地基与基础课件第一章1

0.075-0.005
<0.005
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二）、颗粒级配（粒度成分）
工程上常以土中各个粒组的相对含量即各粒 组占土粒总重的百分数表示土中颗粒的组成 情况，这种相对含量称为颗粒级配。
对于粒径大于0.075mm的粗粒组可用筛 分法测定。
粒径小于0.075mm的粉粒和粘粒难以筛分， 一般可以根据土粒在水中勻速下沉时的速度 与粒径的理论关系，用比重计或移液管法测 得颗粒级配。
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1、筛分法
用一套不同孔径的标准筛，把已知质量的 土样放入按孔径大小依次排列好的筛子顶 层，振动筛子，粗粒留在筛子上，细粒漏 下，将各粒组分离。称各筛上的土粒质量 Wi,则各粒组的％即可求出：
X=Wi/W * %
粗筛：孔径：100,80,60,40,20,10,5,2 细筛：孔径：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074
对于缺少中间成分的土，还要辅助cc作为 分类指标。一般认为，cu≥5，且cc＝1～3
的土为级配好的土。
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二：液相－土中的水
一）、土中的水的分类： 1、结合水
强结合水（吸着水） 弱结合水 （薄膜水） 2、毛细水 3、自由水
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结合水：
极细的土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形
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2、土粒比重与密度：
土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之
比，一般用ds（有些书用Gs）表示，无
量纲d。s即：vsm ds 为比重，无单位，
ρs称土粒的密度，单位g/cm3 ，但物理意义与
ds相同。
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土粒比重决定于土的矿物成分，它的数值一般为2.6 －2.8；有机质土为2.4－2.5。同一种类的土，其比重 变化幅度很小。
一）、颗粒大小：以粒组划分。 为了研究土中各种大小土粒的相对含量及 其与土的工程地质性质的关系，就有必要 将工程地质性质相似的土粒归并成组。
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粒组名称 漂石或块石颗粒 卵石或碎石颗粒
圆砾或角砾颗粒
砂粒
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粉粒 粘粒
粒径范围（mm）
>200
200-20
20-10 （大） 10-5 （中） 5-2 （小） 2-0.5 （大） 0.5-0.25 （中） 0.25-0.05 （小）
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二、土的三相比例
• 自然界中的土体结构组成十分复杂，为了分析 问题方便，将其看成是三相，简化成一般的物理模 型进行分析。
•表示土的三相组成部分质量、体积之间的比例关系 的指标，称为土的三相比例指标。
研究土的性质，不仅要研究单项，还要研究三相比例关系。 下面，首先介绍各单项。
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一般干的粗砂土，其值接近于零，而饱和
砂土，可达40%；坚硬的粘性土的含水量 约小于30%，而饱和状态的软粘性土（如 淤泥），则可达60%或更大。
一般说来，同一类土，当其含水量增大
时，强度就降低。
土的含水量一般用"烘干法"测定。先
称小块原状土样的湿土质量，然后置于烘
干箱内维持100-105℃烘至恒重，再称干
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第一节：土的三相组成
•土的三相， 土粒为 固相；
• 土中的水为液相； • 土中的气为气相。
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一、固相：包括： 粒度成分、 矿物成分
一）、矿物成分：
包括：
原生矿物： 石英、长石、云母等。
次生矿物： 蒙脱石、伊利石、高岭石等。
有机质。
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二）、土的粒度成分：
包括：颗粒大小 级配关系
式中ρw为水的密度，近似等于ρ w =1g/cm3。
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3、土的有效密度ρˊ：土体中土粒的质量扣除浮力后， 即为单位体积中土粒的有效质量，即：
在实际应用中，经常采用土的容重，即土的重
力密度,其数值上等于相应土密度与重力加速度的乘
积。一般分为：天然容重γ 、干容重γd、饱和容重
γsat、有效容重γˊ分别按下列公式计算：
溢出时，可引起土的附加沉降。
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第二节：土的三相比例指标
一、直接测定的指标：
1、天然密度ρ：天然 状态下，单位体积土的 质量，单位为g/cm3或 t/m3，即 ：
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天然密度变化范围较大。 一般粘性土ρ= 1.8－2.0g/cm3；
砂土 ρ=1.6－2.0g/cm3； 腐殖土 ρ=1.5－1.7g/cm3。 天然密度一般用"环刀法"测定，用一个圆 环刀（刀口向下）放在削平的原状土样面上， 徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持 天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土 样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密 度。
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毛细水：
毛细力作用下充满岩土空隙中。 毛细孔主要存在于粉粘土中，直径小于1mm。
自由水： （重力水）：
在弱结合水的外层，重力>吸引力，主要存在砂 粒孔隙中。
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三、土中的气体：
1、自由气体： 不影响土的性质。
2、封闭气体： 增加土的弹性，减小土渗透性，突然
土质量，湿、干土质量之差与干土质量的
比值，就是土的含水量。
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二、计算得到的指标：
1、土的干密度ρd： 土单位体积中固体颗粒部分质量，即 ：
e－孔隙比； w－含水量
在工程上常把干密度作为评定土体密实程度的 指标，以控制填土工程的施工质量。
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2、的饱和密度ρsat： 土孔隙中充满水时，单位体积质量，即：
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3）、表明土粒度分布特征的几个参数：
a:d10、d30、d60:
(dx代表一个特殊的粒径，小 于等于此粒径的粒组累计含量＝x)
c b：不均匀系数: u=d60/d10 c c：曲率系数: c=d30×d30/（d10×d60）
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cu<5 均匀土（级配不良的土） cu＝5～10，中等均匀土， cu>10 不均匀土。
土粒比重可在试验室内用比重瓶测定。将置于比重 瓶内的土样在105-110℃下烘干后冷却至室温用精密 天平测其质量，用排水法测得土粒体积，并求得同体 积4℃纯水的质量，土粒质量与其比值就是土粒比重。
由于比重变化的幅度不大，通常可按经验数值选用。
土的 名称
土粒 比重
砂土 2.65－2.69
粉土 2.70－2.71
；
；
；
式中g 为重力加速度，各指标的单位kN/m3。
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4、土的孔隙比e：
是土中孔隙体积与土粒体积之比，孔隙比用小数
表示。即：
ds-土粒比重，ρd－土的干密度 ρ－土的天然密 度，ｗ－土的含水量；ρｗ－水的密度，近似等于 １ｇ／ｃｍ３ 天然状态下土的孔隙比称为天然
孔隙比，它是一个重要的物理性指标，可以用来评 价天然土层的密度程度。一般e< 0.6的土是密实的 低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。
成电场，由于水分子是极性分子，即一端为正电 荷，另一端显负电荷，在土粒电场范围内的水分 子和阳离子一起吸附在土粒表面而定向排列形成 一层薄的水膜，这层水就称为结合水。
强结合水是指紧靠土粒表面的结合水，它没有 溶解盐类的能力，不能传递静水压力；
弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合 水膜。它仍然不能传递静水压力，但水膜较厚的 弱结合水能向邻近较薄的水膜缓慢移动。
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2、静水沉降法
大小不同的颗粒在静水中沉降的速度不同， 大－快，小－慢。经过时间T后，粒径大于D 的颗粒都沉淀到L深以下，
吸出L段悬液 烘干，即可得 粒径<D的粒组 累计质量。
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3、粒度成分的表示方法
1）、表格法 2）粒度累计曲线图
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5、土的孔隙率n： 土中孔隙所占体积与总体积之比，空隙率用百
分数表示。即：
一般粘性土的孔隙率为30～60%，无粘性土 为25～45%。
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7、土的饱和度Sr: 土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以
百分率计，即：
ρd－土的干密度；ρｗ－水的密度，近似等于１ ｇ／ｃｍ３；ｗ－含水量；ｎ－孔隙率；ｅ－孔隙比。
粘性土
粉质粘土
粘土
2.72－2.73 2.74－2.76
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3、土的含水量： 土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表 示，以百分数计，即 ：
含水量w是反映土的湿度 的一个重要物理指标。天 然状态下土层的含水量称 天然含水量，其变化范围 很大，与土的种类、埋藏 条件及其所处的自然地理 环境等有关。
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饱和度可以反映土的干湿程度。 砂土根据饱和度Sr的指标值分为稍湿、很湿与饱 和三种湿度状态，其划分标准见下表：
砂土湿 度状态
饱和度 Sr（%）
稍湿 Sr≤50
很湿
饱和
50<Sr≤80 Sr>80
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结束 谢谢！
Keep Connecting In The Future
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土力学与地基基础
第一章：土的物理性质与工程分类1
土木系