ch1 土的物理性质与工程分类1(2).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,土力学与地基基础,*,Ch1,土的物理性质与工程分类,讲课人：邵红才,扬州市职业大学土木工程学院,1,土力学与地基基础,土的概念与基本特征,2,无粘性土的密实度,5,土的三相比例指标,4,土的生成,1,第一章 土的物理性质与工程分类,粘性土的稠度,6,土的组成,3,土的压实原理,7,地基土的分类,8,2,土力学与地基基础,1.1,土的生成,地壳表岩,地球,风化作用,搬运、沉积,土,地球,土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物,形成过程,形成条件,物理力学性质,影响,3,土力学与地基基础,生物风化,物理风化,化学风化,量变,无粘性土,原生矿物,质变,粘性土,次生矿物,动植物的活动,有 机 质,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。,风化作用种类,4,土力学与地基基础,物理风化,5,土力学与地基基础,化学风化,6,土力学与地基基础,搬运和沉积,搬运：由风力、水流、重力等完成。,沉积：残积、坡积、冲积等。,残积土,无搬运,土质较好,颗粒表面粗糙,多棱角,粗细不均,无层理,母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物,7,土力学与地基基础,搬运和沉积,运积土,有搬运,风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物,8,土力学与地基基础,运积土,有搬运,风：,风积土,重力,:,坡积土,流水,:,洪积土,冲积土,湖泊沼泽沉积土,海相沉积物,冰川,:,冰积土,土粒粗细不同，性质不均匀,有分选性，近粗远细,浑圆度分选性明显，土层交迭,含有机物淤泥，土性差,颗粒细，表层松软，土性差,土粒粗细变化较大，性质不均匀,颗粒均匀，层厚而不具层理,搬运和沉积,9,土力学与地基基础,1.2,土的概念与基本特征,土是岩石经风化、搬运、沉积所形成的产物,.,本学科强调,土的工程性质,（土的物理力学性质）,土的基本特征,土是自然历史的产物,土是相系组合体,土是分散体系,土是多矿物组合体,10,土力学与地基基础,1.3,土的组成,土是由,固相，液相，气相,组成的三相分散系。,固相,包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通的形成多孔介质。,液相,主要是水,(,溶解有少量的可溶盐类,),。,气相,主要是空气，水蒸气，有时还有沼气等。,11,土力学与地基基础,1.3.1,土的固相,构成土骨架，起决定作用,矿物成分,颗粒形状,粒径级配,固相,12,土力学与地基基础,1,、土粒的矿物组成,土是岩石风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土,母岩的矿物,组成及其后的,风化作用,。,矿物成分,原生矿物,有机质,次生矿物,13,土力学与地基基础,由岩石经,物理风化,生成的颗粒通常是由一种或几种原生矿物所组成。,成分与母岩的相同，常见的有,石英，长石和云母,。,颗粒一般较粗，多呈浑圆形，块状或板状。,吸附水的能力弱，性质比较稳定，无塑性。,原生矿物,14,土力学与地基基础,次生矿物,由原生矿物经,化学风化,生成的新矿物，它的成分成分与母岩的完全不同。,次生矿物主要是粘土矿物，即,高岭石,，,伊利石,和,蒙脱石,。,颗粒极细，且多呈片状。,性质活泼，有较强的吸附水能力（尤其是由蒙脱石组成的颗粒），具塑性。,15,土力学与地基基础,动植物分解后的残骸，分解彻底的称为腐殖质,/,腐殖质的颗粒极细，粒径小于,0.1m,，呈凝胶状，带有电荷，具有极强的吸附性。,3%5%,不宜做填筑材料。,有机质,16,土力学与地基基础,2,、土的颗粒级配,土是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。,土的颗粒级配,土中各,粒组,的相对百分含量。,通常用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示。,粒组,人为的把大小相近的土粒合并为组。,17,土力学与地基基础,颗粒级配的测定,筛分法,（适用于砾石类和砂土类，,d0.075mm,）,它是利用一套孔径大小不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，称留在各筛上的重量，然后计算相应的百分数。,18,土力学与地基基础,颗粒级配的测定,比重计法,适用于粉土和粘性土,d 3,或,C,c,105 C,）下，才能从矿物中吸出。,自由水,强结合水：紧靠土颗粒表面,弱结合水：紧靠强结合水外围,重力水：能形成水压力并能在土中流动的水，位,于地下水位以下,毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自,由水，存在于地下水位以上的透水层中。,气态水：土中气的一部分,由于电分子引力作用而紧密吸附于土粒表面的水,27,土力学与地基基础,强结合水,排列致密、定向性强,密度,1.2-2.4g/cm,3,冰点处于,-78,摄氏度,具有固体的的特性,温度高于,100,C,时可蒸发,弱结合水,位于强结合水之外，电场引,力作用范围之内,外力作用下可以移动,不因重力而移动，有粘滞性,结合水,28,土力学与地基基础,对于,细粒土,，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土矿物组成时，由于它们多呈片状,，,比表面很,大，结合,水往往占有很大的孔隙体积，,故,细粒土的性质将受,结合,水的重大影响。,对于,粗粒土,，由于颗粒在三个方向的尺寸属,同一数量级,，比表面较小，因此，在,孔隙水,的体积中,结合,水的体积可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于,土粒,的形状、级配和排列,。,结合水对土的工程性质的影响,29,土力学与地基基础,自由水,自由水,：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动的水。,h,c,毛细水,重力水,自由水,重力水,毛细水,在重力作用下可在土中自由流动,存在于固气之间,在重力与表面张力作用下,可在土粒间空隙中自由移动,30,土力学与地基基础,1.3.3,土的气相,分类,:,1.,吸附于土颗粒表面的气体,2.,溶解于水中的气体,3.,四周为颗粒和水所封闭的气体以及自由气体,特点,:,通常认为自由气体与大气,连通,，对土的性质无大影,响。,密闭,气体的体积与压力有关，压力增加，则体,积缩小，压力减小，则体积胀大。因此，密闭气体,的存在增加了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流,通道，减小土的渗透性。,31,土力学与地基基础,1.3.4,土的结构和构造,1,、土的结构,土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为,土的结构。,粗粒土：单粒结构,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，其特点是土粒间存在,点与点的接触,。根据形成条件不同，可分为,疏松状态,和,密实状态,。,32,土力学与地基基础,土的结构,粉 土：蜂窝结构,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,。,絮状结构：海水,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。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。,33,土力学与地基基础,2,、土的构造,同一土层中，土颗粒或颗粒集合体相互间的分布特征，称为,土的构造,。,土层由不同颜色，不同粒径的土,组成层理，平原地区的层理通常为,水平层理。,层状构造是细粒土的,一个重要特征。,土,的,构,造,层状构造,裂隙构造,土体中有很多不连续的小裂隙，,降低土体的强度和稳定性，增大,透水性。,分散构造,土层中土粒分布均匀，性质相近，,如砂，卵石层为分散构造。,34,土力学与地基基础,层状构造：,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，沿竖向呈层状特征。,淤泥夹粘土透镜体,粘土尖灭,砂土夹粘土层,水平层理 交错层理,层状构造,:,35,土力学与地基基础,分散构造：,土层中各部分的土粒无明显差别，分布均匀，各部分性质亦接近。如砂、砾石、卵石等沉积厚度较大时，无明显层次，都属于分散构造。,具有分散构造的土可作为各向同性体看待。,分散构造,:,36,土力学与地基基础,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。,裂隙破坏土的整体性，增大透水性，对工程不利。,裂隙构造,:,37,土力学与地基基础,土的工程特性,压缩性高。,钢材,E=2.110,5,MPa,；,C20,混凝土的弹性模量约为,2.610,4,MPa,；饱和细砂,E=8,16MPa,。饱和细砂的压缩性是混凝土压缩性的数千倍，证明土的压缩性极高。软塑或流塑状态的粘性土往往比饱和细砂的压缩性还要高很多。,强度低。,土的强度是指其抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦；粘性土的强度除摩擦力外，还有粘聚力。无论摩擦力还是粘聚力，均远远小于其他建筑材料（如钢材、混凝土等）本身的强度。,透水性大。,由于土体中固体矿物颗粒之间具有很多透水的孔隙，因此土的透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗颗粒的卵石或砂土，其透水性更大。,土的工程特性与土木工程设计和施工密切相关，需引起高度重视。,38,土力学与地基基础,1,）风化,2,）搬运与沉积,1.,土的生成,2.,土的结构：,单粒结构；蜂窝结构；絮状结构。,3.,土的构造：,层状构造；分散构造；裂隙构造。,4.,土的工程特性,:,1,）压缩性高；,2,）强度低；,3,）透水性大,5.,土的三相组成,:,气相,+,液相,+,固相,本次课小结,:,39,土力学与地基基础,C,u,=,d,60,/d,10,不均匀系数：,C,u,5,级配不均匀,C,c,=,d,30,2,/,(,d,60,d,10,),曲率系数（,连续程度）,:,特征粒径,:,d,30,:,中值,粒径,d,60,:,控制,粒径,d,10,:,有效,粒径,6.,粒径级配,筛分法：,适用于粗粒土,(0.075 mm),比重计法：,适用于细粒土,(0.075 mm),本次课小结,:,40,土力学与地基基础,7,.,土中水,结合水,(,强结合水、弱结合水,),自由水,(,重力水、毛细水,),8,.,土中气体,9.,粘土颗粒与水的相互作用,本次课小结,:,41,土力学与地基基础,10,5.0,2.0,1.0,0.5,0.25,0.1,200g,10,16,18,24,22,38,72,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,小于某粒径之土质量百分数,P,（）,10,5.0,1.0,0.5,0.10,0.05,0.01,0.005,0.001,粒径,(mm),P,%,95,87,78,66,55,36,土的粒径级配累积曲线,水分法,粒径,(mm),0.05,0.01,0.005,百分数,P(%),26,13.5,10,2.,土粒粒组及级配,一,.,土中的固体颗粒,42,土力学与地基基础,