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1、土力学与地基基础,1,Ch1 土的物理性质与工程分类,讲课人：邵红才扬州市职业大学土木工程学院,土力学与地基基础,2,第一章 土的物理性质与工程分类,土力学与地基基础,3,1.1 土的生成,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,形成过程形成条件,物理力学性质,影响,土力学与地基基础,4,生物风化,物理风化,化学风化,量变,无粘性土,原生矿物,质变,粘性土,次生矿物,动植物的活动,有 机 质,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,或在运动过程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用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。,风化作用种类,土力学与地
2、基基础,5,物理风化,土力学与地基基础,6,化学风化,土力学与地基基础,7,搬运和沉积,搬运：由风力、水流、重力等完成。沉积：残积、坡积、冲积等。,残积土无搬运,土质较好,颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理,母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物,土力学与地基基础,8,搬运和沉积,运积土有搬运,风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物,土力学与地基基础,9,运积土有搬运,风：风积土,重力:坡积土,流水:,洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物,冰川:冰积土,土粒粗细不同，性质不均匀,有分选性，近粗远细,浑圆度分选性明显，土层交迭,含有机物淤
3、泥，土性差,颗粒细，表层松软，土性差,土粒粗细变化较大，性质不均匀,颗粒均匀，层厚而不具层理,搬运和沉积,土力学与地基基础,10,1.2 土的概念与基本特征,土是岩石经风化、搬运、沉积所形成的产物.本学科强调土的工程性质（土的物理力学性质）,土力学与地基基础,11,1.3 土的组成,土是由固相，液相，气相组成的三相分散系。固相包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通的形成多孔介质。液相主要是水(溶解有少量的可溶盐类)。气相主要是空气，水蒸气，有时还有沼气等。,土力学与地基基础,12,1.3.1 土的固相,构成土骨架，起决定作用,土力学与地基基础,13,1、
4、土粒的矿物组成,土是岩石风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其后的风化作用。,矿物成分,原生矿物,有机质,次生矿物,土力学与地基基础,14,由岩石经物理风化生成的颗粒通常是由一种或几种原生矿物所组成。成分与母岩的相同，常见的有石英，长石和云母。颗粒一般较粗，多呈浑圆形，块状或板状。吸附水的能力弱，性质比较稳定，无塑性。,原生矿物,土力学与地基基础,15,次生矿物,由原生矿物经化学风化生成的新矿物，它的成分成分与母岩的完全不同。次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石，伊利石和蒙脱石。颗粒极细，且多呈片状。性质活泼，有较强的吸附水能力（尤其是由蒙脱石组成的颗粒），具塑性。,土力学与
5、地基基础,16,动植物分解后的残骸，分解彻底的称为腐殖质/腐殖质的颗粒极细，粒径小于0.1m，呈凝胶状，带有电荷，具有极强的吸附性。3%5%,不宜做填筑材料。,有机质,土力学与地基基础,17,2、土的颗粒级配,土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。土的颗粒级配土中各粒组的相对百分含量。通常用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示。粒组人为的把大小相近的土粒合并为组。,土力学与地基基础,18,颗粒级配的测定,筛分法（适用于砾石类和砂土类，d0.075mm）它是利用一套孔径大小不同的筛子，将事先称过重量的烘干土样过筛，称留在各筛上的重量，然后计算相应
6、的百分数。,土力学与地基基础,19,颗粒级配的测定,比重计法 适用于粉土和粘性土 d0.075mm利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量,土力学与地基基础,20,颗粒级配试验结果分析,表格式,土力学与地基基础,21,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P%958778665536,土的粒径级配累积曲线,比重计法,颗粒级配试验结果分析-表格法,土力学与地基基础,22,d60,d10,d30,特征粒径:d60:限制粒径d10:有效粒径d30：中值粒径,颗粒级配试验结果分析-颗粒级
7、配曲线,纵坐标：小于某粒径的土质量含量%,横坐标：土的粒径lgd(对数表示),通过有限点，用光滑曲线连接,土力学与地基基础,23,颗粒级配曲线,曲线陡缓（直观反映）曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。曲线愈陡，表示粒径大小相差不多，土粒较均匀，级配不良,d60,d10,d30,土力学与地基基础,24,颗粒级配曲线,定量分析（指标反映）,不均匀系数Cu,d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、30%和60%时所对应的粒径。,Cu愈大，表示土粒愈不均匀工程上把Cu5的土视为均匀土Cu=5的土视为不均匀土,土力学与地基基础,25,颗粒级配曲线,曲率系数Cc,用于判定土的
8、连续程度Cc=1 3，级配连续性好 Cc 3 或 Cc 1，级配不连续,表明土中缺少中间粒组,土力学与地基基础,26,土的颗粒级配判定,Cu5,Cc=13,级配良好的土,土力学与地基基础,27,1.3.2 土的液相,土力学与地基基础,28,强结合水,排列致密、定向性强 密度3 冰点处于-78摄氏度 具有固体的的特性 温度高于100C时可蒸发,弱结合水,位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性,结合水,土力学与地基基础,29,对于细粒土，当粘粒含量很高，特别是当粘粒由粘土矿物组成时，由于它们多呈片状，比表面很大，结合水往往占有很大的孔隙体积，故细粒土
9、的性质将受结合水的重大影响。对于粗粒土，由于颗粒在三个方向的尺寸属同一数量级，比表面较小，因此，在孔隙水的体积中结合水的体积可忽略不计。故粗粒土的性质主要取决于土粒的形状、级配和排列。,结合水对土的工程性质的影响,土力学与地基基础,30,自由水,自由水：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动的水。,hc,毛细水,重力水,自由水,重力水,毛细水,在重力作用下可在土中自由流动,存在于固气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动,土力学与地基基础,31,1.3.3 土的气相,分类:1.吸附于土颗粒表面的气体 2.溶解于水中的气体 3.四周为颗粒和水所封闭的气体以及自
10、由气体特点:通常认为自由气体与大气连通，对土的性质无大影 响。密闭气体的体积与压力有关，压力增加，则体 积缩小，压力减小，则体积胀大。因此，密闭气体 的存在增加了土的弹性，同时还可阻塞土中的渗流 通道，减小土的渗透性。,土力学与地基基础,32,1.3.4 土的结构和构造,1、土的结构土颗粒之间的相互排列和连续形式，称为土的结构。,粗粒土：单粒结构,单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态。,土力学与地基基础,33,土的结构,粉 土：蜂窝结构,蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接
11、触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构。,絮状结构：海水,絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构。,土力学与地基基础,34,2、土的构造,同一土层中，土颗粒或颗粒集合体相互间的分布特征，称为土的构造。,土力学与地基基础,35,层状构造：土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同，沿竖向呈层状特征。,淤泥夹粘土透镜体,粘土尖灭,砂土夹粘土层,水平层理 交错层理,层状构造:,土力学与地基基础,36,分散构造：土层中各部分的土粒无明显差别，分布均匀，各部分性质
12、亦接近。如砂、砾石、卵石等沉积厚度较大时，无明显层次，都属于分散构造。具有分散构造的土可作为各向同性体看待。,分散构造:,土力学与地基基础,37,裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割，在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。裂隙破坏土的整体性，增大透水性，对工程不利。,裂隙构造:,土力学与地基基础,38,土的工程特性,压缩性高。钢材E=2.1105MPa；C20混凝土的弹性模量约为2.6104MPa；饱和细砂E=816MPa。饱和细砂的压缩性是混凝土压缩性的数千倍，证明土的压缩性极高。软塑或流塑状态的粘性土往往比饱和细砂的压缩性还要高很多。强度低。土的强度是指其抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。
13、无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦；粘性土的强度除摩擦力外，还有粘聚力。无论摩擦力还是粘聚力，均远远小于其他建筑材料（如钢材、混凝土等）本身的强度。透水性大。由于土体中固体矿物颗粒之间具有很多透水的孔隙，因此土的透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗颗粒的卵石或砂土，其透水性更大。土的工程特性与土木工程设计和施工密切相关，需引起高度重视。,土力学与地基基础,39,1）风化 2）搬运与沉积,1.土的生成,2.土的结构：单粒结构；蜂窝结构；絮状结构。,3.土的构造：层状构造；分散构造；裂隙构造。,4.土的工程特性:1）压缩性高；2）强度低；3）透水性大,5.土的三相组成:气相+液
14、相+固相,本次课小结:,土力学与地基基础,40,Cu=d60/d10,不均匀系数：,Cu 5,级配不均匀,Cc=d302/(d60 d10),曲率系数（连续程度）:,特征粒径:,d30:中值粒径d60:控制粒径d10:有效粒径,6.粒径级配,筛分法：适用于粗粒土(0.075 mm)比重计法：适用于细粒土(0.075 mm),本次课小结:,土力学与地基基础,41,7.土中水,结合水(强结合水、弱结合水)自由水(重力水、毛细水),8.土中气体,9.粘土颗粒与水的相互作用,本次课小结:,土力学与地基基础,42,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P%958778665536,土的粒径级配累积曲线,水分法,2.土粒粒组及级配,一.土中的固体颗粒,
