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岩土力学课件--第一章 土的组成

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土力学1-土的组成

土力学1-土的组成
d60 : 限制粒径 d10 : 有效粒径
小于某粒径之土质量百分数（％） 小于某粒径之土质量百分数（％）
斜率: 斜率: 某粒径范围内颗 粒的含量 陡-相应粒组含量多 缓-相应粒组含量少 平台平台-相应粒组缺乏
土的粒径级配累积曲线
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 5.0
》
冲积物：河流两岸的基岩及其上部覆盖
的松散物质被河流流水剥蚀后，经搬运、 沉积于河流坡降平缓地带而形成的沉积 土；包括平原河谷冲积土、山区河谷冲 积土、三角洲冲积土。
7
第一章 土的组成
土体的三相构成
《
《土 土 力力 学学 》
固体颗粒 土中水 土中气体 固相 液相 气相 构成土体骨架 起决定作用 重要影响 次要作用
《
《土 土 力力 学学 》
粒组含量用于土的分类定名； 粒组含量用于土的分类定名； 分类定名 不均匀程度： 不均匀系数C 用于判定土的不均匀程度 不均匀系数 u用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5为不均匀土； Cu < 5为 均匀土 为不均匀土； 为不均匀土 为 曲率系数Cc用于判定土的连续程度： 连续程度： 曲率系数 用于判定土的连续程度 Cc =1~3为级配连续土；Cc>3 或 Cc<1为级配不连续土 为级配连续土； 为级配连续土 为级配不连续土 不均匀系数C 和曲率系数C 用于判定土的级配优劣 级配优劣： 不均匀系数 u和曲率系数 c 用于判定土的级配优劣： Cu ≥ 5且 Cc=1~3为级配 良好的土；如果 u< 5 或Cc>3 且 为级配 良好的土；如果C 或Cc<1为 级配 不良的土 为
》
细粒
10
第一章 土的组成
二、粒度成分分析试验（颗粒级配） 粒度成分分析试验（颗粒级配）

岩土力学(研究生课件)

岩土力学(研究生课件)
土的三相组成
土是由固体颗粒和颗粒之间的孔隙所组成，而孔隙中通常存在着水和空气两种物质，因此，土是固体颗粒、水、空气组成的混合物，常称为土的三相系。 根据研究组成土的三个部分固相、液相和气相所占用的比例不同对土的工程性质有着很大的影响。 固相：土粒、粒间胶结物、有机质 骨架 液相：水及其溶解物 气相：空气及其他气体 饱和土：土骨架孔隙全部被水占满时。 干土：土骨架的孔隙仅含空气 湿土：地下水位以上，地面以下一定深度内兼含空气和水，属三相系，称为湿土。
重力
06
毛细管水上升高度的影响因素
孔隙大小和形状 粒径尺寸 水的表面张力
负孔隙水压力
沙坑倒塌
毛细管压力 可使土粒相互挤紧，可使无粘性土也象有粘聚力似的。由毛细管压力所造成无粘性土间的连接力，称之为假粘聚力 。
毛细管水－假凝聚力
重力水
重力水是在重力和水位差作用下能在土中流动的自由水。它是土中其它类型水的来源。重力水具有融解能力，能传递静水和动水压力，并对土粒起浮力作用 。 应当指出，水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，说的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计
沉积岩的性质
碎屑岩的工程地质性质一般较好，但其胶结物的成分和胶结类型影响显著； 粘土岩和页岩的性质相近，抗压强度和抗剪强度低，受力后变形量大，浸水后易软化和泥化； 化学岩和生物化学岩抗水性弱，常具不同程度的可溶性。常常导致地基和边坡的失稳。
变质岩的性质
变质岩的工程性质与原岩密切相关，往往与原岩的性质相似或相近。 变质岩的片理构造(包括板状、千枚状、片状及片麻状构造)会使岩石具有各向异性特征，水工建筑中应注意研究其在垂直及平行于片理构造方向上工程性质的变化。 岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。岩体在一般情况下是非均质的、各向异性的不连续体。

土力学-第1章土组成

土力学-第1章土组成

1.1 概述
残积土
无搬运
运积土
有搬运
母风岩化表所层形经成风的化土作颗用粒破，碎受成自然力的 岩作屑用或搬细运小到颗远粒近后不，同未的经地搬点所沉积 运的残堆留积在物原地的堆积物
• 坡残积积土土：土粒粗细• 不颗同粒，表性质面不粗均糙
• • • •
洪冲湖海强弱微积积泊相风风风土土沼沉化化化：泽积：沉 物浑有积圆分：土度选颗分性粒：••• 选，细含多 粗 无性近，有棱 细 明明粗表机角 不 显显远层物，细松淤均 层土软泥理层，，交土土迭性性差差
第一章 土的组成
主要内容：
概述 土中固体颗粒 土中水和土中气 粘土颗粒与水的相互作用 土的结构和构造
本章学习要求：
了解土的形成、三相组成及常见的成因类型、土的三个特点 掌握粒组划分、粒度成分（颗粒级配）定义和分析方法、级
配曲线的应用、三种亲水性的粘土矿物 掌握土中水的类型、定义和特征 了解土的三种结构定义、土的构造的主要特征
1.1 概述
过程、条件
土的组成、结构 和物理力学性质
风化、搬运、沉积
岩石
地质成岩作用
土
土的形成过程
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 决定 土的结构
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土的压实性：如何获得较好的土
1.1 概述
物理风化 化学风化
生物活动
•• 包岩母括石岩植和表物土面、的和动粗碎物颗散和粒的土受颗壤各粒微种受气环 生候境物等因的物素作理的用因作素用的而影改响变产其生矿胀物 缩的而化发学生成裂分缝，,形或成在新运的动矿过物
固体颗粒 – 筛分实验
1.2 土中固体颗粒
实验原理：
分散于水中后，土 粒下沉速度与土粒形状、 粒径、密度及水的粘滞 度有关。实验时假定土 粒为理想球体。根据 G.G.斯托克斯定律计算。

工程岩土学- 第一章

工程岩土学- 第一章
对比1：定义，从粒度成分上分析
§1.3 土的矿物成分（
P9 P33 ）
P9）
原生矿物
简单盐类
一．土的矿物成分的基本类型（
土 的 矿 物 成 分
无机矿物
有机矿物
P 19
{ {
次生粘土矿物
生物残骸 腐殖质
原生矿物————岩浆中直接生成的矿物， 是岩石经物理风化破碎但成分没有发生变化 的矿物碎屑。如石英、长石、云母、方解石、 角闪石、辉石等； 次生粘土矿物————是原生矿物经过化学 风化作用，形成的一些颗粒更细小的新矿物。
一．粒径和粒组（P33）
单位一般采用毫米(mm)。
1.粒径——土颗粒的大小，通常以其直径(d)来表示，
注：土颗粒并非理想的球体，应理解为土粒的平均直径或等效直径。
当土的粒径在某一范围内变化时，土的工程地质性 质差别不大。为了便于研究粒径与土的工程地质性 质的关系，将自然界中土颗粒的粒径变化范围划分 为几个区段，每个区段中包括的土粒成分相近，性 质相似。
0.88 2.4
不良 良好
三．土按颗粒组成的分类（P37）
1.粗粒土与细粒土的划分：
粗粒土——d＞0.074mm的颗粒含量超过50％的土 细粒土——d＜0.074mm的颗粒含量超过50％的土
2.粗粒土与细粒土的进一步细分：按照各粒组颗粒的百分
含量细分（P37表2-2）
注：①粗粒土定名时，按粒径由大到小，以最先符合者确定；
土的三相组成不是绝对不变的，其中固相 部分随时间、自然环境的变化较小；而土中 的水和空气对客观环境的变化非常敏感。
§1.2
土的粒度成分
土的工程地质性质主要取决于固相，特别是土粒的 大小和矿物类型。自然界中的土颗粒大小相差极为 悬殊（几十厘米以上～小于1微米），由它们组成的 土的性质也必然存在很大的差异。因此，研究土的 工程地质性质首先应研究组成土的土颗粒的大小。

土力学-第一章(1)PPT课件

土力学-第一章(1)PPT课件
1.在填土工程中注意控制土的含水量，在土较干 或较湿时都不容易将土击实到最密实状态。 2.含水量过高或过低对填土工程都是不利的。
（二）击实功能的影响： 同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密 也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到 的最大干密度也大，最优含水率小
.
52
（三）土类和级配的影响
同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指 数越大，越难于压实。
.
4
2.土的粒径分组 粒度:颗粒粒径的大小; 粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。
《铁路桥涵地基和基础设计规范》 （TB1002.5-99）对粒组的划分见表1—1。
圆粒 卵石 漂石
黏土粒 粉粒 砂粒 角粒 碎石 块石 粒径
0.005 0.05 2
20 200 单位：mm
.
5
(二)用筛析法作土的颗粒大小分析
强度、节理
级配、形状
塑性指数 或塑性图
46
二、特殊土
红黏土：易引起不均匀沉降
湿陷性黄土：遇水易引起湿陷
特殊土
软土：压缩性高承载力与强度低 膨胀土：遇水膨胀，失水收缩
冻土：冻胀融沉
三、特殊土的野外鉴别方法
.
47
三、特殊土的野外鉴别方法
.
48
第六节 土的压实性
一、概述
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度 的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足 够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中 常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀 性。填土的密实度常以其干密度来表示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验 进行的。
孔隙中充满水时为饱和土，为二 相体系；

第1章土组成

第1章土组成

土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d30
d10
Cu≥5
粒径(mm) 级配良好
Cc=1~3
第1章土组成
1.2.2 土粒的矿物成分
原生矿物
石英、长石、云母等
矿
物
粘土矿物：蒙脱石、
质
伊利石、高岭石等
固
次生矿物
可溶盐：NaCl、
体
CaCO3等
颗
粒
无定型氧化物胶体
有机质
土的粒径级配累积曲线
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10 0
d60
d10
第1章土组成
粒径(mm)
不均匀系数Cu：
Cu
d 60 d 10
Cu <5，匀粒土，级配不良 Cu >10，级配良好
曲率系数Cc：
Cc
d30 2 d10d 60
砾类土 砂类土
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
土粒的大小称为粒度,通常以粒径
粒度(granularity)： （mm）表示。
介于一定粒度范围内工程性质相似的 土粒，称为粒组。
粒组(fraction, grain group)：
粒组的划分
见P12表1-1.
第1章土组成
粒组的 划分原则
总原则：工程性质由量变到质变的某一范围粒径的土粒 分为一组。 具体： ① 在一定粒度范围内，工程地质性质相近；

土力学土的组成和土的性质PPT培训课件

• 是颗粒大小发生量的变化
• 矿物成分与母岩相同，称原生矿物
• 产生无黏性土
§1.1 土的形成 一. 风化
物理风化 化学风化
生物活动
• 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
• 颗粒成分发生质的变化
• 矿物成分与母岩不同，称次生矿物
• 形成十分细微的土颗粒，最主要为粘 性颗粒及可溶盐类
斜率:某粒径范围内颗粒的含量
100
陡—相应粒组质量集中
90
缓--相应粒组含量少
80
平台--相应粒组缺乏
70
连续程度:
60
Cc = d302 / (d60 ×d10 )
50 40
— 曲率系数
30
较大颗粒缺少 较小颗粒缺少
Cc 减小 Cc 增大
20
10 0
d60
d30
d10
Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
结构上都进行了重整，软件的功2能≥较其d以＞前版0本.5更加实用化。
粗
粗粒
粗
日资企业通常专门发展日式的服务，然后利用策略联盟，企业与企业之间实现交叉式的行销。日系百货公司的服务，其环境的色系非常清爽，看起来永远能给人很舒适的感觉。在
东南亚，日系百货公司的服务0体.5系≥ 也完d全＞是一0样.2的5，让人觉得“服砂务是粒一种天职”、“服中 务是一种高尚行为”、“让顾客带着砂 满意粒 的笑容离开，是我生中 命存在的价值”。因此，日系服务的
助的。
3．全体员工的教育训练
6.1 生产方面的统计方法关于通用性的生产、消耗等指标，执行国家颁布的统计方法，以确保指标的可比性、统一性。主要过程生产能力方面的统计方法按国家统一标准执行。

土力学


砂 粒
粗砂
中砂 细砂 粉粒 粘粒
0.5<d≤2
0.25<d≤0.5 0.075<d≤0.25 0.005<d≤0.075 d≤0.005
细粒
二、颗粒级配的测定
土 力 学
• 土的颗粒级配是指土中各粒组的相对百分含量，通常 用各粒组占土粒总质量（干土质量）的百分数表示， 也称为土的粒度成分。
• 粗粒土指以砾石和砂粒为主的土，又称为无粘性土。 • 细粒土指以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，又称为粘性 土。 • 筛分法（适用于砾石类和砂类土，d>0.1mm） • 静水沉降分析法（适用于粉土和粘性土，d<0.1mm） （虹吸比重瓶法、移液管法、比重计法）
3
5
10
20
15
20
30
颗粒级配累积曲线（图解法）
土 力 学
• 横坐标采用对数坐标，表示土颗粒直径，单位mm；纵 坐标为小于某粒径土的累积含量，用百分比表示。 • 土的粗细常用平均粒径（mm）d50表示，d50指土中大 于或小于此粒径的土粒含量均占50。
•颗粒级配累积曲线
土 力 学
特征粒径
• D10——有效粒径（de）；d50—平均粒径； • d30 ——中值粒径； d60——限制粒径；。
土粒的大小通常以粒径表示，以mm为单位。 • 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。粒组就是 一定的粒径区段，以毫米表示。 粒组的划分的原则 1. 符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每个粒组的 成分与性质无质的变化，具相同或相似的成分与性质； 2. 与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小的土粒可 采用不同的适用方法进行分析； 3. 粒组界限值力求服从简单的数学规律。
土的结构－土粒间的相互作用

土力学--第1章 土的组成


土粒的级配－颗分曲线分析
• 土的粒径范围窄，分布曲线陡 ，d10和d60靠近， 土的不均匀系数小，表示土粒均匀 • Cu小 均匀 无细粒土填空 压密 度小 • 土的粒径范围宽，分布曲线缓， d10和d60相距 远，土的不均匀系数大，表示土粒不匀 • Cu大 不均匀 有细粒土填空 压密 度大
土粒的级配－颗分曲线分析
Cu 5
同时满足，级配良好
Cc 1 ~ 3
1.3 土中水和土中气 一、土中水
引力最大，离土粒最近，它是不 可移动的强结晶水，它的含量决定 了土的塑性
强结合水（吸着水）
结合水
指紧靠土粒表面的结合水膜
土 中 水
自由水
弱结合水（薄膜水） 毛细水
存在于地下水位以上，受到水与 空气交界面处表面引力作用的自由 水。 也称地下水，是存在地下水位以 下的透水层中的地下水，可以自由 运动，直接影响土的固结。
土是自然界的产物
土有哪些特点？
碎散性
三相体系
自然变异性
力学特性复杂
• 变形特性
• 强度特性 • 渗透特性
§1.1 土的形成
物理风化
• 岩石和土的粗颗粒受各种气 候等物理因素的影响产生胀
化学风化
缩而发生裂缝,或在运动过 程中因碰撞和摩擦而破碎
• 是颗粒大小发生量的变化 • 矿物成分与母岩相同，称原 生矿物
中砂
细砂 粉砂
粉土：粒径大于0.075mm的颗粒 含量小于总质量50% 而塑性指数Ip10的土
粘性土：塑性指数Ip>10的土
粉质粘土：10<Ip17的土 粘 土 ： Ip>17的土
《土的工程分类标准》
土粒粒组的划分
粒组统 称 粒组名称 漂石（块石）粒 巨 粒 卵石（碎石）粒 砾 粒 粗粒 砂 粒 60<d≤200 粒径d范围（mm） d>200 分析 方法 主 要 特 征

土力学-第一章


土的结构类型
• 示意图
单粒结构—松
• 排列形式 • 矿物成分
点与点、点与面 原生矿物
单粒结构—密
粗 粒 土
30 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.4土的结构
土的结构类型
• 示意图
细 粒 土 • 形成环境
颗粒级配 颗粒级配曲线及指标的用途：
1）粒组含量用于土的分类定名；
2）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
3）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
4）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。
重力水
地下水位（浸润线）以下饱和土中； 在重力作用下可在土中自由流动。
（gravitation water）
自由水
（free water）
• 存在于固气之间
毛细水
• 在重力与表面张力作用下
可在土粒间孔隙中自由移动 （capillary water）
26 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.3土的液相
粒径(mm)
∵d60A = d60B= 0.28，d10A=0.15 d10B =0.02 ∴CuA=1.87 <CuB=14
16 岩土工程研究所
郭莹主讲
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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、丧失液体的特性而接近于固体
弱结合水：紧靠强结大而减弱
2.自由水
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
以两种形式存在：毛细水、重力水
9
• 四、土的结构
在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式， 与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有 关 1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落 形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根 据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态
密实状态
疏松状态
10
2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要 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
1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积
的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出 成层特征
2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在
裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物
4
颗粒粒径级配曲线
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）
5
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
Cu d 60 d 10
曲率系数Cc描述颗粒级 配曲线整体形态，表明 某粒组是否缺失情况
Cc d 30 d 10 d 60
2
d10、d30、d60小于某粒径的 土粒含量为10%、 30%和 60%时所对应的粒径
例：石英、云母、长石等 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、压缩性较低的特点
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，具有较强的亲水性，遇水
易膨胀的特点
7
• 二、土中的水
土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性 土)。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固 体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水 1.结合水
Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu＜5的土视 为级配不良的土； Cu＞10 的土视为级配良好的土 对于砾类土或砂类土，同时满 足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为 良好级配砂或良好级配砾
6
2.土粒的矿物成分
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，其矿物成分
与母岩相同
12
于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链 环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构
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，
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，凝聚成絮状物 11 下沉，形成孔隙较大的絮状结构
• 五、土的构造
试验方法
筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm
比重计法:适用于d＜0.075mm
2
筛分法
用一套孔径不同的筛子，按 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，称出留在各筛上的土 质量，然后计算其占总土粒 质量的百分数
3
比重计法 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
8
• 三、土中气体 土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分， 分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连 通的封闭气体
1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对
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
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，弹性增大 和延长土体受力后变形达到稳定的历时
土 力 学
1
§1.1
• 一、土的固相
土的组成
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 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