土的物理性质及工程分类,土的渗透性

四,指标间的换算
质量m 质量
Gs(1+ω)ρw ( Gsρw ωGsρw
体积V 体积 水 土粒
Vv=e
气
Vs=1 =
m G s (1 + ω ) ρ w 推导: 推导:ρ = V = 1+ e
ms
三,换算指标 1.孔隙比 和孔隙率 孔隙比e和孔隙率 孔隙比 和孔隙率n
孔隙比e 孔隙率n 孔隙比 :土中孔隙体积与土 孔隙率 :土中孔隙体积与总
粒体积之比
V e = V
v s
体积之比, 体积之比,以百分数表示
n = Vv × 100 % V
2.土的饱和度 r :土中孔隙水的体积与孔隙总体积 土的饱和度S 土的饱和度
C
u
曲率系数Cc描述颗粒级 配曲线整体形态, 配曲线整体形态,表明 某粒组是否缺失情况
Cc
2 d 30 = d 10 d 60
=
d 60 d 10
d10,d30,d60小于某粒径的 土粒含量为10%, 30%和 土粒含量为 , 和 60%时所对应的粒径 时所对应的粒径
Cu愈大,表示土粒愈不均 愈大, 级配连续的土, 匀.级配连续的土,工程 上把C 上把 u>5的土视为级配良 的土视为级配良 反之,级配不良. 好;反之,级配不良.
对于级配不连续的土, 对于级配不连续的土,需满足 Cu>5和Cc=1～3时,为级配良 和 ～ 时 好;反之,为级配不良. 反之,为级配不良.
土的颗粒级配在工程上的应用
颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质. 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, 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, 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, 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. 用作堤坝或其它土建工程的填方土料.
次生矿物:岩石经化学风化后所形成的新的矿物, 次生矿物:岩石经化学风化后所形成的新的矿物,
其成分与母岩不相同 粘土矿物有蒙脱石,伊利石, 例:粘土矿物有蒙脱石,伊利石,高岭石等 特征:性质较不稳定,具有较强的亲水性, 特征:性质较不稳定,具有较强的亲水性,遇水 易膨胀的特点(蒙脱石亲水性强,伊利石亲水性中等, 易膨胀的特点(蒙脱石亲水性强,伊利石亲水性中等,高岭 石亲水性差)
在水中处于悬浮状态.当悬液介质发生变化时, 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, 面的弱结合水厚度减薄,粘粒互相接近,凝聚成絮状物 下沉, 下沉,形成孔隙较大的絮状结构
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系. 土的构造是指土体中各结构单元之间的关系.主要 是指土体中各结构单元之间的关系 特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造, 特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造, 二者都造成了土的不均匀性
2.自由水 自由水
存在于土粒电场影响范围以外,性质和普通水无异, 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 传递水压力,冰点为 ,
以两种形式存在:毛细水, 以两种形式存在:毛细水,重力水
土中的自由水
重力水 自由水 毛细水
在重力作用下可在土中自由流动的水 作用 :减轻土的有效重量 重力作用下产生渗流 介于固液气之间 在重力与表面张力作用下可在土 粒间空隙中移动的自由水
裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物
土的物理性质指标
一,土的三相图
质量m 质量 气
mw m
体积V 体积
Vw Va Vs
水 土粒
ms
V
Vv
二,直接测定指标
1.土的密度 :单位体积土的质量 土的密度ρ: 土的密度
工程中常用重度γ来表示单位体 积土的重力 γ
ρ=
m ms + mw = V Vs + Vw + Va
Leabharlann Baidu
质量m 质量 气 mw m 水 土粒
体积V 体积 Vw Va V Vs
3.土的含水量ω:土中水的 土的含水量
质量与土粒质量之比, 质量与土粒质量之比,以百分 数表示
mω m ms ω= × 100% = × 100% ms ms
土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标. 土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标.天 然土层含水量变化范围较大,与土的种类, 然土层含水量变化范围较大,与土的种类,埋藏条件及 其所处的自然地理环境等有关. 其所处的自然地理环境等有关. 测定方法:通常用烘干法, 测定方法:通常用烘干法,亦可近似用酒精燃烧法
土的形成
土的形成
风化(物理, 风化(物理, 化学) 化学)作用
搬运 沉积
岩石
岩石破碎 化学成分改变
大小,形状和 大小, 成分都不相同 的松散颗粒集 合体( 合体(土)
土的形成
搬运与沉积
残积土 残积土 强风化 弱风化 微风化 母岩体 颗粒表面粗糙 多棱角 粗细不均 无层理
土 质 较 好
无搬运
(Residual Soil)
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 封闭气体:受外荷作用,不能逸出, 封闭气体
溶解于水中,压力减小时能有所复原, 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, 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,土的结构和构造
3.不同状态下土的密度和重度 不同状态下土的密度和重度
饱和密度ρ 饱和密度 sat :土体中孔隙完全被水充满时的土的密度
ρ sat =
m s + Vv ρ ω V
浮密度ρ 浮密度 ′ :土单位体积内土
m Vs ρω ρ′ = s V
粒质量与同体积水的质量之差 颗粒部分的质量
ρ
d
干密度ρ 干密度 d :单位体积中固体
之比, 之比,以百分数表示
Sr = Vω × 100 % Vv
饱和度描述土中孔隙被水充满的程度.干土 饱和度描述土中孔隙被水充满的程度.干土Sr=0,饱和土 , Sr=100%.砂土根据饱和度分为三种状态: 根据饱和度分为三种状态: .砂土根据饱和度分为三种状态 Sr≤50%稍湿; 50%<Sr≤80%很湿; Sr>80%饱和 稍湿; 很湿; 稍湿 很湿 饱和
三,土中气体 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分, 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分, 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 与大气连通的非封闭气体和 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 非封闭气体: 非封闭气体 受外荷作用时被挤出土体外,
土的形成
风化作用
量变 质变 自然变异性
岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影 母岩表面和碎散的颗粒受环境 响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程 因素的作用而改变其矿物的化 中因碰撞和摩擦而破碎 学成分,形成新的矿物 原生矿物 次生矿物 有 机 质
无粘性土 粘性土 碎散性 三相体系
物理风化 化学风化 生物风化
比重计 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来 法 确定小于某粒径的土粒含量
纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比, 纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比,横坐 标表示土粒的粒径(对数坐标) 标表示土粒的粒径(对数坐标)
颗粒粒径级配 曲线
颗粒级配的描 述
工程上常用不均匀系 数Cu描述颗粒级配的 不均匀程度
= ρg
重力加速度, 重力加速度, 近似取10N/Kg 近似取
2.土粒相对密度 s(土粒比重): 土粒相对密度G 土粒比重): 土粒相对密度 ms ρs 土粒质量与同体积的4℃时纯水 土粒质量与同体积的 时纯水 Gs = = Vsρω ρω 的质量之比
土粒相对密度变化范围不大:细粒土(粘性土)一般 土粒相对密度变化范围不大:细粒土(粘性土)一般2.70～2.75; ～ ; 砂土一般为2.65左右.土中有机质含量增加,土粒相对密度减小 左右. 砂土一般为 左右 土中有机质含量增加,
m = V
s
土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个 土的三相比例指标中的质量密度指标共有 个,土的密度ρ, 饱和密度ρ 干密度ρ 浮密度ρ 饱和密度 sat,干密度 d,浮密度 ′ (kg/m3),相应的重度指标 , 也有4个 也有 个,土的重度γ,饱和重度γsat,干重度γd,浮重度γ′ (kN/m3)
2.土粒的矿物成分 土粒的矿物成分
母岩的矿物成分和 矿物成分取决于母岩的矿物成分 矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用 原生矿物:由岩石经过物理风化形成, 原生矿物:由岩石经过物理风化形成,其矿物成分
与母岩相同 石英,云母, 例:石英,云母,长石等 特征:矿物成分的性质较稳定, 特征:矿物成分的性质较稳定,由其组成的土具 有无粘性,透水性较大, 有无粘性,透水性较大,压缩性较低的特点
试验方法
筛分法:适用于 筛分法:适用于0.075mm≤d≤60mm 比重计法:适用于d<0.075mm 比重计法:适用于
筛分法
用一套孔径不同的筛子, 用一套孔径不同的筛子,按 从上至下筛孔逐渐减小放置. 从上至下筛孔逐渐减小放置. 将事先称过质量的烘干土样 过筛, 过筛,称出留在各筛上的土 质量, 质量,然后计算其占总土粒 质量的百分数
二,土中的水
土中水的含量明显地影响土的性质( 土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性 土).土中液态水可分为结合水和自由水 1.结合水 结合水
强结合水:紧靠于颗粒表面,所受电场的作用力很大, 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, 几乎完全固定排列,丧失液体的特性而接近于固体 弱结合水:紧靠强结合水的外围形成的结合水膜, 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
在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式, 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, 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 单粒结构: 单粒结构
形成的单粒结构,其特点是土粒间存在点与点的接触. 形成的单粒结构,其特点是土粒间存在点与点的接触.根 是土粒间存在点与点的接触 据形成条件不同, 据形成条件不同,可分为疏松状态和密实状态
运积土
有搬运
土的形成
重力: 重力: 坡积土 洪积土 流水: 流水: 冲积土 湖积土 海积土
土粒粗细不同,性质不均匀 有分选性,近粗远细 浑圆度分选性明显,土层交迭 含有机物淤泥,土性差 颗粒细,表层松软,土性差
运积土
有搬运
冰川: 冰川: 冰积土 土粒粗细变化较大,性质不均匀 风:风积土 颗粒均匀,层厚而不具层理
1.层理构造:土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积 层理构造:土粒在沉积过程中,由于不同阶段 不同阶段沉积 层理构造
的物质成分,颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出 的物质成分,颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出 竖向 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 裂隙构造:土体被许多不连续的小裂隙所分割 分割, 裂隙构造
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 蜂窝结构:颗粒间点与点接触, 蜂窝结构
于重力,接触后,不再继续下沉,形成链环单位,很多链 于重力,接触后,不再继续下沉,形成链环单位, 环联结起来, 多为粉粒) 环联结起来,形成孔隙较大的蜂窝状结构 (多为粉粒)
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, 絮状结构:细微粘粒大都呈针状或片状,质量极轻, 絮状结构
草,木等活动;动物残躯,细菌等 木等活动;动物残躯,
土的三相组成
固相 土 液相 气相
土中颗粒的大小, 土中颗粒的大小,成分及三相 之间的相互作用和比例关系, 之间的相互作用和比例关系, 反映出土的不同性质
一,土的固相
土粒的大小, 土粒的大小,相关矿物成分以及大小搭配情况 对土的物理力学性质有明显影响 1.土的颗粒级配 土的颗粒级配 工程上将各种不同的土粒按其粒径范围,划分为 工程上将各种不同的土粒按其粒径范围, 若干粒组,为了表示土粒的大小及组成情况, 若干粒组,为了表示土粒的大小及组成情况,通 常以土中各个粒组的相对含量( 常以土中各个粒组的相对含量(即各粒组占土粒 总量的百分数)来表示,称为土的颗粒级配 总量的百分数)来表示,称为土的颗粒级配