1、第二章土的物理性質(zhì)及地基土的工程分類1.土力學(xué)的研究對(duì)象：土土一一土是連續(xù)、堅(jiān)固的巖石在風(fēng)化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經(jīng)過(guò)不同的搬運(yùn)方式，在各種自然環(huán)境中生成的沉積物。§2-1土的組成同：土顆粒冰彳氣:氣體一、土的組成液：孔隙中的水土中顆粒的大小、成分及三相之間的比例關(guān)系反映出土的不同性質(zhì)，如干濕、輕重、松緊、軟硬等。這就是土的物理性質(zhì)。二、土的固體顆粒（一）土的顆粒級(jí)配1 .土顆粒的大小直接決定土的性質(zhì)2 粒徑一一顆粒直徑大小3 .粒組一一為了研究方便，將粒徑大小接近、礦物成分和性質(zhì)相似的土粒歸并為若干組別即稱為粒組。粒組的劃分：200602漂石F L 卵打 封,0.075,0.

2、005mmwT #1 粘粒4 .顆粒級(jí)配一一土粒的大小及組成情況，通常以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量來(lái)表示，稱為土的顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配的測(cè)室方法：一一篩析法比重計(jì)法試驗(yàn)成果分析:顆粒級(jí)配累積曲線（半對(duì)數(shù)坐標(biāo)）見(jiàn)P17圖1-10:曲線平緩粒徑大小懸殊不均勻級(jí)配良好分析、曲線陡粒徑大小接近不均勻級(jí)配良好不均勻系數(shù)（Cu）bu>0級(jí)配良好Cu=d60/d10pu<5級(jí)配不良式中：d60當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為60%時(shí)，該粒徑稱為限定粒徑d60od10一一當(dāng)小于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，相應(yīng)的粒徑稱為有效粒徑d10O曲率系數(shù)（Cc）Cd302Cc-d10d60式中：d30當(dāng)小

3、于某粒徑的土粒質(zhì)量累計(jì)百分?jǐn)?shù)為30%時(shí)的粒徑用d30表示。Cc曲率系數(shù)，它描寫(xiě)的是累積曲線的分布范圍，反映曲線的整體形狀。0=13時(shí)級(jí)配良好（二）土粒的礦物成分漂石、卵石、礫石等粗大土粒的礦物成分以原生礦物為主。（與每巖相同）砂粒的礦物成分大多為母巖中的單礦物顆粒。如石英等。粉粒的礦物成分以粘土礦物為主。.蒙脫石卜尹利石粘土礦物由兩種原子層構(gòu)成，主要類型高嶺石粘土礦物的特點(diǎn)：細(xì)小、親水性強(qiáng)，吸水膨脹，脫水收縮。、土中的水和氣強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水（一）土中水L重力水毛細(xì)水1 .結(jié)合水指受電分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。土粒-負(fù)電水性分子吸收力達(dá)幾千幾萬(wàn)大氣壓見(jiàn)P19圖1-13（1）強(qiáng)結(jié)合水指緊靠

4、土粒表面的結(jié)合水。特征：沒(méi)有溶解鹽類的能力，不傳遞靜水壓力，只有吸熱變成蒸汽時(shí)才能移動(dòng)。物理指標(biāo)：容度1.22.4g/cm3固體狀態(tài)冰點(diǎn)-78C砂土吸度占土粒質(zhì)量1%、粘土17%。特點(diǎn)：極大的粘滯度，彈性和抗剪強(qiáng)度。（2）弱結(jié)合水指緊靠于強(qiáng)結(jié)合水的外圍形成一層結(jié)合水膜。特征：不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結(jié)合水能向鄰近的較薄的水膜轉(zhuǎn)移。2.自由水 指存在于土粒表面電場(chǎng)影響范圍以外的水。特點(diǎn)：能傳遞靜水壓力，冰點(diǎn)為0C,有溶解能力。(1)重力水 存在于地下水位以下的透水土層中的地下水。特點(diǎn)：有流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生動(dòng)水壓力，帶走土顆粒；能溶解土中的鹽類；浮力作用。作用：使土中的孔隙增大，壓縮性提高，抗剪

5、強(qiáng)度降低。(2)毛細(xì)水 受水與空氣界面的表面張力作用而存在于孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透小層中。機(jī)理：當(dāng)土孔隙中局部存在毛細(xì)水時(shí)，毛細(xì)水的彎液面與土粒接觸處的表面引力反作用于土粒上，使土粒之間由于這種毛細(xì)壓力而擠緊，土因而具有微弱的粘聚力，稱為毛細(xì)粘聚力。存在范圍：直徑0.0020.5mm的孔隙中3.冰當(dāng)溫度降至零度以下，水結(jié)成冰，土即為凍土。凍土的物點(diǎn)：凍脹性。危害：當(dāng)TT,土體下陷，即融陷現(xiàn)象，使承載力下降，道路翻漿。三、土的工程特性：1、土的壓縮性大2、強(qiáng)度低3、滲透性大四、土中的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造(一)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)一一指土顆粒的大小、形狀、表面特征，相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系的綜合

6、特征。分類：隼粒結(jié)構(gòu)砂層,礫石層蜂窩結(jié)構(gòu)粉粒土的結(jié)構(gòu)忸狀結(jié)構(gòu)粘粒(二)土的構(gòu)造土的構(gòu)造一一指同一土層中成分和大小都相近的顆粒或顆粒集合體相互關(guān)系的特征。豕平原理交錯(cuò)層理構(gòu)造分類J分散構(gòu)造裂隙構(gòu)造砂，礫石，卵石粘性土 如：黃土思考題:1 .土由哪幾部分組成？土中三組比例的變化對(duì)土的性質(zhì)有什么影響?2 .何謂土的不均勻系數(shù)？如何從顆粒級(jí)配曲線的陡或平緩來(lái)評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)？3 .土中水具有哪些形態(tài)？每種形態(tài)的水其本身具有哪些特征？這些特征對(duì)土的性質(zhì)有何影響？4 .何謂土的結(jié)構(gòu)？試分析土的各種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。5 .何謂土的構(gòu)造，試分析土的各種構(gòu)造對(duì)建筑工程的影響。§2.2土的物理性質(zhì)指標(biāo)自然界

7、中的土體結(jié)構(gòu)組成十分復(fù)雜，為了分析問(wèn)題方便，將其看成是三相，簡(jiǎn)化成一般的物理模型進(jìn)行分析。土的三相，即土粒為固相；土中的水為液相；土中的氣為氣相。表示土的三相組成部分質(zhì)量、體積之間的比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)。主要指標(biāo)有：比重、天然密度、含水量（這三個(gè)指標(biāo)需用實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)）和由它們?nèi)挥?jì)算得出的指標(biāo)干密度、飽和密度、孔隙率、孔隙比和飽和度。這些指標(biāo)隨著土體所處的條件的變化而改變，如地下水位的升高或降低，土中水的含量也相應(yīng)增大或減?。幻軐?shí)的土，其固相和液相占據(jù)的孔隙體積少。這些變化都可以通過(guò)相應(yīng)指標(biāo)的數(shù)值反映出來(lái)。土的三相比例指標(biāo)是其物理性質(zhì)的反映，但與其力學(xué)性質(zhì)有內(nèi)在聯(lián)系，顯然固相成分

8、的比例越高，其壓縮性越小，抗剪強(qiáng)度越大，承載力越高。ms-土粒質(zhì)量mw-土中水質(zhì)量m-土的總質(zhì)量=ms+mwVs-土粒體積Vw-土中水體積Va-土中氣體積Vv-土中空隙體積Vv=Vw+VaV-土的總體積=Vs+Vv土的三相組成示意圖土的三相組成固(solid)VsJ 氣(air)Va液(water)VwL.V、指標(biāo)的定義（一）定義:土粒比重（土粒相對(duì)密度）ds土粒質(zhì)量與同體積4c的純水的質(zhì)量之比公式： 單位： 參考值dsVsi ml i w1g/cm3:見(jiàn) P23表1-9（二）定義:公式:意義:境等有關(guān)。定義:公式:單位:土的密度p土單位體積的質(zhì)量3V3g/cm,3 t/m測(cè)定方法：比重瓶法土

9、的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，稱為含水量.=mw100%ms表示濕度的物理指標(biāo)，與土的種類，埋臧條件及其所處的自然地理環(huán)測(cè)定方法：烘干法。測(cè)定方法：環(huán)刀法P d,飽和密度p sat和有效密度p（四）士的干密度1 .干密度定義：土單位體積中固體顆粒的質(zhì)量（干燥狀態(tài)）一二ms公式：d-V2 .飽和密度定義：土孔隙中充滿水時(shí)的單位體積質(zhì)量msVvw公式：sat=-V3 .有效密度（浮密度）定義：在地下水位以下，單體土體積中土粒的質(zhì)量扣除用體積水的質(zhì)量后,即為單位土體積中土粒的有效質(zhì)量。ms-Vs'w公式：V（五）重度丫，干重度Yd飽和重度Ysat,有效重度丫定義：重度一一單位體積的重力

10、公式：T=G/V單位：kN/m3換算公式：丫二Pgd=Pdgsat=Psatg=Pg（六）土的孔隙比e,和孔隙率n1. 土的孔隙比定義：土中孔隙體積與土粒體積之比。公式：e=Vv/vs（用小數(shù)表示）意義：用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程度e<0.6低壓縮性土_中等%>1.0局壓縮性土2. 土的孔隙率定義：土中孔隙所占體積與總體積之比。公式e與n的關(guān)系:VVn =- 100%V（七） 定義:en 二1 e士的飽和度Sr土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比公式:意義:Sr是評(píng)價(jià)土的潮濕程度的指標(biāo)Vw 100%Vv稍濕 很濕 ，包和 、指標(biāo)的換算S 三 50%50% 二 S <80%S

11、80%公式要求全部會(huì)推導(dǎo)§2-3土的物理狀態(tài)特性指標(biāo)一、無(wú)粘性土的密實(shí)度（鑒別方法三種）1、用空隙比e作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)2、用相對(duì)密實(shí)度作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)密實(shí)度Demax-ey=emax-emin式中：emax土處于最疏松狀態(tài)時(shí)的孔隙比emin土被振擊后最密實(shí)狀態(tài)下的孔隙比e-天然孔隙比意義：評(píng)價(jià)土的密實(shí)程度除實(shí)的1之Dy>0.67中密的0.67之DyA0.33松散的0.33>Dy>03、用標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)二、粘性土的物理特征1、粘性土的界限含水量界限含水量一一粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)時(shí)的分界含水量，稱為界限含水量。包括：縮限、塑限、液限。

12、縮限Ws塑PMWp液限Wl測(cè)定方法：塑限：病價(jià)測(cè)定位搓條法.川固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)液限：錐式液限儀（碟式少用）2、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)（一）塑性指數(shù)Ip用百分?jǐn)?shù)表示，但省去意義：Ip值的大小與粘粘含量有關(guān)丁占±1PA17齡質(zhì)粘土10<Ip<17（二）液性指數(shù)IwW-WpW-WpIpWl-Wp意義：表示粘性土軟硬程度的物理指標(biāo)陛硬Il<0硬塑0<IlM0.25可塑0.25<Il<0.75軟塑0.75<IlW1塑IL>13、粘性土的靈敏度和觸變性（一）靈敏度（St）（原犬）（重塑）意義:低靈敏中靈敏局靈敏1;St<22:二

13、St<4St4（二）觸變性觸變性一一粘性土的抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為觸變性。思考題：1. 土的三相比例指標(biāo)有哪些？哪些可以直接測(cè)定？哪些可通過(guò)換異求得？試令Vs=1,由試驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)推導(dǎo)其他三相比例指標(biāo)。2. 土粒的相對(duì)密度和土的相對(duì)密實(shí)度有何區(qū)別？如何按相對(duì)密實(shí)度判定砂土的密實(shí)程度？3. 什么是土的塑性指數(shù)？其中水與土粘粗細(xì)有何關(guān)系？塑性指數(shù)大的士具有哪些特點(diǎn)？4. 土粒的相對(duì)密度與土的相對(duì)密實(shí)度有何區(qū)別？如何按相對(duì)密實(shí)度判定砂土的密實(shí)程度。5. 什么是土的液性指數(shù)？如何應(yīng)用液性指數(shù)的大小評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)？巖石J§2-4地基土（巖）的分類硬質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石一般分類：

14、地基V裨石砂基土粉土土粘性土J砧砂質(zhì)粘土一般粘性土心匚粘土特殊性、巖石的工程分類（一）按堅(jiān)硬程度分類署漿巖如花崗巖玄武巖1沉積巖如石灰?guī)r苫質(zhì)巖如片麻巖粘土巖（二）按成因分類MPaMPa硬質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石:二_3030（三）按風(fēng)化程度分類福風(fēng)化1中等風(fēng)化微風(fēng)化木風(fēng)化見(jiàn)P33表1-17（四）按軟化系數(shù)分類軟化巖石=于軟化巖石、碎石類土。飽和KR=。干燥K0.75KR<0.75定義:粒徑>2mm的顆粘含量超過(guò)全重的50%。德石（塊石）>200mm>50%碎石類土（卵石（碎石）>20mm>50%圓礫（角礫）>2mm>50%三、砂類土定義：粒徑>2mm

15、的顆粒含量不超過(guò)全重的50%粒徑>0.075mm的顆粒超過(guò)全重的50%分類：礫砂>2mm25 50%粗砂 中砂>0.5mm>0.25mm>50%>50%細(xì)砂粉砂>0.075mm>0.075mm>85%>50%四、粉土定義:粒徑>0.075mm的顆粒含量不超過(guò)全重的分類:砂質(zhì)粉土產(chǎn)質(zhì)粉土<0.005mm<0.005mm<10%<10%50%,塑性指數(shù)Ip0的土五、粘性土定義：指塑性指數(shù)Ip>10 的土。（一）按沉積年代分類老粘土：Q3及以前的土強(qiáng)度高,壓縮性低J一般粘性土：Q4新邁沉積的粘性土文化期以

16、來(lái)（久固結(jié)）（二）按塑性指數(shù)分類浴質(zhì)粘土粘土10 :二 1P <17Ip 17六、特殊土（一）軟土指沿海的濱海相、三角洲相、平原、山區(qū)的沼澤相等主要由細(xì)粒土組成的孔隙比大（>1）天然含水量高（接近或大于Wl）壓縮性高和強(qiáng)度低的土層。e1.5分類«淤泥質(zhì)土、占性土 1 <e<1.5 粉土無(wú)機(jī)土<5%按有機(jī)質(zhì)含量分為機(jī)土>5%泥炭質(zhì)土回炭>60%（二）人工填土由人類活動(dòng)而堆填的土素填土：不含雜質(zhì)分類彳雜填土：含建筑，生活垃圾沖填土：田水力沖填泥砂形成（三）濕陷性土（黃土）指土體在一定壓力下受水浸濕時(shí)產(chǎn)生濕陷變形量達(dá)到一定數(shù)值的土。評(píng)價(jià)：按P=200kPa時(shí)的濕陷量6表示。（四）紅粘土指碳酸鹽巖系出露的巖石，經(jīng)“紅土化作用”形成并覆蓋于基巖上的棕紅色高塑性粘土。特征：cdl>50收縮性不均勻性當(dāng)在4550之間時(shí)稱為次生紅粘土（五）膨脹土指粘粒成分主要由親水性粘土礦物組成的粘性土。特征：含蒙托石、伊里石吸水膨脹、失水收縮（六）風(fēng)化巖和殘積土風(fēng)化巖一一指巖石在風(fēng)化營(yíng)力等作用下，使其結(jié)構(gòu)、成分、性質(zhì)等產(chǎn)生不同程度變異的巖石。殘積土一一巖石完全風(fēng)化后未經(jīng)搬運(yùn)的殘積物。特點(diǎn)：不均勻性易產(chǎn)生不均勻沉降。（七）凍土多年凍土一一指土的溫度等于或低于零度，含有固態(tài)水且這種狀態(tài)在自然界連續(xù)保持三年或三年以上的土。特