2019年9月14日,土 力 學(xué),華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 李就好,2019年9月14日,緒 論,什么是土力學(xué)？ 土力學(xué)是研究土的物理性質(zhì)以及在荷載作用下土體內(nèi)部的應(yīng)力變形和強(qiáng)度規(guī)律的一門學(xué)科。 土力學(xué)研究對象是“土” 需要研究和解決的工程中的三大類問題： 土體穩(wěn)定或強(qiáng)度問題； 土體變形問題； 滲流：滲透變形與滲透穩(wěn)定。,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,河堤加固,2019年9月14日,2019年9月14日,2019年9月14日,填沙沉降,填土產(chǎn)生的沉降問題,2019年9月14日,河堤加固沉降產(chǎn)生裂縫,2019年9月14日,河堤加固沉降產(chǎn)生裂縫示意圖,2019年9月14日,上海地鐵過黃浦江出現(xiàn)工程事故,2019年9月14日,天河北土釘事故,2019年9月14日,2019年9月14日,軟土,天河北土釘事故示意圖,2019年9月14日,緒 論,土力學(xué)課程的學(xué)習(xí)方法： 注重基本概念的理解，要咬文嚼字，理解加記憶； 注意基本理論學(xué)習(xí)； 掌握基本的計算方法。,土力學(xué)課程的學(xué)習(xí)要求： 課后復(fù)習(xí)，每章學(xué)習(xí)完要復(fù)習(xí)； 作業(yè)獨(dú)立完成； 作業(yè)按時交。,2019年9月14日,緒 論,土力學(xué)的歷史： 人類在同生存作斗爭的歷史中，積累了大量的土力學(xué)知識； 土力學(xué)作為一門系統(tǒng)的學(xué)科是以太沙基的1925年出版的土力學(xué)為標(biāo)志；很多基本理論、試樣方法在20世紀(jì)70年代前就已經(jīng)形成； 現(xiàn)代土力學(xué)在本構(gòu)模型理論、計算方法、非飽和土力學(xué)有較大發(fā)展；量測技術(shù)的提高；土動力學(xué)理論、分析方法、測試手段有很大發(fā)展和提高。,2019年9月14日,第一章土的物理性質(zhì)及分類 1-1 土的形成 1-2 土的組成 1-3 土的結(jié)構(gòu) 1-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo) 1-5 粘性土的物理特征 1-6 無粘性土的密實(shí)度 1-7 粉土的密實(shí)度與濕度 1-8 土的工程分類 土的液、塑限試驗(yàn) 第二章 土的滲透性 2-1 概 述 2-2 達(dá)西滲透定律 2-3 滲透系數(shù)的測定 2-4 二向滲流和流網(wǎng)的特征 2-5 滲流力及滲透穩(wěn)定性 2-6 孔隙水應(yīng)力和有效應(yīng)力 土的滲透性試驗(yàn),第三章 土體應(yīng)力計算 3-1 概 述 3-2 地基中的自重應(yīng)力 3-3 基底壓力與基底附加應(yīng)力 3-4 地基中的附加應(yīng)力計算 3-5 土壩自重應(yīng)力與壩基附加應(yīng)力 第四章 土的壓縮與固結(jié) 4-1 概 述 4-2 土的壓縮特性 4-3 單向壓縮量公式 4-4 地基沉降計算 4-5 地基沉降與時間關(guān)系 土的壓縮性試驗(yàn) 第五章 土的抗剪強(qiáng)度 5-1 概述 5-2 土的抗剪強(qiáng)度理論 5-3 確定強(qiáng)度指標(biāo)的試驗(yàn),5-4 三軸壓縮試驗(yàn)中的孔隙應(yīng)力系數(shù) 5-5 三軸試驗(yàn)中土的剪切性狀 土的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn) 第六章 土壓力 6-1 概述 6-2 朗肯土壓力理論 6-3 庫侖土壓力理論 6-4 朗肯理論與庫侖理論比較 第七章 地基承載力 7-1 概述 7-2 地基臨界荷載 7-3 地基極限承載力 第八章 土坡穩(wěn)定分析 8-1 概述 8-2 無粘性土坡穩(wěn)定性 8-3 粘性土坡穩(wěn)定性 8-4 土坡穩(wěn)定性的影響因素,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,1-1 土的形成,土是松散顆粒的堆積物，是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。 土是指覆蓋在地表的沒有膠結(jié)或弱膠結(jié)的顆粒堆積物 根據(jù)來源分：有機(jī)土（有機(jī)質(zhì)含量5%以上）和無機(jī)土 巖石風(fēng)化分為物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化。 物理風(fēng)化：巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,1-1 土的形成,化學(xué)風(fēng)化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學(xué)變化，分解為極細(xì)顆粒的過程。,特征： 物理風(fēng)化：量變過程，形成的土顆粒較粗； 化學(xué)風(fēng)化：質(zhì)變過程，形成的土顆粒很細(xì)。,對一般的土而言，通常既經(jīng)歷過物理風(fēng)化，又有化學(xué)風(fēng)化，只不過哪種占優(yōu)而已。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,土從其堆積或沉積的條件來看可分為：,殘積土：巖石風(fēng)化后仍留在原地的堆積物。 特點(diǎn)：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變； 寒冷地帶，巖塊或砂，物理風(fēng)化，穩(wěn)定。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,運(yùn)積土：巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動等搬運(yùn)離開生成地點(diǎn)后再沉積下來的堆積物。又分為沖積土、風(fēng)積土、冰磧土和沼澤土等。 沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑 （河流、海洋和湖泊） 風(fēng)積土：由風(fēng)力帶動土粒經(jīng)過一段搬運(yùn)距離后沉積下來的堆積物；沒有層理、細(xì)砂或粉粒；黃土 冰磧土：由冰川剝落、搬運(yùn)形成的堆積物；不成層、從漂石到粘粒 沼澤土：在沼澤地的沉積物；含有機(jī)質(zhì)、壓縮性高、強(qiáng)度低,2019年9月14日,1-2 土的組成,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。 固相：土的顆粒、粒間膠結(jié)物； 液相：土體孔隙中的水； 氣相：孔隙中的空氣。,2019年9月14日,1-2 土的組成,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,當(dāng)土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土； 當(dāng)土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土； 一般在地下水位以上地面以下一定深度內(nèi)的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。 根據(jù)土的粘性分：粘性土：顆粒很細(xì)； 無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,一、土的固相 （一）成土礦物 原生礦物：由物理風(fēng)化生成的土粒；顆粒較粗，一般為無粘性土；石英、長石、云母等；圓形、板狀、塊狀；吸水力弱、穩(wěn)定、無塑性；砂多為石英。 次生礦物：由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化作用而形成的礦物。顆粒較細(xì)，一般為粘土礦物，形成粘性土。高嶺石、伊利石、蒙脫石；片狀、極細(xì)；吸水力強(qiáng)、活潑、有塑性。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,一、土的固相 （二）粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu) 粘土礦物：由各種硅酸鹽礦物分解形成的水鋁硅酸鹽礦物。 其結(jié)構(gòu)可分為晶體和非晶體，以晶體礦物為主。 硅片：基本單元是硅氧四面體，底面每個氧離子為2個相鄰單元的硅原子共有組成六邊形孔硅片； 鋁片：鋁（鎂）氫氧（氧）八面體，每個氫氧離子為2個相鄰單元的鋁原子共有組成鋁片；,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,一、土的固相 （二）粘土礦物的晶體結(jié)構(gòu) 粘土礦物： 高嶺石：長石風(fēng)化產(chǎn)物，1：1型晶格，一個硅片一個鋁片一個晶層，晶層靠氫鍵連接，一個顆粒多達(dá)近百個晶層。 伊利石：云母在堿性介質(zhì)中風(fēng)化產(chǎn)物， 2：1型晶格，二個硅片一個鋁片一個晶層，晶層靠鉀離子連接，比較穩(wěn)定，但不如氫鍵； 蒙脫石：伊利石進(jìn)一步風(fēng)化， 2：1型晶格，晶層沒有鉀離子連接，而是有水分子進(jìn)入；連接弱。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,一、土的固相 （三）土粒的大小和土的級配 粒組：把工程性質(zhì)相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒含量定義為該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比。,土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（四）顆粒大小分析試驗(yàn) 測定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，確定粒徑分布范圍的試驗(yàn)稱為土的顆粒大小分析試驗(yàn)。 常用的方法：篩分法：粒徑0.075mm 密度計法：粒徑0.075mm，又有粒徑0.075mm,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（四）顆粒大小分析試驗(yàn) 1.篩分法 利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規(guī)定方法取得的一定質(zhì)量的干試樣放入一次疊好的篩中，置振篩機(jī)上充分振搖后，稱出留在各級篩上的土粒的質(zhì)量，按下式計算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分?jǐn)?shù)X（） 式中：mi，m分別為小于某粒徑的土粒質(zhì)量及試樣 總質(zhì)量,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,2.密度計法 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量的方法。 通過密度計測定土水懸濁液的密度來確定。 根據(jù)斯托克斯（1845）定律：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,3.土的級配曲線 （1）粒徑分布曲線 （累積曲線） （2）粒組頻率曲線,粒徑分布曲線,粒組頻率曲線,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,(五)顆粒分析試驗(yàn)曲線的主要用途 按粒徑分布曲線（累積曲線）可求得： （1）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評估土的工程性質(zhì)； （2）某些特性粒徑，用于建筑材料的選擇和評價土級配的好壞。 根據(jù)某些特征粒徑，可得到兩個有用的指標(biāo)，即不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，它們的定義為： （13）,2019年9月14日,(14) 式中：d10，d30和d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10，30和60時所對應(yīng)的粒徑。 d10稱為有效粒徑； d60稱為限制粒徑。,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,2019年9月14日,土的級配的好壞可由土中的土粒均勻程度和粒徑分布曲線（累積曲線）的形狀來決定，而土粒的均勻程度和曲線的形狀又可用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來衡量。 Cu小，曲線陡；Cu大，易壓密； Cc過大，臺階在d10d30間； Cc過小，臺階在d30d60間；,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,土的級配的連續(xù)性也可用粒組頻率曲線來反映。雙峰，谷點(diǎn)3，不連續(xù)； 規(guī)范：純凈礫、砂，Cu5，且Cc=13時，級配良好，否則，不良。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、土的液相 （一）吸著水 由土顆粒表面電分子力吸附在土粒表面的一層水。 吸著水可分為強(qiáng)吸著水和弱吸著水。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、土的液相 （一）吸著水 大多數(shù)粘粒表面帶有凈的負(fù)電荷: 原子替代; 斷鍵; 氫氧離子中的氫離子被離解; 吸著水形成原因: 土粒表面的負(fù)電荷,陽離子,氫鍵。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、土的液相 （一）吸著水 強(qiáng)吸著水性質(zhì)接近于固體，冰點(diǎn)很低，沸點(diǎn)較高，且不能傳遞壓力。 弱吸著水也稱為薄膜水，不能傳遞壓力，也不能在孔隙水中自由流動，但它可以因電場引力的作用從水膜厚的地方向水膜薄的地方轉(zhuǎn)移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影響土的壓縮性和強(qiáng)度，并使土的透水性變小。 吸著水厚度影響因素：成土礦物；陽離子濃度及化學(xué)性質(zhì) (陽離子價低,厚; 陽離子濃度高,薄)。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,(二）自由水 離開土顆粒表面較遠(yuǎn)，不受土顆粒電分子引力作用的水稱為自由水。 （分為毛細(xì)管水和重力水）,1.毛細(xì)管水 土中存在許多大小不同的相互連通的彎曲孔道，由于水分子與土粒分子之間的附著力和水氣界面上的表面張力，于是，將引起迫使相鄰?fù)亮Ｏ嗷シe緊的壓力，這個壓力稱為毛管水壓力。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,在潮濕的粉、細(xì)砂中孔隙水僅存在于土粒接觸點(diǎn)周圍，彼此是不連續(xù)的。這時，由于空襲中的氣與大氣連通，因此，孔隙中的壓力亦將小于大氣壓力。 由毛管水壓力引起的摩擦阻力猶如給予砂土以某些粘聚力，以致在潮濕的砂土中能開挖一定高度的直立坑壁。但一旦砂土被水浸飽和，則彎液面消失，毛管水壓力變?yōu)榱?，這種粘聚力液就不再存在。把這種粘聚力稱為假粘聚力。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,2.重力水 在重力或水位差作用下能在土中流動的自由水稱為重力水。 具有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。 當(dāng)它在土孔隙中流動時，對所流經(jīng)的土體施加滲流力（亦稱動水壓力、滲透力），計算中應(yīng)考慮其影響。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,三、土的氣相 存在土中的氣體分為兩種基本類型： 一種是與大氣連通的氣體； 另一種是與大氣不連通的以氣泡形式存在的封閉氣體。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,一、土粒間的相互作用 當(dāng)粘粒在溶液中沉淀時，粒間引力主要是范得華力（分子鍵），還有吸著水層中異性電荷引起的靜電引力。 引力: 范得華力總是在極性顆粒之間產(chǎn)生引力，但它是一種短程力，約隨粒間間距得六次方遞減，而與溶液的性質(zhì)無關(guān)。,1-3 土的結(jié)構(gòu),2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,一、土粒間的相互作用 斥力: 在兩個土?；ハ嗫拷?，使顆粒表面吸著水層相搭接時，吸著水層中的陽離子不足以平衡土粒上得凈負(fù)電荷就發(fā)生粒間斥力。大小取決于溶液的性質(zhì)，并隨粒間間距得指數(shù)函數(shù)遞減。,1-3 土的結(jié)構(gòu),2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、土的結(jié)構(gòu) （一）單粒結(jié)構(gòu),2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、土的結(jié)構(gòu) （二）蜂窩狀結(jié)構(gòu),2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、土的結(jié)構(gòu) （三）絮狀結(jié)構(gòu) 角、邊與面接觸時凈引力最大，因此絮狀結(jié)構(gòu)的特征是土粒之間以角、邊與面的接觸或邊與邊的搭接形式為主。這種結(jié)構(gòu)的土粒呈任意排列，具有較大的孔隙，其強(qiáng)度低，壓縮性高，對擾動比較敏感。,片堆結(jié)構(gòu),2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,三、土的構(gòu)造,土的構(gòu)造 是土層在空間的賦存狀態(tài)。表征土層的層理、裂隙及大孔隙等宏觀特征。 層理構(gòu)造： 水平層理構(gòu)造 交錯層理構(gòu)造,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,1-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo),可分為兩類： 一類是必須通過試驗(yàn)測定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標(biāo) 另一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo),2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,1-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo),一、試驗(yàn)直接測定的物理性質(zhì)指標(biāo) （一）土的密度與重度 土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量，用表示，單位為kg/m3(或g/cm3)。 表達(dá)式如下： 對于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,土的重度亦稱為容重，定義為單位體積土的重量，用表示，單位為kN/m3。表達(dá)式如下： 式中：W土的重量，單位為kN； g重力加速度。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（二）土粒比重ds 土粒比重定義為土粒的質(zhì)量（或重量）與同體積4時純水的質(zhì)量（或重量）之比（無因次），其表達(dá)式為： 或 式中：s土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量； （w）44時純水的密度，1g/cm3 （w）44時純水的重度。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,土粒比重常用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土若干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算土粒比重： 式中：m1瓶加水的質(zhì)量； m2瓶加土加水的質(zhì)量； ms烘干土的質(zhì)量。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（三）土的含水率w 土的含水率，曾稱為含水量，定義為土中水的質(zhì)量與土粒的質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為： 測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100105常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、間接換算得物理性質(zhì)指標(biāo) （一）土的孔隙比e 定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示，其表達(dá)式為 （二）土的孔隙率n 定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比，或單位體積內(nèi)孔隙的體積，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（三）土的飽和度Sr 定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的重量，表達(dá)式為： 土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是評定土密實(shí)程度的指標(biāo)，干密度或干重度愈大表明土愈密實(shí)，反之愈疏松。,（四）干密度d與干重度d 土的干密度：單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量，表達(dá)式：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（五）飽和密度sat與飽和重度sat 飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀態(tài)時單位體積土的質(zhì)量。表達(dá)式為：,在飽和狀態(tài)下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其表達(dá)式為：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（六）浮密度與浮重度（有效重度） 土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量減小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表達(dá)式為：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,與其相應(yīng)，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體積內(nèi)的土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表達(dá)式為： 或 從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,三、物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算 常用的土的物理指標(biāo)共有九個。已知其中任意三個，通過換算可以求出其余的六個。 （一）孔隙比與孔隙率的關(guān)系 設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則e=Vv/V可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為（1e），于是有： 或,三相示意圖（a）,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（二）干密度與濕密度和含水率的關(guān)系 設(shè)土體的體積V為1，則d = ms /V，土體內(nèi)土粒的質(zhì)量ms為d，由w= mw / ms水的質(zhì)量mw為w d。于是，按定義可得： 或,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（三）孔隙比與比重和干密度的關(guān)系 設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則按e=Vv/V，孔隙的體積vv為e；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量ms為s。于是，按d的定義可得： 整理得：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（四）飽和度與含水率、比重和孔隙比得關(guān)系 設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則按e=Vv/V得體積vv=e；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量ms=s。按w= mw / ms ，水得質(zhì)量mw=ws，則水得體積vw= mw / w =ws/w。于是，Sr定義可得： 當(dāng)土飽和時，即Sr為100，則： 式中：wsat飽和含水率。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（五）浮密度與比重和孔隙比得關(guān)系 設(shè)土體內(nèi)土粒體積為1，則按e=Vv/V ，孔隙的體積Vv為e；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量ms為s。于是可得：,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,【例題11】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質(zhì)量為108g，將其烘干后稱得質(zhì)量為96.43g，根據(jù)試驗(yàn)得到的土粒比重ds為2.7，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度。 【解】（1）已知V60cm3，m=108g，則 =m v=180 60=1.8g/cm3,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（2）已知ms=96.43g，則 mw=mms=10896.43=11.57g 按式（19），于是 w= mw ms11.5796.43=12% （3）已知ds=2.7，則 Vs= ms s=96.43 2.735.7cm3 Vv=VVs=6035.724.3cm3 于是 e= Vv Vs24.3 35.7=0.68 （4）n= Vv V24.3 60=40.5 （5）根據(jù)w的定義 Vw = mw w=11.57 111.57cm3 于是 St= Vw Vv=11.57 24.348,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,一、粘性土的稠度狀態(tài) 稠度指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)?？捎昧鲃印④?、可塑、硬等描述 四種狀態(tài)： 固態(tài)、半固態(tài)、可塑態(tài)與流態(tài) 可塑性：土在外力作用下可改變形狀但不顯著改變其體積也不開裂，外力卸除厚仍能保持已有的形狀。,1-5 粘性土的物理特征,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,二、界限含水率及其測定 1.界限含水率 粘性土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限。 液限（WL）從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率； 塑限（Wp）從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的下限含水率； 縮限（Ws）從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的界限含水率，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含水率。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,2.液、塑限的測定 測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測定法。 測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯(lián)合測定法。,液、塑限聯(lián)合測定法： 塑限5秒入土2mm時的含水率 10mm液限 5秒入土10mm時的含水率 17mm液限 5秒入土17mm時的含水率,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,2.液、塑限的測定 碟式儀法,25擊合攏長度13mm時含水率為液限。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,土的縮限用收縮皿法測定，把土料的含水率調(diào)制到大于土的液限，然后將試樣分層填入收縮皿中，刮平表面，烘干，測出干試樣的體積并稱量準(zhǔn)確至0.1g后，按下式計算： 式中：ws土的縮限（） w制備時的含水率（） V1濕試樣的體積（cm3） ，V2干試樣的體積（cm3）,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,三、塑性指數(shù)和液性指數(shù) 1.塑性指數(shù) 塑性指數(shù)：液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號）。 用Ip表示，取整數(shù)，即： 塑性指數(shù)越高，吸著水含量可能高，土的粘粒含量越高。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,2.液性指數(shù) 粘性土的狀態(tài)可用液性指數(shù)來判別。 定義為： 式中：IL液性指數(shù)，以小數(shù)表示； w土的天然含水率。 液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。 當(dāng)wwp時， IL0， 土處于堅硬狀態(tài)； wpwwL時，0IL1.0，土處于可塑狀態(tài)； wLw時， IL1.0，土處于流動狀態(tài)。,2019年9月14日,根據(jù)IL劃分粘性土的物理狀態(tài)：,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,3.天然稠度 土的天然稠度指土的液限與天然含水量的差值比塑性指數(shù)，用Wc表示，即： 土基干濕狀態(tài)的劃分見表2-5,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,四、粘性土的活動度、靈敏度和觸變性 1.活動度 反映所含礦物的活動性，用A表示，即： 式中：m 粒徑小于0.002mm顆粒含量百分?jǐn)?shù) 粘性土按活動性分為三類： 不活動粘性土： . 正常粘性土：. 活動粘性土： .,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,四、粘性土的活動度、靈敏度和觸變性 .靈敏度 天然狀態(tài)的粘性土具有一定的結(jié)構(gòu)性，當(dāng)天然土受到擾動，結(jié)構(gòu)受到破壞、強(qiáng)度降低，用St表示，即： 飽和粘性土按靈敏度可分為三類： 低靈敏： St 中靈敏： St 高靈敏： St,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,四、粘性土的活動度、靈敏度和觸變性 .觸變性 飽和粘性土的結(jié)構(gòu)受到擾動，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，但當(dāng)擾動停止后，土的強(qiáng)度又隨時間逐步恢復(fù)。 粘性土的這種抗剪強(qiáng)度隨時間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)稱為土的觸變性。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,1-6 無粘性土的密實(shí)度,一、無粘性土的相對密實(shí)度 常用相對密實(shí)度Dr來衡量無粘性土的松緊程度，其定義為 式中：Dr相對密實(shí)度； emax無粘性土處在最松狀態(tài)時的孔隙比； emin無粘性土處在最密狀態(tài)時的孔隙比； e0無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,也可以表示為： 式中：dmax無粘性土的最大干密度； dmin無粘性土的最小干密度； d無粘性土的天然干密度或填筑干密度。 將風(fēng)干的無粘性土試樣用漏斗法測定其最小干密度，用振擊法測定其最大干密度。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,在工程上，用相對密實(shí)度Dr劃分無粘性土的狀態(tài)如下： 0Dr1/3 疏松的 1/3Dr2/3 中密的 2/3Dr1 密實(shí)的,二、無粘性土密實(shí)度的劃分其他方法 可按 天然孔隙比（表2-8） 標(biāo)貫擊數(shù)（表2-9、2-10） 動力觸探擊數(shù) （表2-11）,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,三、土的壓實(shí)性 土的壓實(shí)性：指在一定的含水率下，以人工或機(jī)械的方法，使土能夠壓實(shí)到某種密實(shí)度的性質(zhì)。 填土的密實(shí)程度常以干密度表示 擊實(shí)試驗(yàn) 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)） 輕型：d5mm； V=947cm3, m=2.5kg, 3層 25擊， 落高30.5cm 重型： d40mm； V=2104cm3, m=4.5kg, 5層 56擊， 落高47.7cm,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,三、土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性影響因素 （一）含水率的影響 最大干密度（對于與某N），最優(yōu)含水率wop,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,三、土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性影響因素 （二）擊實(shí)功能的影響 1、土料的最大干密度和最優(yōu)含水率不是常數(shù)。 2、當(dāng)含水率較低時擊數(shù)的影響較顯著。 （三）土類和級配的影響 粘粒含量高，Ip大，難壓密；級配良好，易壓密； （四）粗粒含量的影響 對d5mm粒徑的含量不超過2530時，仍可用輕型擊實(shí)，但要修正。 問題： d5mm粒徑的含量較少時是剔除好：還是修正好？或者干脆用重型？,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,1-7 粉土的密實(shí)度和濕度,一、粉土的概念 Ip的土。 二、粉土的密實(shí)度和濕度 巖土工程勘察規(guī)范（GB50021-2001）中規(guī)定粉土的密實(shí)度和濕度按孔隙比和含水量劃分。 密實(shí)度根據(jù)孔隙比劃分為：密實(shí)、中密和稍密。（表2-14） 濕度根據(jù)含水量劃分為：稍濕、濕和很濕。（表2-15）,2019年9月14日,1-8 土的工程分類,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,粗粒土按顆粒組成進(jìn)行分類；粘性土按塑性指數(shù)分類。 一、土的分類標(biāo)準(zhǔn) （一）巨粒土和含巨粒土的分類 巨粒土和含巨粒土應(yīng)按試樣中所含 粒徑大于60mm的巨粒組含量來劃分。 試樣中含巨粒組質(zhì)量多于總 質(zhì)量的75的土稱為巨粒土； 試樣中含巨粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的 50、小于75%的土稱為混合巨粒土； 試樣中巨粒組質(zhì)量為總質(zhì)量的 1550的土稱為巨粒混合土； 試樣中巨粒組質(zhì)量少于總質(zhì)量的15的土，可扣除巨粒，按粗粒土或細(xì)粒土的相應(yīng)規(guī)定分類定名。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（二）粗粒土的分類 試樣中粒徑大于0.075mm的粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50的土稱為粗粒土。 粗粒土又分為礫類土和砂類土兩類。 試樣中粒徑大于2mm的礫粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50的土稱為礫類土 試樣中粒徑大于2mm的礫粒組質(zhì)量少于或等于總質(zhì)量50的土稱為砂類土,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,（三）細(xì)粒土的分類 試樣中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量的50的土稱為細(xì)粒土。細(xì)粒土應(yīng)按下列規(guī)定劃分： 1、試樣中粗粒組（大于0.075mm）質(zhì)量少于總質(zhì)量的25的土稱為細(xì)粒土； 2、試樣中粗粒組質(zhì)量為總質(zhì)量的2550的土稱含粗粒的細(xì)粒土； 3、試樣中含部分有機(jī)質(zhì)的土稱有機(jī)質(zhì)土。 細(xì)粒土可按塑性圖進(jìn)一步細(xì)分。（如下圖）,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,【例題12】有A，B，C三種土，它們的粒徑分布曲線如圖所示。已知B土的液限為38，塑限為19，C土的液限為47，塑限為24。試對這三種土進(jìn)行分類。,2019年9月14日,第一章 土的物理性質(zhì)指標(biāo)與工程分類,【解】（1）對A土進(jìn)行分類： 從圖中曲線A查得粒徑大于60mm的巨粒含量為零，而粒徑大于0.075mm的粗粒含量為98，大于50，所以A土屬于粗粒土； 從圖中查得粒徑大于2mm的礫粒含量