法或核子密度仪来测定土的干密度和含水量。,工程实践中，用土的压

43、实度或者压实系数来直,2.7.2 压实度（压实系数）,2.7.2 压实度（压实系数）,2.7.3 砂土液化,液化：任何物质转化为液体的行为或过程。就无粘性土而言，这种由固体状态变为液体状态的转化是由于孔隙水压力增大和有效应力减小的过程。（美国土木工程协会岩土工程分部土动力学委员会）,土体液化是指饱和状态砂土或粉土在一定强度的动荷载作用下表现出类似液体性质而完全丧失承载力的现象。,2.7.3 砂土液化液化：任何物质转化为液体的行为或过程。,砂土液化宏观表现,液化的宏观表现是：喷水冒砂，地面下陷（震陷），建筑物产生巨大沉降和严重倾斜，甚至失稳。（滑坡、上浮）,砂土液化宏观表现 液化的宏观表现是：喷

44、水冒,处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构受到地震作用时将趋于密实，使孔隙水压力急剧上升，而在地震作用的短暂时间内，这种急剧上升的孔隙水压力来不及消散，使原有土颗粒通过接触点传递的压力减小，当有效压力完全消失时，土颗粒处于悬浮状态之中。这时，土体完全失去抗剪强度而显示出近于液体的特性，这种现象称为液化。,砂土液化机理,处于地下水位以下的饱和砂土和粉土的土颗粒结构,A. 土类；B. 土的密度；C. 土的初始应力状态；D. 往复应力强度与往复次数；,A. 土层的地质年代；,抗震设计,E. 地震烈度和持续时间。,D. 地下水位深度；,C. 液化土层的埋深；,B. 土的组成和密实程度；,影响土

45、液化的主要因素,A. 土类；A. 土层的地质年代；抗震设计E. 地震烈度和持,标准贯入试验判别,标准贯入试验设备由穿心锤（标准重量63.5kg ）、触探杆、贯入器等组成。试验时，先用钻具钻至试验土层标高以上15cm，再将标准贯入器打至试验土层标高位置，然后在锤的落距为76cm的条件下，连续打入土层30cm，记录所得锤击数为N63.5。,标准贯入试验判别 标准贯入试验设备由穿心锤（标,标准贯入试验锤击数临界值Ncr的确定：,当地面下15m深度范围内情况:,判别15-20m范围内土的液化可能性时，锤击数临界值Ncr,标准贯入试验锤击数临界值Ncr的确定： 当地面下15m深度范,2.8 地基土的工程

46、分类,2.8 地基土的工程分类,我国的分类方法至今尚未统一，不同的部门根据各自行业特点建立了各自的分类标准。一般对粗粒土主要按颗粒组成进行分类，粘性土则按塑性指数分类。目前国内应用于对土进行分类的标准、规程（规范）主要有以下几种： （1）建设部土的分类标准（GBJ145-90） （2）建设部建筑地基基础设计规范（GB20007-2019） （3）交通部公路土工试验规程（JTJ051-93） （4）水利部土工试验规程（SL237-2019）,2.8 地基土的工程分类,我国的分类方法至今尚未统一，不同的部门根据各自行业特点建立了,一、岩石 定义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。作为建筑

47、物地基，除应确定岩石的地质名称外，还应划分其坚硬程度、风化程度和完整程度。1. 按坚硬程度分为：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。2. 按岩石风化程度分为：未风化、微风化、中风化、强风化、全风化。3. 按完整程度分为：完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。4. 按成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。,2.8 地基土的工程分类,一、岩石2.8 地基土的工程分类,二、碎石土 1、定义：粒径d2mm的颗粒含量超过全重50%的土。 2、分类依据：土的粒组含量及颗粒形状。 3、定名：漂石、块石、卵石、碎石、圆砾、角砾。 4、工程性质：根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，可挖性与可钻性分为密实、中

48、密、稍密和松散四等。 常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。,2.8 地基土的工程分类,二、碎石土2.8 地基土的工程分类,2.8 地基土的工程分类,三、砂土 1、定义：粒径d2mm的颗粒含量不超过全重的50%，且粒径d0.075mm的颗粒超过全重50%的土。 2、密实度：密实、中密、稍密、松散四状态。 3、工程性质：砾砂、粗砂、中砂一般为良好地基；细砂、粉砂具体分析。,土的名称粒组含量砾砂粒径大于2mm的颗粒占全重25-50%。,2.8 地基土的工程分类,四、粉土定义：粒径d0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，且Ip10的土。组成：一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。分类：根据

49、粒径d1为松散状态，属软弱地基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。,2.8 地基土的工程分类 四、粉土,定义：是指粒径小于0.005mm的颗粒含量占大多数，塑性指数Ip10,2.8 地基土的工程分类,五、粘性土,土的名称 粉质粘土粘土塑性指数 10 IP 17IP,2.8 地基土的工程分类,工程实践表明，土的沉积年代对土的工程性质影响很大，不同沉积年代的粘性土，尽管其物理性质指标可能很接近，但其工程性质可能相差很悬殊。,根据岩土工程勘察规范（GB50021-2019）按土的沉积年代又分为：老粘性土、一般粘性土和新近沉积的粘性土。,老粘性土：第四纪晚更新世（Q3）及其以前沉积的粘性土。

50、广泛分布于长江中下游、湖南、内蒙古等地，沉积年代久，工程性能好。通常在物理性质指标相近的条件下，比一般粘性土强度高而压缩性低。但也存在例外。,一般粘性土：第四纪全新世（Q4，文化期以前）沉积的粘性土,工程中最常遇到，透水性较小，力学性质在各类土中属于中等。,新近沉积的粘性土：指文化期以来新近沉积的粘性土，沉积年代较短，结构性差，一般压缩尚未稳定，强度很低。,2.8 地基土的工程分类 工程实践表明，土的,2.8 地基土的工程分类,六、人工填土,人工填土是指由于人类活动而堆填形成的各类土。其物质成分杂乱，均匀性较差。根据其物质组成和成因可分为素填土、杂填土和冲填土三类。,素填土：由碎石、砂土、粉土