土的性质及工程分类

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筛分法： 筛分法： 适用于粒径大于0.075mm 0.075mm的土 适用于粒径大于0.075mm的土
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比重计法： 比重计法： 适用于粒径小于0.075mm 0.075mm的土 适用于粒径小于0.075mm的土
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比重计法是利用不同大小的土粒在水中的沉降 速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。 速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。 将一定质量土浸入水中搅拌成悬液， 将一定质量土浸入水中搅拌成悬液，搅拌停止 后，土粒便开始下沉，悬液的浓度随之发生变 土粒便开始下沉， 利用特制的密度计， 化。利用特制的密度计，在不同时刻测悬液浓 度的变化。 度的变化。即可换算出相应的粒径及小于该粒 径的土粒质量，绘出级配曲线。 径的土粒质量，绘出级配曲线。
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+ + + +_ + _ _ _ _ + _ _ __ _ _ _ + _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
粘土颗粒
强结合水
弱结合水
自由水
O2
粘粒
105o
H+ 水分子 极 性
H+
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4.土的冻胀 4.土的冻胀 冻胀：当大气负温传入土中时， 冻胀：当大气负温传入土中时，土中的自由水首先 冻结成冰晶体，随着气温的继续下降， 冻结成冰晶体，随着气温的继续下降，结合 水的最外层也开始冻结， 水的最外层也开始冻结，使冰晶体逐渐扩 另一方面，结合水膜的减薄， 大；另一方面，结合水膜的减薄，使得水膜 中的离子浓度增加， 中的离子浓度增加，土粒就产生了渗透压 在这两种引力作用下， 力。在这两种引力作用下，未冻结区的水分 弱结合水和自由水） （弱结合水和自由水）就会不断地向冻结区迁 移和积聚，使冰晶体不断扩大， 移和积聚，使冰晶体不断扩大，在土层中形 成冰夹层，土体随之发生隆起，即冻胀现象。 成冰夹层，土体随之发生隆起，即冻胀现象。
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2.2 土的三相组成及土的结构
一、土的固相 土的重要组成， 土颗粒的矿物成分不同、 土的重要组成 ， 土颗粒的矿物成分不同 、 粗细不同、形状不同，土的性质不同。 粗细不同、形状不同，土的性质不同。 1.土粒的矿物成分 土粒的矿物成分 矿物成分对土的性质有着重要影响， 矿物成分对土的性质有着重要影响，其中以 细粒组的矿物成分最为重要。 细粒组的矿物成分最为重要。
岩石产 柎的 岩石产
化
的 化
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残积土 土 运积土 风成沉积土 水成沉积土 冰川沉积土 土是三相体。 土是三相体。 固相（土颗粒） 固相（土颗粒） 液相（ 液相（水） 气相（ 气相（气） 饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。 饱和土中的孔隙均被水所充填，所以饱和土为二相体。 影响土的工程性质的因素： 影响土的工程性质的因素： 1）三相组成 2）沉积年代 3）成因
第二章土的性质及工程分类
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2.1概述 2.1概述
土是岩石风化的产物。 土是岩石风化的产物。
→ 岩石 → 岩石（矿物）颗粒 →搬运 沉积物 岩石（矿物）
风化 环境 自然力
土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱 土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱
风 化 作 用
物 物枞 化恘 物
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单独用C 单独用 u来确定土的级配情况是不够 需同时参考C 的，需同时参考 c。 砾 类 土 或 砂 类 土 Cc=1~3 Cu≥5 级配良好
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2.2.2土中水和气 1.土中水
强结合水 结合水 弱结合水 重力水 毛细水
土中水 自由水
※ 土的含水量试验所测定的为土中的自由 土的含水量试验所测定的为土中的自由 弱结合水。 水和弱结合水。
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土
残积土： 残积土： Residual soil 岩石风化后仍然留在原地的堆积物。 岩石风化后仍然留在原地的堆积物。残积土 的厚度和风化程度主要取决于气候条件和暴露时 其明显特征是颗粒多为角粒， 间，其明显特征是颗粒多为角粒，且母岩种类对 残积土的性质有显著影响。 优良母岩、 残积土的性质有显著影响。(优良母岩、质地不良 母岩) 母岩) 运积土： 运积土： Transported soil 经流水、 经流水、风和冰川等动力搬运离开产地的堆积 物。可分为
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温度的因素：当气温骤降且冷却强度很大时， 温度的因素：当气温骤降且冷却强度很大时，土 的冻结面迅速向下推移，即冻结速度快，此时， 的冻结面迅速向下推移，即冻结速度快，此时， 土中弱结合水来不及向冻结区迁移就在原地冻结 成冰，毛细通道被晶体所阻塞，冻胀不明显； 成冰，毛细通道被晶体所阻塞，冻胀不明显；若 气温缓慢下降，冷却强度小， 气温缓慢下降，冷却强度小，但负温持续时间较 未冻区水分不断地向冻结区迁移积聚， 长，未冻区水分不断地向冻结区迁移积聚，冻胀 明显。 明显。
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影响冻胀的因素： 影响冻胀的因素： 土的因素：细粒土（粉砂、粉土、 土的因素：细粒土（粉砂、粉土、粉质粘土和粉质 亚砂土）冻胀现象严重。由于具有显著的毛细现象， 亚砂土）冻胀现象严重。由于具有显著的毛细现象， 毛细水上升高度大，上升速度快， 毛细水上升高度大，上升速度快，具有较通畅的水 源补给通道；土颗粒细，比表能大， 源补给通道；土颗粒细，比表能大，土的矿物成分 亲水性强，有较多的结合水。 亲水性强，有较多的结合水。粘土虽有较厚的结合 水膜，但毛细孔隙小，水分迁移阻力大，冻胀性小。 水膜，但毛细孔隙小，水分迁移阻力大，冻胀性小。 水的因素：冻结区附近地下水位较高， 水的因素：冻结区附近地下水位较高，毛细水上升 高度能够达到或接近冻结线， 高度能够达到或接近冻结线，使冻结区能得到外部 水源的补给，冻胀现象严重。 水源的补给，冻胀现象严重。 开敞型冻胀：冻结过程中有水源补给，冻胀强。 开敞型冻胀：冻结过程中有水源补给，冻胀强。 封闭型冻胀：冻结过程中无水源补给，冻胀弱。 封闭型冻胀：冻结过程中无水源补给，冻胀弱。
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5.土的气相 土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。 土孔隙中未被水所占据的部位由气体充填。 粗颗粒：土中的气体与大气相通， 粗颗粒：土中的气体与大气相通，对土的力学性质 影响不大; 影响不大; 细颗粒：存在与大气隔绝的封闭气泡，使土的压缩 细颗粒：存在与大气隔绝的封闭气泡， 性提高，透水性减小。 性提高，透水性减小。 封闭气泡：随着压力的增大， 封闭气泡：随着压力的增大，封闭气泡可能压缩或 溶解于水中，压力减小时， 溶解于水中，压力减小时，气泡会恢复 原状或重新游离出来。 原状或重新游离出来。 封闭气体对土的性质有较大影响， 封闭气体对土的性质有较大影响，导致渗透 性减小，弹性增大， 性减小，弹性增大，拖延土的压缩和膨胀变 形随时间的发展过程 。
※
颗 分 试 验
d>0.075mm d<0.075mm
筛析法 密度计法 移液管法
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利用一套孔径由大到小 的筛子， 的筛子，将事先称过质 量的干试样放入筛中， 量的干试样放入筛中， 经过充分震摇后， 经过充分震摇后，把留 在各级筛上的土粒分别 称量， 称量，算出小于某粒径 的土粒含量， 的土粒含量，用以确定 土中各粒组的土粒含量。 土中各粒组的土粒含量。
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颗粒分析的先进方法－ 颗粒分析的先进方法－激光颗分
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根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制颗粒级 根据颗粒大小分析试验结果 ， 可以绘制 颗粒级 配累积曲线（横坐标为粒径 粒径， 对数坐标表示 表示； 配累积曲线（横坐标为粒径，用对数坐标表示；纵 坐标为小于某粒径的土重含量 小于某粒径的土重含量， 常数坐标表示 表示） 坐标为小于某粒径的土重含量，用常数坐标表示）。 颗粒级配曲线的坡度可以大致反映土的均匀程 坡度可以大致反映土的 颗粒级配曲线的 坡度 可以大致反映土的 均匀程 度。 曲线陡，表示粒径大小相差不多， 曲线陡 ， 表示粒径大小相差不多， 土颗粒比较 均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬殊， 均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬殊，土颗粒不 均匀，级配良好。水平段（台阶） 均匀，级配良好。水平段（台阶）表示缺乏某些粒 径，是不连续级配。 是不连续级配。
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几个特殊粒径：d10, d30 , d60 几个特殊粒径： 小于某粒径的土颗粒质量累积百分数为10%时， 相应的粒径称为有效粒径 相应的粒径称为有效粒径d10。与之类似可以得到 中值粒径） 限定粒径）。 d30（中值粒径）和d60（限定粒径）。
※
※
土颗粒的级配指标： 土颗粒的级配指标： 不均匀系数 Cu= d60/ d10 曲率系数 2 Cc=(d30) /(d60× d10)
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弱结合水：在强结合水以外， 弱结合水：在强结合水以外，电场作用范围以 电场作用力随远离颗粒而减弱， 内，电场作用力随远离颗粒而减弱， 是一种粘滞水膜， 是一种粘滞水膜，受力时能由水膜较 厚处缓慢转移到水膜较薄处; 厚处缓慢转移到水膜较薄处;能产生 变形，但不因重力作用而流动， 变形，但不因重力作用而流动，与土 的可塑性、土的冻胀有关。 的可塑性、土的冻胀有关。 重力水：存在于地下水位以下， 重力水：存在于地下水位以下，土颗粒电分子引力 范围以外的水，在重力作用下运动。 范围以外的水，在重力作用下运动。 毛细水：受到水与空气交界面处表面张力的作用、 毛细水：受到水与空气交界面处表面张力的作用、 存在于地下水位以上的透水层中自由水。 存在于地下水位以上的透水层中自由水。
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原生矿物 土颗粒的矿物成分 次生矿物
原生矿物：包括石英、长石和云母等。 原生矿物：包括石英、长石和云母等。为 岩石物理风化的产物， 岩石物理风化的产物，化学性 质稳定或较为稳定。 质稳定或较为稳定。 次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。 次生矿物：为原生矿物化学风化的产物。 主要是粘土矿物。 主要是粘土矿物。 粘土矿物
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反映大小不同粒组的分布情况。 越大， Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表 示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。 示土颗粒大小的分布范围越大，其级配良好。 描写累积曲线的分布范围， Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体 形状。 形状。 在一般情况下， 在一般情况下，
<5，均粒土，为级配不良 ，均粒土， Cu >10，级配良好 ，
巨粒： 巨粒：>60mm 粗粒： 土的粒组 粗粒：0.075~60mm 细粒:≤0.075mm 细粒
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3.土的颗粒级配
※土颗粒的大小及其组成情况 ， 通常以土中土 土颗粒的大小及其组成情况，
颗粒各个粒组的相对含量（ 颗粒各个粒组的相对含量（各粒组占土粒总量 的百分数）来表示，称为土的颗粒级配 土的颗粒级配。 的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。 土的颗粒级配可由土的颗粒大小分析试验 土的颗粒级配可由 土的颗粒大小分析试验 简称颗分试验 测定。 颗分试验） （简称颗分试验）测定。
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自由水： 自由水：是指存在于土粒表面电场影响范围以外的 土中水。性质和普通水一样， 土中水。性质和普通水一样，能传递静水 压力，冰点为0℃ 有溶解盐类的能力。 0℃， 压力，冰点为0℃，有溶解盐类的能力。分 为毛细水和重力水。 为毛细水和重力水。 结合水： 结合水：是指水受电分子吸引力作用吸附于土粒表 面的土中水。分为强结合水和弱结合水。 面的土中水。分为强结合水和弱结合水。 强结合水：紧靠土粒表面，性质接近于固体， 强结合水：紧靠土粒表面，性质接近于固体，密度 冰点为-78℃， 1.2～ 为1.2～1.4g/cm3,冰点为-78℃，不传递静 水压力，具有极大的粘滞度、 水压力，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪 强度。 强度。
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粘 土 矿 物 结 构
的 基 本 单 元 铝氢氧八面体 铝氢氧晶片 硅氧四面体 硅氧晶片
晶片
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蒙脱石： 蒙脱石：亲水性强 吸水膨胀、脱水收缩） （吸水膨胀、脱水收缩） 伊里石： 伊里石：亲水性中等 高岭石： 高岭石：亲水性差
伊利石
高 岭 石
蒙 脱 石
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2.土的粒组
※
按土颗粒粒径（d）大小将土颗粒分组，称 按土颗粒粒径（ ） 大小将土颗粒分组， 粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径 界限粒径。 为粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。
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河流沉积土
水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细， 水冲积形成的，上游颗粒粗，下游颗粒细，故： 上游：强透水，引起渗漏和渗透变形问题 上游：强透水， 下游：地基土的高压缩性和低强度引起的基础 下游： 沉降和稳定问题， 沉降和稳定问题，同时要考虑渗透变形问题
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风积土
黄土 典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时， 典型特点：湿陷性，所谓湿陷性指黄土未浸水时， 含水率低，一般10%左右， 10%左右 含水率低，一般10%左右，仍能维持陡壁或承受较 大的建筑物荷载，可一旦湿水， 大的建筑物荷载，可一旦湿水，其胶结强度会迅 速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉， 速降低，会在自重或建筑物荷载下剧烈下沉，黄 土的这种性质称为湿陷性。 土的这种性质称为湿陷性。