第二章土的物理性質(zhì)一、土的基本物理性質(zhì)二、粘性土的稠度狀態(tài)及可塑性三、粘性土的脹縮性和崩解性四、土的透水性和毛細性第二章土的物理性質(zhì)一、土的基本物理性質(zhì)二、粘性土的稠度狀態(tài)土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(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(三相間的比例關(guān)系)表示影響力學特性密實度稠度土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系密實程度干濕程度……定義土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標表示影響力學特性

土的物理性質(zhì)主要研究：

1、土的三相體系間質(zhì)量與體積間的比例關(guān)系，如密度、空隙性等，稱基本物理性質(zhì)，共有9個指標。

2、固體與液體間相互作用表現(xiàn)出來的性質(zhì)如稠度、可塑性、脹縮性、透水性等，稱水理性質(zhì)。

土的物理性質(zhì)主要研究：空氣Air三相示意圖水Water固體Solidma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積空氣Air三相示意圖水Water固體Solidm1.密度土粒密度

s

實測指標

土的天然密度

實測指標土的干密度

d

飽和密度

sat土的物理性質(zhì)指標空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積土的物理性質(zhì)指標空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVs2.含水性指標天然含水率w實測指標飽和含水率wsat

飽和度sr3.空隙性孔隙率n

孔隙比e空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積2.含水性指標空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsV指標含及其確定方法：實測指標土粒密度

s：定義：單位體積內(nèi)土顆粒的

質(zhì)量表達式：s=ms/Vs

單位：

kg/m3或

g/cm3一般范圍：粘性土2.70~2.75g/cm3，砂土2.65g/cm3

空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積指標含及其確定方法：實測指標土的天然密度：定義：天然狀態(tài)下單位體積內(nèi)土的質(zhì)量。表達式：單位：kg/m3或

g/cm3一般范圍：1.60~2.20g/cm3空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積土的物理性質(zhì)ppt課件注意區(qū)別：1）含義上：

s是固體相部分質(zhì)量，只與土中的礦物組成有關(guān)，與孔隙性和含水性無關(guān)；而是天然狀態(tài)下單位體積內(nèi)土的質(zhì)量，與兩者均有關(guān)。2）測定方法上：

s用擾動土樣，采用比重瓶法測定，用原狀土樣，采用環(huán)刀法或蠟封法測定。3）數(shù)值上：

s>

注意區(qū)別：指標含及其確定方法：實測指標土的天然含水率w：定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)

量之比，用百分數(shù)表示表達式：單位：無量綱一般范圍：

變化范圍大，可超過100%測量方法：室內(nèi)一般用烘干法。空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積可表示同一種土的松密，二者之間存在關(guān)系：表示土中孔隙含量的指標砂類土：28-35%粘性土：30-50%，有的可達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,用百分數(shù)表示可用三相草圖推出空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積可表示同一種土的松密，二者之間存在關(guān)系：表示土中孔隙含量的土的物理性質(zhì)ppt課件指標含及確定方法：換算指標：

1、干密度

d：定義：土中孔隙完全沒有水

時的密度表達式：

d=ms/V

KN/m3g/cm3

它可用和w換算。

空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積指標含及確定方法：空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwV2、飽和密度

sat：土中孔隙完全被水充滿時

的密度。空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積飽和容重：2、飽和密度sat：空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaV3、有效容重（浮容重）表達式：物理意義：地下水位以下，土體受水的浮力時單位體積的質(zhì)量。天然密度干密度飽和密度3、有效容重（浮容重）天然密度4、飽和含水率（wsat)：指土飽和時，所含水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比。%。5、飽和度（Sr）：指土中水的體積與空隙體積之比的%。表示孔隙的飽和程度?？諝馑腆wma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積6、孔隙率n：指土中孔隙體積與土總體積之比的%。7、孔隙比e：指土中孔隙體積與固體體積之比6、孔隙率n：指土中孔隙體積與土總體積之比的%。上述ρ,ρs,w,ρd,ρsat,,wsat,sr,n,e一共10個物理性質(zhì)指標，是否各自獨立，互不相干呢？不是，通常實驗室測定ρ,ρs,w后，其余7個指標可以通過三相草圖換算而得。因為三相草圖是相對比例關(guān)系，為了計算方便，我們可以設(shè)其中一個部分為1，例如設(shè)Vs=1上述ρ,ρs,w,ρd,ρsat,,wsat,sr,§1.3土的物理狀態(tài)

–

物理性質(zhì)指標

小結(jié)土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系定義三相草圖法室內(nèi)測定三個基本物理性質(zhì)指標：土的密度土粒密度土的含水量其它物理性質(zhì)指標孔隙含量含水程度密度和容重特點:指標概念簡單，數(shù)量很多要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、

單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別密實程度干濕程度……§1.3土的物理狀態(tài)–物理性質(zhì)指標小結(jié)土的物理性質(zhì)ppt課件4、某住宅地基勘察中，由一個原狀土試驗測得：土的天然密度ρ=1.85kN/m3,土粒密度ρs=2.75kN/m3,土的天然含水量w=20%。求其余6個指標1、已知一塊飽和原狀土樣，其體積為17.40cm3，重29.8g，經(jīng)105度溫度下烘干后，重19.6g。求：w、

s、e、

d

、

sat。2、在野外試驗中用體積為90cm3的環(huán)刀取原狀土樣，稱得質(zhì)量為154g，送回試驗室后稱得重量148g，并測得w=15%，s=2.7g/cm3。求

、

d、w、e、n、wsat、sr。3、一塊體積為27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在體積不變的情況下飽和，飽和后的重量56.7g。求

s。4、某住宅地基勘察中，由一個原狀土試驗測得：土的天然密度ρ=1、已知一塊飽和原狀土樣，其體積為17.40cm3，重29.8g，經(jīng)105度溫度下烘干后，其重為19.6g，求：w,

s,e,d,sat,解：1、已知一塊飽和原狀土樣，其體積為17.40cm3，重29.2.在野外試驗中用體積為90cm3的環(huán)刀取原狀土樣，稱得質(zhì)量為154g，送回試驗室后稱得重量148g，并測得w=15%,

s=2.7g/cm3.求

,

d,w,e,n,wsat,sr.已知：V=90cm3,m=154g，m’=148g,w’=15%,

s=2.7g/cm3.解：土樣從野外送回試驗室的過程中，土的重量減輕了。說明土的水分損失了一部分，所以試驗室測得的含水率偏小。真正的含水率應(yīng)根據(jù)含水率的概念確定。2.在野外試驗中用體積為90cm3的環(huán)刀取原狀土樣，稱得質(zhì)量....89.01%0.47)%1()%1(%9.59%9.32)%()%()/(1.17)/(71.1)/(3.14)/(43.1%7.197.12815.0%15148.%,7.243.17.2143.1111339015433907.1287.1287.128154148答：為：真正的解得得：代入而不會變其中總質(zhì)量而=-==-=-====-=-=========\=====-==--dssdsatsdssswenswmKNcmgmKNcmgwwgmwwwmgmmmmwwwrsatdsmmsswmmrrrrrrrr....89.01%0.47)%1()%1(%9.59%9.3.一塊體積為27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在體積不變的情況下飽和，飽和后的重量56.7g。求

s.

已知：V=27cm3，ms=47.25g，msat=56.7g解：3.一塊體積為27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在體積二、粘性土的稠度狀態(tài)及可塑性1.稠度與界限含水率粘性土由于含水率不同，可表現(xiàn)出稀稠軟硬程度不同的物理狀態(tài)（如固態(tài)、可塑態(tài)及流動態(tài)），稱為土的稠度。即：

說明隨w的增大，土的狀態(tài)發(fā)生了變化；也說明土中顆粒的活動性隨w的增大變得容易，即水與顆粒的表面現(xiàn)象越明顯。

由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N時的含水率叫界限含水率，如由態(tài)到塑態(tài)到流態(tài)。固態(tài)塑態(tài)流態(tài)固體態(tài)半固態(tài)粘塑態(tài)稠塑態(tài)粘流態(tài)液流態(tài)W小W大觸變限塑限Wp粘著限收縮限液限wl二、粘性土的稠度狀態(tài)及可塑性1.稠度與界限含水率固態(tài)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)強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水w土顆粒強結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強結(jié)合水強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)相當數(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

根據(jù)土的不同狀態(tài)，有幾種界限含水率。包括：收縮限、塑限、粘著限、液限、觸變限等，又稱阿太堡界限。塑限wp：由半固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軕B(tài)的界限含水率。液限wL：由可塑態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)的界限含水率。塑限的實測常用搓條法；液限的測定常用錐式液限儀或蝶式液限儀。

固態(tài)塑態(tài)流態(tài)固體態(tài)半固態(tài)粘塑態(tài)稠塑態(tài)粘流態(tài)液流態(tài)W小W大觸變限塑限Wp粘著限收縮限液限wl根據(jù)土的不同狀態(tài)，有幾種界限含水率。包2、塑性指數(shù)及土的塑性指數(shù)分類如果土的天然含水率介于塑限和液限之間時，土將處于塑性狀態(tài)，這時土可被塑成任意形狀而不發(fā)生斷裂，這種性質(zhì)叫可塑性。

塑性指數(shù)（Ip）是指液限與塑限的差值。

Ip=wL-wp

Ip愈大，說明土的可塑狀態(tài)的范圍越大，可塑性越好，反之亦然。Ip=0時，土無可塑性。

Ip的大小主要取決于土中粘粒的含量及其礦物成分。土中粘粒含量越高，礦物的親水性越好，Ip越大，反之，就小。

思考：砂和礫石類土是否有可塑性,why?2、塑性指數(shù)及土的塑性指數(shù)分類

土按塑性指數(shù)的分類，各部門有所區(qū)別，界限也有區(qū)別。國標準《巖土工程勘察規(guī)范》中規(guī)定：

分類不足之處在于：不同的液限和塑限可能得出相同的塑性指數(shù)，即土類型相同，但其性質(zhì)可能完全不同。為解決這一問題，提出了用塑性圖對細粒土分類。如國標中就采用了這一分類方法。如圖：土按塑性指數(shù)的分類，各部門有所區(qū)別，界限也CLCLO1030塑性指數(shù)IpIp=10Ip=7MLMLOMHMHOCHCHOA80604020100液限Wl(%)C代表粘土M代表粉土O代表有機質(zhì)A線：Ip=0.63(Wl-20)CL1030塑性指數(shù)IpIp=10MLMHCHA806040

如果土中含有有機質(zhì)就用代號O。例如CHO為有機質(zhì)高液限粘土類。另外還有一些別的規(guī)定。如果土中含有有機質(zhì)就用代號O。例如CHO為3.液性指數(shù)及稠度狀態(tài)分級

液性指數(shù)

可以看出：

當w<wp時，IL<0，土將處于固體狀態(tài)；當w>wL時，(w-wp>WL-WP)，IL>1,土將處于流動狀態(tài)；當wp

w

wL時，0

IL

1，土將處于可塑狀態(tài)；因此，IL的大小實際上反映了土的天然稠度狀態(tài)。按IL將土劃分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種狀態(tài)。

3.液性指數(shù)及稠度狀態(tài)分級

從土的力學性質(zhì)角度，考察土的稠度狀態(tài)：實際上，IL反映了土的強度和壓縮性，IL越大，土將處于軟塑或流塑狀態(tài)，土體的強度就低，壓縮性高，承載力低；反之，IL越小，土處于堅硬或硬塑狀態(tài)，土的強度就高，壓縮性就低，承載力大。液性指數(shù)IL00<IL0.250.25<IL0.750.75<IL1.00IL>1.00稠度狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑從土的力學性質(zhì)角度，考察土的稠度狀態(tài)三、粘性土的脹縮性和崩解性

1.脹縮性包括膨脹性與收縮性：是指粘性土由于含水率增加或減少而引起體積增大（膨脹）或減少（收縮）的性質(zhì)。一般來說，粘性土不同程度的具有脹縮性。

產(chǎn)生原因：由于土顆粒表面的結(jié)合水（水化）膜厚度產(chǎn)生了變化，從而導(dǎo)致礦物顆粒間引力變化，進而產(chǎn)生了土的脹縮性。

評價指標：膨脹率、膨脹力、線膨脹率、體縮率等。

三、粘性土的脹縮性和崩解性1.脹縮性包括膨2.崩解性：指粘性土隨含水率增加而發(fā)生崩散解體的性能。崩解形式：散粒崩解、鱗片狀崩解、碎塊狀或崩裂狀崩解。具體形式主要取決于土的礦物成分、粒度成分、結(jié)構(gòu)及膠結(jié)程度等。

產(chǎn)生原因：由于浸水后，土顆粒間產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，使局部顆粒間的斥力超過吸引力，造成這些顆粒崩落。

評價指標：崩解速度和崩解時間2.崩解性：四、土的透水性和毛細性

土的透水性在評價水庫、渠道等水工建筑物的滲漏和浸沒問題時，具有重要意義。四、土的透水性和毛細性土的透水性在評價水土體中的滲流土顆粒土中水滲流土是一種碎散的多孔介質(zhì)，其孔隙在空間互相連通。當飽和土中的兩點存在能量差時，水就在土的孔隙中從能量高的點向能量低的點流動水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象稱為滲流土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性土體中的滲流土顆粒土中水滲流土是一種碎散的多孔介質(zhì)，其孔隙在是土中孔隙直徑大小的主要影響因素因由粗顆粒形成的大孔隙可被細顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細顆粒所控制。因此，土的滲透系數(shù)常用有效粒徑d10來表示，如哈臣公式：土的性質(zhì)水