1-土的物理性质及工程分类

相关知识1：土地物理性质土的形成影响土的组成反映物理性质及状态力学性质工程特点决定体现一、土的成因土是岩石经过风化、剥蚀、破碎、搬运、沉积等过程后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积风化岩石地球土地球土是指：地球表面的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而形成的、覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。生物风化物理风化化学风化矿物成分未变无粘性土原生矿物矿物成分改变粘性土次生矿物风化作用分类有机质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物动植物活动引起的岩石和土体粗颗粒的粒度或成分的变化气相固相液相++构成土骨架，起主体作用重要影响土体次要作用土体三相组成示意图二、土的组成1、土的固体颗粒(固相)固体颗粒的大小和形状土粒的矿物成分土的固体颗粒是由大小不等、形状不同的矿物颗粒或岩石碎屑按照各种不同的排列方式组合在一起，构成土的骨架。物理状态力学性质土中最稳定、变化最小的成分1）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（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配试验方法筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm比重计法:适用于d＜0.075mm筛分法：将风干、分散的代表性土样通过一套孔径不同的标准筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理图沉降法（比重计法或移液管法）: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空气Air水Water固体Solidma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积九个物理量:VVvVsVaVwmsmwmam物性指标是比例关系:可假设任一参数为1土的三相简图wavwasVVVVVVV物理量关系:四、土物理性质指标•1、土的天然密度)/k(3mgVm土的总体积土的总质量土的天然密度，指土在天然状态下单位体积的质量,又称湿密度。它影响土的承载力、土压力及边坡的稳定性。常见值ρ＝(1.6～2.2)g/cm3，＝(16～22)kN/m3[容重：单位体积的重量]土的重度3(/)WmgkNmVV范围：16～22土工试验：环刀法天然状态下，土单位体积的重量，称为土的重度土的重度取决于土粒的重量，孔隙体积的大小和孔隙中水的重量，综合反映了土的组成和结构特征。对具有一定成分的土而言，结构愈疏松，孔隙体积愈大，重度值将愈小。2.土粒比重(土粒相对密度)1ssswWdV单位:无量纲范围：2.6～2.8比重瓶法测得土粒重度与同体积4℃时纯水的重度比值。气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V3.土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比。％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、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法%100%100sssmmmmm4.不同状态下土的密度和重度干密度ρd：单位体积中固体颗粒部分的质量Vmsd浮密度ρ：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差VVmss各密度指标在数值上的关系：ρsatρρdρ可证明：ρ＝ρsat－ρw气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V饱和密度ρsat：土体中孔隙完全被水充满时的土的密度VVmvssat工程上用以控制填方的施工质量。5.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙体积与土粒体积之比svVVe孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示%100VVnv6.土的饱和度Sr%100vrVVS土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示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:砂土湿度状态稍湿很湿饱和饱和度Sr（%）Sr≤5050Sr≤80Sr80◇e0.6低压缩性土e1.0高压缩性土•例题1：已知土的总质量为0.123Kg，体积70m3,含水量20%。问土的密度、干密度是多少？•解答：•密度：•干密度：0.12331.78/70mgmmV0.12331.48/70(120%)smgmmVd【例2】3cmsd某饱和土体积为97，土的重力为1.98N，土烘干后重力为1.64N，求含水量ω、土粒比重,孔隙比e和孔隙率n。sd1.981.64100%20.7%1.64ss3361.981020.4/9710WkNmV3533(1.981.64)103.4103410s含水量水的体积【解答】340.5399734wsVeVV320.416.9/110.207dkNm3(1)(10.539)16.92.6/10dswedkNm【例3】某料场30万方土料，初始孔隙比e1＝1.2，问可填筑e2＝0.7的土堤多少立方米？【解答】64.132.113011eVVs（填筑前后Vs不变）V＝Vv+Vs=e2Vs+Vs=(0.7+1)Vs=1.7×13.64=23.18万方•1、压缩系数研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律Vv＝e0Vs＝1h0/(1+e0)h0V’v＝eiVs＝1hi/(1+e)phisi受荷后土样的高度变化:设初始高度h0,受压后的高度hi,则hi=h0—si,si为每级荷载作用下的变形量SiiVeAheAh1111土样体积在受压前后不变)1(111ehseeii其中由于逐级（一般为6级）施加荷载在不同压力p作用下，可得到相应的孔隙比e，根据一一对应关系，以横座标表示压力，以纵座标表示孔隙比，绘制e-p曲线，称为压缩曲线．11111VSSSSVAhVAheVVV＝iishh12、压缩性指标（MPa-1）1）、压缩系数：一般取压缩曲线上M1M2两点切线的斜率值，称为土的压缩系数。实际工程中，往往用割线斜率表示：1221ppee=pΔeΔ=βtg=a－－－斜率土的类别a1-2(MPa-1)高压缩性土≥0.5中压缩性土0.1～0.5低压缩性土0.1p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线△p△eβ《规范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性根据压密定律：在竖向压力变化不大的范围内，孔隙比的变化量与压力之间的变化量，二者之间的关系近似用一条直线来代替。3土的抗剪强度的测定方法直接剪切试验试验仪器：直剪仪（应变控制式，应力控制式）应变直剪仪试验原理：对同一种土至少取4个平行试，分别在不同垂直压力下剪切破坏，将试验结果绘制抗剪强度f与相应垂直压力的关系图。剪切容器与应力环土土的概念及生成土的组成土的物理性质土的结构土的构造土的物理状态土的工程分类