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01第一章 土的物理性质及工程分类

01第一章  土的物理性质及工程分类
01第一章  土的物理性质及工程分类

兰州交通大学博文学院教案

课题: 第一章土的物理性质及工程分类

一、教学目的:1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律;

2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换;

3.熟悉土的抗渗性与工程分类。

二、教学重点:土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。

三、教学难点:指标间的相互转换及应用。

四、教学时数: 6 学时。

五、习题:

第一章土的物理性质及工程分类

一、土的生成与特性

1.土的生成

工程领域土的概念:土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物,土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱,土和石没有明显区分。

土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。

不同风化形成不同性质的土,有下列三种:

(1)物理风化:只改变颗粒大小,不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土(如块碎石、砾石、砂土),为无粘性土。

(2)化学风化:矿物发生改变,生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土,具有粘结力(粘土和粘质粉土),为粘性土。

(3)生物风化:动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。

2.土的结构和构造

(1)土的结构

定义:土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。

1)种类:

●单粒结构:每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。

●蜂窝结构:单个下沉,碰到已下沉的土颗粒,因土粒间分子引力大于重力不再下沉,形成大孔隙蜂窝状结构。

●絮状结构:微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮,相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引,形成大链环,称絮状结构。

图1.1 土的结构

3)工程性质:

密实的单粒结构工程性质最好,蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构,则强度低、压缩性高,不可用做天然地基。

(2)土的构造

1)定义:同一土层中,土颗粒之间的相互关系。

2)种类:

●层状结构:由不同颜色或不同粒径的土组成层理,一层一层互相平行。

●分散构造:土粒分布均匀,性质相近,如砂与卵石层为分散构造。

●结核状构造:在细粒土中混有粗颗粒或各种结核,属结核状构造。

●裂隙状构造:土体中有很多不连续的小裂隙。

3)工程性质:分散结构的工程性质最好,结核状取决于细粒土,裂隙状渗透性大,工程性质差。

3.土的工程特性

(1)压缩性高

当应力数值相同,材料厚度一样时,卵石的压缩性为刚才压缩性的数千倍;饱和细沙的压缩性为C20混凝土的数千倍,足以证明土的压缩性极高。软塑或流塑状态的粘性土比饱和细沙的压缩性还要高。

(2)强度低

土的强度特指抗剪强度,而非抗压强度或抗拉强度。

无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦;粘性土的强度出摩擦力外,还有粘聚力,均远小于建筑材料本身的强度。

(3)透水性大

土体颗粒间具有许多透水空隙,因此透水性比木材、混凝土都大,尤其是粗颗粒的卵石或砂土,其透水性更大。

4.土的生成与工程特性的关系

(1)搬运、沉积条件:冲积层优于风积层。

(2)沉积年代:沉积年代越长,工程性质越好。

(3)自然环境:特殊土地基。

二、土的三相组成

土的三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。

1.土的固体颗粒

土的固体颗粒是土的三相组成中的主体,是决定土的工程性质的主要成分。

(1)土粒的矿物成分

1)原生矿物

由岩石经物理风化生成,它的成分与母岩的相同,常见的有石英,包括单矿物颗粒—一个颗粒为单一的矿物,如常见的石英、长石、云母、角闪石与灰石等,砂土即为单矿物颗粒;多矿物颗粒—一个颗粒中包含多种矿物,如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石,往往为多矿物颗粒。

2)次生矿物

母岩经化学风化生成的新矿物,它的成分成分与母岩的完全不同。次矿物主要是粘土矿物,由两种种原子层构成:一种是Si-O四面体构成的硅氧晶片,另一种是Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片。因为这两种晶片结合的情况不同,粘土矿物可分为下列三种:

图1.2 粘土矿物两种原子层

蒙脱石—两结构单元之间没有氢键,相互的联结弱,水分子可以进入量晶胞之间。因此,蒙脱石的亲水性最大,具有强烈的吸水膨胀、失水收缩的特性。

伊利石—又称水云母,部分Si-O四面体中的Si为Al、Fe所取代,损失的原子价由阳离子钾补偿。因此,晶格层组之间具有结合力,亲水性低于蒙脱石。

高岭石—晶胞之间有氢键,相互结合力较强,晶胞之间的距离不易改变,水分子不能进入。因此,高岭石的亲水性最小。

腐殖质:土中腐殖质含量多,使土的压缩性增大。有机质超过3%~5%的不宜作为建筑材料。

(2)土颗粒的大小和形状

通过界限粒径(划分粒组的分界尺寸)将土颗粒划分为6个粒组:粘粒(小于0.005㎜)、粉粒(0.005,0.075)、砂粒(0.075,2)、圆砾(角砾)(2,60)、卵石(碎石)/(60,200)、漂石(块石)(大于200mm)。通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。表面粗糙抗剪强度越高。

(3)土的颗粒级配

粒径级配:土中各粒组的相对含量,占总质量的百分数。

1)筛分法:

适用于砾石类和砂类土,d >0.075mm ,主要设备为一套标准分析筛,孔径分别为20,10,5,2.0,1.0,0.5,0.25,0.075mm 。

取样数量:d <20mm ,可取1000~2000g; d <10mm ,可取300~1000g; d <2mm ,可取100~300g;

震筛10~15min 后称取各级筛底盘试样的质量。 2)密度计法:

适用于粉土和粘性土,d <0.075mm ,测定悬浊液读数。

粒径级配曲线上:纵坐标10%所对应的粒径d 10称为有效粒径;纵坐标为60%所对应的粒径60d 称为限定粒径;60d 与10d 的比值称为不均匀系数u C ,即

6010

u d

C d = (1.1)

不均匀系数u C 为表示土颗粒组成的重要特征。当u C 很小时曲线很陡,表示土均匀;当u C 很大时曲线平缓,表示土的级配良好。

曲率系数c C 为表示土颗粒组成的又一特征,c C 按下式计算:

230

1060

c d C d d =? (1.2) 式中30d 为粒径级配曲线上纵坐标为30%所对应的粒径。

砾石和砂土级配u C ≥5且 c C =1~3为级配良好;级配不同时满足这两个要求则为级配不良。

2. 土中水 (1)结合水 1)强结合水

排列致密、定向性强;密度>1g/cm 3;冰点处于零下几十度具有固体的的特性;接近固体,不传递静水压力;温度高于100°C 时可蒸发,粘土只含结合水时呈坚硬状态。

2)弱结合水:位于强结合水之外,电场引力作用范围之内;密度大;不传递静水压力(不应重力而移动);有粘滞性。

● 自由水:离土粒较远,位于电场引力范围外,排列散乱。

● 重力水:位于地下水位以下,具有浮力作用,可从总水头较高处向较低处流动。 ● 毛细水:位于地下水位以上,受毛细作用上升,粉土中空隙小,毛细水上升高。 (2)气态水:水汽,影响不大。

(3)固态水:0℃以下自由水发生冻胀。 3. 土中气体

土颗粒中没有被水填充的部分为气体。

(1) 自由气体:与大气连通,压缩逸出,对工程无影响。

(2)封闭气体:与大气隔绝,加载缩小,卸载膨胀,使土的渗透性降低。 三、 土的物理性质指标

1. 土的三项基本物理性质指标(此三项均由实验室测定) (1)土的密度ρ和土的重度γ

1)物理意义:ρ为单位体积土的重量,3/g cm 。

γ单位体积土所受的重力,即39,810,/g kN m γρρρ==≈。

2)表达式 =m

V

ρ=

土的总质量土的总体积 (1.3)

3)常见值:331.6~2.2/,16~22/g cm kN cm ργ==。

4)测定方法:环刀法(粘性土和粉土),灌水法(卵石、砾石与原状砂)。 (2)土粒比重()s s G d

1)物理意义:土中固体矿物的质量与同体积4℃时的纯水质量的比值。

2)表达式: =4(4)(4)s

s s s w w m V G ρρρ==

固体颗粒的密度

纯水℃时的密度℃℃ (1.4) 3)常见值:砂土s G =2.65~2,69,粉土s G =2.70~2.71,粘性土2.72~2.75,数值大小取决于矿物成分。

4)测定方法:比重瓶法;经验法。 (3)土的含水率ω

1)物理意义:土体中水的质量与固体矿物质量的比值,用百分数表示。 2)表达式: =100%w s

m m ω=

?水的质量

固体颗粒质量 (1.5)

3)常见值:砂土0%~40%ω=,粘性土20%~60%ω=,0ω≈,粘性土呈坚硬状态。 4)测定方法:烘箱法。 2. 反映土的松密程度的指标 (1)土的孔隙比e

1)物理意义:土中孔隙体积与固体颗粒体积之比。

2)表达式: =V S

V e V =

孔隙体积

固体颗粒体积 (1.6)

3)常见值:砂土0.5~1.0e =,粘性土0.5~1.2e =

4)确定方法:由

S ρω、G 、实测值推算。

(2)土的孔隙度(孔隙率)n

1)物理意义:表示孔隙体积含量,土中空隙占总体积的百分比。 2)表达式: =100%V

V n V =?孔隙体积土体总体积

(1.7)

3)常见值:30%~50%n =

4)确定方法:由S ρω、G 、实测值推算。 3. 反映土中含水程度的指标 (1)含水率ω(前已述) (2)土的饱和度r S

1)物理意义:水在空隙中的充满程度。 2)表达式: =W

r V

V S V =水的体积孔隙体积 (1.8)

3)常见值:0~1r S =

4)确定方法:由S ρω、G 、实测值推算。

5)工程应用:砂土和粉土以饱和度分为稍湿(<0.5)、很湿(0.5~0.8)、饱和(>0.8)三类。

4. 特定条件下土的密度(重度) (1)土的干密度d ρ和土的干重度d γ

1)物理意义:干密度为单位体积土的质量,3/g cm 。

2)土的干重度为单位体积干土所受的重力,即39.810/d d d d g kN m γρρρ==≈。 3)表达式 =s

d m V

ρ=

固体颗粒质量土的总体积 (1.9)

4)常见值:33

1.3~

2.0/;13~20/d d g cm kN cm ργ==。

5)工程应用:干密度或干重度越大,表明土体越密实,表明工程质量越好。 6)测定方法:环刀法,放射性同位素测试仪。 (2)土的饱和密度sat γ和土的饱和重度sat ρ

1)物理意义:孔隙中全部充满水时单位体积土的质量,3/g cm 。

孔隙中全部充满水时单位体积土所受的重力,即39.810/sat sat sat sat g kN m γρρρ==≈。 2)表达式 +m =s w a w s v w

sat m V m V V V

ρρρ++==孔隙全部充满水的总质量土的总体积 (1.10)

3)常见值:

33

1.8~

2.3/;18~23/sat

d g cm kN cm ργ==。

(3)土的有效重度(浮重度)'γ

1)物理意义:地下水位以下土体单位体积土所受的重力扣除浮力。。

2)表达式 'sat w γγγ=- (1.11) 3)常见值:3'8~13/kN m γ=。 *有效密度: 's s w

m V V

ρρ-=

(1.12) 延伸:各种密度和重度之间的大小关系

s d sat d s

w v sat m V m V m V V ρρρρρρρ?

=?

??

=?≥≥??+?=??天然密度: 干密度: 饱和密度:d d sat d sat sat sat w g g g γργργγγγγργγγ=??

=?'?≥≥>?=??'=-?天然重度:干重度:饱和重度:浮重度:

规律总结:

(1)当设1s V =时,

(1)(1)1(1)1s

s

s s s w s w s v G G V m G m G V m G V V ωωωωρ

ρ

++=?=?==?=+?=?=

-

(2)当设1V =时,

1111(1)(1)

s w w s v S S V m m m V V V G G ρωρρρρωωωω=?=?=

?==?=?=-++++ 四、 土的物理状态指标 1. 无粘性土的密实度 (1) 孔隙比标准(同级配) (2) 相对密度标准:

max max min

r e e

D e e -=- (1.13)

用r D 指标可将土的密实程度分为:松散(r D <1/3)中密(1/32/3)

三种状态。

(3) 贯入试验标准

一种现场原位测试试验:63.5kg 钢锤提升76cm 高度贯入30cm 所需锤击数N ,反映贯入阻力的大小,亦即密实度的大小,将土分为松散(N<10)稍密(1030)。

2. 粘性土的物理状态指标

无粘性土为单粒结构,土粒与土中水的相互作用不明显,但是粘性土颗粒很细,土粒与土中水相互作用明显,关系密切,同一种土随着含水率的增加土的状态变化为固态—半固态—可塑状态—液体状态,可见粘性土的主要物理特征并非非粘性土使用的指标,而是稠度(反映土粒间的联结强度随着含水率高低而变化的性质)。

(1) 液限L ω(%) 1)定义

粘性土呈液态与塑态之间的分界含水率。 2)测定方法: ● 锥式液限仪: ● 蝶式液限仪: (2) 塑限P ω(%) 1)定义

粘性土半固态与塑态之间的分界含水率。 2)测定方法: ● 滚搓法

● 液塑限联合测定法 (3) 塑性指数P I 1)定义

液限与塑限的差值去掉百分数即为塑性指数。

()100

P L P I ωω=-?

(1.14)

2)物理意义

反映液塑限区间的大小,P I 大,表明液塑区间大,吸附结合水多,但仍处于可塑状态,说明该土的粘粒含量高或者矿物成分吸水能力强。

3)工程应用:可作为粘性土与粉土定名的标准(下节叙述)。

(4)液性指数L I

1)定义

天然含水率与塑限的差值和液限和塑限的差值之比,即

P

L L P I ωωωω-=

-

(1.15)

2)物理意义

天然含水率靠近液限还是靠近塑限,反映土的软硬不同。 3)工程应用

液性指数可以将土分为5中软硬不同的状态:坚硬(<0)、硬塑(0,0.25)、 可塑(0.25,0.75)、软塑(0.75,1)、流塑(>1)。

(5)活动度A 1)定义

塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值,

P

I A m =

(1.16)

2) 物理意义:反映粘性土中所含矿物的活动性。根据活动度的大小可将土分为3种:不活动粘土(A <0.75)、正常粘土(0.751.25)。

(6)灵敏度 1)定义

原状土的无侧限抗压强度与同一土经重塑后的无侧限抗压强度之比 :

'u t u q

S q = (1.17)

3)物理意义

反映粘性土结构性的强弱。根据灵敏度的大小可将土分为3类:高灵敏土(

t

S >4)、

中灵敏土(2

≤2)。

工程应用:保护基槽,利用触变性(粘性土的抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质)。 五、 土的渗透及渗流

在水位差作用下,水透过土体空隙流动的现象称为渗透或渗流,土被水透过的性质称为渗透性,例如坝体渗流和基坑渗流。

1. 层流渗流理论

1856年法国学者Darcy 对砂土的渗透性进行研究,水在土中的渗透速度与试样的水力梯度成正比:

v ki = (1.18)

注意:(1)由于水是从颗粒空隙间流过,故渗透速度非真实流速,v nv =实际,n 为孔隙度。

(2)k 反映土的渗透性大小,越大阻力越小,反之不易透过,是单位水力梯度的渗透速度。

(3)i 为水力梯度,沿渗流方向单位距离的水头损失:

/i h L =?。 (1.19)

2.达西定律适用范围

(1)砂土的渗透速度与水头梯度呈线性关系(图略)。

(2)密实粘性土,需要克服结合水的粘滞阻力后才能发生渗透,同时渗透系数与水力坡降的规律偏离达西定律而呈非线性关系。即(')v k i i =-,水力梯度较大时才会产生渗流。

(3)在砾类土和巨粒土中,若水头梯度较大,水在其中的流动大多是紊流状态,呈非

线性关系,只有在较小的水头梯度时,才可能是线性的,此时v =综上:达西定律适用于饱和砂土,层流,不适用于紊流。 3.渗透系数及确定方法 (1) 室内常水头试验

保持土样两端水头不变,测定一定时间内流出的水量Q : h

Q qt kiFt k

Ft L

=== 所以 QL

k hFt

=

(1.20) (2) 透水性较差可采用变水头试验 4.影响渗透系数的因素

(1)土粒大小与级配

土颗粒越粗,越浑圆,越均匀,渗透性越大。级配良好土,细颗粒填充在粗颗粒空隙中,渗透性变小。

(2)土的密实度

同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数,土的密实度增大,孔隙比降低,土的渗透性也减小。

(3) 矿物成分和结合水膜

粘性土中含有亲水矿物或有机质时,由于它们具有很大的膨胀性,就大大降低了土的

渗透性。粘性土中结合水膜较厚时,渗透性也会降低。

(4) 土中封闭气体含量

土中封闭气体阻塞渗流通道,使土的渗透系数降低。封闭气体含量愈多,土的渗透性愈小。

(5) 土的结构构造

粘土颗粒形状是扁平的,有定向排列作用,在不等应力作用下,土体造成了土体性质的各向异性,也包含了土体渗透性的各向异性。

(6) 水温

温度高时,水的动力粘滞系数变小,渗透性变大。 六、 土的动力特性 1. 渗流力与临界水头梯度 (1)渗流力

渗流力:单位土体中的土颗粒所受到的渗流作用力,又称动水力。它是体积力,单位kN/m 3。

W F hA γ= (1.21)

由于试样的总渗流力J 和土粒对水的阻力F 是大小相等方向相反,所以W J F hA γ==,所以渗流作用于单位土体的力

W w hA J

j i AL AL

γγ=

== (1.21) 可见,渗流力是渗流对单位土体的作用力,是一种体积力,其大小与水头梯度成正比,作用方向与渗流方向一致。

渗流力的存在,将使土体内部受力发生变化,这种变化对土体稳定性有显著的影响: ● 渗流力方向与重力一致,促使土体压密、强度提高,有利于土体稳定; ● 渗流力方向近乎水平,使土粒产生向下游移动的趋势,不利于土体稳定; ● 渗流力方向与重力相反,当渗透力大于土体的有效重度,土颗粒将被水流冲出。 (2) 临界水头梯度

当向上的渗透力大于土块的水下重力时,土体处于悬浮状态而失去稳定,土粒随水流动,这种现象称为流砂或流土,发生流砂或流土时的水头梯度为临界水头梯度cr i 。 1'11s sat

cr w w G i e γγγγ-===-+ (1.21)

当cr i i >时发生流土。

2.渗透变形

渗透水流将土体细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动导致的土体变形。

(1)流土:渗流作用下,局部土体表面隆起,或某一范围内土粒群同时发生悬浮、移动的现象。

防治措施:

●垂直截渗:如坝体下混凝土防渗墙,改变渗透路径或隔水。

●水平铺盖:坝体存水侧设置粘土铺盖。

●排水减压:设置减压井或深挖排水槽。

●下游加透水盖。

●土层加固,如冻结法。

(2)管涌:渗流作用下,土的细颗粒在粗颗粒形成的空隙中移动,以致流失,最终导致土体中形成贯通渗流通道,形成土体塌陷。

防治措施:和防治流土措施基本相同。

七、地基土的工程分类

依据《建筑地基基础设计规范》的分类标准进行分类。

1.岩石

(1)定义

颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理裂隙的岩体称为岩石。

(2)分类

1)按坚硬程度划分:坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。

2)按分化程度划分:未风化、微风化、弱风化、强风化、全分化。

3)按岩石完整程度划分:完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。

2.碎石土

(1)定义

土的粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土。

(2)分类依据

以颗粒形状与粒组含量为准。

(3)定名:

圆形和亚圆形为主的有漂石、卵石、圆砾;以棱角性为主的有块石、碎石、角砾。

(4)工程性质

1)密实碎石土:骨架颗粒含量大于总重的70%,呈交错排列,连续接触,优良地基。

2) 中密碎石土:骨架颗粒含量大于总重的60%~70%,呈交错排列,大部分接触,优良地基。

3) 稍密碎石土:骨架颗粒含量大于总重的55%~60%,排列混乱,大部分不接触,良好地基。

4) 松散碎石土:骨架颗粒含量小于总重的55%,排列十分混乱,绝大部分不接触,良好地基。

3.砂土 (1)定义:

土的粒径大于2mm 的颗粒含量不超过全重50%且大于0.075mm 的颗粒超过全重的50% 。

(2)分类依据:粒径级配。

(3)定名:砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。 (4)工程性质

1)密实与中密状态的砾砂为优良地基;稍密状态的砾砂、粗砂、中砂为良好地基。 2)密实粉砂与细砂为优良地基;饱和疏松状态时为不良地基。 4.粉土

(1)定义:

塑性指数10

P I ≤且粒径大于0.075mm 的颗粒含量不超过全重50%的土。 (2)定名:单一分类。

(3)工程性质:密实时为良好地基,饱和和稍密时地震容易液化,为不良地基。 5.粘性土 (1)定义: 塑性指数10P I >。

(2)分类依据:塑性指数大小。

(3)定名:17P I >为粘土,1017P I <≤为粉质粘土。

(4)工程性质:与含水量有关,硬塑状态时为优良地基,流塑状态时为软弱地基。 6.人工填土

(1)定义:由人类活动堆填形成的各类土。 (2)分类依据:组成物质和堆积年代。 (3)定名:

1)按组成和成因:素填土、压实填土、杂填土、冲填土。

2)按堆积年代:老黄土、新黄土。

(4)工程性质:工程性质不良,强度低,压缩性大且不均匀。 7.特殊土

定义:具有一定区域分布或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土。包括:软土、红粘土、膨胀土、多年冻土、盐渍土等。

课后习题详解

2.1工程地质勘查中某住宅取原状土做实验。用天平秤50 3cm 湿土质量为95.15g ,烘干后质量为75.05g,土粒比重为2.67。计算此土样的天然密度、干密度、饱和密度、天然含水率、孔隙比、孔隙度和饱和度。

解:已知:350,95.15,75.05, 2.67s s V cm m g m g G ====

所以3

95.15 1.90/50m g cm V ρ=

== 375.05

1.50/50

s d m g cm V ρ=

== 3

75.0528.12.67

s s s m V cm G =

== 95.1575.0520.1w m g =-= 所以35028.121.9v s V V V cm =-=-=

3

75.0521.9

1.939/50

s v w sat

m V g cm V ρρ++=

== 20.1

100%26.8%

75.05w s m

m ω=?== 21.9

0.78

28.1

v s V e V =

==

20.1

0.918

21.9

w r v V S V =

== 2.2一工厂车间地基表层为杂填土厚1.2m ,第二层为粘性土厚5m ,地下水深1.8m 。在粘性土中部取土样做实验,测得天然密度31.84/g cm ρ=,土粒比重 2.75S G =。计算此土的,,d e n ωρ和。

解:已知:31.84/, 2.75,1,S r v w w g cm G S V V m ρ===== 设31V cm =

则: 1.84m V g ρ==g

2.75s s s s

m G V V ==

所以 2.75 1.84s w s w m m V V +=+= (1) 又1s w V V += (2) 联立求解:0.48,0.52s w v V V V ===

所以0.52w w m V g ==

2.75 2.750.48 1.32s s m V g ==?=

所以0.52

100%39.4%1.32

w s m m ω=?=

= 31.32/s

d m

g cm V ρ==

0.52

1.08

0.48

v s V e V =

== 100%52%v

V n V

=?= 2.4一办公楼地基土样,用体积为100 cm 3环刀取样试验,用天平测得环刀加湿土的质量为241.00g ,环刀质量55.00g ,烘干后土样质量162.00g ,土粒比重 2.70S G =。计算此土的,,,,,r sat d S e n ωρρρ和,并比较各种密度的大小。

解:已知3100,24155186,162, 2.70s S V cm m g m g G ==-=== 所以18616224w s m m m g =-=-= 324w w V m cm == 3162

602.7

s s s m V cm G =

== 31006040v s V V V cm =-=-= 所以:24100%14.8%

162

w s m m ω=

?== 3162

1.62/100

s d m g cm V ρ=== 40

0.67

60

v s V e V =

==

100%40%

v

V n V =

?= 3

186

1.86/100

m

g cm V ρ===

316240

2.02/100

s v w sat m V g cm V ρρ++=

== 3162

1.62/100

s

d m

g cm V ρ=== 综上所述:sat d ρρρ>>

2.7已知某土样的土粒比重 2.72S G =,孔隙比为0.95,饱和度为0.37。若将此土的饱和度提高到0.90,则每1 m 3加多少水?

解:已知3112.72,0.95,0.37,0.9,1S r r G e S S V m =====

0.95,0.37v s s w r v v V eV V V S V V ====

331.951,0.513s v s s V V V V m V m =+===

30.950.5130.487v V m =?=

310.370.370.4870.18w v V V m ==?= 320.90.90.4870.438w v V V m ==?= 321'0.4380.180.258v v V V V m =-=-=

加水质量'0.258258m V t kg ===

2.8一干砂试样的密度为1.66 g/cm 3,土粒比重2.70。将此干砂试样置于雨中,若砂样体积不变,饱和度增加到0.60。计算此湿砂的密度和含水率。 解:设V=1 cm 3 1.66,s m V g ρ== 31.660.6152.70

s s s m V cm G =

== 310.6150.385v s V V V cm =-=-=

饱和度增加后:

30.60.3850.231w w r v m V S V cm ===?=

31.660.231 1.891/s w m

m m g cm V ρ=

=+=+=

0.231100%13.9%1.66

w s m m ω=

?== 2.10今有一个湿土试样质量200g ,含水率为15.0%。若要制备含水率为20.0%的试样,需加多少水?

解:加水前后s m 不变。 加水前:0.15w s s m m m ω==

1.15200,173.9s w s s m m m m g m g =+===

0.15173.926w s m m g ω

==?=

加水后w m =0.20.2173.934.8s m g =?= 所以,应该加水34.8-26=8.8g 。

扩展题:一体积为50cm 3的土样,湿土质量0.09kg ,烘干后质量为0.068kg ,土粒相对密度 2.69s d =,求 其孔隙比,若将土样压缩,使其干密度达到1.61t/m 3,土样孔隙比将减少多少?

土样天然密度:33

6

0.0910 1.8/5010m t m V ρ--?===? 土样的含水量:0.090.068

100%32.3%0.068m m ω-==?=水干

(1)

2.691(10.323)

110.9771.8

s w d e ρωρ

+??+=

-=

-=

22 2.691

,110.6711 1.61

s w s w d d d d e e ρρρρ?=

=-=-=+ 孔隙比减少值:20.9770.6710.306e e e ?=-=-=

1.4某工程的地基为粗砂进行渗透试验,已知试样长度为20cm ,试样截面积为52cm ,试验水头为50cm 。试验经历10s ,测得渗流量为53cm 。求粗砂的渗透系数k 。

解:已知2320,5,50,10,5L cm F cm h cm t s Q cm =====

s cm tFh QL k /04.050

510205=???==

1.10某建筑工程基槽排水,引起地下水由下往上流动。水头差70cm ,渗径60cm ,砂土饱和重度320.2/sat kN cm γ=。问是否会发生流土。

解:/70/60 1.17i h L ===,

'/()/10.2/10 1.02cr w sat w w i r γγγγ==-==

cr i i >,发生流土。

01第一章 土的物理性质及工程分类

兰州交通大学博文学院教案 课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的:1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律; 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换; 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点:土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点:指标间的相互转换及应用。 四、教学时数: 6 学时。 五、习题:

第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念:土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物,土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱,土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土,有下列三种: (1)物理风化:只改变颗粒大小,不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土(如块碎石、砾石、砂土),为无粘性土。 (2)化学风化:矿物发生改变,生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土,具有粘结力(粘土和粘质粉土),为粘性土。 (3)生物风化:动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 (1)土的结构 定义:土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类: ●单粒结构:每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 ●蜂窝结构:单个下沉,碰到已下沉的土颗粒,因土粒间分子引力大于重力不再下沉,形成大孔隙蜂窝状结构。 ●絮状结构:微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮,相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引,形成大链环,称絮状结构。 图1.1 土的结构 3)工程性质: 密实的单粒结构工程性质最好,蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构,则强度低、压缩性高,不可用做天然地基。

常见土的种类及性质

四、无黏性土的物理性质 无黏性土主要是指砂土和碎石土,其工程性质与其密实度密切相关。密实度越大,土的强度越大。因此,密实度是反映无黏性土工程性质的主要指标。 评判无黏性土的密实度有以下方法:1、根据相对密实度 Dr (大小位于0~1 之间)判别: 密实( 1 ≥Dr≥0 . 67 );中密( 0 . 67≥Dr≥0 . 33 );松散( 0 . 33 ≥ Dr ≥0 )。该法适用于透水性好的无黏性土,如纯砂、纯砾。 2、根据天然孔隙比e判别: e越小,土越密实。一般,e< 0 . 6 时属密实,e> 1 . 0 时属疏松。该法适用于砂土,但不能考虑矿物成分、级配等对密实度的影响。 3、根据原位标准贯入试验判别: 密( N > 30 )、中密( 15 ≤N≤ 30 )、稍密( 10≤N≤15 )、松散( N≤10 ) 原位标准贯入试验:在土层钻孔中,利用重63.5kg的锤击贯入器,根据每贯入30cm所

需锤击数来判断土的性质,估算土层强度的一种动力触探试验。 4、根据野外方法鉴别(针对碎石类土) 肉眼观察、挖、钻等。 五、黏性土的物理性质 黏性土的特性主要是由于黏粒与水之间的相互作用产生,因此含水量是决定因素。黏性土的含水量对其物理状态和工程性质有重要影响。 液限(ωL, Liqud Limit ):土由可塑状态变到流动状态的界限含水量;土处于可塑状态的最大含水量,稍大即流态; 塑限(ωP, Plastic Limit ):土由半固态变为可塑状态的界限含水量;土处于可塑状态的最小含水量,稍小即半固态; 缩限(ωS , Shrinkage Limit ):土由固态变为半固态的界限含水量;土处于半固态的最小含水量,稍小即为固态。 塑性指数IP ―表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 IP 越大,土处于可塑状态的含水量范围也越大。

土的物理性质指标

第一章 土的物理性质及工程分类 第一节 土的组成与结构 一、 土的组成 天然状态下的土的组成(一般分为三相) ⑴ 固相:土颗粒—构成土的骨架决定 土的性质—大小 、形状、 成分、组成、排列 ⑵ 液相:水和溶解于水中物质 ⑶ 气相:空气及其他气体 (1)干土=固体+气体(二相) (2)湿土=固体+液体+气体(三相) (3)饱和土=固体+液体(二相) 二、土的固相 (一)、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于(1)成土母岩的成分 (2)所经受的风化作用①物理风化——原生矿物(化学成分无变化) ②化学风化——次生胯矿物(化学成分变化) 次生矿物(1)三大黏土矿物①高岭石(土) ②伊利石(土) ③蒙脱石(土) (2)水溶盐①难溶:CaCO 3 ②中溶:石膏 CaSO4.2H2O ③易溶:NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 3 2- 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称 石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 (1) 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 (2) 伊利石——介于两者之间,较接近蒙脱石 (3) 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强,压缩性大,强度低 (二)土的粒组划分 (三)土的颗粒级配 1. 颗粒大小分析试验——颗分试验 方法(1)筛分法:适用60—0.075mm 的粗粒土 (2)密度计法:适用小于0.075mm 的细粒土 2. 颗粒级配曲线——半对数坐标系 3. 级配良好与否的判别 (一) 定性判别(1)坡度渐变——大小连续——连续级配 (级配曲线)(2)水平段(台阶)——缺乏某些粒径——不连续级配 (4) 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 (5) 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 (二) 定量判别 (1)不均匀系数 10 60d d C u

第一章土的物理性质及工程分类及答案

第一章土的物理性质及工程分类 一、思考题 1、土是由哪几部分组成的? 2、建筑地基土分哪几类?各类土的工程性质如何? 3、土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的,常用的方法有哪些?如何判断土的级配情况? 4、土的试验指标有几个?它们是如何测定的?其他指标如何换算? 5、粘性土的含水率对土的工程性质影响很大,为什么?如何确定粘性土的状态? 6、无粘性土的密实度对其工程性质有重要影响,反映无粘性土密实度的指标有哪些? 二、选择题 1、土的三项基本物理性质指标是() A、孔隙比、天然含水率和饱和度 B、孔隙比、相对密度和密度 C、天然重度、天然含水率和相对密度 D、相对密度、饱和度和密度 2、砂土和碎石土的主要结构形式是() A、单粒结构 B、蜂窝结构 C、絮状结构 D、层状结构 3、对粘性土性质影响最大的是土中的( ) A、强结合水 B、弱结合水 C、自由水 D、毛细水 4、无粘性土的相对密实度愈小,土愈() A、密实 B、松散 C、居中 D、难确定 5、土的不均匀系数C u 越大,表示土的级配() A、土粒大小不均匀,级配不良 B、土粒大小均匀,级配良好 C、土粒大小不均匀,级配良好 6、若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等,则该土() A、处于最疏松状态 B、处于中等密实状态 C、处于最密实状态 D、无法确定其状态 7、无粘性土的分类是按() A、颗粒级配 B、矿物成分 C、液性指数 D、塑性指数 8、下列哪个物理性质指标可直接通过土工试验测定() A、孔隙比 e B、孔隙率 n C、饱和度S r D、土粒比重 d s 9、在击实试验中,下面说法正确的是() A、土的干密度随着含水率的增加而增加 B、土的干密度随着含水率的增加而减少 C、土的干密度在某一含水率下达到最大值,其它含水率对应干密度都较小 10、土粒级配曲线越平缓,说明()

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二 土的物理性质与工程分类 一、填空题 1. 土是由固体颗粒、_________和_______组成的三相体。 2. 土颗粒粒径之间大小悬殊越大,颗粒级配曲线越_______,不均匀系数越______,颗粒级配越______。为了获得较大的密实度,应选择级配________的土料作为填方或砂垫层的土料。 3. 塑性指标P I =________,它表明粘性土处于_______状态时的含水量变化范围。 4. 根据___________可将粘性土划分为_________、_________、 _________、________、和___________五种不同的软硬状态。 5. 反映无粘性土工程性质的主要指标是土的________,工程上常用指标 ________结合指标________来衡量。 6. 在土的三相指标中,可以通过试验直接测定的指标有_________、_________和________,分别可用_________法、_________法和________法测定。 7. 土的物理状态,对于无粘性土,一般指其________;而对于粘性土,则是指它的_________。 8. 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征,一般分为_________、__________和__________三种基本类型。 9. 土的灵敏度越高,结构性越强,其受扰动后土的强度降低就越________。 10. 工程上常用不均匀系数u C 表示土的颗粒级配,一般认为,u C ______的土属级配不良,u C ______的土属级配良好。有时还需要参考__________值。 11. 土的含水量为土中_______的质量与_________的质量之比。 12. 某砂层天然饱和重度sat γ20=KN/m 3,土粒比重的68.2=s d ,并测得该砂土的最大干密度33max 1.7110kg /m d ρ=?,最小干密度33min 1.5410kg /m d ρ=?,则 天然孔隙比e 为______,最大孔隙比m ax e 为______,最小孔隙比m in e 为______。 13. 岩石按风化程度划分为__________,__________,________;按其成因可分为

土的组成及物理性质分类

一思考题 1 什么叫土?土是怎样形成的?粗粒土和细粒土的组成有何不同? 2 什么叫残积土?什么叫运积土?他们各有什么特征? 3 何谓土的级配?土的粒径分布曲线是怎样绘制的?为什么粒径分布 曲线用半对数坐标? 4 何谓土的结构?土的结构有哪几种类型?它们各有什么特征? 5 土的粒径分布曲线的特征可以用哪两个系数来表示?它们定义又如 何? 6 如何利用土的粒径分布曲线来判断土的级配的好坏? 7 什么是吸着水?具有哪些特征? 8 什么叫自由水?自由水可以分为哪两种? 9 什么叫重力水?它有哪些特征? 10 土中的气体以哪几种形式存在?它们对土的工程性质有何影响? 11 什么叫的物理性质指标是怎样定义的?其中哪三个是基本指标? 12 什么叫砂土的相对密实度?有何用途?

1-13 何谓粘性土的稠度?粘性土随着含水率的不同可分为几种状态? 各有何特性? 14 何谓塑性指数和液性指数?有何用途? 15 何谓土的压实性?土压实的目的是什么? 16 土的压实性与哪些因素有关?何谓土的最大干密度和最优含水率? 17 土的工程分类的目的是什么? 18 什么是粗粒土?什么叫细粒土? 19 孔隙比与孔隙率是否是一回事?说明理由,并导出两者之间的关 系式。 20 试述粘性土液性指数的定义、简要的测定方法,以及如何根据其大 小来确定粘性土所处的物理状态? 二计算题 1有A、B两个图样,通过室内实验测得其粒径与小于该粒径的土粒质量如下表所示,试绘出它们的粒径分布曲线并求出和值。 A土样实验资料(总质量500g) 粒径d(mm)5210.50.250.10.075小于该粒径的质量(5004603101851257530

土层的工程分类及性质

土层的工程分类及性质 一、土的工程分类 在建筑施工中,按照开挖的难易程度,土可分为八类:一类土(松软土)、二类土(普通土)、三类土(坚土)、四类土(砂砾坚土)、五类土(软石)、六类土(次坚石)、七类土(坚石)、八类土(特坚石)。一至四类为土,五至八类为岩石。 二、土的工程性质 1、土的密度 (1)土的天然密度土在天然状态下单位体积的质量,称为土的天然密度。 (2)土的干密度单位体积中土的固体颗粒的质量称为土的干密度。注:土的干密度越大,表示土越密实。工程上把土的干密度作为评定土体密实程度的标准,以控制基坑底压实及填土工程的压实质量。 2、土的含水量 土的含水量是土中水的质量与固体颗粒质量之比,以百分数表示。注:土的干湿程度用含水量表示。5%以下称干土、5%—30%称潮湿土、30%以上称湿土。含水量越大,土就越湿,对施工越不利。 3、土的可松性 自然状态下的土经开挖后,其体积因松散而增大,以后虽经回填压实,其体积仍不能恢复原状,这种性质称为土的可松性。土的可松性程度用可松性系数表示。

4、土的渗透性 土的渗透性指水流通过土中孔隙的难易程度,水在单位时间内穿透土层的能力称为渗透系数,用表示,单位为。注:土的渗透性大小取决于不同的土质。地下水的流动以及在土中的渗透速度都与土的渗透性有关。 下面来介绍一下,岩石风化。一般情况下,岩体的风化程度呈现出由表及里逐渐减弱的规律。但由于岩体中岩性并不均一,且有断裂存在,所以岩体风化的情况并不一定完全符合一般规律。岩体风化厚度一般为数米至数十米,沿断裂破碎带和易风化岩层,可形成风化较剧的岩层。断层交会处还可形成风化囊。在这两种情况下深度可超过百米。岩体风化分为:①物理风化,如气温变化使岩石胀缩导致破裂等;②化学风化,如低价铁的黄铁矿在水参与下变为高价铁的褐铁矿;③生物风化,如植物根系可使岩石的裂隙扩张等。岩体风化的速度和程度取决于岩石的性质和结构、地质构造、气候条件、地形条件、人类活动的影响等。 另外,按照岩石分化程度不同可以分为:1、未风化:岩质新鲜偶见风化痕迹。2、微风化:结构基本未变,仅节理面有渲染或略有变色,有少量风化裂隙。3、中风化:结构部分破坏,沿节理面有次生矿物,有风化裂隙发育,岩体被切割成岩块。用镐难挖,干钻不易钻进。4、强风化:结构大部分破坏,矿物成分显著变化,风化裂隙发育,岩体破碎,用镐可挖,干钻不易钻进。5、全风化:结构基本破坏,但尚可辨认,有残余结构强度,可用镐挖,干钻可钻进。6、残积土:组织结构全部破坏,已成土状,锹镐易开挖,干钻易钻进,具可塑。

2土的物理性质及分类

第2章 土的物理性质及分类 2.1 概 述 土是土粒(固体相),水(液体相)和空气(气体相)三者所组成的;土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。 土的物理性质指标,可分为两类:一类是必须通过试验测定的,如含水量,密度和土粒比重;另一类是可以根据试验测定的指标换算的;如孔隙比,孔隙率和饱和度等。 2.2 土的三相比例指标 反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等。表示土的三相组成比例关系的指标,统称为土的三相比例指标。 一、土的三相图 【注意】土的三相图只是理想化地把土体中的三相分开,并不表示实际土体三相所占的比例。 二、指标的定义 1.三项基本物理性质指标 土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定,亦称直接测定指标。 ① 土的密度ρ——土单位体积的质量(单位为3 /cm g 或3 /m t ) V m =ρ g ργ= 试验测定方法:环刀法 一般粘性土ρ=1.8~2.03/cm g ;砂土ρ=1.6~2.03/cm g ;腐殖土ρ=1.5~1.73 /cm g ; ② 土粒比重(土粒相对密度)s G ——土粒的质量与同体积4o C 纯水的质量之比。

1 11w s w s s s V m G ρρρ=?= ,无量纲。 s ρ——土粒密度(3/cm g ) 1w ρ——纯水在C 04时的密度(单位体积的重量),等于3/1cm g 或3 /1m t 。 试验测定方法:比重瓶法 实际上:土粒比重在数值上等于土粒密度,前者无因次。同一类土,其比重变化幅度很小,通常可按经验数值选用。见下表。 【课堂讨论】相对密度(比重)与天然密度(重度)的区别 注意:从公式可以看出,对于同一种土,在不同的状态(重度、含水量)下,其比重不变; ③ 土的含水量ω——土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示: %100?= s m m ω ω 一般:同一类土,当其含水量增大时,其强度就降低。 试验测定方法:烘干法(湿,干土质量之差与干土质量的比值) 【讨论】含水量能否超过100%? ——从公式可以看出,含水量可以超出100%。 2.特殊条件下土的密度 ① 饱和密度和饱和重度 饱和密度sat ρ——(土孔隙中充满水时的单位体积质量)土体中孔隙完全被水充满时的 土的密度:V V m v s sat ωρρ+= 。 (3 1/1cm g w w ==ρρ) 饱和重度:γ sat = sat ρg (kN/m 3) 。 ② 干密度和干重度 干密度——单位体积中土粒的质量:V m s d = ρ,(kg/m 3,g/cm 3)。 干重度——单位体积中土粒的重量:d γ=ρd g ,(kN/m 3)。

土的物理性质

第一章土的物理性质 第一节土的成因和工程特性 第二节土的组成及结构构造 一、名词解释 1粒径:土粒的直径大小。 2粒组:实际工程中常按粒径大小将土粒分组,粒径在某一范围之内的分为一组。 3粒径级配:各粒组的质量占土粒总质量的百分数。 4筛分法:适用粒径大于0.075mm的土。利用一套孔径大小不同的标准筛子,将称过质量的干土过筛,充分筛选,将留在各级筛上的土粒分别称重,然后计算小于某粒径的土粒含量。 5土的结构:指土中颗粒之间的联系和相互排列形式。 6土的构造:指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。 7土的有效粒径(d10):小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时,相应的粒径。 二、填空题 1.平缓大好良好 2.压缩性高承载力低渗透性强 3.单粒结构蜂窝结构絮状结构4.Cu≥5且Cc=1~3 5.固液 6固,液,气 7.缺乏某些粒径——不连续级配 8.不均匀系数Cu。 9. 小 10. B,A 11.二相土三相土二相土 三、选择题 1.C 2.C 3.B 4.B 5.A 6.C 7.A 第三节土的物理性质指标 一、名词解释 1.土的含水量ω:是指土中水的质量和土粒质量之比或重力之比。 2.土的密度ρ:指单位体积土的质量。 ρ:土中孔隙完全被水充满时单位体积土的质量。 3.饱和密度 sat 4.干密度ρd:单位体积土中土粒的质量。 5.土粒相对密度 Gs: 是土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比。 6.孔隙比e:是指土中孔隙的体积与土粒体积之比。 7.孔隙率n:是指土中孔隙的体积与土的总体积之比。 8.土的饱和度Sr:是指土中水的体积与孔隙体积之比。

第四章:土壤物理性质

第四章土壤物理性质 主要教学目标:本章将要求学生掌握土壤物理性质如土壤质地、土壤结构以及土壤孔隙等内容。并在学习的基础上掌握改良不太适宜林业生产的某些土壤物理性质的一些方法。如客土、土壤耕作、施用化学肥料和土壤结构改良剂等。 第一节土壤质地 一、几个概念 1、单粒:相对稳定的土壤矿物的基本颗粒,不包括有机质单粒; 2、复粒(团聚体):由若干单粒团聚而成的次生颗粒为复粒或团聚体。 3、粒级:按一定的直径范围,将土划分为若干组。 土壤中单粒的直径是一个连续的变量,只是为了测定和划分的方便,进行了人为分组。土壤中颗粒的大小不同,成分和性质各异;根据土粒的特性并按其粒径大小划分为若干组,使同一组土粒的成分和性质基本一致,组间则的差异较明显。 4、土壤的机械组成:又叫土壤的颗粒组成,土壤中各种粒级所占的重量百分比。 5、土壤质地:将土壤的颗粒组成区分为几种不同的组合,并给每个组合一定的名称,这种分类命名称为土壤质地。如:砂土、砂壤土、轻壤土、中壤土、重壤土、粘土等 二、粒级划分标准: 我国土粒分级主要有2个 1、前苏联卡庆斯基制土粒分级(简明系统) 将0.01mm作为划分的界限,直径>0.01mm的颗粒,称为物理性砂粒;而<0.01mm的颗粒,称为物理性粘粒。 2、现在我国常用的分级标准是: 这个标准是1995年制定的。 共8级: 2~1mm极粗砂;1~0.5mm粗砂;0.5~0.25mm中砂;0.25~0.10mm细砂;0.10~ 0.05mm极细砂;0.05~0.02mm粗粉粒;0.02~0.002mm细粉粒;小于0.002mm粘粒 三、各粒级组的性质 石砾:主要成分是各种岩屑 砂粒:主要成分为原生矿物如石英。比表面积小,养分少,保水保肥性差,通透性强。 粘粒:主要成分是粘土矿物。比表面积大,养分含量高,保肥保水能力强,但通透性差。粉粒:性质介于砂粒和粘粒之间。 四、土壤质地分类 1、国际三级制,根据砂粒(2—0.02mm)、粉砂粒(0.02mm—0.002mm)和粘粒(<0.002mm)的含量确定,用三角坐标图。 2、简明系统二级制,根据物理性粘粒的数量确定。考虑到土壤条件对物理性质的影响,对不同土类定下不同的质地分类标准。在我国较常用。 3、我国土壤质地分类系统: 结合我国土壤的特点,在农业生产中主要采用前苏联的卡庆斯基的质地分类。对石砾含量较高的土壤制定了石砾性土壤质地分类标准。将砾质土壤分为无砾质、少砾质和多砾质三级,可在土壤质地前冠以少砾质或多砾质的名称。 五、土壤质地与土壤肥力性状关系 从两个方面来论述 1、土壤质地与土壤营养条件的关系 肥力性状砂土壤土粘土 保持养分能力小中等大 供给养分能力小中等大

最新土的物理性质及地基土的工程分类

土的物理性质及地基土的工程分类

第二章 土的物理性质及地基土的工程分类 1. 土力学的研究对象:土 土——土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒,经过不 同的搬运方式,在各种自然环境中生成的沉积物。 §2-1 土的组成 一、土的组成?? ? ??孔隙中的水液气体 气冰土颗粒 固::: 土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系反映出土的不同性质,如干湿、轻重、松紧、软硬等。这就是土的物理性质。 二、土的固体颗粒 (一)土的颗粒级配 1.土颗粒的大小直接决定土的性质 2.粒径——颗粒直径大小 3.粒组——为了研究方便,将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒 归并为若干组别即称为粒组。 粒组的划分: 漂石 4.颗粒级配——土粒的大小及组成情况,通常以土中各个粒组的相对含量 来表示,称为土的颗粒级配。 颗粒级配的测室方法:——筛析法 比重计法 试验成果分析: ①颗粒级配累积曲线(半对数坐标) 见P17 图1-10 分析?? ?级配良好不均匀 粒径大小接近 曲线陡 级配良好不均匀粒径大小悬殊曲线平缓 ②不均匀系数(C u ) 1060u d /d C = ?? ?<>级配不良级配良好5 C 0C u u 式中:d 60——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时,该粒径称为 限定粒径d 60。 d 10——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时,相应的粒径称为 有效粒径d 10。

③曲率系数(C c ) 60102 30 c d d d C ?= 式中:d 30——当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d 30 表示。 C c ——曲率系数,它描写的是累积曲线的分布范围,反映曲线的整体形 状。 C c =1~3时 级配良好 (二)土粒的矿物成分 漂石、卵石、砾石等粗大土粒的矿物成分以原生矿物为主。(与每岩相同) 砂粒的矿物成分大多为母岩中的单矿物颗粒。如石英等。 粉粒的矿物成分以粘土矿物为主。 粘土矿物由两种原子层构成,主要类型??? ??高岭石 伊利石蒙脱石 粘土矿物的特点:细小、亲水性强,吸水膨胀,脱水收缩。 二、土中的水和气 (一)土中水? ? ? ??? ???????毛细水重力水自由水弱结合水强结合水 结合水 1. 结合水 ——指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。 几万大气压 吸收力达几千极性分子水负电 土粒~? ?? -- 见P19 图1-13 (1)强结合水 ——指紧靠土粒表面的结合水。 特征:没有溶解盐类的能力,不传递静水压力,只有吸热变成蒸汽时才能移动。 物理指标:容度1.2~2.4g/cm 3 固体状态 冰点-78℃ 砂土吸 度占土粒质量1%、粘土17%。

第1章土的物理性质及工程分类

第1章土的物理性质及工程分类 1.1 土的形成 岩土体是地壳的物质组成。岩体是地壳表层圈层,经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。它赋存于一定的地质环境之中,并随着地质环境的演化和地质作用的持续,仍在不断的变化着。土体是岩石风化的产物,是一种松散的颗粒堆积物。由于岩土材料组成的复杂性,其性质在许多方面不同于其它材料,具有其特有的多变性及复杂性。以下就岩土的特性分别简述之。 1.2 土的组成 1.1.1 土的结构与特性 土是一种松散的颗粒堆积物。它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。土的固体颗粒一般由矿物质组成,有时含有胶结物和有机物,这一部分构成土的骨架。土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。空气和其它气体构成土的气体部分。土骨架间的孔隙相互连通,被液体和气体充满。土的三相组成决定了土的物理力学性质。 1)土的固体颗粒 土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。分析研究土的状态,就要研究固体颗粒的状态指标,即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。 (1)固体颗粒的大小与粒径级配 土中固体颗粒的大小及其含量,决定了土的物理力学性质。颗粒的大小通常用粒径表示。实际工程中常按粒径大小分组,粒径在某一范围之内的分为一组,称为粒组。粒组不同其性质也不同。常用的粒组有:砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。以粉粒、粘粒和胶粒为主的土,称为细粒土。土的工程分类见本章第三节。各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。 土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比,一般用百分比表示。土的粒径级配直接影响土的性质,如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。要确定各粒组的相对含量,需要将各粒组分离开,再分别称重。这就是工程中常用的颗粒分析方法,实验室常用的有筛分法和密度计法。 筛分法适用粒径大于0.075mm的土。利用一套孔径大小不同的标准筛子,将称过质量的干土过筛,充分筛选,将留在各级筛上的土粒分别称重,然后计算小于某粒径的土粒含量。 密度计法适用于粒径小于0.075mm的土。基本原理是颗粒在水中下沉速度与粒径的平

土的物理性质与工程分类习题解答全

二 土的物理性质与工程分类 一、填空题 1. 土是由固体颗粒、_________和_______组成的三相体。 2. 土颗粒粒径之间大小悬殊越大,颗粒级配曲线越_______,不均匀系数越______,颗粒级配越______。为了获得较大的密实度,应选择级配________的土料作为填方或砂垫层的土料。 3. 塑性指标P I =________,它表明粘性土处于_______状态时的含水量变化范围。 4. 根据___________可将粘性土划分为_________、_________、_________、________、和___________五种不同的软硬状态。 5. 反映无粘性土工程性质的主要指标是土的________,工程上常用指标________结合指标________来衡量。 6. 在土的三相指标中,可以通过试验直接测定的指标有_________、_________和________,分别可用_________法、_________法和________法测定。 7. 土的物理状态,对于无粘性土,一般指其________;而对于粘性土,则是指它的_________。 8. 土的结构是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其连接关系等因素形成的综合特征,一般分为_________、__________和__________三种基本类型。 9. 土的灵敏度越高,结构性越强,其受扰动后土的强度降低就越________。 10. 工程上常用不均匀系数u C 表示土的颗粒级配,一般认为,u C ______的土属级配不良,u C ______的土属级配良好。有时还需要参考__________值。 11. 土的含水量为土中_______的质量与_________的质量之比。 12. 某砂层天然饱和重度sat γ20=KN/m 3,土粒比重的68.2=s d ,并测得该砂土的最 大干密度33max 1.7110kg /m d ρ=?,最小干密度33 min 1.5410kg /m d ρ=?,则天然孔隙比e 为 ______,最大孔隙比m ax e 为______,最小孔隙比m in e 为______。 13. 岩石按风化程度划分为__________,__________,________;按其成因可分为_________,_________,_________;按坚固程度可划分为_________,_________。 14.砂土是指粒径大于______mm 的颗粒累计含量不超过总质量的______,而粒径大于______mm 的颗粒累计含量超过总质量的______的土。 15. 土由可塑状态转到流动状态的界限含水量叫做_________,可用_________测定;土由半固态转到可塑状态的界限含水量叫做________,可用___________测定。 16. 在击实试验中,压实功能越大,得到的最优含水量越______,相应得到的最大干密度越______。 17. 土按颗粒级配和塑性指数可分为________、________、________、_______四种土。 18. 土中液态水按其存在状态可分为________、__________。 19. 工程上常按塑性指数的大小把粘性土分为__________、__________两种;其相应的塑性指数范围分别为__________、__________。

第四章 土的工程性质与分类

第四章土的工程性质与分类 名词解释 湿陷性:黄土在一定压力作用下受水浸湿,土结构迅速破坏而发生显著附加下沉,具有这种特性的黄土,称湿陷性黄土。 膨胀土:膨胀土是一种粘性土,含有较多的亲水性粘土矿物,吸水膨胀,遇水崩解或软化,失水收缩,抗冲刷性能差,这种具有较明显的胀缩性的土称为膨胀土。 冻土:温度小于等于0℃,并含有冰的土层,称为冻土。 土的结构:土颗粒本身的特点:土颗粒大小、形状和磨圆度及表面性质(粗糙度)等。土颗粒之间的相互关系特点:粒间排列及其连结性质。 构造:在一定土体中,土层单元体的形态和组合特征,整个土层(土体)构成上的不均匀性特征的总和。包括:层理、夹层、透镜体、结核、组成颗粒大小悬殊及裂隙发育程度与特征等。 思考题 土的结构类型是什么,特征是什么? 1.单粒结构(散粒结构):是碎石(卵石)、砾石类土和砂土等无黏性土的基本结构形式。 2.集合体结构:也称团聚结构或絮凝结构。这类结构为粘性土所特有。对集合体结构,根据其颗粒组成、连结特点及性状的差异性,可分为蜂窝状结构和絮状结构两种类型。 单粒结构(散粒结构)特点 1) 孔隙大,透水性强,一般没有内聚力,但内摩擦力大,并且受压力时土体积变化较小。 2) 在荷载作用下压密过程很快。 3)一般情况(静荷载作用)下可不担心强度和变形问题。 集合体结构特点: 1)孔隙度和压缩性大(可达50%~98 %). 2)含水量大(往往超过50%),渗透性差,压缩过程缓慢. 3)具有大的易变性—不稳定性。 特殊土的特征和工程地质特性是什么及如何判别? ?黄土的湿陷性是如何判别? 湿陷黄土的工程特征:1)塑性较弱;2)含水较少;3)压实程度很差,孔隙较大;4)抗水性弱,遇水强烈崩解,膨胀量较小,但失水收缩量较明显;5)透水性较强;6)压缩中等,抗剪强度较高。 根据湿陷系数的大小,可以大致判断湿陷性黄土湿陷的强弱。 ?非自重湿陷性和自重湿陷性的差别? 自重湿陷性黄土: 在上覆土自重压力下受水浸湿发生湿陷的湿陷性黄土地基; 非自重湿陷性黄土: 只有在大于上覆土自重压力下受水浸湿后才会发生湿陷的湿陷性黄土地基。 当自重湿陷量<7cm时应定为非自重湿陷性黄土。 当自重湿陷量>7cm时应定为自重湿陷性黄土 ?湿陷起始压力和湿陷起始含水量是什么? 黄土的湿陷量与所受压力有关,存在一个压力界限,压力低于这个数值,黄土浸水也不会湿陷,这个压力为湿陷起始压力。

土的物理性质及工程分类

课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的:1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律; 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换; 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点:土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点:指标间的相互转换及应用。 四、教学时数: 6 学时。 五、习题:

第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念:土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物,土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱,土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土,有下列三种: (1)物理风化:只改变颗粒大小,不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土(如块碎石、砾石、砂土),为无粘性土。 (2)化学风化:矿物发生改变,生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土,具有粘结力(粘土和粘质粉土),为粘性土。 (3)生物风化:动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 (1)土的结构 定义:土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类: 单粒结构:每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 蜂窝结构:单个下沉,碰到已下沉的土颗粒,因土粒间分子引力大于重力不再下沉,形成大孔隙蜂窝状结构。 絮状结构:微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮,相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引,形成大链环,称絮状结构。 图土的结构 3)工程性质: 密实的单粒结构工程性质最好,蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构,则强度低、压缩性高,不可用做天然地基。

土的组成和物理性质

第四讲土的组成和物理性质 一、内容提要: 本讲主要讲述土的三相组成和三相指标、土的矿物组成和颗粒级配、土的结构、粘性土的界限含水量、塑性指数、液性指数、砂土的相对密实度、土的最佳含水量和最大干密度、土的工程分类 二、重点、难点: 土的物理力学性质指标的计算 一、土的三相组成 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的,通常称为土的三相组成。随着三相物质的质量和体积的比例不同,土的性质也将不同。 【例题1】土的三相组成中不包括的部分是()。 A. 水 B. 气体 C. 固体颗粒 D. 矿物成分答案:D (一)土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质,是构成土的骨架最基本的物质,称为土粒。对土粒应从其矿物成分、颗粒的大小和形状来描述。 1. 土的矿物成分 土中的矿物成分可以分为原生矿物和次生矿物两大类。 原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英、长石、云母等。 次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物,如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。 【例题2】在下列各类矿物中,属于次生矿物的是()。 A. 石英 B. 长石 C. 云母 D. 蒙脱石答案:D 2. 土的粒度成分(颗粒级配) 天然土是由大小不同的颗粒组成的,土粒的大小称为粒度。工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况,这种指标称为粒度成分。

(1)土的粒组划分 工程上常把大小相近的土粒合并为组,称为粒组。粒组间的分界线是人为划定的,划分时应使粒组界限与粒组性质的变化相适应,并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。 对粒组的划分,我国有关规范均将砂粒粒组与粉粒粒组的界限为0.075mm。其余粒组划分标准可参见《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)和《土的工程分类标准》(GBJl45-90)等。 (2)粒度成分及其表示方法 土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量(以干土质量的百分比表示),它可用以描述土中不同粒径土粒的分布特征。 常用的粒度成分的表示方法是累计曲线法,也称颗分曲线法,它是一种图示的方法,通常用半对数纸绘制,横坐标(按对数比例尺)表示某一粒径,纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量,如图15-4-1所示。 在累计曲线上,可确定两个描述土的级配的指标:

第一章 土的物理性质指标和工程分类

第一章 土的物理性质指标和工程分类 1-1 有A 、B 两个土样,通过室内试验测得其粒径与小于该粒径的土粒质量如下表所示,试绘制出它 们的级配曲线并求出C u 和C c 值。 A 土样试验资料(总质量500g ) 粒径d (mm ) 5 2 1 0.5 0.25 0.1 0.075 小于该粒径的质量(g ) 500 460 310 185 125 75 30 B 土样试验资料(总质量30g ) 粒径d (mm ) 0.075 0.05 0.02 0.01 0.005 0.002 0.001 小于该粒径的质量(g ) 30 28.8 26.7 23.1 15.9 5.7 2.1 1-2 从地下水位以下某粘土层取出一土样做试验,测得其质量为15.3 g ,烘干后质量为10.6 g ,土粒 比重为2.70。求试样的含水率、孔隙比、孔隙率、饱和密度、浮密度、干密度及其相应的重度。 1-3 某土样的含水率为6.0%,密度为1.60 g/cm 3,土粒比重为2.70,若设孔隙比不变,为使土样完全 饱和,问100 cm 3土样中应加多少水? 1-4 有一砂土层,测得其天然密度为1.77 g/cm 3,天然含水率为9.8%,土的比重为2.70,烘干后测 得最小孔隙比为0.46,最大孔隙比为0.94,试求天然孔隙比e 、饱和含水率和相对密实度D r ,并判别该砂土层处于何种密实状态。 1-5 今有两种土,其性质指标如下表所示。试通过计算判断下列说法是否正确? 1. 土样A 的密度比土样B 的大; 2. 土样A 的干密度比土样B 的大; 3. 土样A 的孔隙比比土样B 的大; 1-6 试从基本定义证明: 1. 干密度 (1)1s w d s w G G n E ρρρ= =?+ 2. 湿密度 1s r w G S e e ρρ+=+

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