土力学及基础工程第二章-土的基本物理性质及工程分类

第二章

土的物理性质及工程分类

土的组成与土的结构 土的物理性质指标 土的物理状态指标 地基土(岩)的工程分类

§2.1 土的物理性质概述土体固相 + 液相 + 气相

构成土骨架，起决定作用

重要影响

次要作用

§2.2一、土的固相 2. 粒径级配

土的组成及土的结构

颗粒大小 影响土性 的主因

各粒径成分 在土中占的 比例

小于某粒径之土质量百分数(%)

特征粒径: d50 : 平均粒径 d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 : 中值粒径 粗细程度： 用d50 表示 不均匀程度：

Cu = d60 / d10— 不均匀系数

Cu ≥5,级配不均匀连续程度:

粒径(mm)

Cc = d302 / (d60 ×d10 )— 曲率系数

0.01 0.005

0.001

0.10 0.05

1.0 0.5

10 5.0

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

土的粒径级配累积曲线

d60 d50 d30

d10

小于某粒径之土质量百分数(%)

斜率: 某粒径范围内颗粒的含量 陡—相应粒组质量集中 缓--相应粒组含量少 平台--相应粒组缺乏 不均匀程度：

Cu = d60 / d10连续程度:

Cc = d302 / (d60 ×d10 )— 曲率系数

较小颗粒缺少

Cc 增大

粒径(mm)

Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好

曲线 d60L M R

0.33

0.081 0.005 0.063 0.030

d10

d30

0.01 0.005

Cu66

3.98 2.41 0.545

Cc

0.001

0.10 0.05

1.0 0.5

10 5.0

较大颗粒缺少

Cc 减小

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

土的粒径级配累积曲线

d60

d30

d10

粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1)粒组含量用于土的分类定名；2)不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 , 级配 良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配 不良的土

二、土中的水 土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性 土)。结合水 自由水 吸附在土颗粒表面的水 电场引力作用范围之外的水

强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体

1.结合水

强结合水 排列致密、定向性强 密度>1g/cm3 具有固体的特性 温度高于100°C时可蒸发 弱结合水 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性

弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱

二、土中的水 2.自由水存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能 传递水压力，冰点为0℃,有溶解能力

以两种形式存在：毛细水、重力水重力水 在重力作用下可在土中自由流动

自由水 存在于固气之间

毛细水

在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动

三、土中气体 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分， 分为

与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的 封闭气体

1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大

2.封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有 较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长 土体受力后变形达到稳定的历时。

四、土的结构在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形 式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积 条件有关

1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成 条件不同，可分为疏松状态和密实状态

密实状态

疏松状态

2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起 来，形成孔隙较大的蜂窝状结构

蜂窝结构

絮状结构

3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的 弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形 成孔隙较大的絮状结构

五、土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。

1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成 层特征

2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物

3.分散构造：土层中各部分的土粒组成无明显差别，分布均匀，性质亦相近。

§2.3

土的物理性质指标

松密程度 干湿程度 轻重程度

定义

土的三个组成相的体积 和质量上的比例关系

特点: 指标概念简单，数量很多

要点：名称、概念或定义、符号、表达式、 单位或量纲、常见值或范围、联系与区别

基本方法:

三相草图法

§2.3 一、土的三相图 ma m mw

土的物理性质指标

Air Water Solid

Va

VvVw Vs V

ms

质量

体积

共有九个参数:

V Vv Vs Va Vw / ms m w ma mmamw

AirWater Solid

VaVw Vv

已知关系五个:

mms

V

m ms m w ma V V V V s a w ma 0 V V V m w w Vwv a w

Vs

物性指标是比例关系:

质量

体积

可假设任一参数为1

其它指标

实验室测定

剩下三个独立变量对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量

三相草图法 是一种简单而实用的方法