土的物理性质和工程性质.ppt
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1、第二章第二章 土的性质及工程分类土的性质及工程分类要求:要求:1.了解土的生成和演变过程,了解土的矿物成分和土中水的种类以及粘土矿物的带电性质、土的结构性和灵敏度等。2.理解土的三相组成、土的三相比例指标的定义并掌握其计算方法3.掌握土的粒径级配的分析方法4.掌握土的物理状态判断指标和标准以及利用这些指标来判断其物理状态和工程性质好坏的方法。5.理解土的压实原理。掌握击实试验方法、最大干重度和最优含水量的概念以及影响土体压实的主要因素。6.了解土的工程分类的基本方法。重点:重点:土的三相物理指标及换算关系,土的粒径级配及土的物理状态的判别。难点:难点:土的三相物理指标的换算。需要掌握的基本概念
2、需要掌握的基本概念:颗粒级配;不均匀系数/曲率系数;液限/塑限/缩限;液性 指数/塑性指数;土的灵敏度和触变形;最优含水量计算主要掌握计算主要掌握:三相组成指标之间的换算及有关计算三相组成指标之间的换算及有关计算 密实度判定 液限/塑限等的计算及相关判断2.1 2.1 土的三相组成土的三相组成气相固相液相+构成土骨架,起决定作用构成土骨架,起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用2 土的性质与工程分类一.固体颗粒2.1 2.1 土的三相组成土的三相组成物理状态力学特性粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 2 土的物性与分类一.固体颗粒1.粒径级配颗粒大小各粒径成分在土中占的比
3、例狭义的粒径级配影响土性的主因2.12.1土的三相组成土的三相组成2 土的物性与分类颗粒大小粒组 大小、性质相近的土粒合为一组称为粒组大小、性质相近的土粒合为一组称为粒组界限粒径:粒组的分解尺寸粒组的分解尺寸一.固体颗粒2.12.1土的三相组成土的三相组成2 土的物性与分类0.1d(mm)d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细 粗 中 细 极细粗粒粗粒细粒细粒粒径级配确定方法确定方法 筛分法:筛分法:适用于粗粒土适用于粗粒土 (0.075 mm)比重计法:比重计法:适用于细粒土适用于细粒土 (伊利石伊利石高岭石高岭石
4、蒙 脱 石粘土颗粒表面带负电粘土颗粒表面带负电比表面积比表面积As=A(表面积表面积)/m(质量质量)是粘性土特征指标之一是粘性土特征指标之一土中的水固 态自由水气 态液 态结合水重力水毛细水强结合水弱结合水二二.土中的水和气体土中的水和气体粘性土的性质1.土中的水强结合水强结合水:紧靠于土颗粒的表面,受电场作用很大,不能移动,表现出固态特性 它的特征是:1).没有溶解盐类的能力,2).不能传递静水压力,3).只有吸热变成蒸汽时才能移动。弱结合水弱结合水:强结合水外,电场作用范围内的水,是一种粘质水膜 它的特征是:1)受力时可以从水膜厚处向薄处移动,也可因电场引力从一个土粒周围转移到另一个土粒
5、周围;2)不能传递静水压力,在重力作用下不会发生移动。是粘土具有塑性的是粘土具有塑性的原因原因 毛细水毛细水-受到水与空气交界面处表面张力的作用,存在 于地下水位以上透水层中的自由水 毛细水上升高度由什么确定:毛细水压力的大小:在弯液面处最大,在的下水面处最小为0.毛细水压力的存在使得毛细区的有效应力增大 重力水重力水-地下水面以下,土颗粒电分子引力范围以外的水,仅受重力作用.传递静水压力产生浮托力.毛细水的工程地质意义:毛细水的工程地质意义:(1)产生毛细压力:负的静水压力 (2)毛细水对土中气体的分布与流通起有一定作用,常是导致产生密闭气体的原因。(3)当地下水埋深浅,由于毛细管水上升,可
6、助长地基土的冰冻现象;地下室潮湿;危害房屋基础及公路路面;促使土的沼泽化。hc=2 T cos/r w(毛细升高hc)(水膜张力T,与温度有关)(T与管壁方向角,与土,水性质有关)(毛细管半径r)(水容重w)l三、土的结构三、土的结构 在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式,在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式,与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关关 1.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,形成的单粒结构,其特点其特点是土粒间存在点与点
7、的接触。根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据形成条件不同,可分为疏松状态和密实状态 密实状态密实状态疏松状态疏松状态2.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颗粒间点与点接触,由于彼此之间引力大于重力,接触后,不再继续下沉,形成链环单位于重力,接触后,不再继续下沉,形成链环单位,很多链很多链环联结起来,形成孔隙较大的蜂窝状结构环联结起来,形成孔隙较大的蜂窝状结构 3.絮状结构:絮状结构:细微粘粒大都呈针状或片状,质量极轻,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。当悬液介质发生变化时,土粒表在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变
8、化时,土粒表面的弱结合水厚度减薄,粘粒互相接近,凝聚成絮状物面的弱结合水厚度减薄,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下沉,形成孔隙较大的絮状结构 蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构2.2土的物理性质指标l一、土的三相图一、土的三相图 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积VVv2.土粒相对密度土粒相对密度Gs(土粒比重):(土粒比重):土粒质量与同土粒质量与同体积的体积的4时纯水的质量之比时纯水的质量之比(测定方法:比(测定方法:比重瓶法)重瓶法)n二、直接测定指标二、直接测定指标 1.土的密度土的密度:单位体积土的质量单位体积土的质量 (测定方法:环刀法
9、)(测定方法:环刀法)工程中常用容重(重度)工程中常用容重(重度)来表示单位体积土的重力来表示单位体积土的重力 土的密度和容重l测定方法:环刀法密度:环刀法土的比重Gs气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V3.土的含水量土的含水量:土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大,与土的种类、埋藏条件及然土层含水量变化范围较大,与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。其所处的自然地理环境等有关。测定方法:测定方法
10、:通常用烘干法,亦可近似用酒精燃烧法通常用烘干法,亦可近似用酒精燃烧法 烘干法(测含水量)l三、换算指标三、换算指标 1.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e :土中孔隙体积与土土中孔隙体积与土粒体积之比粒体积之比 孔隙率孔隙率n :土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土饱和土Sr=100%。砂土砂土根据饱和度分为三种状态根据饱和度分为三种状态:Sr50%稍湿;稍湿;50Sr80%很湿;很湿;S
11、r80%饱和饱和气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V2.土的饱和度土的饱和度Sr:土中孔隙水的体积与孔隙总体积土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比,以百分数表示。之比,以百分数表示。3.不同状态下土的密度和重度不同状态下土的密度和重度饱和密度饱和密度sat :土体中孔隙完土体中孔隙完全被水充满时的土的密度全被水充满时的土的密度 干密度干密度d :单位体积中固体颗粒部分的质量单位体积中固体颗粒部分的质量 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V浮密度浮密度 :单位体积内土粒质量与同体积水的质单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差。量之差。l四、指标间的换算
12、四、指标间的换算土的三相指标中,土的三相指标中,土粒土粒比重比重Gs ,含水量含水量和和密密度度是通过试验测定的,是通过试验测定的,可以根据三个基本指标可以根据三个基本指标换算出其余各指标换算出其余各指标气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积VVv=eGsw Gs(1)w 从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积VVv=eGswGs(1)w l五、例题分析五、例题分析 n【例】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm
13、3,湿土质量为湿土质量为187g,烘干后,干土质量为烘干后,干土质量为167g。若土粒的相对密度若土粒的相对密度Gs为为2.66,求该土样的含水量,求该土样的含水量、密度密度、重度重度、干重度干重度d 、孔隙比、孔隙比e、饱和重度、饱和重度sat和有效重度和有效重度 【解答】解答】习题1.土颗粒的大小及其级配,通常是用颗粒级配曲线来表示的。级配曲线越平缓表示:A土颗粒大小较均匀,级配良好 B.土颗粒大小不均匀,级配不良 C.土颗粒大小不均匀,级配良好 2.作为填土工程的土料,压实效果与不均匀系数的关系:A大比小好 B.小比大好 C.与压实效果无关 3.有一非饱和土样,在荷载作用下,饱和度由80
14、%增加至95%。试问土样的重度和含水率怎样改变?A增加,减小 B.不变,不变 C.增加,增加4.甲土的饱和度大与乙土的饱和度,则甲土的含水率一定高于乙土的含水率 5.薄壁取样器采取的土样,测出其体积V与重量分别为38.4cm3和67.21g,把土样放入烘箱烘干,并在烘箱内冷却到室温后,测得重量为49.35g。试求土样的天然密度,干密度,含水量,孔隙比,孔隙率,饱和度。()6.证明以下关系:(1)(2)2.32.3无粘性土的密实度无粘性土的密实度l无粘性土的密实度无粘性土的密实度指单位体指单位体积土中固体颗粒的含量。积土中固体颗粒的含量。l密实度的判别方法密实度的判别方法:emin=0.35em
15、in=0.201.孔隙比孔隙比e 孔隙比孔隙比e可以用来表示砂土的可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土,当孔隙密实度。对于同一种土,当孔隙比小于某一限度时,处于密实状比小于某一限度时,处于密实状态。孔隙比愈大,土愈松散态。孔隙比愈大,土愈松散 emin=0.20当当Dr=0=0时,时,e=emin,表示土处于最疏松状态,表示土处于最疏松状态;当当Dr=1.0时,时,e=emax,表示土体处于最密实状态,表示土体处于最密实状态Dr1/3疏松状态疏松状态1/3Dr2/3中密状态中密状态2/3Dr1密实状态密实状态2.相对密实度相对密实度Dr砂土在天然状砂土在天然状态下孔隙比态下孔隙比砂土在最密实
16、状砂土在最密实状态时的孔隙比态时的孔隙比砂土在最松砂土在最松散状态时的散状态时的孔隙比孔隙比e emax:max:松散器法:将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器,避免重力冲击,求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比e eminmin:振击法:将松散的风干土样装入金属容器内,按规定方法振动和锤击,直至密度不再提高,求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比e emaxmax与与e eminmin :最大与最小孔隙比:最大与最小孔隙比注意:注意:室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时人为误差较大室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时人为误差较大3.按动力触探按动力触探(DPT)确定无粘性土的密实
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