土力學(xué)第一章中南大學(xué)

1、第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成 1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 1.4 1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 1.5 1.5 土的工程分類土的工程分類 1.6 1.6 土的壓實性土的壓實性 1.1 土土 的的 形形 成成 土土巖石巖石 風(fēng)化、搬運、沉積風(fēng)化、搬運、沉積 地質(zhì)成巖作用地質(zhì)成巖作用 土的組成、結(jié)構(gòu)土的組成、結(jié)構(gòu) 和物理力學(xué)性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì) 過程、條件過程、條件 風(fēng)化作用：風(fēng)化作用：由于氣溫變化、大氣、水分及生物活動由于氣溫變化、大氣、水分及生物活動 等自然條件使巖石產(chǎn)生破壞的地

2、質(zhì)作用。等自然條件使巖石產(chǎn)生破壞的地質(zhì)作用。 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化生物風(fēng)化 巖石和土的粗顆粒受各種氣巖石和土的粗顆粒受各種氣 候等物理因素的影響產(chǎn)生脹候等物理因素的影響產(chǎn)生脹 縮而發(fā)生裂縫縮而發(fā)生裂縫, ,或在運動過或在運動過 程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是顆粒大小發(fā)生量的變化是顆粒大小發(fā)生量的變化 礦物成分與母巖相同，稱原礦物成分與母巖相同，稱原 生礦物生礦物 產(chǎn)生無粘性土產(chǎn)生無粘性土 母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)母巖表面和碎散的顆粒受環(huán) 境因素的作用而改變其礦物境因素的作用而改變其礦物 的化學(xué)成分，形成新的礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物 顆粒成分發(fā)生質(zhì)的

3、變化顆粒成分發(fā)生質(zhì)的變化 礦物成分與母巖不同，稱次礦物成分與母巖不同，稱次 生礦物生礦物 形成十分細微的土顆粒，最形成十分細微的土顆粒，最 主要為粘性顆粒及可溶鹽類主要為粘性顆粒及可溶鹽類 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化生物風(fēng)化 包括植物、動物和土壤微包括植物、動物和土壤微 生物的作用生物的作用 可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化可加劇物理和化學(xué)風(fēng)化 構(gòu)成土中有機質(zhì)和營養(yǎng)物構(gòu)成土中有機質(zhì)和營養(yǎng)物 質(zhì)的生物循環(huán)質(zhì)的生物循環(huán) 導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變導(dǎo)致腐殖質(zhì)的形成，改變 土壤的結(jié)構(gòu)土壤的結(jié)構(gòu) 物理風(fēng)化物理風(fēng)化 化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化 生物風(fēng)化生物風(fēng)化 殘積土殘積土 無搬運無搬運 運積土運積土 有搬運有搬

4、運 土的沉積類型土的沉積類型 母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖 屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運殘屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運殘 留在原地的堆積物留在原地的堆積物 殘積土殘積土 強風(fēng)化強風(fēng)化 弱風(fēng)化弱風(fēng)化 微風(fēng)化微風(fēng)化 母巖體母巖體 顆粒表面粗糙顆粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗細不均粗細不均 無明顯層理無明顯層理 殘積土殘積土 無搬運無搬運 運積土運積土 有搬運有搬運 風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的 作用搬運到遠近不同的地點所沉積作用搬運到遠近不同的地點所沉積 的堆積物的堆積物 坡積土：土粒粗細不同，性質(zhì)不均坡積土：土粒粗細不同，性質(zhì)不均 洪積土：有分選性，

5、近粗遠細洪積土：有分選性，近粗遠細 沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭 湖泊沼澤沉積土：含有機物淤泥，土性差湖泊沼澤沉積土：含有機物淤泥，土性差 海相沉積物：顆粒細，表層松軟，土性差海相沉積物：顆粒細，表層松軟，土性差 冰積土：土粒粗細變化較大，性質(zhì)不均勻冰積土：土粒粗細變化較大，性質(zhì)不均勻 風(fēng)積土：顆粒均勻，層厚而不具層理風(fēng)積土：顆粒均勻，層厚而不具層理 第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成 1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 1.4 1.4 土的物理狀態(tài)土的物

6、理狀態(tài) 1.5 1.5 土的工程分類土的工程分類 1.6 1.6 土的壓實性土的壓實性 土中氣體土中氣體 氣相氣相 次要作用次要作用 固體顆粒固體顆粒 固相固相 構(gòu)成土體骨架構(gòu)成土體骨架 起決定作用起決定作用 土中水土中水 液相液相 重要影響重要影響 1.2土體的三相構(gòu)成土體的三相構(gòu)成 飽和土飽和土 ：土體孔隙完全被水充滿：土體孔隙完全被水充滿 干干 土土 ：土體孔隙完全被氣充滿：土體孔隙完全被氣充滿 非飽和土：孔隙中水和氣均存在非飽和土：孔隙中水和氣均存在 固體顆粒固體顆粒 - - 顆粒大小顆粒大小 粒組粒組 按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類 界限粒徑

7、界限粒徑 d (mm) 礫石礫石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒膠粒膠粒 60 2 0.075 0.0050.002 0.250.5520 粗 中 細粗 中 細 0.075 粗粒粗粒細粒細粒 粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。 細粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。細粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。 巨粒巨粒 60 固體顆粒固體顆粒 - - 粒徑級配粒徑級配 F 粒徑級配：粒徑級配：各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分各粒組的相對含量，用質(zhì)量百分 數(shù)來表示數(shù)來表示 F 分析方法：分析方法： 篩分法：適用于粗粒

8、土篩分法：適用于粗粒土 孔徑大小不同的篩子孔徑大小不同的篩子 水分法：適用于細粒土水分法：適用于細粒土 常采用比重計法常采用比重計法 F 表述方法表述方法: : 粒徑級配累積曲線粒徑級配累積曲線 固體顆粒固體顆粒 - - 粒徑級配粒徑級配 孔徑孔徑 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 (0.075) 200g土土 篩余篩余 0 10 16 18 24 22 38 72 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P P（）（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.0

9、01 粒徑粒徑(mm)(mm) P 100 95 87 78 66 55 36 土的粒徑級配土的粒徑級配 累積曲線累積曲線 水分法水分法 粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005 百分數(shù)百分數(shù)P(%)P(%)262613.513.51010 篩篩 分分 法法 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001 粒徑粒徑(mm)(mm) 土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線 固體顆粒固體顆粒 級配曲線級

10、配曲線 d60d50 d10 d30 特征粒徑特征粒徑: 斜率斜率: : 某粒徑范圍內(nèi)顆某粒徑范圍內(nèi)顆 粒的含量粒的含量 陡陡- -相應(yīng)粒組含量多相應(yīng)粒組含量多 緩緩- -相應(yīng)粒組含量少相應(yīng)粒組含量少 平臺平臺- -相應(yīng)粒組缺乏相應(yīng)粒組缺乏 d50 : 平均粒徑平均粒徑 d60 : 控制粒徑控制粒徑 d10 : 有效粒徑有效粒徑 d30; 中間粒徑中間粒徑 土的粗細度：用土的粗細度：用d50 表示表示 土的不均勻程度：用不土的不均勻程度：用不 均勻系數(shù)：均勻系數(shù)： Cu = d60 / d10 表示， 表示，Cu 5，稱為不均，稱為不均 勻土，反之稱為均勻土勻土，反之稱為均勻土 連續(xù)程度連續(xù)程

11、度: 用曲率系數(shù)用曲率系數(shù) Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量度量, Cc=13為連續(xù)級為連續(xù)級 配配, 33或或13 或或 Cc1為級配不連續(xù)土為級配不連續(xù)土 F 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)和曲率系數(shù)Cc 用于判定土的級配優(yōu)劣：用于判定土的級配優(yōu)劣： Cu 5且且 Cc=13為級配為級配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰點處于零下幾十度冰點處于零下幾十度 完全不能移動，具有固體的特性完全不能移動，具有固體的特性 溫度略高于溫度略高于100C時可蒸發(fā)時可蒸發(fā) - 弱結(jié)合水：弱結(jié)合水： 受電場引力作用，為粘滯水膜受電場引力作用，為粘滯水膜 外力

12、作用下可以移動外力作用下可以移動 不因重力而流動，有粘滯性不因重力而流動，有粘滯性 粘土粘土 顆粒顆粒 - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + 引力引力 d 水分子水分子 陽離子陽離子 強結(jié)合水強結(jié)合水 弱結(jié)合水弱結(jié)合水 自由水自由水 土中水土中水 結(jié)合水結(jié)合水 n 結(jié)合水：結(jié)合水：受顆粒表面電場作用力受顆粒表面電場作用力 吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水 壓力，不能任意流動的水壓力，不能任意流動的水 - 毛細水：由于土體孔隙的毛細毛細水：由于土體孔隙的毛細 作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。 毛細水承受

13、表面張力和重力的毛細水承受表面張力和重力的 作用作用 - 重力水：自由水面以下的孔隙重力水：自由水面以下的孔隙 自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土 中自由流動中自由流動 土中水土中水 自由水自由水 n 自由水：不受顆粒電場引自由水：不受顆粒電場引 力作用的孔隙水力作用的孔隙水 hc 毛細水毛細水 重力水重力水 生活在水面收縮膜生活在水面收縮膜 頂面和地面的昆蟲頂面和地面的昆蟲 水蜘蛛水蜘蛛 仰泳的仰泳的 水蜘蛛水蜘蛛 收縮膜收縮膜 內(nèi)壓內(nèi)壓 外壓外壓 液體液體1 液體液體2 界面張力界面張力 界面張力界面張力 毛管中流體的界面效應(yīng)毛管中流體的界面效應(yīng) T dk w 空氣空氣

14、固體固體 = =濕潤角濕潤角 水水 a T =界面張力界面張力 D Dk k= =毛管直徑毛管直徑 ua-uw ua-uw =壓力差壓力差 毛毛 細細 管管 hc 土中毛細水上升高度土中毛細水上升高度 T 2r r T hc cos2 上升高度上升高度 r2hc w=2 rTcos 毛細升高與孔徑成反比毛細升高與孔徑成反比 粘粘 土土 粉粉 土土 砂砂 土土 礫礫 石石 張力張力T T uc 水水 hc 2r uc= -hc w 水壓水壓 + - T T 則毛細壓力：則毛細壓力： 2rTcos+ucr2 = 0 cc hu 毛細管中的毛細管中的 負靜水壓力負靜水壓力 毛細水壓力毛細水壓力 土顆

15、粒縫隙處的彎液面土顆?？p隙處的彎液面 r 空氣空氣 水水 固體顆粒固體顆粒 彎液面彎液面 F在非飽和土中，孔隙中含在非飽和土中，孔隙中含 有水和氣，此時水多集中有水和氣，此時水多集中 于顆粒間的縫隙處，稱毛于顆粒間的縫隙處，稱毛 細角邊水。細角邊水。 F由于毛細張力的作用，會由于毛細張力的作用，會 形成如圖所示的彎液面，形成如圖所示的彎液面， 使毛細角邊水產(chǎn)生負壓力，使毛細角邊水產(chǎn)生負壓力， 顆粒則受正壓力。顆粒則受正壓力。 F這是稍濕的砂土顆粒間存這是稍濕的砂土顆粒間存 在假凝聚力的原因在假凝聚力的原因 氣相氣相 - - 土中氣土中氣 F自由氣體：與大氣連通的氣體自由氣體：與大氣連通的氣體

16、對土的性質(zhì)影響不大對土的性質(zhì)影響不大 F封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體 其體積與壓力有關(guān)。會增加土的彈性；其體積與壓力有關(guān)。會增加土的彈性； 阻塞滲流通道，降低滲透性阻塞滲流通道，降低滲透性 F溶解在水中的氣體溶解在水中的氣體 F吸附于土顆粒表面的氣體吸附于土顆粒表面的氣體 第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成 1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 1.4 1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 1.5 1.5 土的工程分類土的工程分類 1.6 1.6 土的壓實性土的壓實

17、性 1.3 土土 的的 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 土顆粒或粒團的空間排土顆?；蛄F的空間排 列和相互聯(lián)結(jié)列和相互聯(lián)結(jié) 原狀土和原狀土和重塑重塑 土的強度土的強度 沉積或碾壓土沉積或碾壓土 的各向異性的各向異性 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 土體土體 的性質(zhì)的性質(zhì) 土粒間的作用力土粒間的作用力 粗粒土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu) 細粒土的結(jié)構(gòu)細粒土的結(jié)構(gòu) 粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo) 粗粒土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu) F粒間作用力：粒間作用力：重力起重力起 決定性的作用。在非決定性的作用。在非 飽和土中，還受到毛飽和土中，還受到毛 細力的作用細力的作用 F排列形式：點與點排列形式：點與點 點與面點與面 單粒結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)示意圖示意圖

18、 細土顆粒間的作用力細土顆粒間的作用力 范德華力：接觸點處的分子引力，作用范圍為幾范德華力：接觸點處的分子引力，作用范圍為幾 個分子的距離，是細粒土粘結(jié)在一起的主因個分子的距離，是細粒土粘結(jié)在一起的主因 庫侖力：顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離衰庫侖力：顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離衰 減的速度比范德華力慢減的速度比范德華力慢 膠結(jié)力：土粒間通過膠體連結(jié)在一起，作用力是膠結(jié)力：土粒間通過膠體連結(jié)在一起，作用力是 化合鍵，具有較高的強度化合鍵，具有較高的強度 毛細力：土中毛細作用形成的力毛細力：土中毛細作用形成的力 土中細顆粒，比表面積大，重量輕，重力不起重要的土中細顆粒，比表面積大，重量輕，

19、重力不起重要的 作用，其他粒間力起主導(dǎo)作用：作用，其他粒間力起主導(dǎo)作用： 細粒土的結(jié)構(gòu)細粒土的結(jié)構(gòu) 形成環(huán)境形成環(huán)境 粒間作用力粒間作用力 排列形式排列形式 淡水中沉積淡水中沉積 表面力、膠結(jié)力表面力、膠結(jié)力 （粒間斥力占優(yōu)勢（粒間斥力占優(yōu)勢) ) 面與面面與面 天然通常不是單一結(jié)構(gòu)，可能是呈多種類型的綜天然通常不是單一結(jié)構(gòu)，可能是呈多種類型的綜 合結(jié)構(gòu)。往往先形成團粒合結(jié)構(gòu)。往往先形成團粒 凝聚結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu) 海水中沉積海水中沉積 表面力、膠結(jié)力表面力、膠結(jié)力 （斥力減小引力增加（斥力減小引力增加) ) 邊、角與面邊、角與面 邊、角與邊邊、角與邊 示意圖示意圖 分散結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu) 砂土的振動密實

20、和液化砂土的振動密實和液化 振動密實：松砂受振動時土顆粒在振動中調(diào)振動密實：松砂受振動時土顆粒在振動中調(diào) 整相互位置，土的結(jié)構(gòu)趨于更加整相互位置，土的結(jié)構(gòu)趨于更加 密實和穩(wěn)定。密實和穩(wěn)定。 振動液化：顆粒比較細小的砂土被水飽和，振動液化：顆粒比較細小的砂土被水飽和， 在突然振密而排水并不暢的情況在突然振密而排水并不暢的情況 下，土顆粒受到孔隙水的反作用而下，土顆粒受到孔隙水的反作用而 處于懸浮狀態(tài)，變成液體狀，稱為處于懸浮狀態(tài)，變成液體狀，稱為 液化。液化。 粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo) 靈敏度靈敏度 觸變性觸變性 S St t 1 1 1-21-2 2-42-4 4-84-8 8-1

21、68-16 1616 粘性土粘性土 不靈敏不靈敏 低靈敏低靈敏 中等靈敏中等靈敏 靈敏靈敏 很靈敏很靈敏 流動流動 3=0 相同含水相同含水 量、密度量、密度 qu qu 原狀土原狀土 重塑土重塑土 靈敏度靈敏度St：原狀土的無側(cè)限抗壓強度：原狀土的無側(cè)限抗壓強度 qu和重塑土的無側(cè)限抗壓強度和重塑土的無側(cè)限抗壓強度qu之比之比 含水量不變，密度不變，因重塑而強度含水量不變，密度不變，因重塑而強度 降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸 恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性?；謴?fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。 土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生 變化引起的，

22、是土結(jié)構(gòu)隨時間變化的變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時間變化的 宏觀表現(xiàn)。宏觀表現(xiàn)。 目前尚沒有合理的描述土觸變性的方目前尚沒有合理的描述土觸變性的方 法和指標(biāo)。法和指標(biāo)。 靈敏度靈敏度 觸變性觸變性 粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo) 第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成 1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 1.4 1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 1.5 1.5 土的工程分類土的工程分類 1.6 1.6 土的壓實性土的壓實性 1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 粗粒土的松密程度

23、粗粒土的松密程度 粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo) ( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) ) 表表 示示 影響影響力學(xué)特性力學(xué)特性 物理性質(zhì)指標(biāo)物理性質(zhì)指標(biāo) 土的三個組成相的體積土的三個組成相的體積 和質(zhì)量上的比例關(guān)系和質(zhì)量上的比例關(guān)系 密實程度密實程度 干濕程度干濕程度 特點特點: : 指標(biāo)概念簡單，數(shù)量很多指標(biāo)概念簡單，數(shù)量很多 要點：要點： 名稱、概念或定義、符號、表達式、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)別單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別 基本方法基本方法: 定義定義 三相草圖法三相草圖法 空氣空氣 Air 三

24、三 相相 草草 圖圖 水水 Water 固體固體 Solid ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 三三 相相 草草 圖圖 九個物理量九個物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m 物性指標(biāo)是比物性指標(biāo)是比 例關(guān)系例關(guān)系: 可假設(shè)可假設(shè) 任一參數(shù)為任一參數(shù)為1 wav was VVV VVVV www a aws Vm 0m mmmm 物理量關(guān)系物理量關(guān)系: 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 三個獨立變量，三個獨立變量， 干土或飽和土二干土或飽和土二 個獨立變量個獨立變量 其

25、它指標(biāo)：其它指標(biāo)： 三相草圖法計算三相草圖法計算 實驗室實驗室 測定測定 基本物理性質(zhì)試驗基本物理性質(zhì)試驗 為了確定三相草圖諸量中的三個量，通為了確定三相草圖諸量中的三個量，通 常進行三個基本的物理性質(zhì)試驗：常進行三個基本的物理性質(zhì)試驗： F 土的密度試驗土的密度試驗 F 土粒比重試驗土粒比重試驗 F 土的含水量試驗土的含水量試驗 定義：土單位體積的質(zhì)量定義：土單位體積的質(zhì)量 表達式：表達式： 單單 位位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范圍一般范圍: 1.602.20 g/cm3 aws ws VVV mm V m n 土的密度土的密度 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m

26、 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo): : 土的容重土的容重 = g 單位單位: kN/m3 工程上更常用工程上更常用, 用于計算土的用于計算土的 自重應(yīng)力自重應(yīng)力 基本試驗指標(biāo)基本試驗指標(biāo)-土的密度土的密度 定義：土粒的密度與定義：土粒的密度與4C時時 純蒸餾水密度的比值純蒸餾水密度的比值 表達式：表達式： 單單 位位: 無量綱無量綱 一般范圍：粘性土一般范圍：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.65 C4 w s C4 ws s s )(V m G n 土粒比重土粒比重Gs 基本試驗指標(biāo)基本試驗指標(biāo)-土粒比重土粒比重 C4 w =1.0 g/cm3 土粒

27、比重在數(shù)值上土粒比重在數(shù)值上 等于土粒的密度等于土粒的密度 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 基本試驗指標(biāo)基本試驗指標(biāo) - 含水量含水量 定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì) 量之比，用百分數(shù)表示量之比，用百分數(shù)表示 表達式：表達式： 單單 位位: 無量綱無量綱 一般范圍：變化范圍大一般范圍：變化范圍大 s s s w m mm m m (%)w 注意注意: : 其實是含水比其實是含水比, ,可達到或超過可達到或超過100100 n 土的含水量土的含水量W 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量

28、質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 n 可表示同一種土的松密，二者之間存在關(guān)系：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(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo) e1 e n n1 n e 砂類土：砂類土：28-35% 粘性土：粘性土：30-50%，有的可達，有的可達60-70% sv V/Ve n 孔隙比孔隙比e：土中孔隙體積與固體：土中孔隙體積與固體 顆粒體積之比顆粒體積之比, 為無量綱為無量綱 V/V(%)n v n 孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙體：土中孔隙體 積與總體積之比積與總體積之比, 用百分數(shù)表示用百分數(shù)表示 可用三相草圖推出可用三相草圖推出 空氣空氣

29、水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 表示土中含水程度的指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo) 對干土：對干土：Sr=0 對飽和土：對飽和土：Sr=1 s w m m (%)w n 含水量：含水量： v w r V V S n 飽和度：土中水的體積與孔飽和度：土中水的體積與孔 隙體積的比值隙體積的比值 飽和度表示孔隙中充滿水的飽和度表示孔隙中充滿水的 程度：程度： 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 表示土體密度和容重的指標(biāo)表示土體密度和容重的指標(biāo) n 干密度：土被烘干時的密度，干密度：土被

30、烘干時的密度， 干容重：干容重：g dd V/m sd n 天然密度天然密度 天然容重天然容重 aws ws VVV mm V m g n 飽和密度：土被飽和時的密度，飽和密度：土被飽和時的密度， 飽和容重：飽和容重： V Vm vws sat g satsat wsat n 浮容重：浮容重： 靜水下的靜水下的 有效容重有效容重 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 各種密度容重間的大小關(guān)系各種密度容重間的大小關(guān)系 dsat dsat n 天然密度天然密度 n 干密度干密度 n 飽和密度飽和密度 V mm V m ws V Vm v

31、ws sat V/m sd n 天然容重天然容重 n 干容重干容重 n 飽和容重飽和容重 n 浮容重浮容重 g dd g g satsat wsat 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw Vs Vv V 體積體積 e G V m ws 1 )1 ( 11e G V m wss d1 )1 ( 1 ws d ws GG e e eG V Vm wswVs sat 1 )( e G ws sat 1 ) 1( e e V V n V 1 e G V m V V S s WV w V w r 空氣空氣 水水 固體固體 ma=0 mw ms m 質(zhì)量質(zhì)量 Va Vw

32、 Vs Vv V 體積體積 各種指標(biāo)的換算各種指標(biāo)的換算 例題分析例題分析 【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干烘干后，干 土質(zhì)量為土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度若土粒的相對密度Gs為為2.66，求該土樣的含水量，求該土樣的含水量、密密 度度、重度重度 、干重度干重度d 、孔隙比、孔隙比e、飽和重度、飽和重度sat和有效重度和有效重度 【解】解】 %98.11 167 167187 %100 s m m 3 /87. 1 100 187 cmg V m 3 /7 .181087. 1mkNg 3 /7 .1610 100

33、167 mkNg dd 593. 01 87. 1 )1198. 01 (66. 2 1 )1 ( s G e %7 .53 593. 0 66. 21198. 0 e G S s r 3 /4 .2010 593. 01 593. 066. 2 1 mkN e eGs sat 3 /4 .10104 .20mkN wsat 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo) 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度 粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài) 土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo) ( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) ) 表表 示示 影響影響力學(xué)特性力學(xué)特性 密實度密實度 稠度稠度 粗

34、粒土的密實狀態(tài)粗粒土的密實狀態(tài) n 密實度：密實度：通常指單位體積中固體顆粒含量的多少通常指單位體積中固體顆粒含量的多少 簡單方便，但只能用于同一種簡單方便，但只能用于同一種 土，不能反映級配的影響土，不能反映級配的影響 l 物理性質(zhì)指標(biāo)：孔隙比物理性質(zhì)指標(biāo)：孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n） 干密度干密度 d d emin = 0.35 emin = 0.20 minmax max r ee ee D l 相對密度：相對密度： e emax max與 與e emin min ：最大與最小孔隙比 ：最大與最小孔隙比 F最大孔隙比最大孔隙比e emax max: : 將松散的風(fēng)干土樣通過長頸漏

35、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干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比 F最小孔隙比最小孔隙比emin : 將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容將松散的風(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)換算得到最小提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小 孔隙比孔隙比 理論上的最大與最小孔隙比理論上的最大與最小孔隙比 在室內(nèi)的測定有時很困難在室內(nèi)的測定有時很困難 粗粒土的最大與最小孔隙比粗粒土的最大與最小孔隙比 l 相對密

36、度相對密度 minmax max r ee ee D dmindmaxd maxdmindd r )( )( D 粗粒土的相對密度粗粒土的相對密度 l 粗粒土的密粗粒土的密 實度標(biāo)準(zhǔn)實度標(biāo)準(zhǔn) Dr = 0 最松狀態(tài)最松狀態(tài) Dr 1/3疏松狀態(tài)疏松狀態(tài) 1/3 2/3密實狀態(tài)密實狀態(tài) Dr = 1最密狀態(tài)最密狀態(tài) l 相對密度指標(biāo)主要用于人工填土，對天然相對密度指標(biāo)主要用于人工填土，對天然 砂土層采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法測定砂土層采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法測定 n 粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度，稠度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是指土的

37、軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的 抵抗能力抵抗能力 稠度狀態(tài)與含水量有關(guān)稠度狀態(tài)與含水量有關(guān) 粘性土粘性土 含水量含水量 較硬較硬 變軟變軟 流動流動 粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài) 塑限塑限w wp p 液限液限w wl l 粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)粘性土的稠度反映土中水的形態(tài) 固態(tài)或固態(tài)或半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài) 流動狀態(tài)流動狀態(tài) 強結(jié)合水強結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水自由水自由水 w w 土顆粒土顆粒 強結(jié)合水強結(jié)合水 弱結(jié)合水弱結(jié)合水 土顆粒土顆粒 強結(jié)合水強結(jié)合水 土顆粒土顆粒 自由水自由水 弱結(jié)合水弱結(jié)合水 強結(jié)合水強結(jié)合水 強結(jié)合水膜最大強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水出現(xiàn)

38、相當(dāng)數(shù)量自由水 粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài) 稠度界限稠度界限 稠度狀態(tài)稠度狀態(tài) 含水量含水量 土中水的形態(tài)土中水的形態(tài) 示意圖示意圖 pL p L ww ww I 液性指數(shù)：液性指數(shù)： wp w wl IL 0 堅硬堅硬(半固態(tài)半固態(tài)) 0IL 0.25硬塑硬塑 0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑流塑 土的稠度狀態(tài)土的稠度狀態(tài)液性指數(shù)液性指數(shù) 不同的粘土，不同的粘土，wp、wl 大小不同。對于不同大小不同。對于不同 的粘土，含水量相同，稠度可能不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同 F液性指數(shù)是表征土的含水量與分界含水量之液性指數(shù)是表征土的含水量與分界含水量之 間相對關(guān)系的

39、指標(biāo)。對重塑土較為合適。間相對關(guān)系的指標(biāo)。對重塑土較為合適。 pLp wwI 塑性指數(shù)塑性指數(shù) n 問題：反映的是全部土顆粒吸附結(jié)和水的能力，不能問題：反映的是全部土顆粒吸附結(jié)和水的能力，不能 充分反映粘土礦物表面活性的高低充分反映粘土礦物表面活性的高低 n 活性指數(shù)：活性指數(shù)： 002. 0 p p I A 粒徑小于粒徑小于0.002mm0.002mm顆粒的質(zhì)量顆粒的質(zhì)量 占土總質(zhì)量的百分比占土總質(zhì)量的百分比 A 1.25活性粘土活性粘土 n 定義：定義：大體上表示土的弱結(jié)合水含量大體上表示土的弱結(jié)合水含量 反映吸附結(jié)合水的反映吸附結(jié)合水的能力能力，即粘性大小，即粘性大小 大致反映粘土顆粒含

40、量大致反映粘土顆粒含量 常作為細粒土工程分類的依據(jù)常作為細粒土工程分類的依據(jù) 第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成 1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 1.4 1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 1.5 1.5 土的工程分類土的工程分類 1.6 1.6 土的壓實性土的壓實性 土的組成土的組成 土的狀態(tài)土的狀態(tài) 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范- GB50007-2002- GB50007-2002分類法分類法 水利部水利部SL237-1999SL237-1999分類法分類法

41、 1.5 土的工程分類土的工程分類 F 目的：目的： 便于調(diào)查研究；便于調(diào)查研究； 便于分析評價；便于分析評價； 便于交流便于交流 ( (基于共同的概念基于共同的概念) ) F 依據(jù)：最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)依據(jù)：最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo) F 要求：要有一定的邏輯性、系統(tǒng)性，要求：要有一定的邏輯性、系統(tǒng)性， 綱目分明，簡單易記，便于運用綱目分明，簡單易記，便于運用 巖石巖石 碎石土碎石土 砂土砂土 粉土粉土 粘性土粘性土 人工填土人工填土 土 漂石漂石 塊石塊石 圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主 棱角形為主棱角形為主 粒徑大于粒徑大于200mm200mm的顆的顆 粒超過全質(zhì)量粒超過

42、全質(zhì)量50%50% 卵石卵石 碎石碎石 圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主 棱角形為主棱角形為主 圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主 棱角形為主棱角形為主 圓礫圓礫 角礫角礫 粒徑大于粒徑大于20mm20mm的顆的顆 粒超過全質(zhì)量粒超過全質(zhì)量50%50% 粒徑大于粒徑大于2mm2mm的顆的顆 粒超過全質(zhì)量粒超過全質(zhì)量50%50% 名稱名稱 顆粒形狀顆粒形狀 粒組含量粒組含量 碎石土碎石土 建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002GB50007-2002 土的名稱土的名稱 粒組含量粒組含量 粒徑大于粒徑大于2mm2mm的顆粒占的顆粒占 全質(zhì)量全質(zhì)量25 - 50%25 - 50% 礫

43、砂礫砂 粗砂粗砂 中砂中砂 細砂細砂 粉砂粉砂 粒徑大于粒徑大于0.5mm0.5mm的顆粒的顆粒 超過全質(zhì)量超過全質(zhì)量50%50% 粒徑大于粒徑大于0.25mm0.25mm的顆的顆 粒超過全質(zhì)量粒超過全質(zhì)量50%50% 粒徑大于粒徑大于0.075mm0.075mm的的 顆粒超過全質(zhì)量顆粒超過全質(zhì)量85%85% 粒徑大于粒徑大于0.075mm0.075mm的的 顆粒超過全質(zhì)量顆粒超過全質(zhì)量50%50% 建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002GB50007-2002 巖石巖石 碎石土碎石土 砂土砂土 粉土粉土 粘性土粘性土 人工填土人工填土 砂土砂土 巖石巖石 碎石土碎石土 砂土

44、砂土 粉土粉土 粘性土粘性土 人工填土人工填土 土 粉土粉土 粘性土粘性土 n 粘性土：粘性土：塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip10的土的土 粉質(zhì)粘土：粉質(zhì)粘土：10I1017的土的土 非活性粘土：非活性粘土： A 1.25 n 粉土：粉土：粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于的顆粒含量小于 全質(zhì)量全質(zhì)量50%而塑性指數(shù)而塑性指數(shù)Ip 10的土的土 建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002GB50007-2002 水利部水利部SL237-1999SL237-1999分類法分類法 土顆粒組成及其特性土顆粒組成及其特性 塑性指標(biāo)：液限、塑限、塑性指數(shù)塑性指標(biāo)：液限、塑限、塑性指數(shù) 有機

45、質(zhì)含量有機質(zhì)含量 n 土的分類土的分類 巨粒土和含巨粒土巨粒土和含巨粒土 粗粒土：粗粒土：礫類土、砂類土礫類土、砂類土 細粒土：根據(jù)塑性圖分類細粒土：根據(jù)塑性圖分類 特殊土：特殊土： 黃土、膨脹土、紅粘土黃土、膨脹土、紅粘土 n 分類依據(jù)：分類依據(jù)： 第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類第一章：土的物理性質(zhì)與工程分類 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成 1.3 1.3 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 1.4 1.4 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 1.5 1.5 土的工程分類土的工程分類 1.6 1.6 土的壓實性土的壓實性 n 土的壓實：土的壓實：指通過夯打、振動、碾壓等，使土體變指通過夯打、振動、碾壓等，使土體變 得密實、以提高土的強度、減小土的壓縮性和滲透性得密實、以提高土的強度、減小土的壓縮性和滲透性 n壓實性：指土在一定壓實能量作用下密度增長的特性壓實性：指土在一定壓實能量作用下密度增長的特性 n研究擊實性的目的：研究擊實性的目的： 以最小的