土物理性質(zhì)與分類第一頁，共50頁?！?.1概述

土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)表示影響力學(xué)特性第二頁，共50頁。物理性質(zhì)指標(biāo)

特點(diǎn):

指標(biāo)概念簡單，數(shù)量很多

要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號、表達(dá)式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別

基本方法:三相草圖法§2.1概述

第三頁，共50頁?！?.2土的三相比例指標(biāo)空氣Air三相草圖水Water固體Solidma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第四頁，共50頁。三相草圖九個物理量:

V,Vv,Vs,Va,Vw,

ms,mw,ma,m空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積§2.2土的三相比例指標(biāo)第五頁，共50頁?；疚锢硇再|(zhì)試驗為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進(jìn)行三個基本的物理性質(zhì)試驗：土的密度試驗土粒比重試驗土的含水量試驗§2.2土的三相比例指標(biāo)第六頁，共50頁。定義：土粒的密度與4?C時

純蒸餾水密度的比值表達(dá)式：單位:無量綱一般范圍：粘性土2.70~2.75，砂土2.65

土粒比重ds/Gs基本試驗指標(biāo)-土粒比重=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積§2.2土的三相比例指標(biāo)第七頁，共50頁?；驹囼炛笜?biāo)-含水量

定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)

量之比，用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：單位:無量綱一般范圍：變化范圍大注意:其實(shí)是含水比,可達(dá)到或超過100％

土的含水量ω空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積§2.2土的三相比例指標(biāo)第八頁，共50頁。定義：土單位體積的質(zhì)量表達(dá)式：單位:kg/m3

或g/cm3一般范圍:1.60~2.20g/cm3

土的密度空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積

相關(guān)指標(biāo):土的容重=g

單位:kN/m3

工程上更常用,用于計算土的

自重應(yīng)力基本試驗指標(biāo)-土的密度§2.2土的三相比例指標(biāo)第九頁，共50頁。表示土體密度和容重的指標(biāo)干密度：單位體積土中固體顆粒部分的質(zhì)量，

飽和密度：土孔隙中充滿水時的單位體積質(zhì)量，

浮密度：土單位體積中土粒的質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差。空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積§2.2土的三相比例指標(biāo)第十頁，共50頁。表示土中孔隙含量的指標(biāo)砂類土：28-35%粘性土：30-50%，有的可達(dá)60-70%孔隙比e：土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,為無量綱孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積§2.2土的三相比例指標(biāo)第十一頁，共50頁。表示土中含水程度的指標(biāo)對干土：Sr=0對飽和土：Sr=1飽和度：土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度：空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積§2.2土的三相比例指標(biāo)第十二頁，共50頁。常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系：教科書P35表2-2學(xué)習(xí)要點(diǎn)：小結(jié)

從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系不鼓勵死記硬背必要時利用三相草圖推導(dǎo)§2.2土的三相比例指標(biāo)第十三頁，共50頁。指標(biāo)換算§2.2土的三相比例指標(biāo)第十四頁，共50頁?！?.2土的三相比例指標(biāo)第十五頁，共50頁?！?.2土的三相比例指標(biāo)第十六頁，共50頁?！?.2土的三相比例指標(biāo)第十七頁，共50頁?！?.3黏性土的物理特性粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度，稠度是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)粘性土含水量較硬變軟流動粘性土的稠度狀態(tài)第十八頁，共50頁。界限含水量§2.3黏性土的物理特性第十九頁，共50頁。塑限wp液限wl粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水w土顆粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強(qiáng)結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水粘性土的稠度狀態(tài)稠度界限稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)示意圖§2.3黏性土的物理特性第二十頁，共50頁。塑性指數(shù)問題：反映的是全部土顆粒吸附結(jié)和合的能力，不能充分反映粘土礦物表面活性的高低

定義：大體上表示土的弱結(jié)合水含量

反映吸附結(jié)合水的能力，即粘性大小大致反映粘土顆粒含量常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)§2.3黏性土的物理特性第二十一頁，共50頁。液性指數(shù)：wpwwlIL0堅硬(半固態(tài))0<IL0.25 硬塑0.25<IL0.75 可塑

0.75<IL1 軟塑

IL>1 流塑土的稠度狀態(tài)–液性指數(shù)不同的粘土，wp、wl

大小不同。對于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同液性指數(shù)是表征土的含水量與分界含水量之間相對關(guān)系的指標(biāo)。對重塑土較為合適。§2.3黏性土的物理特性第二十二頁，共50頁。

細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo):液性指數(shù)IL

界限含水量

wP、wL

土中水形態(tài)塑性指數(shù)Ip

吸附結(jié)合水的能力

定義判別標(biāo)準(zhǔn)小結(jié)§2.3黏性土的物理特性第二十三頁，共50頁。試驗方法：液限：錐式液限儀塑限：搓條法錐式液限儀聯(lián)合測定液、塑限§2.3黏性土的物理特性第二十四頁，共50頁。2.3.3黏性土的活動度、靈敏度和觸變性一、活動度1、定義：塑性指數(shù)與黏粒（粒徑<0.002mm的顆粒）含量百分?jǐn)?shù)的比值§2.3黏性土的物理特性

活性指數(shù)：粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比A<0.75非活性粘土A=075–1.25正常粘土A>1.25活性粘土第二十五頁，共50頁。反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)靈敏度觸變性St11-22-44-88-16>16粘性土不靈敏低靈敏中等靈敏靈敏很靈敏流動3=0相同含水量、密度ququ原狀土重塑土靈敏度St：原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu和重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu之比St=qu/q’u第二十六頁，共50頁。含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時間變化的宏觀表現(xiàn)。目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。靈敏度觸變性第二十七頁，共50頁?！?.4無黏性土的密實(shí)度粗粒土的密實(shí)狀態(tài)

密實(shí)度：通常指單位體積中固體顆粒含量的多少簡單方便，但只能用于同一種土，不能反映級配的影響

物理性質(zhì)指標(biāo)：孔隙比e（孔隙率n）

干容重demin

=0.35emin

=0.20

相對密度：emax與emin：最大與最小孔隙比第二十八頁，共50頁。最大孔隙比emax:

將松散的風(fēng)干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比最小孔隙比emin:

將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比理論上的最大與最小孔隙比在室內(nèi)的測定有時很困難粗粒土的最大與最小孔隙比§2.4無黏性土的密實(shí)度第二十九頁，共50頁。粗粒土的相對密度粗粒土的密實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)Dr=0 最松狀態(tài)

Dr1/3 疏松狀態(tài)1/3<Dr2/3 中密狀態(tài)

Dr>2/3 密實(shí)狀態(tài)

Dr=1 最密狀態(tài)相對密度指標(biāo)主要用于人工填土，對天然砂土層采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法測定§2.4無黏性土的密實(shí)度第三十頁，共50頁。補(bǔ)充內(nèi)容土的壓實(shí)：指通過夯打、振動、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性壓實(shí)性：指土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長的特性研究擊實(shí)性的目的：

以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)密度擊實(shí)方法：室內(nèi)擊實(shí)試驗現(xiàn)場試驗:夯打、振動、碾壓土的壓實(shí)性第三十一頁，共50頁。土的壓實(shí)性

室內(nèi)擊實(shí)試驗

試驗設(shè)備：擊實(shí)筒V=1000cm3；擊實(shí)錘w=25牛頓

試驗條件：土樣分層n=3層；落高d=30cm；

擊數(shù)N=27/層

擊實(shí)能量

試驗方法：對w=cosnst的土，分三層壓實(shí)；

測定擊實(shí)后的w、，算定d注意：僅適用于細(xì)粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實(shí)儀土第三十二頁，共50頁。0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmaxwop細(xì)粒土的壓實(shí)性-擊實(shí)曲線

具有峰值最大干密度dmax最優(yōu)含水量Wop位于飽和曲線之下

粘性土透水性小，擊實(shí)過程中含水量幾乎不變，要想擊實(shí)到飽和狀態(tài)是不可能的。Sr=1土的壓實(shí)性

第三十三頁，共50頁。土的壓實(shí)性

含水量Wop： 顆粒表面水膜很薄，相對移動困難含水量=Wop： 水膜潤滑作用效果最佳，孔隙氣尚沒有形成封閉

氣泡，易排出含水量﹥Wop： 水膜潤滑作用不再明顯增加；封閉氣泡難以排出;

水的相對含量增加壓實(shí)機(jī)理顆粒破碎（細(xì)粒土較少）粒間聯(lián)結(jié)力被破壞，顆粒

間孔隙被壓縮土粒定向排列0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmaxWop壓實(shí)與含水量細(xì)粒土的壓實(shí)性-壓實(shí)機(jī)理

第三十四頁，共50頁。土的壓實(shí)性

細(xì)粒土的壓實(shí)性-壓實(shí)功能

對于同一種土,最優(yōu)含水量和最大干密度并不恒定,而隨壓實(shí)功能變化，壓實(shí)功能愈大,最優(yōu)含水量愈小，相應(yīng)的最大干密度愈高超過最優(yōu)含水量后，壓實(shí)功能的影響隨含水量的增加逐漸減小。擊實(shí)曲線均靠近于飽和曲線0481216202428含水量w(%)1.91.71.51.3干密度d(g/cm3)飽和曲線N=36N=29N=25N=18第三十五頁，共50頁。土的壓實(shí)性

細(xì)粒土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

填土施工時應(yīng)將土料含水量控制在Wop左右，以期用較小的能量獲得最好的密度：在Wop的干側(cè)：常具有凝聚結(jié)構(gòu)。土質(zhì)比較均勻，強(qiáng)度較高，較脆硬，不易壓密。但浸水時易產(chǎn)生附加沉降。在Wop的濕側(cè)：常具有分散結(jié)構(gòu)。土體可塑性大，適應(yīng)變形的能力強(qiáng)。但強(qiáng)度較低，具有不等向性。在設(shè)計土料時應(yīng)根據(jù)填土的要求和當(dāng)?shù)赝亮系奶烊缓?，選定合適的含水量，一般要求為：第三十六頁，共50頁。土的壓實(shí)性

Ⅰ、Ⅱ級土石壩Dc>95~98%III~Ⅴ級土石壩Dc>92~95%細(xì)粒土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

工程上常采用壓實(shí)度Dc，作為填方壓實(shí)密度控制的標(biāo)準(zhǔn)：第三十七頁，共50頁。土的壓實(shí)性

粗粒土的壓實(shí)性

擊實(shí)曲線壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)：常用相對密度控制Dr>0.7-0.75不存在最優(yōu)含水量，在完全風(fēng)干或飽和狀態(tài)下易于擊實(shí)。在潮濕狀態(tài)下，存在假凝聚力，加大了阻力同細(xì)粒土不同，粗粒土在擊實(shí)過程中可以自由排水粗砂w=4~5%，中砂w=7%時，干密度最小

，

含水量w干密度粗砂中砂第三十八頁，共50頁。土的壓實(shí)性

小結(jié)室內(nèi)擊實(shí)試驗細(xì)粒土的壓實(shí)性粗粒土的壓實(shí)性擊實(shí)曲線最優(yōu)含水量最大干密度壓實(shí)功能壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)曲線壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)第三十九頁，共50頁。2.4.2無黏性土密實(shí)度劃分的其他方法1、砂土密實(shí)度按天然孔隙比劃分2、砂土密實(shí)度按標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N劃分3、碎石土密實(shí)度按重型動力觸探擊數(shù)劃分4、碎石類土密實(shí)度的野外鑒別§2.4無黏性土的密實(shí)度第四十頁，共50頁。2.5粉土的密實(shí)度和濕度一、粉土的概念粒徑>0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%、塑性指數(shù)IP≤10的土二、粉土的密實(shí)度和濕度根據(jù)孔隙比e和含水量ω劃分密實(shí)度和濕度第四十一頁，共50頁。2.6土的脹縮性、濕陷性

和凍脹性一、土的脹縮性1、定義：黏性土具有吸水膨脹和失水收縮的兩種變形特性2、自由膨脹率3、膨脹土的判定第四十二頁，共50頁。二、土的濕陷性定義：指土在自重壓力作用下或自重壓力和附加壓力綜合作用下，受水浸濕后土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下陷的特征第四十三頁，共50頁。三、土的凍脹性定義：指土的凍脹和凍融給建筑物或土工建筑物帶來危害的變形特性影響：機(jī)理：第四十四頁，共50頁?！?.7土的工程分類

土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范-GB50007-2002分類法水利部SL237-1999分類法土的工程分類

目的：便于調(diào)查研究；便于分析評價；便于交流(基于共同的概念)

依據(jù)：最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)要求：要有一定的邏輯性、系統(tǒng)性，

綱目分明，簡單易記，便于運(yùn)用第四十五頁，共50頁?！?.5土的工程分類

巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土土漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質(zhì)量50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓礫角礫粒徑大于20mm的顆

粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于2mm