2.土的物理性质及工程分类.pps
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1、第二章 土的物理性质 及工程分类,土 力 学,退出,2.1概述 2.2土的成因和组成 2.3土的物理性质指标 2.4无粘性土的物理特性 2.5粘性土的物理特性 2.6土的压实性 2.7土的工程分类,土的形成,渗透特性 变形特性 强度特性,土的三相组成 土的物理状态 土的结构,土的工程分类,土的压实性,决 定,影响,如何获得较好的土,便于研究和应用,2.1 概述,2.2 土的成因和组成,2.2.1土的形成,2.2.2土的组成,2.2.3土的结构和构造,下一 节,返 回,退 出,土,固相,液相,气相,土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系,反映出土的不同性质,搬运、沉积,风化,土是岩石
2、经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物,2.2.1 土的形成,风化作用的类型,一.物理风化作用,1.岩石的释荷 2.岩石的热胀冷缩 3.水的冻融,二.化学风化作用,1.氧化作用 2.水解作用,1.生物的机械风化作用 2.生物的化学风化作用,三.生物风化作用,工程地质中详细介绍,课下自己复习,残积土 无搬运,运积土 有搬运,土质较好,残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体,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,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,土的成因类型,运积土 有搬运,风:风积土,
3、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,工程地质中详细介绍,课下自己复习,2.2.2 土的组成,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架, 起决定作用,重要影响,土体,次要作用,一、土的固体颗粒,物理状态 力学特性,粒径级配,矿物成分,颗粒形状,1.土粒的矿物成分,原生矿物:石英、长石、云母等 次生矿物:主要是粘土矿物, 包括三种类型:高岭石、伊里石、蒙脱石,粘土矿物:由硅片和铝
4、片构成的晶胞所组合而成,工程地质中详细介绍,课下自己复习,2.粒径、级配,颗粒大小,各粒径成分在土中占的比例,狭义的粒径级配,影响土性 的主因,粒 组 按粗细进行分组,将粒径接近的归成一类 界限粒径 划分粒组的分界尺寸,1)颗粒大小,2)粒径级配,确定方法 筛分法:适用于粗粒土 (0.075 mm) 沉降分析法:适用于细粒土 (0.075mm),各粒组的相对含量,用质量百分数来表示,表述方法 颗粒级配曲线,颗粒级配曲线纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标),10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.075,200g,10 16 18 24 22 38
5、72,小于某粒径之土质量百分数P(),粒径(mm),P % 95 87 78 66 55 36,土的颗粒级配曲线,沉降分析法,表示方法,d60,d50,d10,d30,特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 : 中值粒径,不均匀程度: Cu = d60 / d10, 不均匀系数,Cu 5,级配不均匀,粗细程度: 用d50 表示,斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 陡相应粒组质量集中 缓-相应粒组含量少 平台-相应粒组缺乏,连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数,较大颗粒缺少,Cc 减小,较小颗粒缺少,Cc 增大,C c =
6、1 3, 级配连续性好,Cc大,Cc小,颗粒级配曲线及指标的用途:,1)粒组含量用于土的分类定名;,2)不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度: Cu 5, 不均匀土; Cu 5, 均匀土,3)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,4)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,3.颗粒形状,原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状 次生矿物 针状、片状、扁平状,土中的水,固 态,自由水,气 态,液 态,结合水,重力水,
7、毛细水,强结合水,弱结合水,二、土中的水,1.结合水,排列致密、定向性强 密度1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的的特性 温度高于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 外力作用下可以移动 不因重力而移动,有粘滞性,弱结合水,土中毛细现象,2.上升高度:,1)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,毛细升高与孔径成反比,粘土 粉土 砂土 砾石,1.分析对象: 水柱,2.自由水,对砂土强度的影响:毛细边角水, 假凝聚力,3.毛细压力,4.非饱和土中毛细张力影响,分析对象:水膜,高岭石,伊利石,蒙脱石,3 粘土颗粒
8、与水的相互作用,粘土矿物的结构特征,工程地质中详细介绍,课下自己复习,粘土颗粒与水的相互作用,研究表明:粘土颗粒的表面净电荷通常为负电荷,靠近土粒表面处,静电引力最强,形成固定层(强结合水层),在其外围,形成扩散层(弱结合水层),水中阳离子价位高还是低可以改良土质?,?,土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分,分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体,1.非封闭气体:受外荷作用时被挤出土体外,对土的性质影响不大,2.封闭气体:受外荷作用,不能逸出,被压缩或溶解于水中,压力减小时能有所复原,对土的性质有较大的影响,增加土的弹性;阻塞渗流通道,使土的渗透性减小,弹性增大和延长土体受力后变
9、形达到稳定的历时,三、土中气体,土有三个组成部分:固相、液相和气相,小 结,1.固体颗粒,2.土中水,3.土中气体,矿物成分 粒径级配 颗粒形状,结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水),自由气体 封闭气体,2.2.3 土的结构和构造,一、土的结构,土颗粒或粒团的空 间排列和相互联结,土粒间的作用力,力学特性,土的结构,影响,结构基本类型,重塑土的强度,原状土的强度,细粒土的结构,1.土粒间的作用力,重 力 毛细力 胶结力 颗粒表面力,土颗粒的自重形成的方向向下的力, 砂土, 土中毛细作用形成的力, 细砂、粉土, 土粒间的胶体物质产成的作用力, 粘土, 粘土, 库 仑 力:,
10、 范德华力:,颗粒表面的静电引力或斥力,颗粒接触点处的分子间引力,单粒结构,密实状态,疏松状态,2.结构基本类型,粒间作用力,排列形式,土粒类型,重力,毛细力,点与点、点与面,粗粒土,示意图,蜂窝结构,絮状结构,粒间作用力,排列形式,土粒类型,表面力、胶结力,点与点或悬浮,粘粒,示意图,示意图,粒间作用力,排列形式,土粒类型,重力、毛细力、表面力、胶结力,点与点,粉粒,天然条件下,可能是多种组合,或者由一种结构过渡向另一种结构。,粒间作用力,形成环境,排列形式,矿物成分,表面力、胶结力 (斥力减小引力增加),片架结构 (凝絮结构),片堆结构 (分散结构),示意图,表面力、胶结力 (粒间斥力占优
11、势),淡水中沉积,海水中沉积,次生矿物,次生矿物,面与面,边、角与面 边、角与边,细粒土的结构受沉积条件以及外界条件的影响,细粒土结构,二、土的构造,工程地质中详细介绍,课下自己复习,层状构造,分散构造,裂隙状构造,结核状构造,2.3 土的物理性质指标,2.3.1土的三相组成示意图,2.3.2三相比例关系的试验指标,2.3.3三相比例关系的换算指标,2.3.4三相指标换算,2.3.5例题分析,上一节,下一节,退 出,返 回,质量m,体积V,2.3.1土的三相组成示意图,已知关系五个:,共有九个参数: V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m,剩下三个独立变量,三相草图法,物性指标
12、是比例关系: 可假设任一参数为1,对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量,实验室测定,其它指标,是一种简单而实用的方法,土的密度,工程中常用于计算土的自重应力,重力加速度,近似取10m/s2,2.3.2 三相比例关系的试验指标,定义:单位体积土的质量,单位:kg/m3 或 g/cm3,一般范围:1.62.2kg/m3,相关指标,土的重度,单位:kN/m3,测定方法:粘土通常用环刀法,砂土通常用蜡封法等,土粒相对密度ds(土粒比重),单位: 无量纲,一般范围: 粘性土 2.702.75 砂 土 2.65,土粒比重在数值上等于土粒的密度,定义: 土粒的质量与同体积4时纯蒸馏水的密度的比值,测定方
13、法:通常用比重瓶法,测定方法:通常用烘干法,亦可近似用酒精燃烧法,土的含水量,定义:土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示,单位: 无量纲,注意: 其实是含水比, 可达到或超过100,定义:土中孔隙体积与土粒体积之比,定义:土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示,2.3.3 三相比例关系的换算指标,表示土中孔隙含量的指标,孔隙比e,孔隙率n,一般范围: 粘性土 30-50%,有的可达60-70% 砂 土 28-35%,二者关系:,砂土根据饱和度分为三种状态,Sr50% 稍湿 50Sr80% 很湿 Sr80% 饱和,饱和度Sr,定义:土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比,以百分数表示,饱和度表示孔
14、隙中充满水的程度,Sr=0 干土 Sr=100% 饱和土,定义:土体中孔隙完全被水充满时的土的密度,定义:单位体积中固体颗粒部分的质量,定义:土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差,表示土中密度和重度的指标,饱和密度sat和重度sat,浮密度和重度,干密度d和重度d,表达式:,表达式:,表达式:,质量m,体积V,由ds ,和三个基本指标换算出其余各指标,推导:,换算关系式:,2.3.4 三相指标的换算,2.3.5 例题分析,【例】某土样经试验测得体积为100cm3,湿土质量为187g,烘干后,干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为2.66,求该土样的含水量、密度、重度 、干重度d 、孔隙
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