土质学与土力学-土的工程性质与分类.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,*,*,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,*,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（,GB50021,94,）,，中国建筑工业出版社，,1995,。,2.,国家标准,:,土工试验方法标准（,GB/T50123,1999,）,。,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,土,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,土,固体颗粒（土粒）,固相,水,/,水溶液,液相,气体,气相,1.1,土的三相组成,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,土的固相物质包括,无机矿物颗粒,和,有机质,，是构成土的骨架最基本的物质，土的固相又称之为土粒。工程上一般从土粒的,矿物成分,、,颗粒的大小,和,形状,来,描述。,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,无机质,/,矿物成分,原生矿物,石英,云母,长石,次生矿物,三氧化二铝,三氧化二铁,有机质,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,。,土的粒组划分,粒度成分表示方法,粒度成分测定方法,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,天然土的粒径是连续变化的，但在工程上为了描述的方便，把直径类似的土粒分成组的形式，也即是粒组。,粒组界限,颗粒组的性质变化,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,粒,组,名,称,粒 组 范 围,/mm,漂石（块石）粒组,200,卵石（碎石）粒组,20200,砾石粒组,220,砂粒粒组,0.0752,粉粒粒组,0.0050.075,粘粒粒组,0.005,表,1,-,1,粒组划分标准（,GB 50021,94,）,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 50021,94,）,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：,表格法,累计曲线法,三角关系,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：,表格法,累计曲线法,三角关系,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：,表格法,累计曲线法,三角关系,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,土的三相组成,土的粒度成分表示方法：,表格法,累计曲线法,三角关系,法,不均匀系数,级配良好的土,曲率系数,且,C,u,越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。,C,c,3,，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：,表格法,累计曲线法,三角关系,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（,0075 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,固 态,自由,水,气 态,液 态,结合,水,重力,水,毛细,水,强结合水,弱结合水,粘性土的性质,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/cm,3,；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=m,a,V,w,Vs,V,V,a,m,w,m,s,m,V,土样的体积,V,a,土中空气的体积,V,w,水的体积,V,s,土粒的体积,m,土样的质量,m,a,土中空气的质量,m,w,水的质量,m,s,土粒的质量之和,V=V,a,+V,w,+V,s,m=m,a,+m,w,+m,s,m=m,w,+m,s,m,a,=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,：,1.60,2.20 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,D,s,=,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,D,s,=,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,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,1.3.1,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,V,s,0,W,s,W,p,W,L,W,A,B,C,I,p,V,s,V,s,V,s,V,a,V,w,V,w,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,50,V,s,w,L,w,P,w,s,液限,wV,O,V,s,+V,a,气体,缩限,塑限,阿太堡界限,(Atterberg limit),土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,51,粘 粒,强结合水,弱结合水,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,V,s,0,W,s,W,p,W,L,W,A,B,C,I,p,w,L,(liquid limit),流动状态与可塑状态间的分界含水量,W,p,(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,W,s,(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,河北理工大学轻工分院,53,塑限,w,p,用搓条法,液限,w,L,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,W,p,W,L,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,57,I,p,塑性指数（,plasticity index,）,-,描述粘土的可塑性,塑性指数,I,p,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,I,p,也越大。,土的工程性质与分类,河北理工大学轻工分院,58,I,L,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。,I,L,值,I,L,0,0,I,L,0.25,0.25,I,L,0.75,0.75,I,L,1.0,1.0,I,L,状态,坚硬,硬塑,可塑,软塑,流塑,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/m,3,，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,：,I,L,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,60,1.5,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,密实度,密实,中密,松散相对密度,1.0,0.67,0.67,0.33,0.33,0,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,w,op,w,op,w,p,2,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,N,63.5,锤 重：,63.5kg,落 距：,760mm,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,300.075 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/cm,3,，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/cm,3,b.0.87g/cm,3,c.0.89g/cm,3,d.0.85g/cm,3,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,=1.54g,cm,3,，含水量,w=19.3,，土粒比重,Gs=2.71,。计算土的,e,，,n,和,S,r,若此土样又测得,w,L,=28.3,，,w,p,=16.7,，计算,I,p,和,I,L,，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。,