工程地质与土力学课件——第六章土的物理性质及工程分类

图1
图2
第六章 土的物理性质及工程分类
⑵自由水
土孔隙中除了结合水以外的水都是自由水，它包括毛细水和重力水。 ①毛细水。受土粒的分子引力以及水与空气界面的表面张力而存在，并运动于毛 细孔隙中的水。一般存在于地下水位以上，由于表面张力作用，地下水沿着土的 毛细通道逐渐上升，形成毛细水上升带。 ②重力水。受重力作用而运动的水，它对土产生浮力，使土的重度减少；渗透水 流能使土产生渗透力，使土引起渗透变形；还能溶解土中的水溶盐，使土的强度 降低，压缩性增大。 3、土中气体 土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部分。 与大气连通的气体，受外力作用时，易被挤出，对土的工程性质影响不大。 封闭气体多存在于粘性土中，不易逸出，使土的渗透性降低、弹性与压缩性 增大，所以封闭气体对土的性质有较大的影响。
第六章 土的物理性质及工程分类
对粒组的划分，各个国家，甚至一个国家的各个部门都有不同的规定。 表1-1为我国水利部《土工试验规程（SL237－1999）》中规定的粒组划分情况。
粒组统称 巨粒组
粗粒组
细粒组
粒组划分
漂石（块石）组
卵石（碎石）组
粗砾
砾粒（角砾）
中砾
细砾
粗砂
砂粒
中砂
细砂
粉粒
粘粒
粒径（d）的范围（mm）
如图所示：
⑵蜂窝结构 • 蜂窝结构主要是由粉粒或细砂粒组成的土的结构形式。 • 据研究，粒径0.075～0.005mm（粉粒粒组）的土粒在水中沉积时，基本上是 以单个土粒下沉，当碰到已沉积的土粒，由于土粒之间的分子引力大于其重力， 因此土粒就停留在最初的接触点上不再下沉，逐渐形成链环状团粒，构成较疏松 的蜂窝结构，如图所示。
第六章 土的物理性质及工程分类
第六章 土的物理性质及工程分类
本章教学要求： 1、了解土的三相比例的不同对土工程性质的影响； 2、掌握土粒级配的概念、土的基本物理性质指标的
定义及指标间的换算方法； 3、掌握根据规范对土进行分类的方法。
第六章 土的物理性质及工程分类
第1节 土的三相组成和土的结构
一、土的三相组成
第六章 土的物理性质的结构
土的结构：土中颗粒排列的状况。
与土的矿物成分、颗粒形状和沉积条件有关，有以下三种基本
类型：
➢ 单粒结构
蜂窝结构
絮凝结构
单粒结构
蜂窝结构
絮凝结构
第六章 土的物理性质及工程分类
⑴单粒结构 • 在沉积过程中，较粗的土粒互相支承并达到稳定，形成单粒结构。 • 单粒结构为碎石土和砂类土的结构特征。 • 单粒结构可以是疏松的，也可以是紧密的。 • 就一般而言，具此种结构的土的孔隙都比较大，透水性强，压缩性低， 强度较高。
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⑶絮凝结构 • 微小的粘粒大都呈针片状或片状，以在水中长期悬浮，并在水中运动时， 形成小链环状团粒而下沉，这种小链环碰到另一小链环被吸引，形成大链 环状的絮状结构〔如图所示〕。海相沉积的粘土常具有此结构。 • 具有蜂窝结构和絮状结构的土，土粒间有大量的孔隙，体积大，但均为 微细孔隙，故压缩性高，透水性弱。
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第2节 土的粒组和颗粒级配
一、土的粒组 土是岩石风化的产物，是由无数大小不同的土粒组成，其大 小相差极为悬殊，性质也不相同（例如土粒由粗变细，可由 无粘性变为有粘性）。
➢粒组：为了便于研究，工程上通常把工程性质相近的一定 尺寸范围的土粒划分为一组，称为粒组。 ➢界限粒径：粒组与粒组之间的分界尺寸。 ➢工程上广泛采用的粒组有：漂石粒、卵石粒、砾粒、砂粒、 粉粒和粘粒。
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2、土中的水 土孔隙中的液态水，根据它与土粒表面的相互作用分为结合水与自由水。 ⑴结合水：附着于土粒表面成薄膜状的水。如图6-1所示。 由于结合水的存在，细颗粒（特别是粘粒）之间将形成公共水膜（图2）。 从而使土粒间产生一定的联结，这种联结随土的湿度而变化。当土的湿度减小， 水膜变薄，相邻土粒彼此吸引力加强。反之，当湿度提高，水膜增厚时，颗粒 将被挤开，以致不存在公共水膜而失去联结。这种水膜联结，一般认为是粘性 土具有粘性、可塑性和力学强度的主要原因。
土由固相、液相和气相三部分组成。 ⑴固相部分即为土粒，由矿物颗粒或有机质组成，构成土的骨架； ⑵液相部分为水及其溶解物； ⑶气相部分为空气和其它气体。
1、土的矿物成分和有机质
⑴土的矿物成分 ①原生矿物：是岩石经过物理风化作用形成的碎屑物，如石英、长石、云母等。 ②次生矿物：岩石经化学风化作用而形成的新矿物成分，其中数量最多是粘土矿 物。常见的粘土矿物有高岭石、蒙脱石、伊利石。 石英、长石呈粒状，是砂、砾石等无粘性土的主要矿物成分。 粘土矿物是组成粘性土的主要成分，颗粒极细，呈片状或针状，具有高度的分散 性和胶体性质，与水相互作用，形成粘性土的一系列特性，如可塑性、膨胀性、 收缩性等。 ⑵土中的有机质 在岩石风化以及风化产物搬运、沉积过程中，常有动、植物的殘骸及其分解物质 参与沉积，成为土中的有机质。
d>200 200≥d>60 60≥d>20 20≥d>5
5≥d>2 2≥d>0.5 0.5≥d>0.25 0.25≥d>0.075 0.075≥d>0.005 d≤0.005
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二、土的颗粒级配
自然界的土常包含几种粒组。
土的颗粒级配：土中各粒组的相对含量（用粒组质量占干土总质量的百 分数表示），称土的颗粒级配。可以通过颗粒分析试验确定。 1、颗粒分析试验 测定土中各粒组颗粒质量占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的 试验称为土的颗粒大小分析试验，简称“颗分”试验。 常用试验方法有筛分法和密度计法两种。 ⑴筛分法 筛分法适用于粒径大于0.075mm的土粒。 即用一套孔径大小不同的标准筛，从上到下按粗孔到细孔的顺序叠好 （例如60、20、2、0.5、0.25、0.1、0.075mm），将已知重量的风干、 分散的土样过筛，把各粒组分离出来，并求出含量百分数。 ⑵密度计法 密度计法适用于分析粒径小于0.075mm的土粒。 它主要利用土粒在静水中下沉速度不同（粗粒下沉快，而细粒下沉慢） 的原理，可把不同粒径的土粒区别开来。
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2、土的构造 ➢ 定义：同一土层中，土粒或土粒集合体之间相互关系的特 征；是土层的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征，亦称为宏观 结构。 ➢ 最主要的特征：成层性，即层理构造。
它是在土的生成过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、 颗粒大小或颜色不同，而沿竖向呈现的成层特征，常见的有 水平层理与交错层理构造。