土力学 第1章 土的物理性质及工程分类

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1、郑州大学土木工程学院土力学授课者刘忠玉第一章土的物理性质及工程分类第一节土的成因和组成第二节土的结构和构造第三节土的物理性质指标第四节土的物理状态指标第五节土的压实性第六节土的工程分类第一节土的成因和组成一、土的生成（工程地质讲授）在漫长的地质年代中，土→岩石→土，永无休止的循环类型：残积土和运积土二、土的组成三相体系固相（固体颗粒）液相（土中水）气相（土中气体）注意：饱和土和干土为两相体系固相是骨架三相相对含量的变化影响土的软硬、干湿、疏密（一）土的固体颗粒（固相）土的固体颗粒构成土的骨架，其大小和形状、矿物成分以及大小搭配情况对土的物理力学性质有

2、明显影响1、土的矿物成分(mineralcomposition)矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用原生矿物(primarymineral)：岩浆冷凝过程中形成的矿物例：石英、云母、长石等特征：性质较稳定，颗粒大，比表面积小，遇水的作用能力弱，抗水性和抗风化作用都强，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点次生矿物(secondarymineral)：原生矿物经化学风化后所形成的新的矿物三类重要的粘土矿物：高岭石、伊利石、蒙脱石特征：性质较不稳定，颗粒细小，比表面积大，与水的作用强，能发生一系列的物理化学变化。其中：蒙脱石晶格不稳定，亲

3、水性最强，土中含量多时，土具有可塑性和高压缩性，强度低，渗透性小，具有较大的吸水膨胀和脱水收缩的特性；高岭石晶格稳定，亲水性最弱。2、粘土矿物表面的带电性质伊斯试验：阳极水位下降、变浑，阴极水位升高，称之为电泳、电渗双电层固定层扩散层3、土的粒组(fraction)粒度(granularity)：土颗粒的大小粒径(particlediameter,grainsize)：土颗粒的形状、大小各异，但都可以将土颗粒的体积化为一个当量的小球体，据此可算出当量小球体的直径，称为当量直径，简称粒径粒组(graingroup)：工程上通常把工程性质相近的一定尺寸范

4、围的土粒划分为一组界限粒径(fractilesizeofgrain):划分粒组的分界尺寸《土的分类标准》(GBJ145-90)按界限粒径200mm、60mm、2mm、0.075mm和0.005mm的大小，将土粒粒组先粗分为巨粒、粗粒和细粒三个统称，再细分为六个粒组：漂石(boulder)（块石）、卵石(cobble)（碎石）、砾粒(gravel)、砂粒(sand)、粉粒(silt)和粘粒(clay)。表1—1　土粒粒组划分粒组统称粒组名称粒径范围(mm)一般特征巨粒漂石（块石）>200透水性很大，无粘性，无毛细水卵石（碎石）200~60粗粒砾粒粗砾细

5、砾60~2020~2透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小砂粒2~0.075易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加；无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大细粒粉粒0.075~0.005透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象粘粒<0.005透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著；毛细水上升高度大，但速度较慢为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配4、土的颗粒级配(

6、gradationofgrains)颗粒级配曲线(gradingcurve，grainsizedistributioncurve)以土粒粒径为横坐标（对数比例尺），小于某粒径土质量占试样总质量的百分数为纵坐标绘制而成的曲线。由于土中的粒径相差悬殊，因此横坐标用对数坐标表示，以突出显示细小颗粒粒径。良好级配土不良级配土不连续级配土土的颗粒级配曲线颗粒级配的描述工程上常用不均匀系数Cu(coefficientofuniformity)描述颗粒级配的不均匀程度曲率系数Cc(coefficientofcurvature)描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是

7、否缺失的情况d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、30%和60%时所对应的粒径有效粒径限定粒径中值粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu＜5的土视为级配不良土(poorly-gradedsoil)；Cu＞10的土视为级配良好土(well-gradedsoil)对于砾类土或砂类土，同时满足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好级配砂或良好级配砾5、颗粒分析试验(grainsizetest,particlesizeanalysis)A.筛分法(methodofsieving)适用于0.075mm≤d≤60mm用一套孔径不同的筛子，按从上

8、至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数5