土的物理性質(zhì)與工程分類第1頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本章教學(xué)目的11.理解并記住土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)的名稱、表示符號(hào)、定義、表達(dá)式和常用單位，熟悉其取值范圍；2.掌握3個(gè)實(shí)測(cè)指標(biāo)的測(cè)定方法；3.掌握6個(gè)換算指標(biāo)與3個(gè)實(shí)測(cè)指標(biāo)間的換算方法；第2頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.理解粘性土的三種稠度狀態(tài)；5.理解液限和塑限的定義，記住其表示符號(hào)和測(cè)定方法；6.理解并記住液性指數(shù)、塑性指數(shù)的表示符號(hào)、計(jì)算方法和物理意義；7.掌握達(dá)西定律；8.熟悉土的工程分類的一般原則和分類及建設(shè)部的土質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)。第3頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)土的基本物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)是指三相的質(zhì)量與體積之間的相互比例關(guān)系及固、液二相相互作用表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)。前者稱為土的基本物理性質(zhì)，主要研究土的密實(shí)程度和干濕狀況；后者主要研究粘性土的可塑性、脹縮性及透水性等。第4頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四土的三相示意圖氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVvma第5頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、土粒密度定義：土粒密度ρs是指固體顆粒的質(zhì)量與其體積之比，即單位體積土粒的質(zhì)量。表達(dá)式：取值范圍：它的數(shù)值一般在2.60~2.80g/cm3之間土粒比重Gs

土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在4°C時(shí)的質(zhì)量之比。無(wú)量綱。表達(dá)式：測(cè)定方法：比重瓶法第6頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、土的密度與重度土的密度是指土的總質(zhì)量與總體積之比，即單位體積土的質(zhì)量，其單位是g/cm3。1、天然密度定義：天然狀態(tài)下單位體積土的質(zhì)量，稱天然密度，表達(dá)式：（g/cm3）取值范圍：天然密度常見(jiàn)值為1.6~2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一個(gè)實(shí)測(cè)指標(biāo)。測(cè)定方法：環(huán)刀法第7頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、干密度定義：土的孔隙中完全沒(méi)有水時(shí)的密度，稱土的干密度，指單位體積干土的質(zhì)量。表達(dá)式：（g/cm3）取值范圍：干密度與土中含水多少無(wú)關(guān)，只取決于土的礦物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.4~1.7g/cm3之間。3、飽和密度定義：土的孔隙完全被水充滿時(shí)的密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態(tài)水時(shí)單位體積土的質(zhì)量表達(dá)式：取值范圍：1.8-2.3g/cm3第8頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四工程上常用重度指標(biāo)，它指單位體積土的重量，kN/m3。天然重度γ、干重度γd及飽和重度γsat另外，處于地水位以下的有效重度常特稱為土的浮重度γ′，等于土的飽和重度減去水的重度（γw），即：對(duì)于同一種土來(lái)講，土的天然重度、干重度、飽和重度、浮重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：4、重度第9頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、土的含水性1、含水量定義：含水量指土中所含水分的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，又稱土的含水率。表達(dá)式：一般所說(shuō)的含水量指的是天然含水量。土的孔隙中全被水充滿時(shí)的含水量，稱為飽和含水量wsat。飽和含水量既能反映土孔隙中全部充滿水時(shí)含水多少。又能反映土的孔隙率大小。測(cè)定方法：烘干法第10頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、飽和度定義：土孔隙中所含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分?jǐn)?shù)表示。表達(dá)式：或天然含水量與飽和含水量之比：取值飽和度可以說(shuō)明土孔隙中充水的程度，其數(shù)值為0~100%。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。工程實(shí)際中，按飽和度大小常將砂類土劃分為如下三種含水狀況：Sr<50%稍濕的50%≤Sr≤80%很濕的Sr>80%飽和的第11頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、土的孔隙性土中孔隙大小、形狀、分布特征、連通情況與總體積等，稱為土的孔隙性。其主要取決于土的顆粒級(jí)配與土粒排列的疏密程度。1、孔隙度定義：孔隙度又稱孔隙率，指土中孔隙總體積與土的總體積之比，用百分?jǐn)?shù)表示。表達(dá)式：土的孔隙度取決于土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，砂類土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。取值范圍：土的孔隙度一般為27~52%。新沉積的淤泥，孔隙度可達(dá)80%。

第12頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、孔隙比定義：孔隙比指土中孔隙體積與土中固體顆?？傮w積的比值，用小數(shù)表示表達(dá)式：土的孔隙比說(shuō)明土的密實(shí)程度，按其大小可對(duì)砂土或粉土進(jìn)行密實(shí)度分類。在《巖土工勘察規(guī)范》（GB50021-94）中，用天然孔隙比來(lái)確定粉土的密實(shí)度。e<0.75密實(shí)0.75≤e≤0.9中密e>0.9稍密孔隙度與孔隙比的關(guān)系為第13頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、砂土的相對(duì)密度砂土的密實(shí)程度還可用相對(duì)密度（Dr）來(lái)表示。Dr=0時(shí)，土處于最疏松狀態(tài)；Dr=1時(shí)，土處于最密實(shí)狀態(tài)。第14頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N63.5密實(shí)度N63.5≤10松散10<N63.5≤15稍密15<N63.5≤30中密N63.5>30密實(shí)天然狀態(tài)砂土的密實(shí)度了解：第15頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五、土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系土粒密度、天然密度、含水量是三個(gè)基本實(shí)測(cè)指標(biāo)、即通過(guò)試驗(yàn)直接測(cè)定。六個(gè)換算指標(biāo)的換算方法：1、數(shù)學(xué)演算法由實(shí)測(cè)指標(biāo)換算求取六個(gè)導(dǎo)出指標(biāo)可直接用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)演算方法，如：第16頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）繪制三相草圖，令Vs=12）根據(jù)實(shí)測(cè)指標(biāo)確定三相的體積與質(zhì)量3）按定義求其他指標(biāo)例題12、三相草圖法第17頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、粘性土的稠度狀態(tài)稠度：粘性土因含水多少而表現(xiàn)出的稀稠軟硬程度；稠度狀態(tài)：因含水多少而呈現(xiàn)出的不同的物理狀態(tài)。第二節(jié)粘性土的稠度與可塑性粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相互作用后所表現(xiàn)出來(lái)的物理性質(zhì)。第18頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四固態(tài)：含水量相對(duì)較少，粒間主要為強(qiáng)結(jié)合水連結(jié)，連結(jié)牢固，土質(zhì)堅(jiān)硬，力學(xué)強(qiáng)度高，不能揉塑變形，形狀大小固定。三種稠度狀態(tài)第19頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四塑態(tài)：含水量較固態(tài)為大，粒間主要為弱結(jié)合水連結(jié)，在外力作用下容易產(chǎn)生變形，可揉塑成任意形狀不破裂、無(wú)裂紋，去掉外力后不能恢復(fù)原狀。第20頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四流態(tài)：含水量繼續(xù)增加，粒間主要為液態(tài)水占據(jù)，連接極微弱，幾乎喪失抵抗外力的能力，強(qiáng)度極低，不能維持一定的形狀，土體呈泥漿狀，受重力作用即可流動(dòng)。第21頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四0固態(tài)塑態(tài)流態(tài)ω如何定量判斷粘性土的稠度狀態(tài)？第22頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、界限含水量——稠度界限土從某種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時(shí)的界限含水量稱為稠度界限，又稱為Atterberg界限。工程上常用的有塑限ωP和液限ωL塑限：土從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗軕B(tài)時(shí)的界限含水量，簡(jiǎn)稱塑限ωP液限：土從塑態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的界限含水量，簡(jiǎn)稱液限ωL

0固態(tài)塑態(tài)液態(tài)ω塑限ωP液限ωL第23頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四搓條法測(cè)定塑限將粘性土在毛玻璃上用手搓成直徑為3mm的土條時(shí)若恰好開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，此時(shí)的含水量就是塑限。第24頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四錐式液限儀法測(cè)定液限

0.75N，錐角30°，錐體下沉深度為10mm，所對(duì)應(yīng)的含水量為粘性土的液限（放錐15秒）第25頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四聯(lián)合測(cè)定儀法測(cè)定液限和塑限第26頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四液性指數(shù)IL：反映土的天然含水量與液限、塑限之間的關(guān)系，工程上用來(lái)表示土的稠度狀態(tài)。ωpωωL0ω-ωpωL-ωp稠度狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1三、液性指數(shù)第27頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、粘性土的可塑性當(dāng)粘性土的含水量在某范圍內(nèi)時(shí)，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并在外力移去時(shí)能保持既得的形狀，土的這種性能叫可塑性。粘性土中含水量在液限與塑限兩個(gè)稠度界限之間時(shí)，土處于可塑狀態(tài)，具有可塑性，這是粘性土的獨(dú)特性能。第28頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四塑性指數(shù)IP

ωL和ωP的差值可以反映可塑性的大小，工程上定義為塑性指數(shù)IPIP=ωL-ωP計(jì)算結(jié)果中的百分號(hào)省略

1994年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》按塑性指數(shù)IP將粘性土分為：

IP>17為粘土

17≥IP>10為粉質(zhì)粘土

IP≤10為粉土或砂類土。第29頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四從某地基取原狀土樣，測(cè)得土的液限ωL=47%，塑限ωP=18%，天然含水量ω=40%，問(wèn)地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？解：求塑性指數(shù)：求液性指數(shù)：Ip>17，該地基土為粘土；查表3-4，1.0>IL>0.75，得土處于軟塑狀態(tài)。例題2：第30頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)土的透水性水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象稱為滲流土具有被水等液體透過(guò)的性質(zhì)稱為土的滲透性工程意義：計(jì)算基坑涌水量、水庫(kù)與渠道的滲漏量、評(píng)價(jià)土體的滲透變形、分析飽和粘性土在建筑荷載作用下地基變形與時(shí)間的關(guān)系。第31頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、土的滲透規(guī)律砂土、粉土的滲透符合Darcy定律（1856）在層流狀態(tài)下，土中水的滲流速度與能量損失之間服從線性滲流規(guī)律。滲透系數(shù)k是反映土的透水性能的比例系數(shù)，是水力梯度為1時(shí)的滲透速度，其量綱與滲透速度相同。第32頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Darcy定律第33頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)土的工程分類一、工程分類的一般原則和類型基本原則：所劃分的土類能反映土性質(zhì)的變化規(guī)律。土的工程分類總起來(lái)可以歸納為三級(jí)分類土的第一級(jí)分類是成因類型分類如《巖土工程勘察規(guī)范》將土按堆積年代劃分為三類：1.老堆積土；2.一般堆積土；3.新近堆積土。土的第二級(jí)分類是土質(zhì)類型分類土的第三級(jí)分類是工程建筑類型分類第34頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四建設(shè)部分類法土按顆粒級(jí)配分類表土的名稱顆粒級(jí)配大類類粗粒土碎石土粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的50%砂類土粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量50%細(xì)粒土粉土粒徑小于0.005mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量10%粘性土粒徑小于0.005mm的顆粒質(zhì)量大于總質(zhì)量30%二、土質(zhì)分類簡(jiǎn)介第35頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在實(shí)際工程應(yīng)用中規(guī)定，土中粒徑d>0.075mm（有的規(guī)范用0.1mm）的土粒質(zhì)量大于全部土粒質(zhì)量的50%時(shí)稱為粗粒土，小于50%時(shí)稱為細(xì)粒土。粗粒土可以按顆粒級(jí)配進(jìn)一步細(xì)分。細(xì)粒土多用塑性指數(shù)Ip或液限ωL加塑性指數(shù)Ip進(jìn)行細(xì)分。第36頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、碎石類土

碎石類土是粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)50%的土土的名稱顆粒級(jí)配及形狀碎石土漂石圓形及亞圓形為主粒徑大于200mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的50%塊石棱角形為主卵石圓形及亞圓形為主粒徑大于20mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的50%碎石棱角形為主圓礫圓形及亞圓形為主粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量的50%角礫棱角形為主第37頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四土的名稱顆粒級(jí)配砂類土礫砂粒徑大于2mm的顆粒占總質(zhì)量的25~50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量50%2、砂類土

砂類土是粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)50%，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)50%的土。第38頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期四粉土砂質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒不超過(guò)總質(zhì)量10%粘質(zhì)粉土粒徑小于0.005mm的顆粒超過(guò)總質(zhì)量10%3、粉土

粉土是粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過(guò)50%