土体及其工程性质详解课件.ppt
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1、第第5 5章章 土体及其工程性质土体及其工程性质 1 5.1 5.1 土的成因与结构土的成因与结构 5.2 5.2 土的工程分类土的工程分类 5.3 5.3 土的物理力学指标土的物理力学指标 5.4 5.4 无黏性土与黏性土的性状无黏性土与黏性土的性状 5.5 5.5 特殊土的工程地质特征特殊土的工程地质特征P82P822 土是原来的岩石(母岩)在风化作用后在原地或经搬土是原来的岩石(母岩)在风化作用后在原地或经搬运作用在异地各种地质环境下形成的堆积物。运作用在异地各种地质环境下形成的堆积物。土的工程性质指标包括物理性质指标和力学性质指标土的工程性质指标包括物理性质指标和力学性质指标两类。物理
2、指标是指用于定量描述土的组成、土的干湿、疏两类。物理指标是指用于定量描述土的组成、土的干湿、疏密与软硬程度的指标;力学指标主要是用于定量描述土的变密与软硬程度的指标;力学指标主要是用于定量描述土的变形规律、强度规律和渗透规律的指标。形规律、强度规律和渗透规律的指标。本章主要介绍土的工程分类、第四纪土的地质成因及本章主要介绍土的工程分类、第四纪土的地质成因及特征、土的三相关系、土的三相比例指标、无黏性土的性质特征、土的三相关系、土的三相比例指标、无黏性土的性质、黏性土的性质、土的力学性质以及特殊土的工程地质特征、黏性土的性质、土的力学性质以及特殊土的工程地质特征等内容。等内容。5.1 5.1 土
3、的成因与结构土的成因与结构 3 5.1.1 5.1.1 土的成因及特征土的成因及特征 岩石经过风化(物理风化、化学风化、生物风化)、剥岩石经过风化(物理风化、化学风化、生物风化)、剥蚀等作用会形成颗粒大小不等的岩石碎块或矿物颗粒,这些蚀等作用会形成颗粒大小不等的岩石碎块或矿物颗粒,这些岩石碎屑物质在斜坡重力作用、流水作用、风力吹扬作用、岩石碎屑物质在斜坡重力作用、流水作用、风力吹扬作用、冰川作用及其他外力作用下被搬运到别处,在适当的条件下冰川作用及其他外力作用下被搬运到别处,在适当的条件下沉积成各种类型的土体。沉积成各种类型的土体。土体按地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土体按地质成因
4、可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土。土、淤积土、冰积土和风积土。4地表岩石破坏搬运沉积土的形成土的形成55.1.4 5.1.4 土的三相关系土的三相关系 土的三相关系包括固相土颗粒、土中水、土中气。土的三相关系包括固相土颗粒、土中水、土中气。土的两相介质土的两相介质土的三相关系土的三相关系61.1.土的固相土的固相 土的固相指的是土中固体颗粒的大小及所构成的骨架,土骨架可以土的固相指的是土中固体颗粒的大小及所构成的骨架,土骨架可以传递有效应力,有效应力传递有效应力,有效应力=上覆土层的总应力上覆土层的总应力孔隙水压力孔隙水压力u u。土。土是由各种大小不同的矿物颗粒组
5、成的,所以有必要对土颗粒分组。是由各种大小不同的矿物颗粒组成的,所以有必要对土颗粒分组。1 1)粒组的划分及特征)粒组的划分及特征粒径粒径 (或粒度或粒度):指土颗粒直径的大小指土颗粒直径的大小(单位为单位为mm)mm),可通过筛分时的筛,可通过筛分时的筛孔孔径和水中下沉的当量球体的直径来确定;孔孔径和水中下沉的当量球体的直径来确定;粒组:粒组:界于一定粒径范围的土粒,称为粒组;界于一定粒径范围的土粒,称为粒组;土的粒度成分土的粒度成分 (或称土的颗粒级配或称土的颗粒级配):指土中各粒组颗粒的重量占该土指土中各粒组颗粒的重量占该土颗粒的总重量的百分数。颗粒级配良好表示土颗粒大小不均匀。颗粒的总
6、重量的百分数。颗粒级配良好表示土颗粒大小不均匀。土的粒径由大到小逐渐变化时,土的工程性质也相应地发生变化。土的粒径由大到小逐渐变化时,土的工程性质也相应地发生变化。因此,在工程上粒组的划分在于使同一粒组土粒的工程性质相近,而与因此,在工程上粒组的划分在于使同一粒组土粒的工程性质相近,而与相邻粒组土粒的性质有明显差别。土粒粒组的划分见下表。相邻粒组土粒的性质有明显差别。土粒粒组的划分见下表。78 2 2)颗粒分析试验)颗粒分析试验 由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况,如果曲线陡峻由级配曲线可以直观地判断土中各粒组的含量情况,如果曲线陡峻(曲线曲线C)C),表示土粒大小均匀,级配不好;反
7、之,曲线平缓(曲线,表示土粒大小均匀,级配不好;反之,曲线平缓(曲线B B),),则表示土粒大小不均匀,但级配良好。则表示土粒大小不均匀,但级配良好。9102.2.土的液相土的液相 1)1)结合水结合水 结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。a.a.强结合水强结合水 土粒的静电引力强度是随离开土粒表面的距离增大而减弱的,土粒的静电引力强度是随离开土粒表面的距离增大而减弱的,靠近土粒表面的水分子,受到土粒的强烈吸引靠近土粒表面的水分子,受到土粒的强烈吸引(可达可达100010002000MPa)2000MPa),而失去自由活动
8、能力,整齐地排列起来。这部分水称,而失去自由活动能力,整齐地排列起来。这部分水称为强结合水,又叫吸着水。为强结合水,又叫吸着水。b.b.弱结合水弱结合水 距离土粒表面稍远的水分子,受到土粒的吸引力减弱,有部距离土粒表面稍远的水分子,受到土粒的吸引力减弱,有部分活动能力,排列疏松不整齐,这部分水叫弱结合水,又叫薄膜分活动能力,排列疏松不整齐,这部分水叫弱结合水,又叫薄膜水。水。11 2)2)非结合水非结合水 非结合水为土粒孔隙中超出土粒表面静电引力作用范围的一般液态非结合水为土粒孔隙中超出土粒表面静电引力作用范围的一般液态水。主要受重力作用控制,能传递静水压力和溶解盐分,在温度水。主要受重力作用
9、控制,能传递静水压力和溶解盐分,在温度00左左右冻结成冰。典型的代表是重力水,界于重力水和结合水之间的过渡类右冻结成冰。典型的代表是重力水,界于重力水和结合水之间的过渡类型水为毛细水。型水为毛细水。a.a.毛细水毛细水 毛细水是由于毛细作用保持在土的毛细水是由于毛细作用保持在土的 毛细孔隙中的地下水。毛细孔隙中的地下水。b.b.重力水重力水(或称自由水或称自由水)重力水是存在于较粗大孔隙中,具有重力水是存在于较粗大孔隙中,具有 自由活动能力,在重力作用下流动的水,自由活动能力,在重力作用下流动的水,为普通液态水。为普通液态水。123.3.土的气相土的气相 土的气相是指充填在土的孔隙中的气体,包
10、括土中与大土的气相是指充填在土的孔隙中的气体,包括土中与大气连通的气体和土中密闭的气体两类。气连通的气体和土中密闭的气体两类。5.3 5.3 土的物理力学指标土的物理力学指标 13 岩土工程勘察报告中土的物理力学指标包括土的比岩土工程勘察报告中土的物理力学指标包括土的比重、重度、含水量、饱和度、孔隙比、液限、塑限、重、重度、含水量、饱和度、孔隙比、液限、塑限、IpIp、I IL L、强度指标、强度指标c c值值值、压缩指标值、压缩指标a a值值EsEs值、地基承载力特值、地基承载力特征值征值fafa、桩基单位面积的侧阻力、桩基单位面积的侧阻力q qs s端阻力值端阻力值q qp p等。等。5.
11、3.1 5.3.1 土的三相关系及物理指标土的三相关系及物理指标 14 表示土的三相比例关系的表示土的三相比例关系的指标,称为指标,称为土的三相比例指标土的三相比例指标,亦即土的基本物理性质指标,亦即土的基本物理性质指标,包括土的颗粒比重、重度、,包括土的颗粒比重、重度、含水量、饱和度、孔隙比和孔含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。隙率等。151.1.土的密度土的密度 土的密度是单位体积土的质量。土的密度是单位体积土的质量。2.2.土的相对密度(比重)土的相对密度(比重)土粒重量与同体积的土粒重量与同体积的44时水的重量之比,称为颗粒比重,它在数时水的重量之比,称为颗粒比重,它在数值上为单位体积
12、土粒的重量。值上为单位体积土粒的重量。3.3.土的重度土的重度 单位体积土的重量称为土的重度。单位体积土的重量称为土的重度。4.4.土的干重度、饱和重度土的干重度、饱和重度 和浮重度和浮重度 土单位体积中固体颗粒部分的重量,称为土的干重度。土单位体积中固体颗粒部分的重量,称为土的干重度。土孔隙中充满水时的单位体积重量,称为上的饱和重度。土孔隙中充满水时的单位体积重量,称为上的饱和重度。在地下水位以下,单位土体积中土粒的重量扣除浮力后,即为单位在地下水位以下,单位土体积中土粒的重量扣除浮力后,即为单位土体积中土粒的有效重量,称为土的浮重度或水下重度。土体积中土粒的有效重量,称为土的浮重度或水下重
13、度。5.5.土的含水量土的含水量 土中水的重量与土粒重量之比,称为土的含水量,以百分数计。土中水的重量与土粒重量之比,称为土的含水量,以百分数计。6.6.土的饱和度土的饱和度 土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比,称为土的饱和度,以土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比,称为土的饱和度,以百分率计。百分率计。7.7.土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比和孔隙率 土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比。土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比。土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比,以百分数表示。土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比,以百分数表示。5.4.2 5.4.2 黏性土的性状黏性土的性状1
14、6 黏性土的物理状态因其颗粒很细,与水作用很强烈,内部结构与无黏性土的物理状态因其颗粒很细,与水作用很强烈,内部结构与无黏性土差别很大,工程性质也与无黏性土差别很大。黏性土差别很大,工程性质也与无黏性土差别很大。影响黏性土性质的主要因素包括影响黏性土性质的主要因素包括受荷历史和形成环境、黏性土的含受荷历史和形成环境、黏性土的含水量水量、黏性土中所含矿物的胶体活动性黏性土中所含矿物的胶体活动性、黏性土遇水膨胀黏性土遇水膨胀和和失水收缩失水收缩的程度的程度、黏性土的耐崩解特性黏性土的耐崩解特性以及以及黏性土压实的最优含水量黏性土压实的最优含水量等。等。黏性土的主要特性指标包括黏性土的界限含水量(包
15、括液限、塑限黏性土的主要特性指标包括黏性土的界限含水量(包括液限、塑限和缩限)、塑性指数、液性指数、活动性指数以及最优含水量等。和缩限)、塑性指数、液性指数、活动性指数以及最优含水量等。1.1.界限含水量界限含水量 17 塑性指数塑性指数 液性指数液性指数 2.2.活动性指数活动性指数 18 5.5 5.5 特殊土的工程地质特征特殊土的工程地质特征P82P82 19 不同的地质条件、地理环境和气候条件造成了不同区域不同的地质条件、地理环境和气候条件造成了不同区域的工程性质各异的土质。有些土类,由于形成条件及次生变的工程性质各异的土质。有些土类,由于形成条件及次生变化等原因而具有与一般土类显著不
16、同的特殊工程性质,称其化等原因而具有与一般土类显著不同的特殊工程性质,称其为特殊土。特殊土的性质都表现出一定的区域性,有其特殊为特殊土。特殊土的性质都表现出一定的区域性,有其特殊的规律,在工程上应充分考虑其特殊性,采取相应的治理措的规律,在工程上应充分考虑其特殊性,采取相应的治理措施,否则很容易造成工程事故。施,否则很容易造成工程事故。205.5.1 5.5.1 软土软土 软土是静水或缓慢流水环境中沉积的以细颗粒为主的第四纪沉积软土是静水或缓慢流水环境中沉积的以细颗粒为主的第四纪沉积物,软土可细分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土和泥炭等。它物,软土可细分为软黏性土、淤泥质土、淤泥、泥炭质土
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