《《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》第3章土的物理性質(zhì)及工程分類(lèi).ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)》第3章土的物理性質(zhì)及工程分類(lèi).ppt（39頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

土中的土粒 水和氣三部分的質(zhì)量 或重力 與體積之間的比例關(guān)系 隨著各種條件的變化而改變 土粒一般由礦物質(zhì)組成 構(gòu)成土的固體部分 土粒構(gòu)成土的骨架 土骨架間布滿相互貫通的孔隙 這些孔隙有時(shí)完全被水充滿 稱為飽和土 有時(shí)一部分孔隙被水占據(jù) 另一部分被氣體占據(jù) 稱為非飽和土 孔隙完全充滿氣體時(shí) 則稱為干土 水和溶解于水的物質(zhì)構(gòu)成土的液體部分 空氣和其他一些氣體構(gòu)成土的氣體部分 這三種組成部分本身的性質(zhì)以及它們之間的比例關(guān)系和相互作用 決定土的物理力學(xué)性質(zhì) 因此 研究土的性質(zhì) 必須研究土的固體 液體和氣體的三相組成 土的三相比例指標(biāo) 一 土的三相草圖 在上述變量中ma 0 獨(dú)立的量有Vs Vw Va mw和ms五個(gè) 1m3水的質(zhì)量通常等于1g 故在數(shù)值上Vw mw 當(dāng)研究這些量的相對(duì)比例關(guān)系時(shí) 總是取某一定數(shù)量的土體來(lái)分析 例如 取V 1cm3 或m 1g 或Vs 1cm3等 因此又可以消去一個(gè)未知量 這樣 對(duì)于一定數(shù)量的三相土體 只要知道其中三個(gè)獨(dú)立的量 其他各個(gè)量就可從圖中直接換算得到 三相草圖是土力學(xué)中用以計(jì)算三相量比例關(guān)系的一種簡(jiǎn)單而又很實(shí)用的工具 1 土的密度密度 單位體積土的質(zhì)量 Mg m3 g cm3 粘性土r 1 8 2 0g cm3砂土r 1 6 2 0g cm3腐殖土r 1 5 1 7g cm3 測(cè)定方法 一般用 環(huán)刀法 用一個(gè)圓環(huán)刀 刀刃向下 放在削平的原狀土樣面上 徐徐削去環(huán)刀外圍的土 邊削邊壓 使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi) 稱得環(huán)刀內(nèi)土樣的質(zhì)量 求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度 2 土的重度重度 單位體積土的重量 是重力的函數(shù) kN m3 G為土的重量 g為重力加速度 工程上為了計(jì)算方便 取g 10m s2 3土粒相對(duì)密度 比重 相對(duì)密度 土粒密度 單位體積土粒的質(zhì)量 與4 時(shí)純水密度之比 rw1為4 時(shí)純水的密度 rw1 1g cm3 rs為土粒的密度 即單位體積土粒的質(zhì)量 故實(shí)用上 土粒相對(duì)密度在數(shù)值上等于土粒的密度 測(cè)定方法 土粒相對(duì)密度或比重可在試驗(yàn)室內(nèi)用比重瓶法測(cè)定 由于土粒相對(duì)密度變化不大 通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用 含水量w是標(biāo)志土的濕度的一個(gè)重要物理指標(biāo) 天然土層的含水量變化范圍很大 它與土的種類(lèi) 埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān) 一般說(shuō)來(lái) 對(duì)同一類(lèi)土 當(dāng)其含水量增大時(shí) 則其強(qiáng)度就降低 4土的含水量 含水量 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比 用w表示 以百分?jǐn)?shù)計(jì) 測(cè)定方法 土的含水量一般用 烘干法 測(cè)定 先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量m 然后置于烘箱內(nèi)維持100 105 烘至恒重 再稱干土質(zhì)量ms 水的質(zhì)量mw為濕土和干土質(zhì)量之差 鋁盒 烘箱 電子天平 土樣 基本指標(biāo) 土的密度r土粒比重ds土的含水量w 在測(cè)定土的密度 土粒比重和土的含水量這三個(gè)基本指標(biāo)后 就可以根據(jù)三相草圖計(jì)算出三相組成各自在體積上與質(zhì)量上的含量 1 土的孔隙比和孔隙率孔隙比 土中孔隙體積與土粒體積之比 以小數(shù)記 三相量比例關(guān)系的其它常用指標(biāo) 它是一個(gè)重要的物理性能指標(biāo) 可用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程度 一般地 e1 0的土是疏松的高壓縮性土 1 土的孔隙比和孔隙率孔隙率 土中孔隙體積與土總體積之比 以百分?jǐn)?shù)計(jì) 三相量比例關(guān)系的其它常用指標(biāo) 砂類(lèi)土 28 35 粘性土 0 50 有的可達(dá)60 70 2土的飽和度 飽和度 土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比 砂土根據(jù)飽和土Sr的指標(biāo)值分為稍濕 很濕和飽和三種濕度狀態(tài) 顯然 干土的飽和度Sr 0 而完全飽和土的飽和度Sr 100 3土的飽和密度和干密度 飽和密度 土中孔隙被水充滿時(shí)土的密度 Mg m3 g cm3 干密度 單位土體積中土粒的質(zhì)量 Mg m3 g cm3 重度 密度 g 密度與重度 飽和重度 天然重度 干重度 對(duì)于地下水位以下的土體 由于受到水的浮力作用 將扣除水浮力后單位體積土所受的重力稱為土的有效重度 以g 表示 當(dāng)認(rèn)為水下土是飽和時(shí) 它在數(shù)值上等于飽和重度gsat 有效重度 三相指標(biāo)換算 三相指標(biāo)換算 從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系不鼓勵(lì)死記硬背必要時(shí)利用三相草圖推導(dǎo) 三相圖換算指標(biāo) 就是利用已知的指標(biāo) 計(jì)算出三相草圖中的各相數(shù)值 再根據(jù)所求指標(biāo)的定義直接計(jì)算 事實(shí)上 由于三相量的指標(biāo)都是相對(duì)的比例關(guān)系 不是量的絕對(duì)值 因此 為了簡(jiǎn)化計(jì)算 常?？梢约僭O(shè)三相中某相的值為1個(gè)單位 實(shí)用上最常用的是假設(shè)Vs 1 0m3 或cm3 或V 1 0m3 或cm3 進(jìn)行計(jì)算 所謂土的物理狀態(tài) 對(duì)于粗粒土 是指土的密實(shí)程度 對(duì)于細(xì)粒土則是指土的軟硬程度或稱為粘性土的稠度 土的物理狀態(tài) 無(wú)黏性土的密實(shí)度 砂土 碎石土和粉土統(tǒng)稱為無(wú)黏性土 無(wú)黏性土的密度對(duì)其工程性質(zhì)有重要的影響 土的密實(shí)度通常指單位體積中固體顆粒的含量 土顆粒含量多 土就密實(shí) 土顆粒含量少 土就疏松 反映這類(lèi)土工程性質(zhì)的主要指標(biāo)是密實(shí)度 干密度 d和孔隙比e 或孔隙度n 都是表示土的密實(shí)度的指標(biāo) 但是這種用固體含量或孔隙含量表示密實(shí)度的方法有其明顯的缺點(diǎn) 主要是這種表示方法沒(méi)有考慮到粒徑級(jí)配這一重要因素的影響 相對(duì)密度 假定第一種砂是理想的均勻圓球 不均勻系數(shù)Cu 1 0 最密時(shí)的孔隙比e 0 35 如果砂粒的比重G 2 65 則最密時(shí)的干密度 d 1 96 cm3 第二種砂同樣是理想的圓球 但其級(jí)配中除大的圓球外 還有小的圓球可以充填于孔隙中 不均勻系數(shù)Cu 1 0 最密時(shí)的孔隙比e 0 35 就是說(shuō)這兩種砂若都具有同樣的孔隙比e 0 35時(shí) 對(duì)于第一種砂 已處于最密實(shí)的狀態(tài) 而對(duì)于第二種砂則不是最密實(shí) 相對(duì)密度 工程上為了更好地表明砂土所處的密實(shí)狀態(tài) 采用將現(xiàn)場(chǎng)土的孔隙比e與該種土所能達(dá)到最密實(shí)時(shí)的孔隙比emin和最松散時(shí)的孔隙比emax相比較的辦法 來(lái)表示孔隙比e時(shí)土的密實(shí)度 這種度量密實(shí)度的指標(biāo)稱為相對(duì)密度Dr定義為 密實(shí)度判別標(biāo)準(zhǔn) Dr 1 3疏松1 3 Dr 2 3中密Dr 2 3密實(shí) 土的最大孔隙比emax的測(cè)定方法是將松散的風(fēng)干土樣 通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器 求得土的最小干密度再經(jīng)換算確定 土的最小孔隙比emin的測(cè)定方法是將松散的風(fēng)干土樣分批裝人金屬容器內(nèi) 按規(guī)定的方法進(jìn)行振動(dòng)或錘擊夯實(shí) 直至密實(shí)度不再提高 求得最大干密度再經(jīng)換算確定 粘性土的稠度狀態(tài) 土中含水量很低時(shí) 水都被顆粒表面的電荷緊緊吸著于顆粒表面 成為強(qiáng)結(jié)合水 強(qiáng)結(jié)合水的性質(zhì)接近于固態(tài) 因此 當(dāng)土粒之間只有強(qiáng)結(jié)合水時(shí) 按水膜厚薄不同 土表現(xiàn)為固態(tài)或半固態(tài) 當(dāng)含水量增加 被吸附在顆粒周?chē)乃ぜ雍?土粒周?chē)龔?qiáng)結(jié)合水外還有弱結(jié)合水 弱結(jié)合水呈粘滯狀態(tài) 不能傳遞靜水壓力 不能自由流動(dòng) 但受力時(shí)可以變形 能從水膜較厚處向鄰近較薄處移動(dòng) 在這種含水量情況下 土體受外力作用可以被捏成任意形狀而不破裂 外力取消后仍然保持改變后的形狀 這種狀態(tài)稱為可塑狀態(tài) 粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度 稠度是指土的軟硬程度或土對(duì)外力引起變形或破壞的抵抗能力 弱結(jié)合水的存在是土具有可塑狀態(tài)的原因 土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍 大體上相當(dāng)于土粒所能夠吸附的弱結(jié)合水的含量 這一含量的大小土要決定于土的比表面積相礦物成分 粘性大的土必定是比表面積大 礦物的親水能力強(qiáng)的土 例如蒙持石 自然也是能吸附較多的結(jié)合水的土 因之它的塑態(tài)含水量的變化范圍也必定大 當(dāng)含水量繼續(xù)增加 土中除結(jié)合水外 已有相當(dāng)數(shù)量的水處于電場(chǎng)引力影響范圍以外 成為自由水 這時(shí)土粒之間被自由水所隔開(kāi) 土體不能原受任何剪應(yīng)力 而呈流動(dòng)狀態(tài) 從物理概念分析 土的稠度實(shí)際上是反映土中水的形態(tài) 液性指數(shù) 反映土的軟硬狀態(tài) 稠度界限土從某種狀態(tài)進(jìn)入另外一種狀態(tài)的分界含水量稱為土的特征含水量或 稠度界限 工程上常用的稠度界限有液性界限wL和塑性界限wP 液性界限 wL 簡(jiǎn)稱液限 相當(dāng)于土從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)時(shí)的含水量 這時(shí) 土中水的形態(tài)除結(jié)合水外 已有相當(dāng)數(shù)量的自由水 塑性界限 wp 簡(jiǎn)稱塑限 相當(dāng)于土從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時(shí)的含水量 這時(shí)土中水的形態(tài)大約是強(qiáng)結(jié)合水含量達(dá)到最大時(shí) 土中水與稠度狀態(tài) 粘性土的狀態(tài)分類(lèi) 土的工程分類(lèi)體系 自然界中土的種類(lèi)很多 工程性質(zhì)各異 為了便于研究 需要按其主要特征進(jìn)行分類(lèi) 任何一種土的分類(lèi)體系 其目的無(wú)非是想提供一種通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn) 以便在不同土類(lèi)之間可作有價(jià)值的比較 評(píng)價(jià)及累積和交流經(jīng)驗(yàn) 為了能通用 這種分類(lèi)體系首先應(yīng)當(dāng)是簡(jiǎn)明的 而且盡可能直接與土的工程性質(zhì)相聯(lián)系 可惜 土的分類(lèi)法不僅各國(guó)尚未統(tǒng)一 就是一個(gè)國(guó)家的各部門(mén)也都制定了結(jié)合本行業(yè)的特點(diǎn)的分類(lèi)體系 分類(lèi)依據(jù) 巖土工程勘察規(guī)范 GB50021 2001 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007 2002 土按堆積年代可劃分為以下三類(lèi) 老堆積土 第四紀(jì)晚更新世Q4及其以前堆積的土層 一般呈超固結(jié)狀態(tài) 具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 一般堆積土 第四紀(jì)全新世 文化期以前Q4 堆積的土層 新近堆積土 自文化期以來(lái)新近堆積的土層Q4 一般處于欠壓密狀態(tài) 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低 根據(jù)地質(zhì)成因可將士分為殘積土 坡積土 洪積土 淤積土 冰積土 風(fēng)積土和海積土等 根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量 按灼失量試驗(yàn)確定 可將土分為無(wú)機(jī)土 有機(jī)質(zhì)土 泥炭質(zhì)土和泥炭 其含量分別為小于5 5 10 10 60 大于60 按顆粒級(jí)配和塑性指數(shù)可將士分為碎石土 砂土 粉土和粘性土 碎石土 粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50 的土 根據(jù)顆粒級(jí)配和顆粒形狀 按下表分類(lèi) 砂土 粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50 粒徑大于0 075mm的顆粒超過(guò)全重50 的土 根據(jù)顆粒級(jí)配 按下表分類(lèi) 粘性土 若土的塑性指數(shù)IP 10 則該土屬粘性土 粘性土根據(jù)塑性指數(shù)IP按下表細(xì)分 淤泥 在靜水或緩慢的流水環(huán)境中沉積 經(jīng)生物化學(xué)作用形成 其天然含水量大于液限 天然孔隙比大于或等于1 5的粘性土 淤泥質(zhì)土 天然孔隙比小于1 5 但大于或等于1 0的粘性土稱為淤泥質(zhì)土 粉土 為介于砂土與粘性土之間 塑性指數(shù)IP 10且粒徑大于0 075mm的顆粒含量不超過(guò)全重50 的土 粉土的工程性質(zhì)介于砂土和粘性土之間 它既不具有砂土透水性大 容易排水固結(jié) 抗剪強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn) 又不具有粘性土防水性能好 不易被水沖蝕流失 具有較大粘聚力的優(yōu)點(diǎn) 土的壓實(shí)性 建筑物建筑在填土上 為了提高填土的強(qiáng)度 增加土的密實(shí)度 降低其透水性和壓縮性 通常用分層壓實(shí)的辦法來(lái)處理地基 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明 對(duì)過(guò)濕的土進(jìn)行夯實(shí)或碾壓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象 俗稱 橡皮土 此時(shí)土的密實(shí)度是不會(huì)增大的 對(duì)很干的土進(jìn)行夯實(shí)或碾壓 顯然也不能把土充分壓實(shí) 所以 要使土的壓實(shí)效果最好 其含水量一定要適當(dāng) 在一定的壓實(shí)能量下使土最容易壓實(shí) 并能達(dá)到最大密實(shí)度時(shí)的含水量 稱為土的最優(yōu)含水量 或稱最佳含水量 用 表示 相對(duì)應(yīng)的干密度叫做最大干密度 以 dmax表示 含水量與干密度關(guān)系曲線 具有最優(yōu)含水量的土 其壓實(shí)效果最好 這是因?yàn)楹枯^小時(shí) 土中水主要是強(qiáng)結(jié)合水 土粒周?chē)慕Y(jié)合水膜很薄 使顆粒間具有很大的分子引力 阻止顆粒移動(dòng) 壓實(shí)就比較困難 當(dāng)含水量適當(dāng)增大時(shí) 土中結(jié)合水膜變厚 土粒之間的聯(lián)結(jié)力減弱而使土粒易于移動(dòng) 壓實(shí)效果就變好 但當(dāng)含水量繼續(xù)增大 以致土中出現(xiàn)了自由水 擊實(shí)時(shí)孔隙中過(guò)多的水分不易立即排出 勢(shì)必阻止土粒的靠攏 所以壓實(shí)效果反而下降 最優(yōu)含水量與壓實(shí)能量關(guān)系 對(duì)同一種土 用人力夯實(shí)時(shí) 因能量小 要求土粒之間有較多的水分使其更為潤(rùn)滑 因此 最優(yōu)含水量較大而得到的最大干密度卻較小 如圖所示的曲線3 當(dāng)用機(jī)械夯實(shí)時(shí) 壓實(shí)能量較大 得出的曲線如圖中的曲線1和2 在同類(lèi)土中 土的級(jí)配對(duì)土的壓實(shí)效果影響較大 顆粒級(jí)配良好的容易壓實(shí)