土的物理性质及工程分类.ppt

相关知识1：土地物理性质 土的形成影响影响影响影响 土的组成反映反映反映反映物理性质物理性质 及状态及状态力学性质工程特点决定决定决定决定体现体现体现体现一、一、土的成因土的成因 土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积 风风化化岩石岩石地球土土地球土是指土是指：地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化矿物成矿物成分未变分未变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物矿物成矿物成分改变分改变粘性土粘性土次生矿物次生矿物 风化风化作用分类作用分类有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影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响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎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，形成新的用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物矿物动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化的粒度或成分的变化气相气相固相固相液相液相+构成土骨架，构成土骨架，起主体作用起主体作用重要影响重要影响土体土体次要作用次要作用土体三相组成示意图二、土的组成二、土的组成1 1、土的固体颗粒、土的固体颗粒(固相固相)固体颗粒的大小固体颗粒的大小和形状和形状 土粒的矿物成分土粒的矿物成分 土的固体颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗土的固体颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架。构成土的骨架。物理状态物理状态力学性质力学性质土中最稳定、变化最土中最稳定、变化最小的成分小的成分 1）土的颗粒级配土的颗粒级配工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，为若干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配配 试验方法试验方法筛分法：适用于筛分法：适用于0.075mmd60mm比重计法比重计法:适用于适用于d0.075mm筛分法：筛分法：将风干、将风干、分散的代表性分散的代表性土样通过一套土样通过一套孔径不同的标孔径不同的标准筛，充分筛准筛，充分筛选，将留在各选，将留在各级筛上的土粒级筛上的土粒分别称重，然分别称重，然后计算小于某后计算小于某粒径的土粒含粒径的土粒含量。量。105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理图筛分法原理图沉降法沉降法（比重计法或移液管法）（比重计法或移液管法）:利用不同大利用不同大小的土粒在水小的土粒在水中的沉降速度中的沉降速度不同来确定小不同来确定小于某粒径的土于某粒径的土粒含量粒含量空气空气 Air水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积九个物理量九个物理量:V VV Vv v V Vs s V Va a V Vw w m ms s m m w w m ma a m m物性指标是物性指标是比例关系比例关系:可假设任一可假设任一参数为参数为1 1土的三相简图土的三相简图物理量关系物理量关系:四、土物理性质指标四、土物理性质指标1 1、土的天然密度、土的天然密度 土的天然密度，指土在天然状态下单位体土的天然密度，指土在天然状态下单位体积的质量积的质量,又称湿密度。它影响土的承载力、又称湿密度。它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。土压力及边坡的稳定性。常见值常见值(1.62.2)g/cm3，(1622)kN/m3 容重容重 ：单位体积的重量：单位体积的重量土的重度土的重度 范围：范围：范围：范围：1616161622222222土工试验：环刀法土工试验：环刀法天然状态下，土单位体积的重量，称为土天然状态下，土单位体积的重量，称为土的重度的重度 土的重度取决于土粒的重土的重度取决于土粒的重土的重度取决于土粒的重土的重度取决于土粒的重量，孔隙体积的大小和孔隙中量，孔隙体积的大小和孔隙中量，孔隙体积的大小和孔隙中量，孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，综合反映了土的组水的重量，综合反映了土的组水的重量，综合反映了土的组水的重量，综合反映了土的组成和结构特征。成和结构特征。成和结构特征。成和结构特征。对具有一定成分的土而言，对具有一定成分的土而言，对具有一定成分的土而言，对具有一定成分的土而言，结构愈疏松，孔隙体积愈大，结构愈疏松，孔隙体积愈大，结构愈疏松，孔隙体积愈大，结构愈疏松，孔隙体积愈大，重度值将愈小。重度值将愈小。重度值将愈小。重度值将愈小。2.2.土粒比重土粒比重(土粒相对密度土粒相对密度)单位单位:无量纲无量纲范围：范围：2.62.62.82.8 比重瓶法测得比重瓶法测得土粒重度与同体积土粒重度与同体积44时纯水的重时纯水的重度比值度比值。气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V3.土的含水量土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比。土中水的质量与土粒质量之比。土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。及其所处的自然地理环境等有关。测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 4.不同状态下土的密度和重度不同状态下土的密度和重度干密度干密度d ：单位体积中固体颗单位体积中固体颗粒部分的质量粒部分的质量 浮密度浮密度 ：土单位体积内土土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差粒质量与同体积水的质量之差 各密度指标在数值上的关系：各密度指标在数值上的关系：sat d 可证明：可证明：satw气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V饱和密度饱和密度sat ：土体中孔隙完土体中孔隙完全被水充满时的土的密度全被水充满时的土的密度 工程上用以控制填方的施工质量。5.5.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比：土中孔隙体积与土粒体积之比 孔隙率孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示 6.6.土的饱和度土的饱和度S Sr r土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土满的程度。干土S Sr=0,r=0,饱和土饱和土S Sr=100%r=100%。砂土根据饱和度分砂土根据饱和度分为三种状态为三种状态:砂土湿度状态砂土湿度状态砂土湿度状态砂土湿度状态稍湿稍湿稍湿稍湿很湿很湿很湿很湿饱和饱和饱和饱和饱和度饱和度饱和度饱和度Sr Sr（%）Sr 50Sr 5050Sr 5080Sr 80e e e e0.6 0.6 0.6 1.0 1.0 1.0 1.0 高压缩性土高压缩性土高压缩性土高压缩性土 例题例题1：已知土的总质量为：已知土的总质量为0.123Kg，体积体积70m3,含水量含水量20%。问土的密度、干。问土的密度、干密度是多少？密度是多少？解答：解答：密度：密度：干密度干密度：d【例2】某饱和土体积为97 ，土的重力为1.98N，土烘干后重力为1.64N，求含水量、土粒比重 ,孔隙比e 和孔隙率n含水量水的体积【解答解答】【例3】某料场某料场3030万方土料，初始孔隙比万方土料，初始孔隙比e e1 11.21.2，问可填筑，问可填筑e20.7的土堤多少立方米？的土堤多少立方米？【解答】解答】（填筑前后Vs不变）VVv+Vs=e2Vs+Vs=(0.7+1)Vs=1.713.64=23.18万方1、压缩系数、压缩系数研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vve0Vs1h0/(1+e0)h0VveiVs1hi/(1+e)phisi受荷后土样的高度变化:设初始高度h0,受压后的高度hi,则hi=h0si,si为每级荷载作用下的变形量土样体积在受土样体积在受压前后不变压前后不变其中其中由于逐级（一般为由于逐级（一般为6 6级）施加荷载在不同压力级）施加荷载在不同压力p作用下，可得作用下，可得到相应的孔隙比到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标表示压力，根据一一对应关系，以横座标表示压力，以纵座标表示孔隙比，绘制以纵座标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线曲线，称为压缩曲线2 2、压缩性指标、压缩性指标（MPMPa a-1-1）1 1）、压缩系数：压缩系数：一般取一般取压缩曲线上压缩曲线上M M1 1M M2 2两点切线的两点切线的斜率值，称为土的压缩系数。斜率值，称为土的压缩系数。实际工程中，往往用割线斜率表示：实际工程中，往往用割线斜率表示：土的类别土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土高压缩性土0.5中中压缩性土压缩性土0.10.5低低压缩性土压缩性土0.1p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线曲线pe规范规范用用p1100kPa、p2200kPa对应的压缩系数对应的压缩系数a1-2评评价土的压缩性价土的压缩性根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条直线来代替。直线来代替。3 3 土的抗剪强度的测定方法土的抗剪强度的测定方法 直接剪切试验直接剪切试验直接剪切试验直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应变控制式，应力控制式）试验仪器：直剪仪（应变控制式，应力控制式）应变直剪仪试验原应变直剪仪试验原理：对同一种土至理：对同一种土至少取少取4 4个平行试，分个平行试，分别在不同垂直压力别在不同垂直压力 下剪切破坏，将试下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强验结果绘制抗剪强度度 f f与相应垂直压力与相应垂直压力 的关系图。的关系图。剪切容器与应力环剪切容器与应力环剪切容器与应力环剪切容器与应力环土土土的概念土的概念及生成及生成土的组成土的组成土的物理土的物理性质性质土的结构土的结构土的构造土的构造土的物理土的物理状态状态土的工程土的工程分类分类