土及其性质.pptx

土力学-研究土的应力、变形、强度和稳定以及土与结构物相互作用等规律的一门力学分支称为土力学。地基基础设计的先决条件：在设计建筑物之前，必须进行建筑场地的地基勘察，充分了解、研究地基土(岩)层的成因及构造、它的物理力学性质、地下水情况以及是否存在(或可能发生)影响场地稳定性的不良地质现象(如滑坡、岩溶、地震等)，从而对场地件作出正确的评价。地基基础设计的两个基本条件：(1)要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备；(2)控制基础沉降使之不超过地基的变形允许值，保证建筑物不因地基变形而损坏或者影响其正常使用。2.1 土的物理性质及分类1、土的定义：土是连续，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。2、土的三相组成：土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水及其溶解物质以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。3、地质作用 地质作用-导致地壳成分变化和构造变化的作用。根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用 (1)内力地质作用:由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动(构造运动)和变质作用。(2)外力地质作用：由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用。4、地质年代 地质年代地壳发展历史与地壳运动，沉积环境及生物演化相对应的时代段落。相对地质年代根据古生物的演化和岩层形成的顺序，所划分的地质年代。在地质学中，根据地层对比和古生物学方法把地质相对年代划分为五大代(太古代、元古代、古生代、中生代和新生代)，每代又分为若干纪，每纪又细分为若干世及期。在新生代中最新近的一个纪称为第四纪，由原岩风化产物（碎屑物质），经各种外力地质作用(剥蚀、搬运、沉积)形成尚未胶结硬化的沉积物(层)，通称“第四纪沉积物第四纪沉积物(层层)”或或“土土”。5、第四纪沉积物(层)不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。(一)残积物、坡积物和洪积物 1残积物残积物是残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物，而另一部分则被风和降水所带走。2坡积物 坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。3 3洪积物。洪积物。由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。具有很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物。口或山前倾斜平原而形成洪积物。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。如果逐渐扩大由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群。如果逐渐扩大以至连接起来，则形成洪积冲积平原的地貌单元。以至连接起来，则形成洪积冲积平原的地貌单元。洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状。尖灭或透镜体等产状。(二二)冲积物冲积物 冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆冲积物是河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。地带形成的沉积物。平原河谷冲积物平原河谷冲积物平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元。平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元。山区河谷冲积层山区河谷冲积层在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地。在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地。(三三)其它沉积物其它沉积物 除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物、除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积物、湖泊沉积物、冰川沉积物及风积物等，它们是分别由海洋，湖泊沉积物、冰川沉积物及风积物等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的湖泊、冰川及风等的地质作用形成的 2.2 土的组成 一、土的固体颗粒 土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。(一)土的颗粒级配 在自然界中存在的土，都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，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。根据界限粒径200、20、2、005和0005mm把土粒分为六大粒组：漂石1.0 0.75IL1 0.25IL0.75 0IL0.25 IL9090，天，天然含水量多为然含水量多为50507070。淤泥类土天然含水量大于液限；。淤泥类土天然含水量大于液限；未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处未扰动时，处于软塑状态，一经扰动，结构破坏，处于流动状态；于流动状态；透水性极弱：一般垂直方向的渗透系数较水平方向小些；透水性极弱：一般垂直方向的渗透系数较水平方向小些；高压缩性：高压缩性：a a1 1 2 2一般为一般为0.70.71.5MPa1.5MPa1 1，且随天然含水率，且随天然含水率的增大而增大；的增大而增大；抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关；抗剪强度很低，且与加荷速度和排水固结条件有关；有较显著的触变性和蠕变性；有较显著的触变性和蠕变性；分为：淤泥分为：淤泥(e(e1.5)1.5)、淤泥质土、淤泥质土(1.0(1.0ee1.5)1.5)。膨膨胀胀土土膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大：膨胀土的液限、塑限和塑性指数都较大：液限为液限为40406868，塑限为，塑限为17%17%3535，塑性指数为塑性指数为18183333；膨胀土的饱和度一般较大，常在膨胀土的饱和度一般较大，常在8080以上，以上，天然含水率较小，一般天然含水率较小，一般17173030；膨胀土：土中粘粒成分主要为亲水性矿物，膨胀土：土中粘粒成分主要为亲水性矿物，具有显著的吸水膨胀和失水收缩性，其自由膨胀具有显著的吸水膨胀和失水收缩性，其自由膨胀率率4040的粘性土。划分为膨胀性弱（的粘性土。划分为膨胀性弱（40-6540-65）、）、中等（中等（65-9065-90）、强（）、强（9090）三类。）三类。特殊土的工程地质特性特殊土的工程地质特性 特殊土的工程地质特性特殊土的工程地质特性 红红粘粘土土高塑性和分散性高塑性和分散性液限一般为液限一般为505080%80%，塑限为，塑限为30306060，塑性指数一，塑性指数一般为般为202050%50%；高含水率、低密度高含水率、低密度天然含水率一般为天然含水率一般为3030-60-60，饱和度，饱和度8585，密实，密实度低，大孔隙明显，孔隙比度低，大孔隙明显，孔隙比1.01.0；液性指数一般都；液性指数一般都小于小于0.40.4；坚硬和硬塑状态；坚硬和硬塑状态；强度较高，压缩性较低强度较高，压缩性较低固结快剪值固结快剪值8 8-18-18，c c值可达值可达0.04-0.09MPa0.04-0.09MPa，多属，多属中压缩性土或低压缩性土，压缩模量中压缩性土或低压缩性土，压缩模量5 515MPa15MPa；不具湿陷性，但收缩性明显，失水后强烈收缩，原状不具湿陷性，但收缩性明显，失水后强烈收缩，原状土体缩率可达土体缩率可达2525。红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组红粘土具有这些特殊性质，是与其生成环境及其相应的组成物质有关。成物质有关。u沿深度上，随着深度的加大，红粘土的天然含水率、沿深度上，随着深度的加大，红粘土的天然含水率、孔隙比、压缩系数都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑可孔隙比、压缩系数都有较大的增高，状态由坚硬、硬塑可变为可塑、软塑，而强度则大幅度降低。变为可塑、软塑，而强度则大幅度降低。u在水平方向上，由于地形地貌和下伏基岩起伏变化，在水平方向上，由于地形地貌和下伏基岩起伏变化，性质变化也很大，地势较高的，由于排水条件好，天然含性质变化也很大，地势较高的，由于排水条件好，天然含水率和压缩性较低，强度较高，而地势较低的则相反。水率和压缩性较低，强度较高，而地势较低的则相反。特殊土的工程地质特性特殊土的工程地质特性 湿湿陷陷性性黄黄土土塑性较弱；塑性较弱；含水较少；含水较少；压实程度很差，孔隙较大；压实程度很差，孔隙较大；抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，抗水性弱，遇水强烈崩解，膨胀量较小，但失水收缩量较明显；但失水收缩量较明显；透水性较强；透水性较强；强度较高，因为压缩中等，抗剪强度强度较高，因为压缩中等，抗剪强度较高。较高。特殊土的工程地质特性特殊土的工程地质特性 人人工工填填土土性质很不均匀，分布和厚度变化上缺乏规律性；性质很不均匀，分布和厚度变化上缺乏规律性；物质成分异常复杂。有天然土颗粒，有砖瓦碎物质成分异常复杂。有天然土颗粒，有砖瓦碎 片和石块，以及人类活动和生产所抛弃的各种片和石块，以及人类活动和生产所抛弃的各种 垃圾；垃圾；是一种欠压密土，一般具有较高的压缩性，孔是一种欠压密土，一般具有较高的压缩性，孔 隙比很大隙比很大;往往具有浸水湿陷性；往往具有浸水湿陷性；按照成分和堆填方式分为：素填土、杂填土、按照成分和堆填方式分为：素填土、杂填土、吹填土。吹填土。