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1、2、土的物理性质及工程分类,2.1 概述2.2土的组成及土的结构2.3 土的物理性质指标 2.4 无粘性土的密实度2.5 粘性土的物理特性2.6 土的渗透及渗流2.8 土的工程分类,土的形成,形成过程形成条件,物理力学性质,影响,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,搬运、沉积,风化,2.1 概述,固体矿物颗粒（固相）,土中气体（气相）,土中水（液相）,2.2 土的三相组成及土的结构,土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。1.土粒的矿物成分,（1）原生矿物（2）次生矿物（3）腐植质,2.2.1 土的固体颗粒,次生矿物,蒙脱石,伊利石,高岭石,蒙 脱
2、石,2.土颗粒的大小与形状,粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径,3.土的粒径级配,（1）定义 工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。（2）粒径分析方法筛分法（d0.075mm的土）密度计法（d0.075mm的土）,筛分法（d0.075mm的土）,筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。沉降分析法：具体有密度计法(也称比重计法)或移液管法(
3、也称吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,P%958778665536,筛分法原理图,筛分法,密度计法（d0.075mm的土）,（3）颗粒级配的表示方法,表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法,特征粒径:d60:限定粒径d10:有效粒径d30:中值粒径,不均匀程度：Cu=d60/d10,1、不均匀系数,连续程度:Cc=d302/(d60 d10),2、曲率系数,粒径级配累积曲线及指标的用途：,粒组含量用于土的分类定名；,不均匀系数Cu
4、用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土；Cu 5,均匀土,曲率系数Cc用于判定土的连续程度：C c=1 3,级配连续土；Cc 3 或 Cc 1,级配不连续土,不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：如果 Cu 5且 C c=1 3，级配 良好的土；如果 Cu 3 或 Cc 1,级配 不良的土,2.2.2 土中水和气,（1）固态水（2）气态水（3）液态水 结合水:吸附在土颗粒表面的水 自由水:电场引力作用范围之外的水,2.2.2.1 土中水存在的状态,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,结合水,排列致密、定向性强密度1.22.4g/cm3冰点-76具有极大的粘滞性和固体的特性温度高
5、于100C时可蒸发,强结合水,位于强结合水之外，电场引力作用范围之内密度1.01.7g/cm3冰点-2030外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性,弱结合水,图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作用,土中毛细现象,2.2.2.3 毛细水,分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管,上升高度:,毛细升高与孔径成反比,粘土粉土砂土砾石,分析对象:水柱,T为表面张力,2.2.2.5 土体中气体(气相),土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分,存在形式有两种:,自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大,封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性,土体中气
6、体,2.2.1 土的结构,2.2.3 土的结构构造,单粒结构 蜂窝结构 絮状结构,砂粒,粉粒,粘粒,2.2.2 土的构造,层状构造分散构造结核状构造裂隙状构造,2.3.1 土的三相比例指标,概述土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。三相指标的定义,2.3 土的物理性质指标,土的物理性质指标一共有9个。（1）反映土松密程度的指标有2个：土的孔隙比 e=Vv/Vs土的孔隙率 n=Vv/V100（2）反映含水程度的指标有2个：土的含水量 w=mw/ms100 土的饱和度 Sr=Vw/Vv100,(3)特定条件
7、下的密度指标有5个：土的天然密度=m/v土的干密度 d=Ms/V土的饱和密度 sat(ms+Vvw)/V土的浮密度（有效密度）/=(ms-Vsw)/V=sat-w土粒相对密度（土粒比重）ds=ms/mw=ms/(Vs.w1)=s/w1,其中三个基本试验指标,土的天然密度 测定：环刀法 土的含水量w 测定：烘干法土粒相对密度（土粒比重）ds 测定：比重瓶法 其它6个指标：Sr、d、sat、/、e、n可通过指标换算得到。,2.3.4 指标的换算,土的密度、含水量、土粒比重是通过试验测定，其他指标可由这三个指标换算得到。,2.4 无粘性土的密实度,（1）孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因
8、素,0.6,0.75,0.85,松散,中密,密实,稍密,（2）相对密实度Dr 定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin 的测定受人为的影响较大。,（3）标准贯入试验锤击数N为标准,30,15,10,松散,中密,密实,稍密,2.5 粘性土的物理特性,界限含水量、液限、塑限、缩限塑性指数液性指数灵敏度,粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理 状态，反映土的软硬程度。,液限、塑限、缩限,一、定义 界限含水量、液限WL、塑限Wp、缩限Ws 二、测定方法 液塑限联合测定法,测试结果整理,粘性土的可塑性指标塑性指数IP
9、液性指数,无单位,粘性土的灵敏度和触变性,低灵敏度中灵敏度高灵敏度,2.6 土的渗透及渗流,土中通常含有水，土中含水量的变化及土体中水的流动对土特性的影响非常大。有时这种影响可能会带来灾难。当水在土中流动较快时，将引起坝基渗流、基坑渗流、塌方、泥石流及流土、地下工程受淹等灾害。,透水层,不透水层,基坑,板桩墙,板桩围护下的基坑渗流,第1节 地下水引发的工程问题,一、渗透试验与达西定律,1.渗透试验,粗粒土：砾石类土中的渗流不符合达西定律砂土中渗透速度 vcr=0.3-0.5cm/s,2、适用条件,i,v,o,vcr,i,v,o,i0,层流（线性流）大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土
10、,两种特例,粘性土：致密的粘土 ii0,v=k(i-i0),二、渗透系数的测定 测定土的渗透系数的方法有:,室内试验测定方法野外试验测定方法,常水头试验法,变水头试验法,井孔抽水试验,井孔注水试验,三.渗透破坏 在渗透力较大时，土体内会发生流土、管涌等渗透破坏现象。介绍如下：,流土:,在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象。,原因：动水压力GD大于水的浮重度,动水压力：渗透作用中，孔隙水对土骨架的作用力，方向 与 渗流方向一致。,大小:,在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。,管涌,原因：,内因 有足
11、够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙,外因渗透力足够大,管涌,流土与管涌的比较,流土,土体局部范围的颗粒同时发生移动,管涌,只发生在水流渗出的表层,只要渗透力足够大，可发生在任何土中,破坏过程短,导致下游坡面产生局部滑动等,现象,位置,土类,历时,后果,土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动,可发生于土体内部和渗流溢出处,一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土,破坏过程相对较长,导致结构发生塌陷或溃口,图为发生在上海黄浦江隧道施工中流土带来的灾害。施工中发生渗水后，随后出现大量流砂涌入施工中的隧道，导致中山南路部分地面下沉，建筑倾斜。,图为发生在湖南望城湘江大堤最大的管涌。由于暴雨使湘江水猛长
12、，使土体中的水力坡降增加，加之土结构的几何原因，发生了图中的管涌。沙袋用来提高逸出口水位，以降低水力坡降。此外还抛了一些大的砾石形成反滤层。,四、防治流土、管涌的基本措施 防治流土的关键在于控制渗流逸出处的水力坡降,基本措施是确保实际的逸出坡降不超过允许坡降。防止管涌一般可从下两方面采取措施:1.改变水力条件,降低土层内部和渗流逸出处的渗透坡降。如上游做防渗铺盖或打板桩等；2.改变几何条件,在渗流逸出部位铺设层间关系满足要求的反滤层,是防止管涌破坏的有效措施。,第5节 流土、管涌及其防治,工民建标准水利部标准铁道部标准交通部标准,2.8 土的工程分类,分类依据：,能反映土的物理力学性质,土的组
13、成土的状态土的结构,土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类，以便于工程应用及研究,本节主要介绍建筑地基基础设计规范 GB500072002分类法,土,岩石碎石土砂土粉土粘性土人工填土,一、岩石,按成因分类,岩浆岩,沉积岩,变质岩,按坚硬程度分类,按完整程度分类,二、碎石土,土的名称 颗粒形状 粒组含量,漂石块石,圆形及亚圆形为主棱角形为主,粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%,卵石碎石,圆形及亚圆形为主棱角形为主,圆形及亚圆形为主棱角形为主,圆砾角砾,粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%,三、砂土,土的名称 粒组含量,粒径大于2mm的颗粒占全质量2
14、5-50%,砾砂粗砂中砂细砂粉砂,粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%,四、粉土,粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%而塑性指数Ip10的土,粒径大于0.075mm的颗粒含量大于全质量50%塑性指数Ip10的土,五、粘性土,10Ip17的土,Ip17的土,粘土,粉质粘土,六、人工填土,人类活动而形成的各类土。成分复杂，均匀性差。,分类方法:按组成物质分类如下表：,1、软土：天然含水量大于液限()，天然孔隙比15的粘性土是淤泥，1e1.5的粘性土
15、为淤泥质土。工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不良地基。2、红粘土和次生红粘土：50%，=30 50，e=1.11.7，Sr0.85。液限45%的土为次生红粘土。红粘土的工程性质：强度高压缩性低，失水收缩显著。,七、特殊土,3、膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或等于40的粘性土。4、黄土：湿陷性5、冻土：冻胀融沉6、盐渍土：含易溶盐含量大于0.5%，且具有吸湿、松胀特性。,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
