土力学课件 第2章 土的物理性质及其工程分类

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1、第2章土的物理性质及其工程分类学习基本要求:＊了解土的三相组成；＊熟练掌握土的物理性质指标的定义、有关指标的换算、试验和应用；＊了解无粘性土和粘性土的工程特性；＊了解练使用地基土的工程分类方法。第一节土的三相组成一、土的三相组成土是岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积形成的固体矿物、水和空气的集合体。土的物质成分包括有作为土骨架的固态矿物颗粒、孔隙中的水以及气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)所组成的三相体系。土中的固体颗粒(简称土粒)的大小和形状、矿物成分及其组成情况是决定土的物理力学性质的重要因素。土固相（土颗粒）液相（水）气相（气）固体矿物颗粒（固相）土

2、中气体（气相）土中水（液相）固相—包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通的，形成多孔介质。液相—主要是水(溶解有少量的可溶盐类)；气相—主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等。土的三相图土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：1.固体+气体（液体=0）为干土，此时粘土呈坚硬状态,砂土呈松散状态；2.固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态；3.固体+液体（气体=0）为饱和土，此时粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏；粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降需几十年才能稳定。什么是液化？如果饱和疏松的土是由细

3、砂粒或粉砂粒所组成，在强烈的振动作用下，土的结构会突然破坏变成流动状态，引起所谓“砂土液化”现象，使地基失去承载力，在地震区将会引起震害。1964年6月16日，日本发生里氏7.5级地震后，因地基土发生液化所造成的破坏。倒了，但结构未破坏二、土的颗粒级配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。例如：土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。下表提供的是一种常用的土粒粒组的

4、划分方法。表中根据界限粒径200，20，2，0．075和0．005mm把土粒分为六大粒组。粒组名称粒径范围一般特征漂石、块石颗粒>200渗透性很大、无粘性、无毛细水。碎石、卵石颗粒20～200圆砾、角砾颗粒2～20渗透性很大、无粘性、毛细水上升高度不超过粒径大小。砂粒0.075～2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。粉粒0.005～0.075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

5、胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度大，但速度较慢。土的颗粒级配:土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总量的百分数)来表示。颗粒分析试验方法：筛分法（d>0.075mm的土）比重计法（d<0.075mm的土）筛分法（d>0.075mm的土）颗粒级配曲线图曲线的纵坐标表示小于某土粒的累计质量百分比,横坐标则是用对数表示的土的粒径。由曲线的坡度可判断土的均匀程度，曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。几个特殊粒径：d10,d30,d60小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径d10。与之类似可以得到d30和d60（限定

6、粒径）。土颗粒的级配指标：不均匀系数Cu=d60/d10曲率系数Cc=(d30)2/(d60×d10)式中,d60—限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，相应的粒径称为d60；d10—有效粒径。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d10；d30—当小于某粒径的土粒质量累计百分数30%时的粒径用d30表示。不均匀系数Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度。连续级配土CU>5,well-graded（级配良好）CU<5,poorly-graded

7、（级配不好）曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。但如Cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配，故需同时用曲率系数来评价。不连续级配土CU>=5且CC=1-3（级配良好）从曲线的形态上,可评定土颗粒大小的均匀程度。如曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，土粒不均匀，级配良好。颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。对于级配良好的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它土建工程的填方土料。第二节土的物理性质指标土的三相比例指标是其物