土的物理性质(土力学与土质学第一章)学习课件.ppt

土力学与土质学(第1章)
第一章土的物理性质
本章学****要点:
1、土的形成
2、土的粒径组成和矿物成分
3、土中的水和气体
4、土的三相比例指标
5、土的物理状态及相关指标
6、土的工程分类
7、小结
§1 土的形成
天然土是岩石经过风化后经地壳运动、水流、风等自然力的剥蚀、搬运及堆积等作用在各种自然环境中形成的松散堆积物。
剥蚀/搬运/沉积
风化
岩石
地球
土
地球
§1 土的形成
风化作用分类:
物理风化(量变)——指岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀,温度湿度的变化、不均匀膨胀与收缩,使岩石产生裂隙,崩解为碎块。这种风化仅改变颗粒大小与形状,不改变原来矿物成分。生成的土呈松散状态,无粘性土。
化学风化(质变)——指岩石碎屑与空气、水和各种水溶液相接触,经氧化、碳化和水化作用,改变原来矿物成分,形成新的矿物(次生矿物)。生成的土为细粒土,粘性土。
生物风化(量变&质变)——指生物活动对岩石产生的破坏作用,分为物理生物风化(如植物根部生长对岩石的机械破坏)和化学生物风化(如微生物对岩石的分解作用)。
以上风化作用往往是同时存在、相互促进的,在不同的环境中会有不同的主次关系。岩石成分和结构构造的不同,其风化作用造成的破坏程度也会有差别。
§2 土的粒径组成和矿物成分
土的粒径组成是指土中不同大小颗粒的相对含量,也称颗粒级配或粒度成分。
1、土粒粒组划分:将粒径大小接近、矿物成分和性质相似的土粒归并为若干组别即称为粒组。可划分:
200 60 2
漂石卵石砾石砂粒粉粒黏粒
2、颗粒级配:土粒的大小及组成情况,通常以土中各个粒组的相对含量来表示。
级配的测试方法:
筛析法(> )
沉淀法(水分法的一种)(< )
§2 土的粒径组成和矿物成分
3、土的矿物成分:土是岩石风化的产物。因此土粒的矿物组成将取决于成土母岩的矿物组成及其后的风化作用。成土矿物可分为两大类:
原生矿物
●由岩石经物理风化生成的,
●颗粒成分与母岩的相同,
●常见的有石英、长石和云母
●颗粒较粗,多呈浑圆形状,
●吸附水的能力弱,无塑性。
次生矿物
●由原生矿物经化学风化生成的新矿物
●它的成分成分与母岩的完全不同,
●有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物
●颗粒极细,且多呈片状,
●性质活泼,吸附水能力强,具塑性。
土的粒径组成和矿物成分是土的主要物质成分,它们共同决定了土的物理状态和力学特性。
§3 土中的水和气体
1、土中水
土中水处于不同位置和温度条件下,可具有不同的物理状态——固态、液态、气态。其中液态水是土中孔隙水的主要存在状态,因其受土粒表面双电层影响程度的不同可分为结合水、自由水。
自由水
重力水
毛细水
在重力作用下可在土中自由流动
存在于固气之间
在重力与表面张力作用下
可在土粒间空隙中自由移动
结合水
土粒表面静电引力吸附在其周围的水
§3 土中的水和气体
2、土中气体
土中气体主要是空气和水汽,也可能含有较多的二氧化碳、沼气及硫化氢等气体。
封闭气体:增加土的弹性;阻塞渗流通道
自由气体:与大气相通,对土的性质影响不大
存在形式
结合气体:被土粒表面吸附的气体
§4 土的三相比例指标
土是由颗粒、水和气三相组成的,这三相组成部分的质量和体积之间的比例关系,是确定土体性质状态的关键指标。
表示三相比例关系的重要指标有:密度、含水率、土粒密度、孔隙比、孔隙率和饱和度等。其中前三个可以通过试验测得,后面的可通过相关关系计算得到。
其中:
m——土的总质量
ms、mw ——分别为土粒和水的质量。
V——土的总体积。
Vs、Vw、Va——分别为土粒,水,固体的体积。
Vv——土的孔隙体积。
§4 土的三相比例指标
1、土的质量密度(密度ρ)和重力密度(重度γ)
a、密度:即单位体积土的质量
ρ=m/V
b、重度:即单位体积土体所受的重力。
γ=W/V
两者的换算关系:γ=ρ·g(g为重力加速度)
2、含水率ω
土中水的重量与土粒重量之比,也是重力之比。
ω=mw/ms=Ww/Ws

意义:表示湿度的物理指标,与土的种类,埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。
常见值:砂土ω=(0~40)%;粘性土ω=(20~60)%