工程地质及地基基础02土性质及工程分类

土 地球
形成过程 形成条件
影响
物理力学性质
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土中气体 （气相）
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固体矿物颗粒 （固相）
土中水 （液相）
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2.2 土的三相组成及土的结构
2.2.1 土的固体颗粒 土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。
1.土粒的矿物成分
（1）原生矿物 （2）次生矿物 （3）腐植质
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筛分法（d>0.075mm的土）
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筛分法
200g
10
5.0
2.0
10
1.0
16
0.5
18
0.25
24
0.1
22
38
72
筛分法就是用一套标准筛子如孔直径(mm)：20、10、5.0、2.0、
l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，
将烘干且分散了的200g有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然
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2.2.3 土的结构构造 2.2.1 土的结构
砂粒
单粒结构
蜂窝结构 粉粒
絮状结构
粘粒
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2.2.2 土的构造
❖ 层状构造 ❖ 分散构造 ❖ 结核状构造 ❖ 裂隙状构造
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2.3 土的物理性质指标
2.3.1 土的三相比例指标
概述 土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态， 也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主 要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。
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次生矿物
蒙脱石
高岭石
伊利石Βιβλιοθήκη Baidu
伊利石
高岭石 蒙脱石
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2.土颗粒的大小与形状
•粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 •界限粒径
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3.土的粒径级配
（1）定义 工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示，称为土的粒径级配。
（2）粒径分析方法 • 筛分法（d>0.075mm的土） • 密度计法（d<0.075mm的土）
100
80
60
40
20
0 10
1
0 .1
0 .0 1
1 E -3
粒 径 /mm
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1、 不均匀系数 不均匀程度： Cu = d60 / d10
2、曲率系数 连续程度: Cc = d302 / (d60 ×d10 )
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特征粒径: d60 : 限定粒径 d10 : 有效粒径 d30 :中值粒径
三相指标的定义
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土颗粒 土中水 土中气
固相 液相
气相 21
ma=0 mw
m
ms
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质量
Air 空气 Water 水
Va
Vv Vw
V
Soil 固体颗粒 Vs
体积 22
❖ 土的物理性质指标一共有9个。 ❖ （1）反映土松密程度的指标有2个： ➢ 土的孔隙比 e=Vv/Vs ➢ 土的孔隙率 n=Vv/V×100％
分析对象: 水柱
r2hcw2rT cos
T为表面张力
• 上升高度:
hc
2T cos r
毛细升高与孔径成反比
粘土 粉土 砂土 砾石
土中毛细现象
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2.2.2.5 土体中气体(气相)
土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分, 存在形式有两种:
土体中气体
自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大 封闭气体:与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性
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密度计法（d<0.075mm的土） 10
（3）颗粒级配的表示方法 表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法
10-2 A
0
B
0
C
44
2-0.05 99 66 56
0.05-0.005 1 30 0
<0.005 0 4 0
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小 于 某 粒 径 的 土 粒 质 量 /%
弱结合水
➢ 位于强结合水之外，电场引力作用范围之 内
➢ 密度>1.0~1.7g/cm3 ➢ 冰点-20~30℃ ➢ 外力作用下可以移动 ➢ 不因重力而移动，有粘滞性
图2.8 矿物颗粒对水分子的静电引力作用
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2.2.2.3 毛细水
分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以 看成许多形状不一、直径互异、彼此 连通的毛细管
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粒径级配累积曲线及指标的用途：
➢粒组含量用于土的分类定名；
➢不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5, 不均匀土； Cu < 5, 均匀土
➢曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1,级配不连续土
➢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
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2.2.2 土中水和气
2.2.2.1 土中水存在的状态 （1）固态水 （2）气态水 （3）液态水
结合水: 吸附在土颗粒表面的水 自由水: 电场引力作用范围之外的水
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强结合水 弱结合水
重力水 毛细水
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结合水
强结合水
➢ 排列致密、定向性强 ➢ 密度>1.2~2.4g/cm3 ➢ 冰点-76℃ ➢ 具有极大的粘滞性和固体的特性 ➢ 温度高于100°C时可蒸发
2、土的物理性质及工程分类
2.1 概述 2.2土的组成及土的结构 2.3 土的物理性质指标 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粘性土的物理特性 2.6 土的渗透及渗流 2.8 土的工程分类
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2.1 概述
土的形成
土是岩石经过风化后,在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石
风化
地球
搬运、沉积
（2）反映含水程度的指标有2个： 土的含水量 w= mw/ms×100％ 土的饱和度 Sr=Vw/Vv×100％
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❖ (3) 特定条件下的密度指标有5个：
➢ 土的天然密度 ρ=m/v ➢ 土的干密度 ρd=Ms/V ➢ 土的饱和密度 ρsat＝(ms+Vv×ρw)/V
➢ 土的浮密度（有效密度） ρ/= (ms-Vs×ρw)/V=ρsat- ρw
➢ 土粒相对密度（土粒比重） ds=ms/mw=ms/(Vs.ρw1)= ρs /ρw1
P
后分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，
%
即得土的颗粒级配。
95
沉降分析法：具体有密度计法(也称比重计法)或移液管法(也称
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吸管法)。该两法的理论基础都是依据Stokes(司笃克斯)定律，
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即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比
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筛分法原理图
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