岩土力学课件-第2章土的工程性质及分类.ppt

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1、1,土的物理性质与工程分类,第二章,2,土的物理性质指标,1 指标定义（1）土粒比重（土粒相对密度）土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比。即：土粒的比重可在试验室内用比重瓶法测定。,3,(2)土的含水量 土中水的质量与土粒质量之比，称为土的含水量，以百分数计。即：。含水量是标志土湿度的一个重要物理指标，一般用烘干法测定。(3)土的密度 土单位体积的质量称为土的密度（单位 或），即：。土的密度一般用环刀法测定。,4,(4)土的干密度,饱和密度 和有效密度 土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度，即：土孔隙中充满水时的单位体积质量，称为饱和密度，即：单位土体积中土颗粒的质量扣除同体积水后的

2、质量，即为单位土体积中土粒的有质量，称为土的有效密度,即：,5,(5)土的孔隙比e和孔隙率n 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，即：土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，用百分数计，即：（6）土的饱和度 土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分数表示，即：。,6,1.三相草图,质量,体积,2 土的物性与分类,7,可推导出:,8,例题:1.某一原状土样,经试验测得基本指标如下:密度,含水量,土粒比重求:孔隙比，孔隙率，饱和度、干密度、饱和密度和有效密度。,9,例2：土密度的应用：条件：某填土工程的填量为，压实后的干密度要求不小于，压实时的最优含水量为，取土现场土料，天然含水量，天

3、然密度要求：（1）需运来多少立方米的土料？（2）为使土料达到最优含水量，在压实 前需加多少水？,说明：在一定击数下，某一含水量能获得最佳击实效果，这一含水量称为最佳含水量。,10,三相草图,已知关系五个:,共有九个参数:V Vv Vs Va Vw/ms m w ma m,剩下三个独立变量,三相草图法,物性指标是比例关系:可假设任一参数为1,实验室测定,其它指标,是一种简单而实用的方法,2 土的物性与分类,11,二.土的物理状态指标,土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬程度,土的物理性质指标(三相间的比例关系),力学特性,影响,表示,2 土的物性与分类,12,2.粘性土的软硬状态也称稠度状态

4、,稠度状态与含水量有关,含水量,较硬,变软,流动,2.3 土的物理状态,界限含水量:随天然含水量的增加,粘性土由一种物理状态向另一种状态过渡的含水量的界限值.塑性:在一定条件下,因受外力作用其形状发生变化,但不产生裂隙,外力卸去后,仍能保持既得形状的一种性能.可塑性是粘性土区别于无粘性土的主要特征.,13,塑限wp,液限wl,稠度界限,粘性土的稠度反映土中水的形态,固态或半固态,塑态,流态,强结合水膜最大,出现自由水,强结合水,弱结合水,自由水,稠度状态,含水量,土中水的形态,w,2.3 土的物理状态,吸附弱结合水的能力,塑性指数,土由可塑状态转到流动状态的界限含水量叫液限.土由半固态转到可塑

5、状的界限含水量叫塑限.,14,吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小,塑性指数,常作为细粒土工程分类的依据,不同的粘土矿物结合水的能力不同,2.3 土的物理状态,15,相对稠度,即使含水量相同，稠度可能不同,液性指数,对不同的粘土，wp、wl 大小不同,定义：,wp,w,wl,IL1,坚硬状态可塑状态流 态,0.00 0.250.25-0.750.75 1.00,硬塑可塑软塑,2.3 土的物理状态,对同一种粘土，含水量可反映其稠度,问题：,16,例4：某土样其含水量为32.5%,密度 土的相对密度，液限，塑限。求：土样的物理状态。,17,反映粘性土结构性的指标,1.粘性土的灵敏度

6、St,=,原状土,结构性,相同含水量密度、组成,粉碎重塑,重塑土,强度降低,St11-22-44-88-1616,粘性土不灵敏低灵敏中等灵敏灵敏很灵敏流动,18,含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。,2.粘性土的触变性,19,emax与emin：最大与最小孔隙比,1.粗粒土的密实状态,密实度,如何衡量?,单位体积中固体颗粒含量的多少 或 孔隙含量的多少,优点：简单方便,缺点：不能反映级配的影响 只能用于同一种土,对策,相对密

7、度,干容重d或孔隙比e或孔隙率n,emin=0.35,emin=0.20,2.4 无粘性土的物理状态,20,emax:最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比,emin:最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比,emax与emin：最大与最小孔隙比,注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难,21,粗粒土的密实状态指标,判别标准：Dr=1,最密状态 Dr=0,最松状态 Dr 1/3,疏松状态 1/3 2/3,密实状态,相对密度,22,例

8、3：某砂土土样的密度，含水量，土粒的相对密度，对该砂样进行相对密度试验，得到其最大干密度，最小干密度。求：确定该砂土的相对密实度并判断其密实程度。,23,无粘性土密实度划分的其他方法1.砂土按天然孔隙比划分,砾石、粗、中砂,细砂、粉砂,2.砂土密实度按标准贯入击数N划分,24,2.5 粉土的密实度和湿度,细砂、粉砂,2.粉土湿度的分类,1.粉土密实度的分类,25,2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.6.1 土的胀缩性 土的胀缩性是指粘性土有吸水膨胀和失水收缩的特征.主要原因是岩土体中含有大量的亲水性矿物成分,如蒙脱石,伊利石.用自由膨胀率和膨胀率来表示1.自由膨胀率2.膨胀率,26,无粘性土

9、密实度划分的其他方法1.砂土按天然孔隙比划分,2.6.2 土的湿陷性 土的湿陷性是指土在自重作用下或自重和附加压力综合作用下,受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生的显著附加下陷的特征.黄土的湿陷性评价:湿陷性系数:自重湿陷性系数 时,应定义为湿陷性黄土 时,应定义为非湿陷性黄土,27,无粘性土密实度划分的其他方法1.砂土按天然孔隙比划分,2.场地湿陷性类型 当自重湿陷性量7CM时,应定义为非自重湿陷性场地 当自重湿陷性量7CM时,应定义为自重湿陷性场地自重湿陷性量的计算:总湿陷性量的计算:,注:时,土层湿陷量不累计,28,例:某地区黄土资料如下,湿陷性黄土深度为10米,求黄土的自重湿陷量和总湿陷量

10、,29,土的冻胀性 有负温或零温,其中含有冰的各种土为冻土,只有负温或零温,但不含有冰的各种土为寒土.冬季冻结,夏季融化的土为季节冻土,冻结状态持续二年以上的土为多年冻土.地基土产生冻胀有三要素:水分,土,负温度,30,-地表冻胀量(mm),-设计深度(mm),h-冻层厚度(mm),31,例:某季节性冻土场地地面标高为290.136m,冬季冻结后地表最大标高为290.296m,冻土层最低标高为288.130m,春季融化后地面标高又降至290.136m.求冻胀率,32,目的：,依据：,建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法,2.7 土的工程分类,是将工程性质相近的土归为一类,便于研

11、究、交流及应用,能反映土的物理力学性质,土的组成土的状态土的结构,2 土的物性与分类,33,建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法,土,岩石碎石土砂土粉土粘性土特殊土,2 土的物性与分类,34,岩石:岩石是指颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理裂隙的岩体。岩石按其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩石按其坚硬程度可分坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。岩石按风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化。岩石按其完整程度可分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。,35,碎石土：是指粒径大于2mm的颗粒含量超过总质 量的50%的土,土的名称 颗粒形状 粒组含量,漂石块石,圆形及

12、亚圆形为主棱角形为主,粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%,卵石碎石,圆形及亚圆形为主棱角形为主,圆形及亚圆形为主棱角形为主,圆砾角砾,粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%,36,砂土：是指粒径大于2mm的颗粒含量不超过总质量的50%，且粒径大于0.075mm的颗粒超过总量的50%的土。,土的名称 粒组含量,粒径大于2mm的颗粒占全质量25-50%,砾砂粗砂中砂细砂粉砂,粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%,37

13、,粉土,粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土,塑性指数Ip10的土,粘性土,10Ip17的土,Ip17的土,粘土,粉质粘土,38,特殊土：是指分布在一定地理区域、有工程意义的特殊成分、状态和结构特征的土。（1）淤泥和淤泥质土：在静水或缓慢水流中沉积，并经生物化学作用形成。我们把天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于1.5的土称为淤泥;而天然含水量大于液限，天然孔隙比小于1.5但大于等于1.0的土称为淤泥质土。（2）人工填土：是指人类活动而形成的堆积物。按其组成及成因，可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。这类土一般压缩性高、强度低、透水性差。,39,红粘土

14、与次生红粘土：红粘土为碳酸盐岩系的岩石经红土化学作用形成的高塑性粘土，其液限一般大于50%。红粘土经过再搬运后仍保留其基本特征，其液限大于45%的土为次生红粘土。膨胀土：是指土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或等于40%的粘性土。这类土虽然强度高、压缩性低；但是遇水膨胀隆起，失水收缩下沉，会引起地基的不均匀沉降，对建筑物危害极大。,40,例：某土样不同粒组的含量如下,要求：确定土的名称,41,压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性,压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性,研究击实性的目

15、的：以最小的能量消耗获得最大的压实密度,击实方法：,室内击实试验现场试验:夯打、振动、碾压,2.8 土的压实性,42,一.室内击实试验,试验设备 击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿 试验条件 土样分层n=3层；落高d=30cm；击数N=27/层 击实能量,试验方法 对=cosnst的土；分三层压实；测定击实后的、，算定d,注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪,土,43,1.击实曲线,特点：具有峰值位于饱和曲线之下,粘性土渗透系数很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的。,0 4 8 12 16 20 24 28含水量w(%),饱和曲线,dmax=1

16、.86,wop=12.1,最大干密度最优含水量,44,2.理论分析,压实机理：,颗粒被击碎，土粒定向排列;粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;空气被挤出或被压缩等,颗粒表面水膜很薄，相对移动困难,水膜润滑作用不明显;封闭气泡难以排出;增加水的相对含量,op,d dmax,op,d dmax,op,d dmax,45,3.影响因素,a.击实功能,b.土的级配,c.击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适,46,4.压实标准,粘性土存在最优含水量op，在填土施工中应该将土料的含水量控制在op左右，以期得到dmax。在op的干侧：常具有凝聚结构。土质比较均匀，强度较高，较脆硬，不易压

17、密；但浸水时易产生附加沉降。在op的湿侧：常具有分散结构。土体可塑性大，适应变形的能力强；但强度较低，具有各向异性。在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水量，选定合适的含水量，一般要求为：,b.工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）,、级土石坝 Dc9598%级土石坝 Dc9295%,47,不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状态 下易于击实；潮湿状态下d明显降低。,三.粗粒土的压实性,1.击实曲线,特点,2.理论分析,对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,3.压实标准,常用相对密度控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和,