2.1土的基本参数在线视频

各位同学 大家好

基础工程的很多知识都源自于土力学

因此这节课我们有必要来

讨论一下土的基本参数

本节我们将精选土力学知识点中

与基础设计相关的部分参数进行解读

主要从土的形成机理

土的三相指标评价

以及土的物理性质三个方面

分别进行讲解

我们都知道

土的形成离不开各种作用的相互影响

而风化作用是所有作用中至关重要的一环

可能有同学会将风化作用与风吹的作用

等同于看来

在这里我们强调的是

风吹的作用只是物理风化的一种

除此以外还包括化学风化作用

和生物风化作用

比如石灰岩溶洞景观

或者敦煌佛像的经年腐蚀

正是由于风化作用的存在

细小颗粒逐渐从大块母体上剥落

形成土的颗粒体

这一过程常常会持续数百年

然而

仅仅依靠风化作用

细小的土颗粒只能在原位沉积

在重力和水力作用下的

搬运与堆积作用也是至关重要的

这里我们可以用美国的死亡谷

国家公园地貌为例

看看搬运

与堆积作用是如何影响

地貌形成的

死亡谷位于加州和内华达州交界处

这里是美国最热和最干旱的国家公园

地质环境以盐滩 沙丘

山谷等为主

从卫星图上可以清晰的看到

死亡谷国家公园位于山区的谷地出口

常年的重力搬运作用

使得这儿形成了多个扇形冲积面

可以预料的是在未来

这个谷地的面积还会继续扩大

扇形面的冲刷作用使得山体冲刷区

形成上粗下细的分选土颗粒堆积体

这也是典型的冲积层地貌

然而

让死亡谷闻名的不在于其典型的冲刷地貌

而是谷内遍布的“风帆石”

每到夜晚

谷内的石头会在荒滩沙漠上神

秘地“自行移动”

并在地面上留下行走的痕迹

神秘的风帆石吸引了全世界大量游客前来

他们不仅可以一探谷地冲积地貌的奥秘

还可以拥有最暗的夜空观星体验

体会天地之浩渺

土的形成过程中搬运与堆积作用

同样也影响了土的颗粒粒径的分布

原生土未经过搬运作用

粒径一般比较均匀

而经过搬运后沉积的土

受冲积分选作用的影响

粒径呈现大小分层的特征

根据《土的工程分类标准》

粒径大于60mm的颗粒

巨粒组

质量大于或等于

总质量15％的土称为巨粒类

土大致相当于工程上的漂石

卵石

粒径在0.075～60mm之间的颗粒

粗粒组

质量大于或等于总质量50％的土

称为粗粒类土

大致相当于工程上的

砾石 砂土

粒径不大于0.075mm的颗粒

细粒组

质量大于或等于总质量50％的土

称为细粒类土

大致相当于工程上的粘土 粉土

巨粒组一般透水性很大

无粘性

无毛细水

而细粒组一般透水性很小

湿时

有粘性

可塑性

毛细水上升高度较大

下面让我们来了解一下

工程中是如何

将土的各个成分进行分析的

一般认为土是固液气三相共存体

其中固相为土的骨架部分

决定了土体的强度和结构性

而液相和气相为土骨架中的孔隙填充物

主要决定了土体的变形特征

其中尤其需要注意的是

土骨架中的孔隙内封闭的液相和气相

这一组分很大程度上影响了土体的力学性质

为了用数据来表示各组分之间的比例关系

我们常采用三相草图法

来表示土体组分之间的关系

将固液气三相由下至上依次排列

固相

和液相的质量组成了土体的总质量

而固液气

三相的体积组成了土的总体积

其中液相和气相的全部体积之和

就是土体中的孔隙体积

为了通过数据来直观表达三相的关系

工程上常采用一系列指标来衡量

包括3个

基本三相参数和6个

衍生参数

天然容重可以理解为单位体积

天然土体的重量

可用环刀法测量得到

土颗粒比重可以用比重瓶法测得

而含水率可直接通过烘干称重

得到

在得到这3个基本参数后

其余6个参数

则可以通过换算推导得到

这就是土的三相比例指标的评价方法

根据土的粒径大小

土体又可以划分为粗粒土和细粒土两类

前者可认为是无粘性土

决定其性质的一个关键指标是土的颗粒级配

为什么要对土进行颗粒级配分析呢？

我们知道

一般无粘性土中的颗粒大小不均

颗粒

粒径的连续性和差异性

直接影响了土体的性质

因此

通过筛分或比重计的方法得到的

颗粒级配

可用以评价粗粒土的基本物理性质

这里我们将筛分法进行简要阐述

将200g砂样放入一组筛盘中进行振捣

待土颗粒

过筛稳定后

称量各个筛盘留下的土的重量

并将留筛土的累加值

填入级配累积坐标网格

绘制成一条圆滑的级配累积曲线

通过曲线上对应纵坐标为10

30和60的三点对应的粒径

可以得到特征粒径d10

d30和d60

进而得到不均匀系数Cu和曲率

系数Cc

一般认为

级配良好的土体满足不均匀系数大于5

曲率系数为1～3

我们不妨思考一下

为什么砂土的颗粒粒径

分布要用到两个指标同时来描述呢？

这里我们用一个示意图来进行分析

假定某种土样的d10和d60已经得到

也就是说10%以下含量的小粒径

和60%以下含量的大粒径已经确定

现在考虑中间的

50%的组分粒径分布情况

我们不妨给出三种方案

方案A中间段

全都是较粗粒径

方案B中间区段全是较细粒径

而方案C则选择

多种中间粒径混合

显然方案C的粒径分布较均匀

可以获得更大的密实度

由此我们可以得到如下结论

不均匀系数Cu只能表征颗粒粒径的变化范围

无法描述中间粒径的分布情况

而曲率系数Cc可有效反映

中间粒径的分布广度

级配良好的土不但粒径差距大

而且粒径

逐渐变化

保持粒径多样性

与粗粒土不同

细粒土的物理特征受其含水率的影响显著

根据土体内部含水率的不同

细粒土的物理状态可分为固态

半固态

可塑态和流动态4种状态

各状态之间的分界点为界限含水率

分别为缩限

塑限和液限

随着细粒土中含水率增大

土体由固态

半固态逐渐向可塑态和流动态转化

这也就解释了

为何过于干燥的

和过于饱水的粘土都不易塑形

而含水量适中的粘土更容易成型

现在我们知道了

细粘土的含水量

对其物理性质影响很大

对任一土样

我们如何才能知道它目前所处的状态呢?

在判定一种细粒土样的状态之前

我们要先测定它的界限含水率

也就是它的液限

和塑限

过去的测定方法包括碟式液限试验

和搓条法

塑限试验

都因为人为操作对结果的影响较大

而逐渐被抛弃

目前常采用锥式

液塑限联合测定仪

试验时

将制备好的三个不同含水率的试样分别

放置到试验台

放置76g试验锥

待试验锥尖

与土样接触后使其自由掉落

读取跌落深度

以含水率为横坐标

圆锥入土深度为纵坐标

在双对数坐标纸上绘制关系曲线

曲线上对应于入土深度17mm的含水率为液限

对应于入土深度

2mm的含水率为塑限

通过将土样目前的含水率与界限含水率

进行比较

便可得到土样目前所处的状态

工程中常常

采用液性指数来描述土样

当前所处状态

用塑性指数来评价试验土样的可塑性范围

这节课

我们系统地了解了土的形成过程中

各种外力起到的作用

初步介绍了土体的三相指标评价方法

以及土的物理性质分析方法

通过本节课学习

相信同学们能对土的基本参数的由来

形成初步的概念

下节课我们将利用这堂课所学到的知识

来分析土体是如何破坏的

我们下次再见