1、第二章 土的物理性质和工程分类,土的生成和组成,1,土颗粒划分及测试,3,土的工程分类,4,土的主要特点,2,土的物理性质指标,5,土的物理状态及其指标,6,土的压实性,7,土的结构变化,8,岩石,风化，剥蚀,水、风的搬运或就地沉积,土,物理风化：生成砂、砾等粗颗粒土。,化学风化：生成粘性土（高岭土等）。,生物风化：植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用。,（1）土的来源,土的生成和组成,1,（2）土的矿物成分,（a）原生矿物：物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成分。 化学性质稳定，水稳性强。,（b）次生矿物：化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。颗粒细，比表面积大，
2、活性大，亲水性强。,蒙 脱 石,（c）有机质：,亲水性：蒙脱石伊利石高岭石,单位质量上颗粒所拥有的表面积,（3）土的组成,（a）土的组成土是各种矿物颗粒的集合体,粗颗粒土,细颗粒土,一般由固体颗粒、水和空气三相组成,有四相说水土交界面,土中的水,固 态,结合水,气 态,液 态,（b）土中的水,自由水,强结合水,毛细水,重力水,弱结合水,结晶水,固体状态,不任意流动,四种书中P13,粘土颗粒,水分子,极 性,（c）土中的气体（空气）,四种状态,吸附土颗粒表面的气体,自由气体,四周为土颗粒和水所封闭的气体,溶解于水中的气体,与大气连通，对土的性质没有影响,增加土的弹性；降低土的渗透性。,摘自：清华
3、土力学，p13,（4）土的结构及其联结,（a） 粗粒土及粉土的结构生成时重力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。,土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式。,粗粒土：单粒结构,粉土：蜂窝结构,（b） 粘性土的结构,结构类型：,颗粒间的作用力：范德华力、库仑力等。特 点：有粘聚力和可塑性。,（c）不均匀土的混合结构,分散结构,絮凝结构,（1）散体介质的集合体，固体+液体+气体组成。（2）多样性：由于成土母岩不同、风化作用的历史不同，造成土的种类繁多、分布复杂、性质各异。（3）易变性：土的工程特性经常受着外界的温度、湿度（地下水作用）、压力（建筑物荷载）等影响而产生显著变化。,青藏铁路
4、中的冻土,土的主要特点,2,（1）土颗粒的粒径划分,土颗粒的大小用粒径来表征的。,土颗粒划分及测试,3,筛分法（0.1mm以上）,（2）土颗粒的粒径测试方法（颗分试验）,摆筛图,水（析）分法（0.1mm以下）,（a）密度计法：适用于粒径小于0.075mm的细颗粒土。斯托克斯(Stokes)定理：颗粒下沉速度与颗粒直径的平方成正比。,（b）激光颗粒分析法,MicrotracS3500型颗粒分析仪,（3）颗粒分析成果（颗分）粒径分布曲线（级配曲线）,不均匀系数,级配良好的土,曲率系数,且,Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀，粗细颗粒的大小相差悬殊。 当Cu5，称为不均匀土，容易压密实；反之，为
5、均匀土。,当Cc=1-3，表示级配曲线连续； 当 Cc3，表示级配曲线不连续。,级配不良的土,不能同时满足这两个条件的土,工程性能比较好,通过颗粒分布曲线，可以得出土颗粒的配比等性能指标,(A) 直接测定的指标（3个）,(B) 换算指标（6个）,http:/202.115.134.210:801/bizhong.html,该网站可以观看演示试验（成都理工大学）,9个指标,4,土的物理性质指标,1.土的密度和容重(、)（重力密度，重度=容重）,(A) 直接测定的指标（3个）, 测定方法：环刀法,（kg/m3）,（kN/m3）,9.8m/s2, 定义：单位体积土的质量（重量）。,密度,容重,天然密
6、度或湿密度,2. 土粒的比重(Gs), 测量方法：比重瓶煮沸法,水的密度1.0g/cm3,水的容重10KN/m3, 定义：土粒的质量与同体积 4 纯水的质量之比。,土颗粒的比重,土颗粒的质量,土颗粒的体积,土颗粒的重量,土颗粒的密度,3. 含水量(w), 测量方法：烘干法,土粒的质量, 定义：土中水的质量（重量）与土粒质量（重量）之比，以百分数表示。,含水量,水的质量,水的重量,4. 孔隙比(e)和孔隙率(n),(B) 换算指标（6个）, 定义 孔隙比(e)：土中孔隙体积与土粒体积之比，用小数表示。 孔隙率(n)：土中孔隙体积与土的总体积之比，用%表示。,孔隙比,孔隙率,两者关系,5. 饱和度
7、（Sr）, 定义：土中所含水的体积与孔隙体积之比 。反映了土体中孔隙被水充满的程度。,饱和度,6. 土的饱和密度（sat） 、干密度（d）, 定义 饱和密度：孔隙完全被水充满时土的密度。,饱和密度计算公式：,饱和容重计算公式：,干密度：土被完全烘干时的密度。,干密度计算公式：,干容重计算公式：,浮容重：静水下的土体受到水的浮力作用，其容重等于土的饱和容重减去水的容重。,天然容重（湿容重）、饱和容重、浮容重、干容重之间的关系：,天然密度（湿密度）、饱和密度、干密度之间的关系：,土的物理状态：土的干湿、松密、软硬等状态。,砂 土：土的密实程度松、密,粘性土：土的软硬程度（稠度）软、硬,（1） 土的
8、干湿状态（地基与基础p24）（三种）,5,土的物理状态及其指标,（2） 砂土的密实度（松密状态）,工程上原位测试判断物理状态：标准贯入试验、动力触探和静力触探试验,定义：土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。,指标：相对密实度 Dr（Relative Density ），工程采用现场土的孔隙比e与该种土达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对比的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。,状态判断,（地基与基础p27）,标准贯入试验（SPT） （Standard Penetration Test）,标准贯入数 N,锤 重：63.5kg,落 距：760mm,打入深度：300mm,判断标
9、准：,建筑地基基础设计规范(GB500072002) 岩土工程勘察规范（GB50021-2001）,工程上原位测试判断松密状态,N63.5 5 松散5 N63.5 10 稍密10 N63.5 20 中密N63.5 20 密实,重型 动力触探击数,碎石土 密实状态,N 10 松散10 N 15 稍密15 N 30 中密N 30 密实,标准贯入 击数,砂 土 密实状态,阿特堡界限 (Atterberg limit),（3） 粘性土的物理状态（软硬状态）,粘性土随着含水量的不同，分别表现出：固态、半固态、可塑态、流动态,粘性土从一种状态变到另一种状态的含水量分界点称为界限含水量。,液限（wL）的测定
10、： 锥式液限仪（中国）； 碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。,碟式液限仪 平衡锥式液限仪,液限的测定方法,76g力平衡锥尖沉入土里10mm时，土的含水量即为液限wL, 塑限（wp）的测定：搓条法测定，用土搓成直径为3mm的土条，如果土条产生裂缝并开始断裂，这时土的含水量即为土的塑限（wp） 。 缩限的测定：收缩皿法测定。,液塑限联合测定仪,塑性指数,可用于土的分类及其性质的评估。,可塑性是区分粘土和砂土的重要特征之一。将液限与塑限之间的差值，称为塑性指数Ip。反映粘性土可塑性的大小。,粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量 50，塑性指数Ip 10的土为粉土塑性指数Ip 10的土
11、为粘性土17Ip10 为粉质粘土Ip17 为粘土, 塑性指数与液性指数,液性指数：表征土的天然含水量与分界含水量之间相对关系的指标。,反映粘性土软-硬程度（稠度，潮湿程度）,固态或半固态 坚硬,可塑态,液 态（流动） 流塑,五种状态,（1）按照地质年代分类（a）老沉积土：晚更新世Q3及其以前沉积的土。（b）新沉积土：第四纪全新世Q4中近期沉积的土。,（2）按照地质成因分类残积土、坡积土、冲积土、淤积土、冰积土和风化土,土的工程分类,6,（3） 土（岩）的工程分类,6大类,按照土颗粒大小和塑性指数的工程分类（岩土工程勘察规范GB50021-2001）,碎石土的分类,注：定名时根据颗粒级配由大到小
12、以最先符合者确定。,（a）碎石土：粒径大于2.0mm的颗粒质量超过总质量50的土。,(a) 碎石土,卵 石,块石（碎石）,（b）砂土：粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量50，粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量50的土。,注：定名时根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。,砂土的分类,(b) 砂土,（d）粘性土：粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量50，塑性指数Ip 10的土。,（c）粉土：粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量50的土，塑性指数Ip 10的土。,粉质粘土：塑性指数10 Ip 17的土。,粘土：塑性指数Ip 17的土。,（e）特殊性土：湿陷性土、黄土、红粘土
13、、软土、混合土、填土、多年冻土、膨胀岩土、盐渍岩土、风化岩和残积土、污染土。,Loess，yellow earth,刘东生院士,Frozen soils,土粒粒组的划分地基与基础（第三版p15）,土的压实性-最大干密度和最优含水量的关系,土体能够通过振动、夯实和碾压等方法调整土粒排列，进而增加密实度的性质称为土的压实性。,土的干密度d是反映土的密实度的重要指标，它与土的含水量、压实能量和填土的性质等有关。将同一种土配置成不同含水量的土样后进行室内击实试验，可以获得如图所示的含水量w与干密度d之间的关系曲线，称作击实曲线。,细粒土含水量干密度曲线,工程填土压密实的标准，采用压实度De来控制。,工
14、程上压实度De一般要求在95-98%,土的压实性,7,d,dmax,（1） 砂土的振动密实和液化,1964年6月16日日本新瀉7.5级地震,土的结构变化,8,（2） 粘性土的触变性和灵敏度,灵敏度St：原状土与重塑土的无侧强度比。,St=24， 中等灵敏St=48， 灵敏St=816，特别灵敏St 16， 超灵敏,触变性：在含水量不变的条件下，土体扰动之后强度下降，经过静置，它的初始强度会时间而逐渐得到部分恢复的现象。,本章小结,土的来源 土的组成（三相介质，土粒+水+气） 土的物理性质指标（3+6） 土的物理状态（干湿，松密，软硬，指标-塑限、液限、塑性指数、液性指数） 土的工程分类（5大类，分类指标粒径、塑性指数） 土的压实性-最优含水量和最大干密度,
