土质学与土力学 土的工程性质与分类.ppt

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1、,河北理工大学,第一讲 土的工程性质与分类,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1,河北理工大学,2,教学目标掌握土的物理性质和土的物理性质指标计算方法，掌握土的工程分类方法。教学基本要求1了解土的成因和组成2掌握土的物理性质指标3熟练掌握无粘性土和粘性土的物理性质4了解土的结构性和击实性5掌握土的工程分类原则，土的类别与其工程特性的关系,第一讲 土的工程性质与分类,参考文献1.国家标准:岩土工程勘察规范（GB5002194），中国建筑工业出版社，1995。2.国家标准:土工试验方法标准（GB/T501231999）。3.岩土工程手册编写委员会:岩土工程手册，中国建筑工业出版社，1994。,土

2、质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学,3,土的三相组成土的三项比例指标图的结构与构造粘性土的工程性质砂土地密实度分析 土的工程分类原理与方法,本讲内容,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学,4,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的生成,岩石,风化，剥蚀,水、风的搬运或就地沉积,物理风化：生成砂、砾等粗颗粒土。,化学风化：生成粘性土。,生物风化,土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土等。,特殊土：软土、黄土、红粘土等。,河北理工大学,土质学与土力学-绪论,5,1.1土的三相组成,河北理工大学,6,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,

3、河北理工大学,7,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,河北理工大学,8,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土颗粒的矿物成分,河北理工大学,9,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度成分,概念：工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况，这种指标称为粒度成分或者叫土的颗粒级配。,河北理工大学,10,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度成分,相互适应,河北理工大学,11,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度成分,表1-1 粒组划分标准

4、（GB 5002194）,表1-1 岩土工程勘察规范中粒组划分标准（GB 5002194）,河北理工大学,12,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-固相,土的粒度成分,表1-1 粒组划分标准（GB 5002194）,河北理工大学,13,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学,14,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学,15,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学,16,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土

5、的三相组成,土的粒度成分表示方法：,不均匀系数,级配良好的土,曲率系数,且,Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。,Cc3，中间颗粒偏多，小粒径颗粒偏少。,河北理工大学,17,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学轻工分院,18,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,河北理工大学轻工分院,19,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的粒度成分分析方法：,筛分法（0.075 mm以上）沉降分析法（0.075mm以下）,司笃克斯公式-土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比,河北理

6、工大学轻工分院,20,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成,土的形状：,圆形,菱角形,强度,河北理工大学,21,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,土中的水,河北理工大学,22,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,强结合水特点：密度大，可以达到1.51.8g/cm3；力学性质则类似于固体，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪切强度；不能传递静水压力，不能导电，也没有溶解能力；冰点是-78摄氏度,弱结合水特点是：密度较强结合水效，但相比普通液态水要大；具有较高的粘滞性，弹性，抗剪切强度；不能传递静水压力，不导电；冰点在0摄氏度以下，弱

7、结合水层的厚度是决定细粒土物理力学性质的重要因素。,河北理工大学,23,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,河北理工大学轻工分院,24,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-液相,自由水包括毛细水和自由水。毛细水-于公路路基土的干湿状态/建筑物的防潮有重要影响。重力水在重力或压力差作用下能在土中渗流，有浮力作用。,河北理工大学轻工分院,25,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.1土的三相组成-气相,饱和土,古典土力学,饱和土,非饱和土力学,河北理工大学轻工分院,26,土质学与土力学-土的工程性质与分类,1.2 土的三相含量指标,土的三相物质在体积

8、和质量上的比例关系称为三相比例指标,土的干燥与潮湿疏松与紧密最基本的物理性质指标,定义：,河北理工大学轻工分院,27,土质学与土力学-土的工程性质与分类,土的三相含量关系草图,0=ma,Vw,Vs,V,Va,mw,ms,m,V土样的体积Va土中空气的体积Vw水的体积Vs土粒的体积m土样的质量ma土中空气的质量mw水的质量ms土粒的质量之和,V=Va+Vw+Vs,m=ma+mw+ms,m=mw+ms,ma=0,气相,水（液相）,土粒（固相）,河北理工大学轻工分院,28,土质学与土力学-土的工程性质与分类,土的三相含量指标分类：（按照获取方式等可分为二类）,河北理工大学轻工分院,29,土质学与土力

9、学-土的工程性质与分类,1）土的密度,g/cm3,Mg/m3,g/cm3,kN/m3,有时为求解的方便，重力加速度g=10m/s2,试验方法:灌水法/灌砂法-现场测量封蜡法-干、硬的粘性土环刀法-湿土,一般土的密度：1.602.20 g/cm3常见种类：粘土-1.82.0;砂土-1.62.0;腐殖土-1.71.8,河北理工大学轻工分院,30,土质学与土力学-土的工程性质与分类,2）土粒密度,Ds=,g/cm3,Mg/m3,g/cm3,kN/m3,g/cm3,kN/m3,河北理工大学轻工分院,31,土质学与土力学-土的工程性质与分类,3）土的含水量,含水量常用测定方法：烘干法、燃烧法,含水量通常

10、以百分数表示它是描述土的干湿程度的重要指标,土的天然含水量变化范围：干砂-零蒙脱土-百分之几百。,河北理工大学轻工分院,32,土质学与土力学-土的工程性质与分类,土的三项草图,河北理工大学轻工分院,33,土质学与土力学-土的工程性质与分类,）孔隙比和孔隙率描述土体中空隙的体积,河北理工大学轻工分院,34,土质学与土力学-土的工程性质与分类,）土的饱和度,河北理工大学轻工分院,35,土质学与土力学-土的工程性质与分类,）土的饱和重度、有效重度和干重度,河北理工大学轻工分院,土质学与土力学-土的工程性质与分类,最大干重度和最优含水量,饱和线,土的干密度越大，土越密实，强度就越高，水稳定性也好；干密

11、度常用作填土密实度的施工控制指标。,36,河北理工大学轻工分院,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,37,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,38,土质学与土力学-土的工程性质与分类,例题,解：,河北理工大学轻工分院,39,土质学与土力学-土的工程性质与分类,例题,解：,河北理工大学轻工分院,40,土质学与土力学-土的工程性质与分类,Ds=,河北理工大学轻工分院,41,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,42,土质学与土力学-土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,43,土的工程性质与分类,土的结构和构造,1.3土的结构和构造

12、,定义：是指物质成分间的联结特点和空间分布、变化规律，反映了物质的存在形式,地质历史与环境的产物,工程性质,河北理工大学轻工分院,44,土的工程性质与分类,土的结构,定义：土的结构是指土粒（或团粒）的大小、形状、互相排列及联结的特征。,土的成分,土的成因,土的年代,土的工程性质与分类,典型地质灾害：砂土的液化现象。（地震地基的重要危害之一）,单粒结构,碎石土和砂土（无粘性土）,特点：,土粒间没有联结存在，或非常微弱疏松状态会趋向密实密实状态会发生剪胀,矿物成分颗粒形状粒度成分级配的均匀程度。,紧密程度,河北理工大学轻工分院,45,土的工程性质与分类,蜂窝状结构是以粉粒为主的土的结构。,河北理工

13、大学轻工分院,46,土的工程性质与分类,定义：絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征,压缩性大、强度低、透水性弱、力扰动会显著降低其强度。,特点：,河北理工大学轻工分院,47,土的工程性质与分类,1.3.土的构造,层状构造,分散构造,裂隙构造,河北理工大学轻工分院,48,土的工程性质与分类,4 粘性土的工程性质,河北理工大学轻工分院,49,液态,可塑态,半固态,固态,W,固态,半固态,可塑态,液态,V,Vs,0,Ws,Wp,WL,W,A,B,C,Ip,Vs,Vs,Vs,Va,Vw,Vw,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,50,Vs,wL,wP,ws,液限,Vs+Va,气体,缩限,塑限,阿太堡

14、界限(Atterberg limit),土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,51,自由水,液 态,可塑态,固态或半固态,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,52,固态,半固态,可塑态,液态,V,Vs,0,Ws,Wp,WL,W,A,B,C,Ip,wL(liquid limit),流动状态与可塑状态间的分界含水量,Wp(plastic limit),可塑状态与半固体状态间的分界含水量,半固体状态与固体状态间的分界含水量,Ws(shrinkage limit),阿太堡界限（阿太堡稠度界限）,粘性土从一种状态转变为另一种状态，可用其自身的某一个界限含水量有关。,土的工程性质与分类,河北理工

15、大学轻工分院,53,塑限wp,用搓条法,液限wL,平衡锥式液限仪测定,碟式液限仪测定,液塑限联合测定法,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,54,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,55,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,56,W,H,Wp,WL,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,57,Ip塑性指数（plasticity index）-描述粘土的可塑性,塑性指数Ip 的大小和土中结合水的可能含量有关，和土的颗粒组成、土粒的矿物成份，以及土中水的离子成份以及浓度等因素有关。土粒越细，其比表面积越大，可能的结合水含量越大，其时塑性指数Ip也越大。,土的工程性质与分类,河

16、北理工大学轻工分院,58,IL液性指数（liquidity index）-粘土的状态,可塑状态的土的液性指数在0到l之间，液性指数越大，表示土越软；液性指数大于1的土处于流动状态；小于0的土则处于固体状态或半固体状态。,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,59,已知粘性土的密度s=27.5 kN/m3，液限为40，塑限为22，饱和度为98%，孔隙比为1.15，试计算塑性指数、液性指数及确定粘性土的状态。,【解】根据液限和塑限可以求得塑性指数为18:,=40-22=18,土的含水量及液性指数可由下式求得：,IL l，故此粘性土为流塑状态。,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,60,1

17、.5砂土的密实度,粘性土,无粘性土,砂土,碎石土,粉土,孔隙比e、相对密实度Dr和标准贯入捶击数N,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,61,当砂土处于最密实状态时孔隙比,砂土处于最疏松状态时的孔隙比,砂土密实度划分标准,5.1 砂土的相对密实度（Relative Density）,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,62,5.2 土的压实原理,最佳含水量,最大干密度,wop,wopwp2,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,63,5.3 标准贯入试验,标准贯入试验（Standard Penetration Test）,标准贯入数 N63.5,锤 重：63.5kg,落 距：7

18、60mm,打入深度：300mm,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,64,N=10,松散10N=15,稍密15N=30,中密30N,密实,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,65,6 土的工程分类,土的工程分类是把不同的土分别安排到各个具有相近性质的组合中去，其目的是为了人们有可能根据同类土已知的性质去评价其工程特性，或为工程师提供一个可供采用的描述与评价土的方法。通常对建筑地基可分成岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土五大类,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,66,土的工程分类的两大分类体系,共同特点：对粗粒土按照粒度成分分类；对于细粒土则按照土的阿太堡界限确定,相异特点：,

19、第一种分类方法（前苏联方法）：,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,67,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,68,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,69,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,70,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,71,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,72,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,73,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,74,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,75,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,76,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,77,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院

20、,78,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,79,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,80,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,81,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,82,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,83,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,84,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,85,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,86,【例题3】完全饱和的土样含水量为30，液限为29，塑限为17，试按塑性指数分类法定名，并确定其状态。,求液性指数 IL：,根据定名标准该土样应为粉质粘土，其状态为流塑状。,【解】求塑性指数 IP,土的工程性质

21、与分类,河北理工大学轻工分院,87,本章主要讨论了土的物质组成以及定性、定量描述其物质组成方法，包括土的三相组成、土的三相指标、土的结构构造、粘性土的界限含水量、砂土的密实度和土的工程分类等。这些内容是学习土力学原理和基础工程设计与施工技术所必需的基本知识，也是评价土的工程性质、分析与解决土的工程技术问题时讨论的最基本的内容。,7本章小结,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,88,思考题何谓土粒粒组？土粒六大粒组划分标准是什么？各类范规定为何有差异？塑性指数的定义和物理意义是什么？Ip大小与土颗粒的粗细有何关系?Ip大的土具有哪些特点？在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？其余指标

22、的导出思路主要是什么？砂土的密实度如何判别？不同指标如何使用？在土类定名时，无粘性土与粘性土各主要依据什么指标？,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,89,砂土的结构通常是：_ a.絮状结构 b.单粒结 c.构蜂窝结构饱和土的组成为：_ a.固相 b.固相液相 c.固相液相气相 d.液相,筛分法适用的土粒直径为：_ a.d0.075 b.d0.005 d.d0.005,下列土性指标中哪一项对粘性土有意义：_ a.粒径级配 b.相对密度 c.塑性指数,某土样的液限55，塑限30，则该土样可定名为：_ a.粉质粘土 b.粘质粉土 c.粘土 d.粉土,粘性土的塑性指数越大，其粘粒含量：_a.越

23、多 b.越少 c.可多可少,检测题目,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,90,土不均匀系数越大，说明土的级配：_ a.越差 b.不一定 c.越好 某原状土样的密度为1.85g/cm3，含水量为34%，土粒比重为2.71，该土样的有效密度为：_ a.0.83 g/cm33 33已知土样试验数据为：含水量10%，液限38%，塑限20%，则该土的塑性指数为：_ a.8 b.13 c.18 d23同上题条件，则该土的状态为：_ a.可塑 b.硬塑 c.坚硬 d.软塑在下列指标组中全部直接由试验测定的为：_ a.天然重度、含水量、干重度 b.土粒密度、天然重度、含水量 c.土粒密度、天然重度、孔

24、隙比,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,91,在地基土的分类中何种土仅根据塑性指数进行分类：_ a.岩石 b砂性土 c粉土 d粘土13.已知土样试验数据为：含水量33%，液限33%，塑限18%，则该土的液性指数为：_a.-0.5 b.0 c.0.5 d.1.0 14.同上题条件，则该土的状态为：_a.坚硬 b.硬塑 c.可塑 d.软塑,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,92,1.某地基土的试验中，已测得样的干密度d=1.54gcm3，含水量w=19.3，土粒比重Gs=2.71。计算土的e，n和Sr若此土样又测得wL=28.3，wp=16.7，计算Ip和IL，描述土的物理状态，定出土的名称。,2.已知土样试验数据为：含水量31%，液限38%，塑限20%，求该土样的塑性指数、液性指数并确定其状态和名称。,