1、第二章 土的物理性質(zhì)及分類,2.1 概述 2.2 土的三相比例指標 2.3 粘性土的物理特征 2.4 無粘性土的密實度 2.5 粉土的密實度和濕度 (略) 2.6 土的脹縮性、濕陷性和凍脹性 (自學了解) 2.7 土的分類,主要內(nèi)容,第二章 土的物理性質(zhì)及分類,2.1 概述,滲透特性 變形特性 強度特性,土的三相組成 土的物理性質(zhì) 土的物理狀態(tài) 土的結構,決定,影響,土的形成,2.2 土的三相比例指標,2.2.1 土的三相比例指標 為便于說明這些物理性質(zhì)指標的定義和它們的換算關系，常用三相圖表示土體內(nèi)三相的相對含量。,2.2.2 指標的定義,一、 三個基本物理性質(zhì)指標 土粒相對密度(比重)ds

2、; 土的含水量; 土的密度,(1)土粒相對密度(土粒比重)ds,定義：土粒的質(zhì)量與同體積的4時純水的質(zhì)量之比（無量綱） 表達式 ： w14時純水的密度,等于1g/cm3; s土粒密度，即土粒單位體積的質(zhì)量，g/cm3 一般情況下，土粒相對密度ds在數(shù)值上等于土粒密度s，但兩者的含義不同。, 土粒相對密度變化不大，一般從2.652.76，土粒越細，ds越大。見P32表2-1 特殊情況：有機質(zhì)土 2.42.5 泥炭土 1.51.8 土粒比重可在實驗室用“比重瓶法”測定。（擾動樣）,土的相對密度ds,（2）土的含水量（含水率）,土的含水量： 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示 表達式：,含水量

3、是衡量土的含水程度（濕度）的一個重要指標，小則土干， 大則土濕。 堅硬的粘性土可小于30%，飽和軟粘土可達60%。 含水量一般用“烘干法”測定,土的含水量,測定方法： 烘干法。先稱出天然濕土的質(zhì)量，然后放在烘箱里，在100105下烘干，稱干土的質(zhì)量。,（3）土（體）的密度,天然狀態(tài)下的變化范圍較大 粘性土 =1.82.0 g/cm3 砂 土 =1.62.0 g/cm3 腐質(zhì)土 =1.51.7 g/cm3 土的密度一般用“環(huán)刀法”測定。（原狀土）,土的密度,測定方法：環(huán)刀法,二、特殊條件下土的密度,定義：單位土體積內(nèi)土粒的質(zhì)量 表達式：,（1）土的干密度d,一般 d=1.31.8 g/cm3,干

4、密度d,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是評價土密實程度的指標，干密度或干重度越大表明土越密實，反之越疏松。常用它來控制填土工程的施工質(zhì)量。,（2）飽和密度sat,定義： 土中孔隙被充滿水時，單位土體積的質(zhì)量 表達式：,w w1=1g/cm3 sat=1.82.3 g/cm3,（3）土的浮密度（有效密度）,定義： 地下水位以下，土單位體積中土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差 表達式：,土的質(zhì)量密度共有4個即 ;d ;sat ;,在后面計算土的自重應力時要用重力密度,簡稱重度(kN/m3)。它們的換算關系是： = g d = dg sat = sat g =

5、g 1 g = 9.807 m/s2 10 m/s2 ； 1N = 1 kg.m/s2 例如： =g=1t/m310 m/s2 =10103 (kg.m/s2)/m3=10KN/m3,各種密度、重度之間的比較,三、描述土的孔隙體積相對含量的指標,（1）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 表達式：,孔隙比是一個重要的物理力學指標，可用來評價天然土層的密實程度。 e0.6 是密實的低壓縮性土 e1.0 是疏松的高壓縮性土,（2）土的孔隙率n,定義： 土中孔隙的體積與土的總體積之比，以百分數(shù)表示 表達式：, e、n 越大，土中孔隙越多，土越疏松，壓縮性越大。,（3）土的

6、飽和度Sr,定義： 土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分數(shù)表示 表達式：, Sr 反映了土中孔隙水充滿的程度，理論上如果Sr =100%是完全飽和的； Sr =0是干土。, 通常可根據(jù)飽和度的大小將細砂、粉砂劃分為稍濕、很濕、飽和三種狀態(tài)。,土中粘粒成分越多，Sr可以達到越高的值。,土的飽和度Sr,2.2.3 指標間換算 (自學P3336),常用的物理性質(zhì)指標共有9個，一般說，已知其中任意3個，通過換算，可以求其余6個。,作業(yè):P61 2-2; 2-3,2.3 粘性土的物理特征,粘性土的軟硬狀態(tài),也稱稠度狀態(tài),稠度狀態(tài)與含水量有關,粘性土,含水量,較硬,變軟,流動,可塑性：粘性土在一定含水

7、量范圍內(nèi)可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，當外力移去后仍然保持原形的特性。 阿太堡界限：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài)的界限含水量。,2.3 粘性土的物理特征,2.3.1 粘性土的可塑性及界限含水量,縮限 塑限 液限,塑限p,液限l,稠度界限,粘性土的稠度反映土中水的形態(tài),固態(tài)或半固態(tài),塑態(tài),流態(tài),強結合水膜最大,出現(xiàn)自由水,強結合水,弱結合水,自由水,稠度狀態(tài),含水量,土中水的形態(tài),w,液限 (L) 流動狀態(tài)與可塑狀態(tài)的界限含水量，可塑狀態(tài)的 上限含水量,塑限(p) 可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水量，可塑狀態(tài)的下限含水量,縮限 (s) 半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)的界限含水量，即粘性土隨著含水量的

8、減小而體積開始不變的含水量。,粘性土的界限含水量,粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N狀態(tài)是逐漸過渡的，并無明確的界限。目前工程上只是根據(jù)某些通用的試驗方法測定這些界限含水量(阿太堡界限)。,液、塑限測定方法：,塑限測定（搓條）：調(diào)制均勻的濕土樣，在毛玻璃上搓滾成3毫米直徑的土條，若這個時刻恰好出現(xiàn)橫向裂縫，就把土條的含水率定為塑限 液限測定（錐式液限儀）：取代表性試樣，加入純水調(diào)制試樣，用電磁落錐測定76g的圓錐從試樣表面在自重作用下經(jīng)5秒恰好沉入試樣10mm的深度。這時杯內(nèi)土樣的含水量為塑限。,2.3.2 粘性土的物理狀態(tài)指標,液限和塑限之差的百分數(shù)值（去掉百分號）成為塑性指數(shù),塑性指數(shù)表示：塑

9、態(tài)時含水量變化范圍；結合水含量多少；土粒的細度；土中水的離子成分濃度；粘土的礦物成分。 IP工程上用來對粘性土分類。,（1）塑性指數(shù)IP,粘性土即使具有相同的含水率，也未必處于同樣的狀態(tài)，粘性土的狀態(tài)用液性指數(shù)來判別。 液性指數(shù)表征了土的天然含水量與界限含水率之間的相對關系，表達了天然土所處的狀態(tài)。,（2）液性指數(shù) IL,粘性土的狀態(tài)指標,判定,土處于堅硬狀態(tài),土處于可塑狀態(tài),土處于流動狀態(tài),IL是反映土的稠度狀態(tài)的指標， IL越小，土越硬， IL越大，土越軟。 建筑地基基礎設計規(guī)范GB50007規(guī)定：,堅硬 硬塑 可塑 軟塑 流塑,其他行業(yè)規(guī)定請參考相應規(guī)范如JTJ024-85等 交通部公路

10、橋涵地基與基礎設計規(guī)范,塑態(tài),（3） 天然稠度 (交通部門),土的天然稠度是指原狀土樣測定的液限和天然含水量的差值與塑性指數(shù)之比。 用符號c表示，即： （2-12） 用烘干法； L、p 用聯(lián)合測定法； 實測 路床表面以下80cm深度內(nèi)的平均稠度，再按表2-5確定（P39）,c=（L-）/（Ip）,m0.002: 粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比,（1）粘性土的活動度 定義:能反映粘性土中所含礦物的活動性的指標.,2.3.3 粘性土的活動度、靈敏度和觸變性,皂土 A=1.11 高嶺土 A=0.29,指與水的親和能力,以蒙脫石為主的土,Ip相近時,此小節(jié)僅要求了解認識,（2）粘

11、性土的靈敏度 土的結構對土強度影響的靈敏程度,2.3.3 粘性土的活動度、靈敏度和觸變性,1.0 St 2.0 低靈敏土 2.0 St 4.0 中靈敏土 St 4.0 高靈敏土,低靈敏土,中靈敏土,高靈敏土,1 2 4 St,（3）粘性土的觸變性 觸變性：飽和粘性土受到擾動后，結構破壞，強度降低，當靜置一段時間后，土的強度又隨時間部分恢復的現(xiàn)象。,2.3.3 粘性土的活動度、靈敏度和觸變性,攪拌、揉搓、壓實、振動等,恢復的原因： 土顆粒重新排列 膠體重新凝聚 結合水膜重新調(diào)整,土顆粒間的聯(lián)結被破壞后，觸變效應只能靠土粒間的電分子引力恢復強度，因此只能部分恢復。,無粘性土：一般指砂（類）土和碎石

12、（類）土。 無粘性土的特征： （1）粘粒含量甚少 （2）無可塑性 （3）單粒結構 對無粘性土來說，土體的松密程度對土的工程性質(zhì)影響很大。 土的密實程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好；密實的無粘性土是良好的天然地基。 土的密實程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差。密實度低的飽和粉、細砂在振動荷載下極易液化。,2 .4 無粘性土的密實度,1964年日本新瀉地震地基的大面積液化,注意結構本身沒有發(fā)生明顯破壞，但因地基破壞建筑物整體傾斜甚至倒下。,2 .4 無粘性土的密實度,2.4.1 砂土的相對密實度,相對密實度Dr,定義（理論表達式）,emax: 最大孔隙比；將松散的風干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒

13、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,emin: 最小孔隙比；將松散的風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,定義（實用表達式）,無粘性土處于最密實的狀態(tài),無粘性土處于最疏松的狀態(tài),按Dr對砂土密實度的劃分 公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范（JTJ02485）,疏松 中密 密實,1/3 2/3,按Dr對砂土的其他分類請參見相應行業(yè)規(guī)范,2.4.1 無粘性土密實度劃分的其他方法 (略),2.5 粉土的密實度和濕度 (略),2.6 土的脹縮性、濕陷性和凍脹性 (自學了解),標貫擊數(shù)（砂）、重型動力觸探（礫）、碎石

14、土野外鑒定,（GB50021-2001）中規(guī)定，粉土密實度和濕度分別根據(jù)e和劃分。P46表2-14，2-15,2.7 土的分類,2.7.1 土的分類原則和標準 原則： 簡明的原則 工程特性差異的原則,建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2011),公路土工試驗規(guī)程（JTJ051-93）,土的分類標準(GBJ 145-90),公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范(JTJ024-85),水電部SD128-48分類法,.碎石土 2mm的 50% .砂土 0.075mm的 50% .粉土 0.075mm的 50% Ip10 .粘性土 Ip10 特殊土（其他） 表2-25,2.7 土的分類,2.7.2 建筑地基

15、土的分類,(有機質(zhì)土、泥炭質(zhì)土、泥炭),淤泥質(zhì)土 淤泥,l,1.0e1.5 e1.5,建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002),作為建筑地基的巖土，可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。 碎石土為粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土。分類見下表：,2.7 土的分類,2.7.2 建筑地基土的分類,建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2011),表4.1.5 碎石土的分類,砂土為粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%的土。,2.7 土的分類,2.7.2 建筑地基土的分類,建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2011),砂土的密實度，可按表4.1.8分為松散、稍密、中密、密實。,2.7 土的分類,2.7.2 建筑地基土的分類,建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2011),靜力觸探機正在作業(yè),2.7 土的分類,2.7