长安大学公路学院土质土力学-3土的物理性质及工程分类讲义
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第1章土的物理性质及工程分类1.1 土的形成岩土体是地壳的物质组成。
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。
它赋存于一定的地质环境之中,并随着地质环境的演化和地质作用的持续,仍在不断的变化着。
土体是岩石风化的产物,是一种松散的颗粒堆积物。
由于岩土材料组成的复杂性,其性质在许多方面不同于其它材料,具有其特有的多变性及复杂性。
以下就岩土的特性分别简述之。
1.2 土的组成1.1.1 土的结构与特性土是一种松散的颗粒堆积物。
它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。
土的固体颗粒一般由矿物质组成,有时含有胶结物和有机物,这一部分构成土的骨架。
土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。
空气和其它气体构成土的气体部分。
土骨架间的孔隙相互连通,被液体和气体充满。
土的三相组成决定了土的物理力学性质。
1)土的固体颗粒土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。
分析研究土的状态,就要研究固体颗粒的状态指标,即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。
(1)固体颗粒的大小与粒径级配土中固体颗粒的大小及其含量,决定了土的物理力学性质。
颗粒的大小通常用粒径表示。
实际工程中常按粒径大小分组,粒径在某一范围之内的分为一组,称为粒组。
粒组不同其性质也不同。
常用的粒组有:砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。
以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。
以粉粒、粘粒和胶粒为主的土,称为细粒土。
土的工程分类见本章第三节。
各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。
土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。
土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比,一般用百分比表示。
土的粒径级配直接影响土的性质,如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。
要确定各粒组的相对含量,需要将各粒组分离开,再分别称重。
这就是工程中常用的颗粒分析方法,实验室常用的有筛分法和密度计法。
筛分法适用粒径大于0.075mm的土。
利用一套孔径大小不同的标准筛子,将称过质量的干土过筛,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。
V1.干密度:?d: 土的固相质量 ms 与土的总体积V 之比,:打m s (g/cm 3)。
第一章土的物理性质及工程分类土是岩石经过物理风化、 化学风化、生物风化作用后的产物, 是由各种大小不同的土粒按各种比例 组成的集合体。
土粒之间的孔隙中包含着水和气体,是一种三相体系。
第一节土的三相组成无机矿物颗粒 原生矿物:岩浆在冷凝过程中形成的矿物,如石英、长石、云母等 固体颗粒次生矿物:原生矿物风化作用的风化矿物 AI 2O 3、Fe 2O 3、次生SiO 2、(固相)$ 「(化学风化)粘土矿物以及碳酸盐等有机质:由于微生物作用,土中产生的复杂的腐殖质矿物,还有动植物残体等有机物, (生物风化)如泥炭等。
结合水 水弱结合水液相)自由水 气体 与大气联通:与空气相似,受到外力作用时排出,对土的工程性质没多大影响。
(气相)与大气不连通:密闭气体,压力大被压缩或溶解于水中,压力小时气泡恢复原状或重游 离,对土的工程性质有很大影响。
(含气体的土成为非饱和土,非饱和土的工程性质研究已成为土力学的一个新分支) 第二节土的颗粒特征1 .描述土粒大小及各种颗粒的相对含量的常用方法: 对粒径>0.075mm 的土粒,筛分法;粒径<0.075mm的土粒,沉降分析法。
沉降分析法是根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的 Stokes 公式来确定各粒组相对含量的方法。
2 .土粒大小划分:块-碎-砾-砂-粉-粘粉:砂粉,粘粉;粘:粉粘,粘土)粘土粒径<0.002mm ,为很细小的扁平颗粒,表面具有极强的和水相互作用的能力。
第三节土的三相比例指标土的三相五只在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。
三相比例指标反映了土的干燥与潮 湿、疏松与紧密,是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标, 也是工程地质勘查报告中不可缺少的基本内容。
土样体积:V 二 V s V w V a ( V V = V w V a )土样质量:m = m s m w三相比例指标分为两种:试验指标,换算指标 一、 试验指标包括土的密度、土粒密度、含水量m31 .土的密度:单位体积土的质量,-(g / cm )。