第四章土工程性质和分类
4.3 土的物理力学性质及其指标

E0 = βEs
其中
β=1-12-μμ2
土的泊松比, 一般0~0.5之 间
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度
⑴ 土的强度破坏类型
基础
滑动面
滑动面
挡 土 墙
滑动面
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑵ 直接剪切试验
试验仪器:直剪仪(应力控制式,应变控制式)
四、土的力学性质
2. 土的抗剪强度 ⑶ 粘性土、无粘性土的抗剪强度
修正后
密实度
松散
稍密
中密
密实
按N评定砂石密实度 N≤10 10<N≤15 15<N≤30 N>30
按N63.5评定碎石土密实度 N63.5≤5 5<N63.5≤10 10<N63.5≤20 N63.5>20
三、粘性土的物理特征
1. 粘性土的稠度状态
土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土 最主要的物理状态特征
0 缩限ωs
塑限ωP
液限ωL
ω
固态
半固态
可塑状态
流动状态
粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限
液、塑限的测定 测定液限的方法:锥式液限仪、碟式液限仪和液塑限联合测定仪。 测定塑限的方法:搓条法和液塑限联合测定仪。 测定缩限的方法:碟式仪法和液、塑限联合测定法。
三、粘性土的物理特征
= ms Vs ρω
=
ρs ρω
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
一、土的三相及三相比例指标
2. 直接指标
质量m 气 水
Vw Va
体积V
土木工程地质-第四章-岩石、土的工程性质

2. 分类:
黄 土 膨 胀 土 软 土 冻 土 红 粘 土 盐 渍 土
填 土
第三节 岩石、土的工程性质
2、按颗粒级配分类(按不同粒级的含量分类)
漂石土、块石土:>200mm的颗粒>50%
碎石类土: 卵石土、碎石土:>20mm的颗粒>50%
圆砾土、角砾土:>2mm的颗粒>50%
砾砂:>2mm的颗粒占25-50%
砂类土:中 粗砂 砂: :> >00..255mmmm的的颗颗粒粒>>550% 0%
细砂:>0.075mm的颗粒>85%
粉砂:>0.075mm的颗粒>50%
粉土:>0.075mm的颗粒<50%,塑性指IP 10
粘
土:粉 粘质 土粘 :I土P>: 1107<I
P
17
第三节 岩石、土的工程性质
备注:液限:土从流动状态变为可塑状态的界限含水量。
WL 塑限:土从可塑状态变为半固体状态的界限含水
第三节 岩石、土的工程性质
一. 按岩石坚硬程度分类 坚硬岩 较坚硬岩
Rc:>60MPa 60-30MPa
较软岩 软岩
30-15MPa 15-5MPa
极软岩
<5MPa
二. 岩土按施工工程分级(铁路部门)
I II
III IV V VI
坚石 次坚石 软石 硬土 普通 土松土
三. 岩体按结构分类 整体块状结构 层状结构 碎裂状结构 散体结构
第三节 岩石、土的工程性质
四. 土的分类 (一)一般土分类(土的颗粒分组及按颗粒级配分类)
1. 颗粒分组(又叫粒组):
漂石、块石:>200mm 卵石、碎石:=20-200mm 圆砾、角砾: 2 20mm 砂: 0.075 2mm 粉砂: 0.005 0.075mm
第4章(1) 土的工程性质与分类

二、无粘性土的密实状态
无粘性土与粘性土区别:
1、 矿物成分:无粘性土一般由原生矿物组成,颗粒 较粗;粘性土一般由次生矿物组成,颗粒较细; 2、 土的结构:无粘性土颗粒较粗,土粒之间的粘结 力很弱或无粘结,往往形成单粒结构;粘性土颗粒较 细,呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构,天 然状态下具有一定的结构性、灵敏度和触变性。 3、 物理状态:无粘性土的工程性质取决于其密实度; 而粘性土的工程性质取决于其软硬状态及土性稳定性。
§4.2 土的物理力学 性质及其指标
一、土的三相比例指标
所谓土的物理性质就是表示土中三相比 例关系的一些物理量。
土的物理性质指标不仅可以描述土的物 理性质和它所处的状态,而且在一定程 度上反映了土的力学性质。
土的物理性质指标的分类
一类是必须通过试验测定的,如含水 量、密度和土粒比重,称为直接指标 一类是根据直接指标换算的,如孔隙 比、孔隙率、饱和度等,称为间接指 标
ρdmax无粘性土的最大干密度
ρdmin无粘性土的最小干密度
ms g Gs Vs ( w ) 4c
土粒比重变化范围不大: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,土粒比重减小
土的比重Gs
测定方法: 比重瓶法,事先将比重瓶注满蒸馏水, 称瓶加水的质量 m1 。然后把烘干土若干克 (ms)装入空比重瓶内,再加纯水至满,称瓶 加水加土的质量m2,按下式计算土粒比重
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
例:粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱
石等
特征:性质较不稳定,具有较强的亲水
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第四章土的工程性质与分类一、名词解释1.残积土[青岛理工大学2013年]答:残积土是指岩石经风化后未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物。
2.结合水答:结合水是指受分子引力、静电引力吸附于土粒表面的土中水。
这种吸引力高达几千到几万个大气压,使水分子和土粒表面牢固地黏结在一起。
3.强结合水答:强结合水是指紧靠土粒表面的结合水。
它厚度很小,一般只有几个水分子层。
它的特征是,没有溶解能力,不能传递静水压力,只有吸热变成蒸汽时才能移动。
这种水极其牢固地结合在土粒表面上,其性质接近于固体,密度约为1.2~2.49/cm3,冰点为78℃,具有极大的黏滞度、弹性和抗剪强度。
4.界限含水量答:界限含水量,又称稠度界限或Atterberg界限,是指随着含水量的变化,黏性土由一种稠度状态转变为另一种状态,相应于转变点的含水量。
5.触变性答:软黏性土的触变性是指其土体经扰动(如振动、搅拌、搓揉等)致使结构破坏时,土体强度剧烈减小;但如将受过扰动的土体静置一定的时间,则该土体强度将又随静置时间的增大,而逐渐有所增长、恢复的特性。
6.冲填土答:冲填土是指由水力冲填泥砂形成的沉积土,即在整理和疏浚江河航道时,有计划地用挖泥船,通过泥浆泵将泥砂夹大量水分,吹送至江河两岸而形成的一种填土,又称吹填土。
二、填空题1.土的颗粒级配累积曲线越,说明土的粒径相差不多,土粒较均匀,颗粒级配不好。
[青岛理工大学2013年]【答案】陡【解析】由颗粒级配曲线的坡度可以大致判断土的均匀程度。
如曲线较陡,则表示粒径大小相差不多,土粒较均匀;反之,曲线平缓,则表示粒径大小相差悬殊,土粒不均匀,即级配良好。
2.土由可塑状态转到流塑状态的界限含水量叫做。
[青岛理工大学2013年]【答案】液限【解析】土由可塑状态转到流塑、流动状态的界限含水量叫做液限w L(又称塑性上限或流限);土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限w P(又称塑性下限);土由半固体状态不断蒸发水分,则体积逐渐缩小,直到体积不再缩小时土的界限含水量称为缩限。
各类土的工程地质特性

第四章各类土的工程地质特性一、一般土的工程地质特性一般土按粒度成分特点,常分为巨粒土、粗粒土及细粒土三大类。
巨粒土和粗粒土为无粘性土,细粒土为粘性土。
粗粒土又分为砾类土和砂类土。
巨粒土和粗粒土的工程地质性质主要取决于粒度成分和土粒排列的松密情况,这些成分和结构特性直接决定着土的孔隙性、透水性、和力学性质。
细粒土的性质取决于粒间连结特性(稠度状态)和密实度,这些都与土中粘粒含量、矿物亲水性及水和土粒相互作用有关。
砾类土和砂类土为单粒结构;细粒土为团聚结构。
二、几种特殊土的工程地质特征1、淤泥类土淤泥类土是指在静水或水流缓慢的环境中沉积,有微生物参与作用的条件形成的,含较多有机质,疏松软弱(天然孔隙比大于1,含水率大于液限)的细粒土。
孔隙比大于1.5的称为淤泥,小于1.5大于1的称为淤泥质土。
工程地质性质的基本特点:①高孔隙比,高含水率,含水率大于液限②透水性极若③高压缩性④抗剪强度很低,且与加荷速度和排水固结条件有关。
由于这类土饱水而结构疏松,所以在振动等强烈扰动下其强度也会剧烈降低,甚至液化变为悬液。
这种现象称为触变性。
同时还具有蠕变性。
淤泥类土的成分和结构是决定其工程地质性质的根本因素。
有机物和粘粒含量越多,土的亲水性越强,则压缩性越高;孔隙比越大,含水率越高,压缩性越高,强度越低,灵敏度越大,性质越差。
2、黄土黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物。
颜色多呈黄色、淡黄色或褐黄色,颗粒组成以粉粒为主,粒度大小较均匀。
天然剖面上垂直节理发育。
被水浸润后显著沉陷(湿陷性)。
一般工程地质性质:①密度小,孔隙率大②含水较少③塑性较弱④透水性较强⑤抗水性弱⑥压缩性中等,抗剪强度较高。
⑦具有湿陷性(自重湿陷和非自重湿陷)湿陷系数,自重湿陷系数3、膨胀土又称胀缩土,系指随含水量的增加而膨胀,随含水量的减少而收缩,具有明显膨胀和收缩特性的细粒土。
成分和结构特征:粘粒含量高,一般35%以上。
矿物成分以蒙脱石和伊利石为主,高岭石含量较少。
地质学 4土的工程性质与分类

(a)高岭石
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nH2O
(b)蒙脱石
K
(c)伊利石
29
2020/5/27304.2.3 土中 Nhomakorabea水和气体
固相
水 液相
气相
一般分为结合水、自由水。
强结合水 结合水 弱结合水
自由水
重力水 毛细水
毛细悬挂水 毛细上升水
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4.2.4 土的结构与构造
➢土的结构:指土粒或土粒集合体的大小、形状、 表面特征、相互排列及粒间连接关系。 分为单粒结构、蜂窝状结构、絮状结构。
26
粒度成分与粒度分析
以各粒组干土粒的质量占该土总质量的百分数来表 示土的粒度成分。颗粒分析的方法(筛析法、比重计 法、移液管法、比重瓶法)。
颗粒分析成果的表示
由颗粒级配曲线可求得各粒组的含量百分比。工程 上常用不均匀系数Cu及曲率系数Cq来衡量土的不 均匀程度及其级配良好与否。
d60
C ,C u
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24
4.2 土的工程地质性质
4.2.1 土的颗粒组成 影响自然土的工程性质还与大小颗粒之间的比例 有关。
粒组及其划分(同一粒组的土具有相近的性质,但与其 他相邻粒组的性质又有明显区别)。
漂石(块石)组、卵石(碎石)组、圆砾(角砾) 组、砂粒组、粉粒组、粘粒组等6个粒组。
2020/5/27
2020/5/27
41
➢工程特性:
① 塑性较弱,液限一般23~33之间,塑性指数在8~12之间;
②含水较少,天然含水量在10~25%之间,处于坚硬或硬塑 状态;
③压实程度差,孔隙比较高(e为0.8~1.1),孔隙大;
④抗水性弱,湿陷明显; ⑤透水性较强,呈各向异性; ⑥强度较高,压缩性中等。
工程地质学_第4章 各类土的工程地质特征

❖ 塑性图
细粒土是指土样中细粒组质量大于或等于总质量50%的土。 其中,粗粒组质量占总质量的25%~50%者称为含粗粒的细粒 土;含部分有机质者称有机质土。
❖ 细粒土分类
2. 特殊土分类
根据《土的分类标准》(GBJ145-90), 特殊土包括指黄土、膨胀土和红粘 土,可按其塑性指数在塑性图上的 位置初步判别。当取液限仪锥尖入 土深度为17mm的含水量为液限时, 按表4.12和图4.12判别。
黄土的湿陷性试验是在室内的固结
仪内进行的,其方法是:分级加荷至
规定压力,当下沉稳定后,使土样浸
水直至湿陷稳定为止,其湿陷系数的
计算式是:
s
hp hp ' h0
式中: h0 :原状土样的原始高度,cm hp :原状土样在规定压力下,下沉稳定后的高度,cm hp, :上述加压稳定后的土样,在浸水作用下,下沉 稳定后的高度,cm
❖ 黄土的野外性状
1、分布与特征
作为湿陷性土的典型代表——黄土,在全世界的分布比 较广泛的,据某些学者估计,黄土的覆盖面积在整个欧洲约 占10%,亚洲约占30%;
我国黄土分布面积达60万平方公里,其中有湿陷性的约 为43万平方公里。
主要分布在黄河中游的甘肃、陕西、晋、宁、河南、青 海等省区。地理位置属于干旱与半干旱气候地带。其物质主 要来源于沙漠与戈壁。
我国幅员广大,地质条件复杂,分布土类繁多,工程性质 各异。有些土类,由于地理环境、气候条件、地质成因、物质 成分及次生变化等原因而各具有与一般土类显著不同的特殊工 程性质,当其作为建筑场地、地基及建筑环境时,如果不注意 这些特点,并采取相应的治理措施,就会造成工程事故。
第四章土的工程性质与分类

新近堆积土:文化期以来新近堆积的土层 Q4,一般呈欠压密状态,结构强度较低。
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第四章土的工程性质与分类
(2)土根据地质成因分
可分为残积土、坡积土、洪积土、冲 积土、湖积土、海积土、风积土和冰川 沉积土,各成因类型沉积土的特征见书 中有关章节。
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第四章土的工程性质与分类
(三) 土中气体
土中的气体,主要为空气和水气。但有 时也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢, 这些气体大多因生物化学作用生成。
气体的存在形式:一种是封闭气体,另一
种是游离气体。
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第四章土的工程性质与分类
三、土的结构、构造
土的工程性质及其变化,除取决于其物质成分外,
第四章土的工程性质与 分类
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2020/11/28
第四章土的工程性质与分类
一、概述
土的定义:
是连续、坚固的岩石在风化作用下形成 的大小悬殊的颗粒,在原地残留或经过不同的 搬运方式,在各种自然环境中形成的堆积物。
土的物质组成:
包括作为上骨架的固体矿物颗粒、孔隙 中的水及其溶解物质以及气体。因此,土是由 颗料(固相)、水溶液(液相)和气(气相) 所组成的三相体系。
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第四章土的工程性质与分类
6.表征土粒特征的概念
有效粒径d10:
小于某粒径的土粒重量累计百分数为10% 时,相应的粒径称为有效粒径d10。
限定粒径d60:
当小于某粒径的土粒重量累计百分数为60 %时,该粒径称为限定粒径d60。
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第四章土的工程性质与分类
不均匀系数Cu:
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【解答】
A土:从A土级配曲线查得,粒径小于2mm的占总土质量的 67%、粒径小于0.075mm占总土质量的21%,满足粒径大 于2mm的不超过50%,粒径大于0.075mm的超过50%的要 求,该土属于砂土;
又由于粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大于 2mm占总土质量25%~50%的要求,故此土应命名为砾砂
土的形成 地表岩石破坏 搬运 沉积
第四章土工程性质和分类
土的成因类型:
残积土 坡积土 洪积土
冲积土 湖积土 海积土
冰积土 风积土
第四章土工程性质和分类
1.残积土(residual soil):
岩石经风化后未被搬运而残 留于原地的碎屑物质所组成 的土体,它处于岩石风化壳 的上部。 其粒度成分和矿物成分受气 候和母岩岩性的控制。其发 育情况还和地形有关。
第四章土工程性质和分类
c.细粒土的分类
土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%, 且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。
细粒土按塑性图进行细分
图中液限为 17mm液限
第四章土工程性质和分类
例题分析
【例】下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按
《地基规范》分类法确定三种土的名称
第四章土工程性质和分类
砂土的分类
土的名称
颗粒级配
砾砂
粒径大于2mm的颗粒含量占全重25%~50%
粗砂
粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50%
中砂
粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50%
细砂
粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85%
粉砂
粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%
注:定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
B土:粒径大于2mm的没有,粒径大于0.075mm占总土质量的 52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为粉砂
C土:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于20mm 的占总土质量的13%,按碎石土分类表可得,该土应命名为 圆砾或角砾
第四章土工程性质和分类
§4.4 土的成因类型 特征
第四章土工程性质和分类
第四章土工程性质和分类
分类方法:
1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地 基土(岩)分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五 大类
a.岩石
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石, 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩
第四章土工程性质和分类
第四章土工程性质和分类
3.洪积土(pluvial soil):
由暴雨形成的暂 时性山洪急流带 来的碎屑物质在 山谷出口处堆积 而成。
第四章土工程性质和分类
分选性较好,离山前较 近的洪积土颗粒粗,地
山前洪积扇剖面图
下水位埋藏深,具有较
高的承载力,压缩性低,
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50%
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50%
注:定名时应根据颗粒级配由第大四章到土小工程以性最质和先分符类合者确定
c.砂土 粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土,且粒径 大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土
第四章土工程性质和分类
分类体系:
1.建筑工程系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境,研究对象为原状土, 例如:《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)地 基土分类方法
2.工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑材料,用于路堤、土坝和填土地基 工程。研究对象为扰动土,例如:《土的分类标准》 (GBJ145-90)工程用土的分类和《公路土工试验规程》 (JTJ051-93)土的工程分类
§4.3 土的工程分类
第四章土工程性质和分类
分类的目的和原则
土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成 一定的类别,目的在于通过通用的鉴别标准,便于在不 同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验 的交流
分类原则:
1.分类要简明,既要能综合反映土的主要工程性质,又要 测定方法简单,使用方便 2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类 工程用土的不同特性
第四章土工程性质和分类
f.人工填土 由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物 质成分较杂乱,均匀性较差,根据其物质组成和成因, 可分为素填土、压实填土、杂填土的分类标准》(GBJ145-90)
根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒 土和细粒土四大类
第四章土工程性质和分类
残积土的工程性质:
孔隙度↑、强度↓、 压缩性↑,均质性差 ,但具有一定的结 构强度。原位测试 强度>>室内测试值 。
第四章土工程性质和分类
2.坡积土(slope soil):
雨水将山坡高处的风化碎屑物顺坡冲洗, 堆积在较平缓的山坡脚处而形成。
坡积土的工程性质:结构疏松,一般具较 高的压缩性。坡积形成的黄土湿陷性较 大。
第四章土工程性质和分类
d.粉土
粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%,塑性指数 IP≤10的土称为粉土
e.粘性土
粒径大于0.075mm的颗粒含量不超 过全重50%,塑性指数IP>10的土称 为粘性土,粘性土根据塑性指数细分
土的名称 塑性指数
粘土
IP>17
粉质粘土 10<IP≤17
注:塑性指数由相应于76g圆 锥体沉入土样中深度为10mm 测定的液限计算而得
a.巨粒土和含巨粒土
巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。 若土中巨粒含量多于50%,属于巨粒土;若土中巨粒含量在 15%~50%之间,属于含巨粒土
b.粗粒土的分类
巨粒含量少于15%,剔除巨粒后,若土中粒径大于
0.075mm的粗粒含量多于50%,属于粗粒土。粗粒土分为砾
类土和砂类土两类
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
frk>60
30<frk≤60 15<frk≤30 5<frk≤15
第四章土工程性质和分类
frk≤5
b.碎石土
粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土
碎石土的分类
土的名称
颗粒形状
颗粒级配
漂石 块石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50%