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
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.
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
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
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)
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
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)
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
= 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,
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)
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