土力学地基基础21土的性质及工程分类.pptx

土力学与地基基础土力学与地基基础姬凤玲姬凤玲深圳大学土木工程学院深圳大学土木工程学院第二章土的性质及工程分类第二章土的性质及工程分类v土的三相组成土的三相组成v土的物理性质指标土的物理性质指标v土的物理状态指标土的物理状态指标v地基土的工程分类地基土的工程分类v土的渗透及渗流土的渗透及渗流v土的压实特性土的压实特性土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响土体的三相构成土体的三相构成饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在第一节、土的三相组成第一节、土的三相组成土样三相组成示意图土样三相组成示意图土样三相组成示意图土样三相组成示意图AirSolidsWater第一节、土的三相组成第一节、土的三相组成一、土的固体颗粒一、土的固体颗粒J固体颗粒的组成成分固体颗粒的组成成分J固体颗粒的大小固体颗粒的大小无机矿物无机矿物土颗粒土颗粒有机质有机质原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物J固体颗粒的组成成分固体颗粒的组成成分J矿物成分矿物成分原生矿物原生矿物1 1、岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长、岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长、岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长、岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等。石、云母等。石、云母等。石、云母等。3 3、构成粗粒土，颗粒大、构成粗粒土，颗粒大、构成粗粒土，颗粒大、构成粗粒土，颗粒大、比表面积比表面积比表面积比表面积小，抗水性和抗小，抗水性和抗小，抗水性和抗小，抗水性和抗风化作用强，工程性质稳定。风化作用强，工程性质稳定。风化作用强，工程性质稳定。风化作用强，工程性质稳定。2 2、一般颗粒较粗，呈粒状。有圆状、浑圆状、一般颗粒较粗，呈粒状。有圆状、浑圆状、一般颗粒较粗，呈粒状。有圆状、浑圆状、一般颗粒较粗，呈粒状。有圆状、浑圆状、棱角状等。棱角状等。棱角状等。棱角状等。粗颗粒的形状粗颗粒的形状岩浆的运移冷凝岩浆的运移冷凝J矿物成分矿物成分次生矿物次生矿物1 1、原生矿物经化学风化作用后而形成的新矿物。、原生矿物经化学风化作用后而形成的新矿物。、原生矿物经化学风化作用后而形成的新矿物。、原生矿物经化学风化作用后而形成的新矿物。主要为主要为主要为主要为粘土矿物。粘土矿物。粘土矿物。粘土矿物。3 3、是粘性土固相的主要成分，颗粒小、比表面积大，、是粘性土固相的主要成分，颗粒小、比表面积大，、是粘性土固相的主要成分，颗粒小、比表面积大，、是粘性土固相的主要成分，颗粒小、比表面积大，与水作用强。与水作用强。与水作用强。与水作用强。2 2、颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状。、颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状。、颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状。、颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状。粘土颗粒的形状粘土颗粒的形状粘粘 土土 矿矿 物物粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶胞所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和片和铝片构成的晶胞所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。蒙特石三种类型。硅片硅片 铝片铝片SiSi氧离子氧离子O2-硅离子硅离子Si4+硅硅-氧四面体氧四面体 硅片的结构硅片的结构 硅片简图硅片简图粘粘 土土 矿矿 物物粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝-硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。蒙特石三种类型。OH1-铝离子铝离子Al3+铝铝-氢氧八面体氢氧八面体 铝片的结构铝片的结构 铝片简图铝片简图Al Al 硅片硅片 铝片铝片晶层间通过氢键联结，联结力强，晶晶层间通过氢键联结，联结力强，晶格不能自由活动，水难以进入晶格间格不能自由活动，水难以进入晶格间能组叠很多晶层，多达百个以上，成能组叠很多晶层，多达百个以上，成为一个颗粒。颗粒长宽约为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-3 m，厚约厚约0.03-1 m。主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨胀和失水收缩，或者说亲水能力差。胀和失水收缩，或者说亲水能力差。粘粘 土土 矿矿 物物依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型：高岭石高岭石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石Si SiAl AlSi SiAl AlSi SiAl Al高岭高岭石微粒石微粒1:1的两的两层结构层结构晶层间是晶层间是O2-对对O2-的连结，联结力很弱，的连结，联结力很弱，水很容易进入晶层之间。水很容易进入晶层之间。每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒大每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒大小约为小约为0.1-1 m，厚约，厚约0.001-0.01 m。主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水能膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水能力强。力强。2:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si数层数层水分子水分子粘粘 土土 矿矿 物物依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型：高岭石高岭石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石粘粘 土土 矿矿 物物是云母在碱性介质中风化的产物。是云母在碱性介质中风化的产物。与蒙特石相似，由两层硅片夹一层与蒙特石相似，由两层硅片夹一层铝片所形成的三层结构，但晶层之铝片所形成的三层结构，但晶层之间有钾离子连结间有钾离子连结。主要特征：连结强度弱于高岭石而主要特征：连结强度弱于高岭石而高于蒙特石，其特征也介于两者之高于蒙特石，其特征也介于两者之间。间。2:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si钾离子钾离子依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型：高岭石高岭石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石 粒组：粒组：工程上把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组。工程上把大小、性质相近的土粒合并为一组，称为粒组。d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。巨粒巨粒60界限粒径界限粒径J固体颗粒的大小固体颗粒的大小固体颗粒固体颗粒 -粒组粒组固体颗粒固体颗粒 -粒径级配粒径级配F 粒径级配：粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分各粒组的相对含量，用质量百分 数来表示数来表示F 分析方法：分析方法：筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土水分法：适用于细粒土 常采用比重计法常采用比重计法F 表述方法表述方法:粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线J固体颗粒的大小固体颗粒的大小固体颗粒固体颗粒 -粒径级配粒径级配孔径孔径105.02.01.00.50.250.1(0.075)200g土土筛余筛余0101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)P100958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分数百分数P(%)P(%)262613.513.51010筛筛分分法法J固体颗粒的大小固体颗粒的大小1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线固体颗粒固体颗粒 级配曲线级配曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径:斜率斜率:某粒径范围内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量 陡陡-相应粒组含量多相应粒组含量多 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏d50:平均粒径平均粒径d60:控制粒径控制粒径d10:有效粒径有效粒径d30J固体颗粒的大小固体颗粒的大小土的粗细度：土的粗细度：用用d50 表示表示土的不均匀程度：土的不均匀程度：用不用不均匀系数：均匀系数：Cu=d60/d10 表示，表示，Cu 5，称为不均，称为不均匀土，反之称为均匀土匀土，反之称为均匀土连续程度连续程度:用曲率系数用曲率系数 Cc=d302/(d60 d10)度量度量,Cc=13为连续级为连续级配配,33或或13 或或 Cc1为级配不连续土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc 用于判定土的用于判定土的级配优劣级配优劣：Cu 5且且 Cc=13为级配为级配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1为为 级配级配 不良的土不良的土粒径级配曲线和指标的应用粒径级配曲线和指标的应用J固体颗粒的大小固体颗粒的大小二、土中的水二、土中的水土中水土中水矿物内部的水矿物内部的水结晶水结晶水土孔隙土孔隙中的水中的水结合水结合水非结合水非结合水强结合水强结合水弱结合水弱结合水液态水液态水重力水重力水毛细水毛细水气态水气态水固态水固态水-强结合水：强结合水：排列致密，密度范围排列致密，密度范围1.22.4g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度高于温度高于105C110C时可蒸发时可蒸发-弱结合水：弱结合水：密度范围密度范围1.11.74g/cm3 外力作用下可以移动外力作用下可以移动温度高于温度高于105C110C时可蒸发时可蒸发粘土粘土颗粒颗粒-+引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水土中水土中水 结合水结合水n结合水：结合水：受颗粒表面电场作用力受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水压力，不能任意流动的水-毛细水：毛细水：由于土体孔隙的毛细由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的毛细水承受表面张力和重力的作用作用-重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流动中自由流动土中水土中水 自由水自由水n自由水：自由水：不受颗粒电场引不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水毛毛细细管管hc土中毛细水上升高度土中毛细水上升高度T2r上升高度上升高度 r2hc w=2 rTcos 毛细水上升高度与孔径成反比毛细水上升高度与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石三、土中的气体三、土中的气体与大气相通与大气相通无影响，易挤出无影响，易挤出与大气不相通（空气、水气、天然气）与大气不相通（空气、水气、天然气）压力作用下可压缩或溶解压力作用下可压缩或溶解 封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透性减小，使土的弹性增大，延长了土的压缩和膨胀变形随时间的发使土的弹性增大，延长了土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程展过程。第二节、第二节、土的物理性质指标土的物理性质指标一、直接指标一、直接指标二、间接指标二、间接指标通过试验测定得到通过试验测定得到通过试验测定得到通过试验测定得到通过直接指标换算得到通过直接指标换算得到通过直接指标换算得到通过直接指标换算得到一、直接指标一、直接指标C土的密度土的密度和容重和容重A土的比重土的比重GsB土的含水率土的含水率C土的密度土的密度和容重和容重单位体积土的质量，用表示定义：单位：g/cm3表达式：定义：单位体积土的重量，用表示单位：KN/m3表达式：测定方法：环刀法、灌砂法C土的密度土的密度和容重和容重A土的比重土的比重Gs定义：土的固体颗粒质量与同体积4时纯水的质量之比（无因次）。表达式：A土的比重土的比重Gs测定方法：比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重定义：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 B含水率含水率表达式：测定方法：烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在105110下烘干，称干土的质量。B含水率含水率二、间接指标二、间接指标9土的孔隙比土的孔隙比e9土的孔隙率土的孔隙率n9土的饱和度土的饱和度Sr9干密度干密度d、干容重干容重d 9饱和密度饱和密度sat与饱和容重与饱和容重sat 9浮密度浮密度 与浮容重与浮容重 9土的孔隙比土的孔隙比e定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示表达式：9土中孔隙率土中孔隙率n定义：土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示.表达式：9土的饱和度土的饱和度Sr定义：水在孔隙中充满的程度。表达式：9干密度干密度d、干容重干容重d 定义：单位体积内土粒的质量或重量.表达式：9饱和密度饱和密度sat与饱和容重与饱和容重sat 定义：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量表达式：9浮密度浮密度 与浮容重与浮容重 定义：地下水位以下的土，土中固体颗粒的质量减去固体颗粒排开水的质量与土样体积之比。表达式：各种密度之间的比较各种密度之间的比较C筛分法筛分法适用于粒径大于适用于粒径大于适用于粒径大于适用于粒径大于0.075mm0.075mm的土的土的土的土J土的粒径级配土的粒径级配颗（粒）分试验颗（粒）分试验A比重计法比重计法J土的粒径级配土的粒径级配颗（粒）分试验颗（粒）分试验适用于粒径小于适用于粒径小于适用于粒径小于适用于粒径小于0.075mm0.075mm的土的土的土的土