第二章土的性质及工程分类课件.ppt

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主要内容：主要内容：土的三相组成及土的结构土的三相组成及土的结构 土的物理性质指标土的物理性质指标 无黏无黏(粘粘)性土的密实度性土的密实度 黏性土的物理特性黏性土的物理特性 土的渗透性土的渗透性 地基土的工程分类地基土的工程分类2.1 2.1 概述概述2.2.什么是土？什么是土？岩石经过风化作用而剥落、搬运、沉积形成的矿岩石经过风化作用而剥落、搬运、沉积形成的矿物集合体。物集合体。（由此可见：土是一种复合材料）（由此可见：土是一种复合材料）1.1.风化作用风化作用由于昼夜和季节的气温变化由于昼夜和季节的气温变化(使地表各种原岩不断使地表各种原

2、岩不断发生热胀脱离、冷缩开裂等机械破碎发生热胀脱离、冷缩开裂等机械破碎)、水和水溶水和水溶液的存在液的存在(使原岩不断发生水化、氧化、碳酸盐化、使原岩不断发生水化、氧化、碳酸盐化、溶解以及缝隙水冻胀引起崩裂等化学和机械破碎溶解以及缝隙水冻胀引起崩裂等化学和机械破碎)、动植物和微生物的活动动植物和微生物的活动(使原岩不断发生机械破碎使原岩不断发生机械破碎和化学变化和化学变化)，对原岩发生机械破碎和化学变化的对原岩发生机械破碎和化学变化的作用，称为风化作用。作用，称为风化作用。3.3.风化的类型风化的类型 物理风化物理风化定义：定义：由于温度变化和岩石裂隙中水的冻结以及盐类的结由于温度变化和岩石裂

3、隙中水的冻结以及盐类的结 晶引起的晶引起的岩石表面逐渐破碎崩解的过程岩石表面逐渐破碎崩解的过程。结果：结果：主要使岩石机械破碎。风化的产物主要使岩石机械破碎。风化的产物（原生矿物）（原生矿物）与与 原母岩矿物成分、化学性质相同。原母岩矿物成分、化学性质相同。化学风化化学风化定义：定义：岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物 作用下所引起的破坏过程。作用下所引起的破坏过程。结果：结果：不仅破坏了岩石的结构，而且使其化学成分发生了不仅破坏了岩石的结构，而且使其化学成分发生了 变化，形成新的矿物变化，形成新的矿物（次生矿物）（次生矿物）。生物风化生物

4、风化定义：定义：生物活动过程中对岩石的破坏作用。生物活动过程中对岩石的破坏作用。结果：结果：可能生物原生矿物或次生矿物。可能生物原生矿物或次生矿物。4.4.土性质复杂的原因土性质复杂的原因 成因复杂（自然的产物）成因复杂（自然的产物）组成复杂。通常由以下三部分组成：组成复杂。通常由以下三部分组成：土粒：土粒：构成土的骨架，称为构成土的骨架，称为固相固相。孔隙中的水孔隙中的水(及溶液物质及溶液物质)：称为称为液相液相。孔隙中的气体：孔隙中的气体：称为称为气相气相。5.5.土与岩石的区别：土与岩石的区别：仅在于颗粒间胶结的强弱。仅在于颗粒间胶结的强弱。粒间无胶结：粒间无胶结：无黏性土（如砂、碎石等

5、）无黏性土（如砂、碎石等）粒间弱胶结：粒间弱胶结：黏性土、粉土等。黏性土、粉土等。粒间强胶结：粒间强胶结：岩石。岩石。物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成分。（1 1）原生矿物）原生矿物化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。（2 2）次生矿物）次生矿物特点：化学性质稳定，水稳性强。特点：颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。2.2 2.2 土的三相组成及土的结构土的三相组成及土的结构a.粘土矿物粘土矿物复合的铝硅酸盐晶体，片状。高岭石：2322Al O2SiO2H O伊利石：22322K O 3Al O6SiO2H O蒙脱石：2322Al O4SiOnH O亲水性：蒙

6、脱石伊利石高岭石b.倍半氧化物及次生二氧化硅倍半氧化物及次生二氧化硅c.可溶性次生矿物可溶性次生矿物（3 3）有机质）有机质蒙 脱 石2.2.土颗粒的大小和形状土颗粒的大小和形状 自然界中存在的土，都是由粒径大小不同的土粒组成的，自然界中存在的土，都是由粒径大小不同的土粒组成的，土的粒径由粗到细逐渐变化时土的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发生变化。因此土的性质相应地发生变化。因此可可将大小相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组将大小相近，性质相似的颗粒划归为一组，称为粒组，划分划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。粒组的分界尺寸称为界限粒径。常用常用200、60、2、0.075、0.005

7、mm把土粒分为把土粒分为六大粒组六大粒组:漂漂石石(块石块石)颗颗粒粒（粒径（粒径200mm）卵石卵石(碎石碎石)颗粒颗粒（粒径介于（粒径介于20060mm）圆砾圆砾(角砾角砾)颗粒颗粒（粒径介于（粒径介于602mm）砂粒砂粒（粒径介于（粒径介于20.075mm）粉粒及粘粒粉粒及粘粒（粒径介于（粒径介于0.0750.005mm）粘土的矿物成分粘土的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各 种难溶盐类，它们都是种难溶盐类，它们都是次生矿物次生矿物。土的粒组划分土的粒组划分3.3.土的颗粒级配土的颗粒级配(粒径级配粒径级配)土的颗粒级配：土的颗粒级配：土中各

8、个粒组的相对含量土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总各粒组占土粒总 量的百分数量的百分数)。颗粒级配的用途：颗粒级配的用途：作为确定土的名称和选用建筑材料的重作为确定土的名称和选用建筑材料的重 要依据。它是决定无粘性土工程性质的主要依据。它是决定无粘性土工程性质的主 要因素。要因素。颗粒级配的分析方法颗粒级配的分析方法颗分试验颗分试验筛分法：筛分法：适用于适用于粒径粒径0.075mm。比重计法或移液管法：比重计法或移液管法：适用于适用于粒径粒径5为级配良好；为级配良好；Cu5和和Cc105 0C)下，才能从下，才能从矿物中吸出，故可把它矿物中吸出，故可把它视作矿物本身的一部分视作矿物本身的一

9、部分。（2）结合水）结合水 受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。0-毛细水毛细水重力水重力水自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水与土粒表面结合的水与土粒表面结合的水结合水结合水土粒矿物内部的水土粒矿物内部的水-结晶水结晶水土中水土中水粘粒弱结合水自由水强结合水105oO-2粘土颗粒水分子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水（2-1）强结合水：）强结合水：没有溶解盐类的能没有溶解盐类的能力，不能传递静水压力，牢固地吸附于土力，不能传递静水压力，牢固地吸附于土粒表面，其性质接近于固体，具有极大的粒表面，其性质接近于固体，具有极大的粘滞度、弹性

10、和抗剪强度。粘滞度、弹性和抗剪强度。（2-2）弱结合水：）弱结合水：厚度较强结合水大，厚度较强结合水大，具有较高的粘滞度、抗剪强度，仍不能传具有较高的粘滞度、抗剪强度，仍不能传递静水压力。递静水压力。(3)(3)自自由水由水（3-1）重力水：重力水：在受重力作用在土中流动的水。在受重力作用在土中流动的水。（3-2）毛细水：毛细水：由于水和空气分界处弯液面上产生由于水和空气分界处弯液面上产生的表面张力作用，土中自由水从地下水位通过土的细的表面张力作用，土中自由水从地下水位通过土的细小通道逐渐上升，形成毛细水。它不仅受重力作用而小通道逐渐上升，形成毛细水。它不仅受重力作用而且还受到表面张力的支配。

11、且还受到表面张力的支配。（1）开敞气体：孔隙中与大气相通的那部分气体。开敞气体：孔隙中与大气相通的那部分气体。该部分气体该部分气体 对土的性质影响不大。对土的性质影响不大。（2）封闭气体：密闭与孔隙中不与封闭气体：密闭与孔隙中不与大气相通的那部分气体。大气相通的那部分气体。该该 部分气体部分气体使土的渗透性减小，弹性增大和拖延使土的渗透性减小，弹性增大和拖延 了土的压缩和膨胀变形随时间的发展。了土的压缩和膨胀变形随时间的发展。(2)(2)土的结构类型土的结构类型(1)(1)土的结构：土的结构：土粒的大小、形状、空间排列和粒间连接特征。土粒的大小、形状、空间排列和粒间连接特征。单粒结构单粒结构

12、蜂窝结构蜂窝结构(粒径粒径0.0750.0750.005mm0.005mm)絮状结构絮状结构(粒径粒径0.005mm)0.005mm)(a)疏松疏松(b)密实密实(3)(3)各类型土的形成方式及其特点各类型土的形成方式及其特点单粒结构的土单粒结构的土形成方式：形成方式：在沉积过程中，较粗的颗粒在其自重作用下沉落，每个颗粒都受到在沉积过程中，较粗的颗粒在其自重作用下沉落，每个颗粒都受到 周围已经沉稳的各个颗粒的支承，使各个颗粒相互依靠、交错重叠。周围已经沉稳的各个颗粒的支承，使各个颗粒相互依靠、交错重叠。特点：特点：土粒之间是点与点接触。按其生成条件不同，形成紧密或疏松的状态，土粒之间是点与点接

13、触。按其生成条件不同，形成紧密或疏松的状态，前者较稳定，力学性能好；前者较稳定，力学性能好；后者较稳定，力学性能差。后者较稳定，力学性能差。颗粒较粗的粉土、砂土和砾石土类均以该种结构为主。颗粒较粗的粉土、砂土和砾石土类均以该种结构为主。蜂窝结构的土蜂窝结构的土形成方式：形成方式：较细的土粒在自重作用下沉积，碰到已沉稳的颗粒时，由于颗粒较较细的土粒在自重作用下沉积，碰到已沉稳的颗粒时，由于颗粒较细，重量轻，如果土粒细，重量轻，如果土粒接触点处的分子引力大于下沉土粒的重量时，土粒便被接触点处的分子引力大于下沉土粒的重量时，土粒便被吸住而不再下沉。吸住而不再下沉。这样逐渐形成这样逐渐形成链状单元链状

14、单元。很多个这样的链状单元联结起来，。很多个这样的链状单元联结起来，便形成孔隙较大疏松的蜂窝结构。便形成孔隙较大疏松的蜂窝结构。特点：特点：孔隙大、疏松。当扰动而破坏其天然结构时强度低、压缩性大。孔隙大、疏松。当扰动而破坏其天然结构时强度低、压缩性大。颗粒较细的粉土、黏性土均以该种结构为主。颗粒较细的粉土、黏性土均以该种结构为主。絮状结构的土絮状结构的土形成方式：形成方式：极细小的黏土颗粒大都呈针状或片状。它们受水分子作用，其表面极细小的黏土颗粒大都呈针状或片状。它们受水分子作用，其表面 都有一层极薄的水膜。这种带有水膜的土粒在水中运动时，由于土都有一层极薄的水膜。这种带有水膜的土粒在水中运动

15、时，由于土 粒之间相互吸引，因而之间以点、线、面的各种薄片结合，然后再粒之间相互吸引，因而之间以点、线、面的各种薄片结合，然后再 沉积，形成所谓的絮状结构。沉积，形成所谓的絮状结构。特点：特点：孔隙大、疏松。当扰动而破坏其天然结构时强度低、压缩性大。孔隙大、疏松。当扰动而破坏其天然结构时强度低、压缩性大。在海积粘土中常见。在海积粘土中常见。注意：注意：在天然情况下，任何一种土都是由大小不同的颗粒所组成的，因而在天然情况下，任何一种土都是由大小不同的颗粒所组成的，因而土的结构土的结构就不会是单一的，常以某种结构为主而由上述几种结构混合而成。就不会是单一的，常以某种结构为主而由上述几种结构混合而成

16、。(4)(4)土的构造土的构造定义：定义：土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观土层的层理、裂隙和大孔隙等宏观特征特征(结构结构)。主要形式：主要形式：层理层理(状状)结构：结构：这种构造的土层通常由不同颜色、不同颗粒的土组成层理，这种构造的土层通常由不同颜色、不同颗粒的土组成层理，呈现呈现成层性成层性。土的构造的最主要特征土的构造的最主要特征就是层理就是层理(状状)结构或成层性。结构或成层性。分散构造分散构造裂隙构造裂隙构造分散构造：分散构造：土层中土粒分布均匀，性质相近。土层中土粒分布均匀，性质相近。裂隙构造：土体中有很多不连续的小裂隙。这种土的强度低、渗透性大。裂隙构造：土体中有很多不连续的小裂

17、隙。这种土的强度低、渗透性大。土的物理性质指标：土的物理性质指标：表示土的三相之间比例关系的指标。表示土的三相之间比例关系的指标。2.3 2.3 土的物理性质指标土的物理性质指标指标的分类：指标的分类：1.1.基本试验指标：基本试验指标：必须通过试验才能确定的指标。必须通过试验才能确定的指标。包括：包括：土的天然密度土的天然密度(重度重度)、土的含水量、土的含水量和土粒相对密度和土粒相对密度ds2.2.换算指标：换算指标：由基本试验指标及水的密度由基本试验指标及水的密度w w(重度重度w)和重力加速度和重力加速度g换算换算 出的指标。出的指标。虽然土粒、水和气三相在土中是混合的，但我们可以抽象

18、地把这三部分分开，虽然土粒、水和气三相在土中是混合的，但我们可以抽象地把这三部分分开，做出下图做出下图2.19示的三相图。该图示的三相图。该图左边表示左边表示质量质量(重量重量)，右边，右边表示体积。表示体积。计算方法：三相图法计算方法：三相图法土粒质量：ms （g或kg)水的质量：mw （g或kg)空气质量：ma0土总质量m=ms+mw土粒体积：Vs (cm3或m3)水的体积：Vw (cm3或m3)气的体积：Va (cm3或m3)孔隙体积：Vv=Vw+Va土的总体积：V=Va+Vv图2.19 土的三相关系示意图(第一类三相图)1.1.定义：定义：单位体积土的质量。单位体积土的质量。计算公式：

19、计算公式：Vm=)/(33t/mcmg或试验测定方法：试验测定方法：环刀法。环刀法。用已知内腔体积用已知内腔体积V的环刀取样，用天平的环刀取样，用天平称出土的质量（环刀与土的质量减去环称出土的质量（环刀与土的质量减去环刀质量），代入上式即可。刀质量），代入上式即可。)02.1（土的天然重度土的天然重度(重力密度重力密度)：单位体积土的重量。即单位体积土的重量。即VW=)/(33/mkNcmN或由于由于W=mg，故，故 g2.2.定义：定义：土中水的质量土中水的质量mw(或重量或重量Ww)与土粒质量与土粒质量ms(或重量或重量Ws)之比的百分数之比的百分数计算公式：计算公式：%100WW100m

20、mswsw=（）试验测定方法：试验测定方法：烘干法。烘干法。先称一定质量的土m，放在1001050C下烘干至恒重，则此时的质量即为土粒的质量ms，土中水的质量mw=m-ms。代入上式即可。)2.11（定义：定义：土粒质量土粒质量ms与同体积与同体积40C时纯水的质量时纯水的质量mw1=w1Vs 之比。之比。计算公式：计算公式：1ws1wsss1wssVmVmd =)/()2.12（式中：s=ms/Vs为土粒的密度（单位体积土粒的质量），g/cm3 w1为40C时纯水的密度，g/cm3试验测定方法：试验测定方法：比重瓶法。比重瓶法。由于由于ds变化幅度不大（通常在变化幅度不大（通常在2.62.6

21、2.82.8之间之间),),通常可按经验数通常可按经验数值选用，如下表。值选用，如下表。土粒比重参考值土粒比重参考值粘性土粘性土土的名称土的名称砂土砂土粉土粉土粉质粘土粉质粘土粘土粘土土粒比重土粒比重2.652.69 2.702.71 2.722.73 2.742.76计算公式：计算公式：定义：定义：单位体积的土在水分烘干后的质量，即干土的密度。单位体积的土在水分烘干后的质量，即干土的密度。常见值：常见值：1.31.8t/m3工程应用：工程应用：常用做填方工程中土体压实质量控制的标准。常用做填方工程中土体压实质量控制的标准。换算公式：换算公式：)2.13（=1dVmsd=土的干重度土的干重度d

22、 d:单位体积的土在水分烘干后的重量，即干土的重度。单位体积的土在水分烘干后的重量，即干土的重度。gVWdsd=)/(33/mkNcmN或1.土的干密度土的干密度d)/(33t/mcmg或2.2.土的饱和密度土的饱和密度satsat定义：定义：土中孔隙充满水时单位体积土的质量。土中孔隙充满水时单位体积土的质量。计算公式：计算公式：VVmwsssat =)/(33t/mcmg或)2.14（式中：w=1g/cm3=1t/m3,为水的密度。土的饱和重度土的饱和重度satsat:土中孔隙充满水时单位体积土的重量。土中孔隙充满水时单位体积土的重量。gsatsat=)/(33/mkNcmN或3.3.土的有

23、效密度土的有效密度(浮密度浮密度)定义：定义：土体淹没在自由水以下时，单位体积土粒的质量减去同体积水的质量土体淹没在自由水以下时，单位体积土粒的质量减去同体积水的质量 后，即单位体积土粒的有效质量。后，即单位体积土粒的有效质量。（注意：有浮力）（注意：有浮力）计算公式：计算公式：VVmwss-=)52.1（土的有效重度土的有效重度:土体淹没在自由水下时单位体积土的重量。土体淹没在自由水下时单位体积土的重量。g =1.孔隙比孔隙比e定义：定义：土中孔隙孔隙体积土中孔隙孔隙体积Vv与土粒体积与土粒体积Vs之比。之比。计算公式：计算公式：sVVVe=注意：注意：由于由于Vv可以大于可以大于Vs，因此

24、孔隙比，因此孔隙比e可以大于可以大于1。如淤泥或淤泥质土的。如淤泥或淤泥质土的e 一般都大于一般都大于1。2.孔隙率孔隙率n定义：定义：土中孔隙孔隙体积土中孔隙孔隙体积Vv与土的总体积与土的总体积V之比。之比。计算公式：计算公式：%100VVnV=3.孔隙比与孔隙率之间的关系孔隙比与孔隙率之间的关系1e1e1VVVVVVVVVnsVsVsVVV =)/()/(孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n是是反映土密实程度的重要物理性质指标，反映土密实程度的重要物理性质指标，e或或n越大，土越疏松，反越大，土越疏松，反之土越密实。一般之土越密实。一般e1.0的土是疏松的的土是疏松的高压缩性土高压缩性土。4.

25、土的饱和度土的饱和度Sr定义：定义：土中水的体积土中水的体积Vw与孔隙体积与孔隙体积Vv之比。之比。计算公式：计算公式：%100VVSvwr=作用：作用：砂土根据饱和度的指标值分为稍湿、很湿与饱和三种湿度状态：Sr50为稍湿；5080饱和因因Vs=1，由，由e=Vv/Vs知：知：Ve=e 及及 V=Vs+Vv=1+e四、换算指标的计算方法四、换算指标的计算方法1.物理指标的特点物理指标的特点 都是比值都是比值(比例比例)关系，不需各量的绝对值，只需相对值。因此可假定某些量为关系，不需各量的绝对值，只需相对值。因此可假定某些量为单位值单位值(1)。常。常假定土粒体积假定土粒体积Vs=1或土的总体

26、积或土的总体积V=1。假定土粒体积假定土粒体积Vs=1(以及以及w1=w)因因ds=ms/(wVs)，故ms=ds w及Ws=dsw因因 mw/ms，故，故 mw=dsw Ww=dsw m=ms+mw=dsw(1+)w=ws+ww=dsw(1+)图2.20 土的三相指标换算图(第二类三相图)利用以上关系，即可将图利用以上关系，即可将图2.192.19的三相图转换为图的三相图转换为图2.202.20。2.2.图图2.202.20的应用的应用e11dVmws =)(e11dgVmgVWws =)(e1ede1edVVmwswwswvssat =)(e1edgVVWwssatwvssat =)(ed

27、edemVVSswwswwvwr=)/()/(其它指标换算公式见表其它指标换算公式见表2.72.7。图2.20 土的三相指标换算图(第二类三相图)4.4.密实度指标密实度指标(1)(1)孔隙比孔隙比e 建筑地基基础规范建筑地基基础规范以孔隙比以孔隙比e作为作为砂土砂土密实度的划分标准，分为：密密实度的划分标准，分为：密实、中密、稍密、松散四状态。实、中密、稍密、松散四状态。2.4 2.4 无粘性土的密实度无粘性土的密实度2.2.密实度：密实度：单位体积土中固体颗粒的含量。单位体积土中固体颗粒的含量。3.3.密实度对无粘性土工程性质的影响密实度对无粘性土工程性质的影响 若土粒排列紧密(即密实度大

28、)，其结构就稳定，压缩变形小，强度高，是良好的天然地基。反之，若密实度小，则呈疏松状态，结构不稳定，变形大、强度低。无粘性土的工程性质主要取决于其密实度。无粘性土的工程性质主要取决于其密实度。1.1.无粘性土：无粘性土：具有单粒结构的碎石土和砂土具有单粒结构的碎石土和砂土(颗粒间无粘结能力的土颗粒间无粘结能力的土)。（2 2）相对密度）相对密度Dr用孔隙比用孔隙比e判别无粘性土的密实度的缺点：判别无粘性土的密实度的缺点：不能考虑颗粒级配的影响。不能考虑颗粒级配的影响。minmaxmaxeeeeDr-=相对密度相对密度式中：式中：emax和和emin分别为无粘性土处于最疏松和最密实时的孔隙比。分

29、别为无粘性土处于最疏松和最密实时的孔隙比。由于由于emaxeeeminmin，故，故1Dr0利用相对密度利用相对密度Dr，可判别无粘性土的密实度：，可判别无粘性土的密实度：1Dr0.67 0.67 密实密实 0.67Dr0.33 中密中密 0.33Dr0 松散松散(3)(3)标准贯入试验标准贯入试验（Standard Penetration Test，SPT）虽然相对密实度从理论上能反映颗粒级配、颗粒形状等因素。但由于对虽然相对密实度从理论上能反映颗粒级配、颗粒形状等因素。但由于对砂土很砂土很难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。难采取原状土样，故天然孔隙比不宜测准。规范规范用标准贯入试验的用

30、标准贯入试验的锤击数锤击数来划来划分砂土的密实度。分砂土的密实度。见表见表2.8。标准贯入数 N63.5 锤 重：63.5kg 落 距：760mm 打入深度：300mm(4)(4)碎石土密实度野外鉴别方法碎石土密实度野外鉴别方法 碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器击入其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分为密实、中密和稍密和松散四种。见表2.9。3.(.(粘性土的粘性土的)稠度：稠度：指粘性土的软硬状态或对受外力作用所引起变形指粘性土的软硬状态或对受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力。或破坏的抵抗能力。4.4.界限含水量界限含水量同一种粘

31、性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。1.1.粘性土：粘性土：具有可塑状态性质的土具有可塑状态性质的土(颗粒间具有粘结能力的土颗粒间具有粘结能力的土)2.2.影响粘性土工程性质的最主要因素：影响粘性土工程性质的最主要因素：含水量。含水量。即土粒与水的相即土粒与水的相互作用。当含水量较低时，土就较硬，变形小、强度高。反之，当含水量互作用。当含水量较低时，土就较硬，变形小、强度高。反之，当含

32、水量较大时，土就较软，甚至为较大时，土就较软，甚至为流态流态(如泥浆如泥浆)。s p l 粘 粒强结合水弱结合水自由水液 态可塑态固态或半固态5.5.界限含水量的测定方法界限含水量的测定方法(1)(1)液限液限l l ：锥式液限仪锥式液限仪(如下图示如下图示)或或液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪锥式液限仪：锥式液限仪：将调成浓糊状的试样装满盛土杯，刮平杯口面，使将调成浓糊状的试样装满盛土杯，刮平杯口面，使76g圆圆锥体锥体(含平衡球，锥角含平衡球，锥角300)在自重作用下徐徐沉入土样，经过在自重作用下徐徐沉入土样，经过15s圆锥圆锥进入土中深度恰好为进入土中深度恰好为10mm时，此时该试样的含

33、水量即为液限时，此时该试样的含水量即为液限l l。锥式液限仪(2)(2)塑限塑限p：搓搓条法条法(滚搓法滚搓法)或或液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪将测定完液限后的土样重塑均匀后，用手掌在毛玻璃板上搓成小土条。搓滚过程将测定完液限后的土样重塑均匀后，用手掌在毛玻璃板上搓成小土条。搓滚过程中，水分逐渐蒸发。若土条刚好搓至直径中，水分逐渐蒸发。若土条刚好搓至直径3mm时产生裂缝并开始断裂，则此时土时产生裂缝并开始断裂，则此时土条的含水量即为塑限。条的含水量即为塑限。搓条法示意图搓条法示意图(3)(3)液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪锥式液限仪和搓条法的缺点：锥式液限仪和搓条法的缺点：人为因素影响较

34、大，测定结果不稳定。人为因素影响较大，测定结果不稳定。液塑限联合测定仪：液塑限联合测定仪：采用电磁放锥，光电方式测读圆锥入土深度。试验时，采用电磁放锥，光电方式测读圆锥入土深度。试验时，对同种土的对同种土的3个不同含水量的试样分别测出其入土深度，然后在双对数纸上做个不同含水量的试样分别测出其入土深度，然后在双对数纸上做出各次入土深度及相应含水量的关系（大致为直线），则对应入土深度为出各次入土深度及相应含水量的关系（大致为直线），则对应入土深度为10mm及及2mm时土样的含水量，即分别为该土的液限和塑限。时土样的含水量，即分别为该土的液限和塑限。测试结果整理测试结果整理o IP与颗粒粗细、矿物成

35、分和水中离子成分的浓度有关。o 土粒越细且含量越多，则比表面越大，土的结合水含量越高，IP越大。当水中高价阳离子浓度增加时，土粒表面吸附的反离子层厚度变薄结合水含量相应减少，IP也小；反之，IP变大。IP作用：用于对粘性土进行定名。（1）塑性指数）塑性指数IP：表示土处于可塑状态的含水量范围大小。表示土处于可塑状态的含水量范围大小。PLpI-=（省去（省去%）6.6.粘性土的塑性指数粘性土的塑性指数Ip和液性指数和液性指数ILPPPLPLII-=-=的作用：的作用：判别粘性土的软硬状态。判别粘性土的软硬状态。1ILL 1I0LPL 0ILP 流动状态流动状态可塑状态可塑状态固态固态粘性土软硬状

36、态的划分粘性土软硬状态的划分（2）液性指数）液性指数IL：表示土的天然含水量与界限含水量之间的相对关系。表示土的天然含水量与界限含水量之间的相对关系。)(4S2t )(4St 天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏度St衡量：衡量：uutqqS=根据灵敏度将饱和粘性土分为：根据灵敏度将饱和粘性土分为：)(2S1t 中灵敏中灵敏高灵敏高灵敏触变性触变性：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停：饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但当扰动停止后，强度又随时

37、间增大，这种特性称为止后，强度又随时间增大，这种特性称为触变性触变性。qu：原状试样原状试样的无侧限抗压强度的无侧限抗压强度qu：重塑试样重塑试样的无侧限抗压强度的无侧限抗压强度7.7.粘性土的灵敏度和触变性粘性土的灵敏度和触变性低灵敏低灵敏分类的目的：分类的目的：便于工程勘查、设计和施工；便于工程勘查、设计和施工；便于正确选择对土的研究方法；便于正确选择对土的研究方法；便于对土的工程性质做出合理的评价；便于对土的工程性质做出合理的评价；便于工程人员对土有共同的概念，能够经验交流。便于工程人员对土有共同的概念，能够经验交流。分类的依据：分类的依据：1.土的颗粒大小及其级配。土的颗粒大小及其级配

38、。它是各类土性质差别很大的一个主要原因。它是各类土性质差别很大的一个主要原因。2.土的塑性。土的塑性。它是影响细粒土性质的重要因素。它是影响细粒土性质的重要因素。3.土的成因及形成年代。土的成因及形成年代。同一成因的土具有相近的工程性质；土的生成年同一成因的土具有相近的工程性质；土的生成年 代越久，一般工程性质越好。代越久，一般工程性质越好。但注意：目前还未找到土的成因及形成年代与其工程性质的定量关系，但注意：目前还未找到土的成因及形成年代与其工程性质的定量关系，故规范中还无法考虑这一因素。故规范中还无法考虑这一因素。根据根据建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范，地基土可分为以下，地基土可

39、分为以下六类六类：1.1.定定义：义：颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。颗粒间牢固联结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。2.分类：分类：按按坚固性坚固性分为：硬质岩石、软质岩石。分为：硬质岩石、软质岩石。按岩石按岩石风化程度风化程度分为：微风化、中等风化、强风化。分为：微风化、中等风化、强风化。按按成因成因分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。1.1.定义：定义：粒径粒径d2mmd2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%50%的土。的土。2.2.分类依据：分类依据：土的土的粒组含量粒组含量及及颗粒形状颗粒形状。3.3.定名：定名：漂石或块石、卵石或碎石、圆砾

40、或角砾。漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾。4.4.工程性质：工程性质：根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，可挖性与根据骨架颗粒含量占总重的百分比，颗粒的排列，可挖性与 可钻性分为密实、中密、稍密三等。可钻性分为密实、中密、稍密三等。常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。常见碎石土强度大、压缩性小、渗透性大，为良好地基。1.1.定定义：义：粒径粒径d2mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50%，且粒，且粒 径径d0.075mm的颗粒超过全重的颗粒超过全重50%的土。的土。2.分类依据：分类依据：粒组含量。粒组含量。3.定名：定名：砾砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。砾

41、砂、粗砂、中砂、细砂、粉砂。4.密实度：密实度：密实、中密、稍密、松散四状态。密实、中密、稍密、松散四状态。5.工程性质：工程性质：砾砂、粗砂、中砂一般为砾砂、粗砂、中砂一般为良好地基良好地基；细砂、粉；细砂、粉 砂具体分析。砂具体分析。1.1.定定义：义：粒径粒径d0.075mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%，且，且Ip10的土。的土。2.2.组成：组成：一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体一般为砂粒、粉粒、粘粒的混合体。3.3.分类：分类：根据粒径根据粒径d0.005mm的颗粒含量是否超过全重的颗粒含量是否超过全重10%，分为粘质，分为粘质 粉土、砂质粉土。粉土、砂质粉土。4.4

42、.密实度：密实度：根据孔隙比根据孔隙比e大小分为：密实大小分为：密实(e0.65)、中密、中密(0.65e1为松散状态，属软弱地为松散状态，属软弱地 基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。基；饱和稍密粉土，地震时易产生液化，为不良地基。1.1.定定义：义：Ip10的土。的土。2.2.分类依据：分类依据：塑性指数塑性指数Ip3.3.定名：定名：Ip17为粘土；为粘土；10 液限液限L、天然孔隙比天然孔隙比e1.5e1.5的粘性土。的粘性土。(2)(2)淤泥质土：淤泥质土：天然含水量天然含水量液限液限L、1.5e1.5e 1.01.0的粘性土的粘性土。3.3.工程性质：压缩性大、强度低、

43、灵敏度高、渗透性差。工程性质：压缩性大、强度低、灵敏度高、渗透性差。土的渗透性：土的渗透性：水透过土中孔隙流动的难易程度。水透过土中孔隙流动的难易程度。(土体被水透过的性质土体被水透过的性质).土的渗流：土的渗流：水透过土中孔隙流动的现象。水透过土中孔隙流动的现象。土中水发生渗流的原因：土中水发生渗流的原因：外因：外因：水受重力作用水受重力作用+存在水头差存在水头差 内因：内因：土中有连通的孔隙土中有连通的孔隙渗流产生的影响：渗流产生的影响：1.1.渗漏：由于渗流而引起的水量损失。渗漏：由于渗流而引起的水量损失。2.2.渗透力：渗透渗流作用在土粒渗透力：渗透渗流作用在土粒(骨架骨架)上的作用力

44、。方向与渗流方向相同。上的作用力。方向与渗流方向相同。2.2.引起土体变形，改变建筑物或地基的稳定性引起土体变形，改变建筑物或地基的稳定性(可能产生流土、管涌渗透破可能产生流土、管涌渗透破坏坏)，影响工程安全。，影响工程安全。渗流量渗流量渗透变形渗透变形石坝石坝浸润线浸润线透水层透水层渗透压力渗透压力渗流量渗流量渗透变形渗透变形透水层透水层基坑基坑板桩墙板桩墙一、土的渗透性一、土的渗透性1.1.地下水流动的两种形式：地下水流动的两种形式：（1 1）层流：）层流：地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度连续渗流。地下水在土中孔隙或微小裂隙中以不大的速度连续渗流。特点：相邻两个水分子的运动轨迹特点

45、：相邻两个水分子的运动轨迹(流线流线)相互平行。相互平行。一般土一般土(黏性土和砂土等黏性土和砂土等)的孔隙较小，水在其中的流动很缓慢，因的孔隙较小，水在其中的流动很缓慢，因 此，多数情况下此，多数情况下都属层流都属层流。但在但在孔隙较大的碎石土中孔隙较大的碎石土中，如果渗流速度较大，则通常是，如果渗流速度较大，则通常是紊流紊流（2）紊流：）紊流：地下水在岩石的裂隙或空洞中流动，速度较大。地下水在岩石的裂隙或空洞中流动，速度较大。特点：相邻两个水分子的运特点：相邻两个水分子的运动轨迹动轨迹(流线流线)相相互交叉混流。互交叉混流。2.2.渗流中的水头与水力坡降渗流中的水头与水力坡降ABL透水层透

46、水层不透水层不透水层基坑基坑ABLh1h2zAwAu wBu zBh h00基准面基准面wAA1uzh =wBB2uzh =hhh21 =wuzh =Lhi=z：位置水头：位置水头3.3.渗透试验与达西定律渗透试验与达西定律试验前提：试验前提：层流层流(1)(1)渗透试验渗透试验试验结果：试验结果：试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h1，A，L=const量测变量量测变量:h2，时间，时间t，水量水量Qh=h1-h2单位时间内的单位时间内的水量水量(流量流量)q=Q/tLhAq断面平均流速断面平均流速水力坡降水力坡降LhAqv=Lhi=iv Q(2)(2)达西定律达西定律ikv=n

47、vvvs=在层流状态的渗流中，渗透速度在层流状态的渗流中，渗透速度v v与水力坡降与水力坡降i i的一次方成正比，并的一次方成正比，并与土的性质有关。即与土的性质有关。即iv AAnv=v：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度：假想渗流速度，土体试样全断面的平均渗流速度v vs s：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度：实际平均渗流速度，孔隙断面的平均渗流速度A Av Vs=q/Av比例系数比例系数k k:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：物理意义：水力坡降水力坡降i i1 1时的渗流速度时的渗流速度(mm/s,cm/s,m/s

48、,m/day)粗粒土：粗粒土：砾石类土中的渗流不符合达西定律砾石类土中的渗流不符合达西定律砂土中渗透速度砂土中渗透速度:vcr=0.3-0.5cm/s层流层流(线性流线性流):):大部分砂土，粉土；大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土。疏松的粘土及砂性较重的粘性土。v=ki密实粘性土：密实粘性土：近似适用：近似适用：v=k(i-i0)(ii0)i0：起始水力梯度：起始水力梯度ivovcr)1(=mkivmivi0ivokiv=(a)层流层流(b)密实黏性土密实黏性土(c)粗粒土粗粒土(5)(5)渗透系数的测定方法渗透系数的测定方法 常水头试验法常水头试验法(适用透水性较大的砂性土适用

49、透水性较大的砂性土)变水头试验法变水头试验法 (适用透水性较小的粘性土适用透水性较小的粘性土)井孔抽水试验井孔抽水试验井孔注水试验井孔注水试验野外试验测定方法野外试验测定方法室内试验测定方法室内试验测定方法各类土的渗透系数变化范围见表各类土的渗透系数变化范围见表2.112.11。(6)(6)渗透系数的影响因素渗透系数的影响因素 土粒特性土粒特性流体特性流体特性l 水的动力粘滞系数水的动力粘滞系数(水温水温)l 饱和度饱和度(含气量含气量)(封闭气泡对封闭气泡对k k影响很大影响很大)二、动水力及渗透破坏二、动水力及渗透破坏1.1.动水力动水力GD定义：定义：渗流作用在单位体积土内骨架上的作用力

50、。渗流作用在单位体积土内骨架上的作用力。计算公式：计算公式：从土体中取一截面积为从土体中取一截面积为F的的土柱土柱AB，以该，以该土柱土柱内的水为脱离体内的水为脱离体。则。则 进水断面进水断面A处受到的作用力处受到的作用力F进进=pAF=wh1F 出水断面出水断面B处受到的作用力处受到的作用力F出出=pBF=wh2F 水在出、进断面间损失的总力为水在出、进断面间损失的总力为F损损=wF(h1-h2)=wF h方向：方向：与渗流方向相同。与渗流方向相同。作用位置：作用位置：作用在土的骨架作用在土的骨架(土粒土粒)上上ABLF进进F出出wAu wBu 水流水流h水流对土骨架的总作用力水流对土骨架的