1、昆明理工大学昆明理工大学 土木工程系土木工程系 张家明张家明讲课学时安排讲课学时安排矿物与岩石：矿物与岩石：10地质构造：地质构造：2岩石与岩体工程地质性质：岩石与岩体工程地质性质：4土的工程性质及分类：土的工程性质及分类：4地下水：地下水：3工程地质问题：工程地质问题：3工程地质原位测试：工程地质原位测试：3工程地质勘察：工程地质勘察：3总学时：总学时：32土 是 岩 石土 是 岩 石在 风 化 作在 风 化 作用 下 形 成用 下 形 成的 不 同 粒的 不 同 粒径 的 颗 粒径 的 颗 粒在 原 地 残在 原 地 残留 或 经 过留 或 经 过不 同 搬 运不 同 搬 运方 式 ， 在
2、方 式 ， 在不 同 环 境不 同 环 境中 形 成 的中 形 成 的堆积物。堆积物。从物质组成来看，土从物质组成来看，土由作为主骨架的由作为主骨架的矿物矿物或岩石颗粒（土粒）或岩石颗粒（土粒）、空隙中的空隙中的水溶液水溶液及及空空隙内的气体组成隙内的气体组成，其，其中，土颗粒是土的主中，土颗粒是土的主体，但空隙水及其含体，但空隙水及其含量对（细粒）土的性量对（细粒）土的性质影响重大。质影响重大。4.1.1 土的粒度成分土的粒度成分粒组名称粒组名称粒径范围粒径范围（mm）一一 般般 特特 征征漂石或块石漂石或块石200卵石或碎石卵石或碎石20020圆砾圆砾或角砾或角砾粗粗2010中中105细细
3、52砂砂 粒粒粗粗20.5中中0.50.25细细0.250.1极细极细0.10.075粉粉 粒粒粗粗0.0750.01细细0.010.005黏黏 粒粒0.005漂石或块漂石或块石土、石土、圆砾土或角砾圆砾土或角砾土土Photo Xu Zemin漂石土漂石土Photo Xu ZeminPhoto Xu Zemin块石土块石土Photo Xu Zemin卵石土卵石土Photo Xu Zemin狭义碎石土狭义碎石土-四川康定四川康定Photo Xu Zemin碎石土碎石土狭义碎石土狭义碎石土-四川康定四川康定碎石土碎石土：粒径大于：粒径大于20 mm的颗粒含量超过总重量的的颗粒含量超过总重量的50%
4、以上以上Photo Xu ZeminPhoto Xu Zemin砂土砂土Photo Xu ZeminPhoto Xu Zemin粉土粉土EXAMPLE 1滇池盆地滇池盆地淤泥质淤泥质( (有机质有机质) )粘土粘土粘土粘土理工大学白龙区2005/11/04-白龙家属区基坑边坡白龙家属区基坑边坡风干后呈灰白色风干后呈灰白色Photo Xu Zemin风干后呈灰白色风干后呈灰白色颜色渐变颜色渐变2005/11/04-白龙家属区基坑边坡白龙家属区基坑边坡Photo Xu Zemin云南电视大学滇池盆地湖相淤质粘土滇池盆地湖相淤质粘土Photo Xu Zemin滇池湖相淤质粉土滇池湖相淤质粉土Phot
5、o Xu Zemin2007/07/12昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）人工填土Photo Xu Zemin2007/07/12昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）Photo Xu Zemin2007/07/12昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）昆明大板桥新机场附近剖面（砖厂）Photo Xu ZeminEXAMPLE 2云南红（粘）土云南红（粘）土我家房后云南红粘土云南红粘土-我家房后我家房后Photo Xu Zemin云南红粘土云南红粘土Photo Xu Zemin云南红粘土云南红粘土Photo Xu Zemin云南红粘土云南红粘土
6、Photo Xu ZeminBSEM2：55 cm附近土体团粒；附近土体团粒；2400倍：倍：4607颗粒表面颗粒表面放大放大-可见结构致密的粘土矿物可见结构致密的粘土矿物Photo Xu Zemin2005/4/15-昆明富民大营镇昆明富民大营镇Photo Xu Zemin2006/3/18-昆明富民昆明富民Photo Xu Zemin云南红粘土的遇水崩解行为云南红粘土的遇水崩解行为-2005/11/04Photo Xu Zemin红土高原云南红土昆明新机场红土高原云南红土昆明新机场EXAMPLE 3成都粘土成都粘土成都粘土成都粘土-2004/03/10Photo Xu Zemin成都粘土成
7、都粘土-2004/03/10Photo Xu Zemin1.6 cm成都粘土中的钙质结核成都粘土中的钙质结核-2004/03/10Photo Xu Zemin成都粘土成都粘土-2004/03/10Photo Xu Zemin过渡类型过渡类型-hybrid卵石土卵石土卵石土卵石土砂土砂土卵石质砂土卵石质砂土Photo Xu Zemin2006-8-12-德国慕尼黑德国慕尼黑-列支敦士登高速公路列支敦士登高速公路-砂卵石作路基砂卵石作路基Photo Xu ZeminPhoto Xu ZeminPhoto Xu ZeminPhoto Xu ZeminPhoto Xu ZeminLS13320 全自动
8、激光粒度分析仪全自动激光粒度分析仪土的粒度分析成果土的粒度分析成果- -“颗粒级配累积曲线颗粒级配累积曲线” 横坐标为粒径（横坐标为粒径（mm），由于同一土样），由于同一土样的颗粒粒径可能相差极大，因此，采用对数的颗粒粒径可能相差极大，因此，采用对数坐标；纵坐标表示坐标；纵坐标表示小于小于某粒径的土的累积百某粒径的土的累积百分含量。分含量。 曲线越陡，土的组成越均匀；曲线平缓，曲线越陡，土的组成越均匀；曲线平缓，说明土粒大小悬殊，各个粒度的都有，分选说明土粒大小悬殊，各个粒度的都有，分选差，级配良好。差，级配良好。曲线平缓，表示粒径大小相差悬殊，各种粒组的相对含量几乎一致，土粒不均匀，即级配良
9、好。曲线陡峭，表示粒径大小相差不大，优势粒组明显，土粒均匀，即级配不好。有效粒径、限定粒径及有效粒径、限定粒径及不均匀系数、曲率系数不均匀系数、曲率系数 d10d60d30有效粒径、限定粒径及有效粒径、限定粒径及不均匀系数、曲率系数不均匀系数、曲率系数d10d60d304.1.2 有机质有机质是指存在于土壤中的所有含碳的有机物，是指存在于土壤中的所有含碳的有机物，包括各种动植物残体，微生物体及其分解和合成的包括各种动植物残体，微生物体及其分解和合成的各类有机物质。各类有机物质。 有机质对土的工程性质的影响实质在于有机质对土的工程性质的影响实质在于：有机：有机质有更强的胶体性质和更高的亲水性、疏
10、水性或斥质有更强的胶体性质和更高的亲水性、疏水性或斥水性。水性。 有机质对土的工程性质的影响程度取决于有机质对土的工程性质的影响程度取决于：有：有机质种类、有机质含量、含水率和分布格局。机质种类、有机质含量、含水率和分布格局。土中水土中水H2O是强极性分子是强极性分子（土粒表面结合水）结合水强结合水弱结合水（吸着水） （薄膜水）非结合水液态水气态水固态水毛细水重力水（自由水）土中水存在于土粒矿物结构格架内部或参与矿物晶格构成的水-矿物内部结合水和结晶水，它只有在高温（140-700）下才能化为气态水而与土粒分离。双电层双电层电位电位电动电位电动电位扩散层厚度越大，土扩散层厚度越大，土的膨胀性、
11、压缩性越的膨胀性、压缩性越高，强度越低。高，强度越低。4.1.4 uuuutCCqqSuCuquCuq4.2.1 土的三相比例指标土的三相比例指标11.wSSsVWdVsWsVVWWVW3/cmg3/mt3/mkNdsatVVmwssmVw/%100swmm%20%30%20%30土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积的比，以百分数土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积的比，以百分数表示。表示。%100vwrVVSrS%80%50rS%50rSrS%80ensvVVe %100VVnv 。4.2.2 无粘性土的密实度指标无粘性土的密实度指标无粘性土一般指粒径大于无粘性土一般指粒径大于0.075 mm的
12、砂土和碎（卵石）的砂土和碎（卵石）石土，也称为石土，也称为粗粒土粗粒土。minmaxmaxeeeeDr式中，式中，emax、e、emin分别为土的最大、天然及最小孔隙比。分别为土的最大、天然及最小孔隙比。根据相对密度对粗粒土的划分方案为：根据相对密度对粗粒土的划分方案为：0.330.671松散松散中密中密密实密实（2）用标准贯入击数划分的土的密实度）用标准贯入击数划分的土的密实度用用Dr来划分土的密实度，物理意义比较明确，但在实际操来划分土的密实度，物理意义比较明确，但在实际操作过程中，作过程中，emax是很难确定的，而且测定是很难确定的，而且测定e要求原状土，这在要求原状土，这在许多情况下也
13、比较困难。许多情况下也比较困难。对于对于砂土（砂土（不能是细粒土或碎石土不能是细粒土或碎石土），可以用，可以用N63.5（两个两个半圆管合成的取土器，用半圆管合成的取土器，用63.5 kg的锤，落距的锤，落距76 cm，贯入，贯入30 cm时的锤击数时的锤击数）来对其密实度进行划分：）来对其密实度进行划分：101530松散松散稍密稍密中密中密密实密实4.2.3 黏性土物理性质指标黏性土物理性质指标黏性土因含水量变化而表现出各种不同的物理状态，也称黏性土因含水量变化而表现出各种不同的物理状态，也称为为稠度稠度；黏性土在一定含水量范围内表现出可塑性，因此黏性土也黏性土在一定含水量范围内表现出可塑性
14、，因此黏性土也可称为可称为可塑土可塑土；可塑性可塑性：指土在外力作用下，可以揉塑成任意形状而不发：指土在外力作用下，可以揉塑成任意形状而不发生裂缝，并当外力解除后仍然保持既有的形状的一种性能。生裂缝，并当外力解除后仍然保持既有的形状的一种性能。粘性土会随着含水量的加大，从固态，变为塑性状态以及流动状态。粘性土从某种状态进入另一种状态的分界含水量，被称为界限含水量。液限液限塑限塑限缩限缩限固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态缩限（缩限（ ）：由半固态不断蒸发水分，则土体积不断缩小，直到体）：由半固态不断蒸发水分，则土体积不断缩小，直到体积不再缩小时的含水量。积不再缩小时的含水量。
15、塑限（塑限（ ）：由半固态转到可塑状态的含水量）：由半固态转到可塑状态的含水量- -塑性下限塑性下限。液限（液限（ ）：由可塑状态转到流动状态的含水量）：由可塑状态转到流动状态的含水量- -塑性上限、流限塑性上限、流限。LPS液限液限测定方法测定方法76 g圆锥，5s内下降10 mm的含水率。技术指标：碟子抬高1 cm；2次/s的速率，连续下落25次；土槽合拢长度为1.3 cm塑限塑限测定方法测定方法搓条法缩限缩限测定方法测定方法收缩皿法液限、塑限液限、塑限测定方法测定方法 塑性指数（塑性指数（IP）：液限和塑限的差值，以不带百分号）：液限和塑限的差值，以不带百分号的数值表示的数值表示PLPI
16、 IP 主要与土中的粘土矿物含量有关，含量越多，越主要与土中的粘土矿物含量有关，含量越多，越大，塑性就越强。大，塑性就越强。 液性指数液性指数（ IL ）：天然含水量和塑限的差值与塑性指）：天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值数的比值PPPLPLII可以利用可以利用IL可以确定土的软硬状态可以确定土的软硬状态: 流塑流塑: 坚坚 硬硬液液 限限塑塑 限限缩缩 限限固固 态态 半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态0LI: 硬塑硬塑25. 00LI: 可塑可塑75. 025. 0LI: 软塑软塑175. 0LI1LI利用利用IL可以确定土的软硬状态可以确定土的软硬状态:1.00.90.8
17、0.70.60.50.40.3e0e00.20.40.60.81.0软粘土密实砂土P（MPa）dpde1221ppee4.2.4 土的力学性质指标土的力学性质指标1.00.90.80.70.60.50.40.3e0e00.20.40.60.81.0软粘土密实砂土P（MPa）1 . 02 . 01 . 05 . 01 . 02 . 01 . 02 . 01 . 05 . 0（2）压缩模量（）压缩模量（Es）土在土在完全侧限完全侧限条件下，应力与应变的比值条件下，应力与应变的比值 11211211eeeePPPES 由于压缩模量依然是变化的，规定取由于压缩模量依然是变化的，规定取100 KPa20
18、0KPa（0.10.2 MPa）之间的压缩模量来）之间的压缩模量来评定土的压缩性。评定土的压缩性。（3）变形模量（）变形模量（E0） 无侧限条件下，土体在单向受压时，应力与应无侧限条件下，土体在单向受压时，应力与应变的比值。更有实际意义。变的比值。更有实际意义。 和压缩模量的关系：和压缩模量的关系：SEE12120SEE 0显然：显然：（4）土的抗剪强度）土的抗剪强度 土最常见的破坏形式是剪切破坏，因此，用抗剪强土最常见的破坏形式是剪切破坏，因此，用抗剪强度来描述土的强度特征。度来描述土的强度特征。tgtgC 无粘性土：无粘性土： 粘性土：粘性土： 式中，式中， 、分别为抗剪强度、法向应力、分别为抗剪强度、法向应力、内聚力和内摩擦角。内聚力和内摩擦角。CC无粘性土无粘性土粘性土粘性土Mohr strength envelope
