土的物理性質(zhì).ppt

1、第二章第二章 土的物理性質(zhì)及分類土的物理性質(zhì)及分類2.1 概述概述2.2 土的三相比例指標土的三相比例指標2.3 粘性土的物理特征粘性土的物理特征2.4 無粘性土的密實度無粘性土的密實度2.5 粉土的密實度和濕度粉土的密實度和濕度 2.6 土的脹縮性、濕陷性和凍脹性土的脹縮性、濕陷性和凍脹性 2.7 土的分類土的分類第二章第二章 土的物理性質(zhì)及分類土的物理性質(zhì)及分類2.1 概述概述滲透特性滲透特性變形特性變形特性強度特性強度特性土的三相組成土的三相組成土的物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)決定決定影影響響土的形成土的形成2.2 土的三相比例指標土的三相比例指標2.2.

2、1 土的三相土的三相比例指標比例指標 為便于說明這為便于說明這些物理性質(zhì)指些物理性質(zhì)指標的定義和它標的定義和它們的換算關(guān)系，們的換算關(guān)系，常用三相圖表常用三相圖表示土體內(nèi)三相示土體內(nèi)三相的相對含量。的相對含量。 ma=0wmsmmavwvsvvvv質(zhì)量 體積空氣水土粒土 的 三 相 圖2.2.2 指標的定義指標的定義一、三個基本物理性質(zhì)指標一、三個基本物理性質(zhì)指標 土土相對密度相對密度(比重比重)ds; 土的含水量土的含水量; 土的密度土的密度(1)土粒相對密度土粒相對密度(土粒比重土粒比重)ds 定義：定義：土粒的質(zhì)量與同體積的土粒的質(zhì)量與同體積的4時純水的質(zhì)量時純水的質(zhì)量之比（無因次）之比

3、（無因次） 表達式表達式 ：w14時純水的密度時純水的密度,等于等于1g/cm3;s土粒密度土粒密度，即土粒單位體積的質(zhì)量，即土粒單位體積的質(zhì)量，g/cm3 一般情況下，一般情況下，土粒土粒相對密度相對密度ds在數(shù)值上等于在數(shù)值上等于土粒密度土粒密度s，但兩者的含義不同。，但兩者的含義不同。11wswsssVmd 土粒相對密度變化不大，一般從土粒相對密度變化不大，一般從2.652.76，土粒越細，土粒越細，ds越大。見越大。見P31表表2-1 特殊情況特殊情況：有機質(zhì)土有機質(zhì)土 2.42.5 泥炭土泥炭土 1.51.8 土粒比重可在實驗室用土粒比重可在實驗室用“比重瓶法比重瓶法”測測定。（擾動

4、樣）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（含水率） 土的含水量：土的含水量： 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示數(shù)表示 。 表達式：表達式： %100swmm 含水量是衡量土的含水程度（濕度）的一含水量是衡量土的含水程度（濕度）的一個重要指標，個重要指標，小則土干，小則土干， 大則土濕。大則土濕。 堅硬的粘性土堅硬的粘性土可小于可小于30%，飽和軟粘土可，飽和軟粘土可達達60%。 含水量含水量一般用一般用“烘干法烘干法”測定測定土的含水量土的含水量 測定方法：測定方法： 烘干法。先稱出天然濕土的質(zhì)量，然后放烘干法。先稱出天然

5、濕土的質(zhì)量，然后放在烘箱里，在在烘箱里，在100105下烘干，稱干土下烘干，稱干土的質(zhì)量。的質(zhì)量。 （3）土（體）的密度密度土單位體積的質(zhì)量，用土單位體積的質(zhì)量，用表示表示定義：定義：單位：單位： g/cm3 或或 t/m3 表達式：表達式：awsawsVVVmmmVm天然狀態(tài)下天然狀態(tài)下的變化范圍較大的變化范圍較大 粘性土粘性土 =1.82.0 g/cm3 砂砂 土土 =1.62.0 g/cm3 腐質(zhì)土腐質(zhì)土 =1.51.7 g/cm3土的密度一般用土的密度一般用“環(huán)刀法環(huán)刀法”測定。（原狀土）測定。（原狀土）土的密度 測定方法：環(huán)刀法測定方法：環(huán)刀法二、二、特殊條件下土的密度特殊條件下土的

6、密度 定義：定義：單位土體積內(nèi)土粒的質(zhì)量單位土體積內(nèi)土粒的質(zhì)量 表達式：表達式： Vmsd（1）土的干密度d一般 d=1.31.8 g/cm3土的干密度d 土烘干，體積減小，因而土的干密度不土烘干，體積減小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。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實，反之越疏松。常用它來控制填土工程的施工質(zhì)量。的施工質(zhì)量。 （2）飽和密度）飽和密度sat定義：定義： 土中孔隙被充滿水時，單位土體積的質(zhì)土中孔隙被充滿水時，單

7、位土體積的質(zhì)量量 表達式：表達式： VVmwvssat w w1=1g/cm3 sat=1.82.3 g/cm3（3）土的浮密度（有效密度）土的浮密度（有效密度）定義：定義： 地下水位以下，土單位體積中土粒質(zhì)量地下水位以下，土單位體積中土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差與同體積水的質(zhì)量之差表達式：表達式： VVmwss 土的質(zhì)量密度共有4個：、d 、sat 、,在計算土的自重應(yīng)力時要用重力密度,簡稱重度(kN/m3)。它們的換算關(guān)系是： = = g gd d = = d dg gsatsat = = satsat g g= = g g1 g = 9.807 m/s1 g = 9.807 m/s2 2

8、 10 m/s 10 m/s2 2 ； 1N = 1 kg.m/s1N = 1 kg.m/s2 2例如：例如： =g=1t/m310 m/sm/s2 2 =10 =10103 (kg.m/s2)/m3=10KN/m3各種密度、重度之間的比較各種密度、重度之間的比較dsatdsat三、描述土的孔隙體積相對含量的指標 （1）土的孔隙比）土的孔隙比e 定義：定義： 土中孔隙的體積與土粒的體積之比，土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示以小數(shù)表示 表達式：表達式： svVVe 孔隙比是一個重要的物理力學指標，孔隙比是一個重要的物理力學指標，可用來評價天然土體的密實程度?？捎脕碓u價天然土體的密實程度

9、。 e0.6 是密實的低壓縮性土是密實的低壓縮性土 e1.0 是疏松的高壓縮性土是疏松的高壓縮性土（2）土的孔隙率）土的孔隙率n 定義：定義： 土中孔隙的體積與土的總體積之比，以百分數(shù)土中孔隙的體積與土的總體積之比，以百分數(shù)表示表示 表達式：表達式： %100VVnv e、n 越大，土中孔隙越多，土越疏松，壓縮越大，土中孔隙越多，土越疏松，壓縮性越大。性越大。（3）土的飽和度）土的飽和度Sr 定義：定義： 土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分數(shù)表示以百分數(shù)表示 表達式：表達式： %100vwrVVS Sr 反映了土中孔隙水充滿的程度，理論上如反映了土中孔隙

10、水充滿的程度，理論上如果果Sr =100%是完全飽和的；是完全飽和的； Sr =0是干土。是干土。 %rs土的飽和度土的飽和度Sr 粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài)也稱也稱稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)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可塑性：可塑性：粘性土在一定含水量范圍內(nèi)可用外粘性土在一定含水量范圍內(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。去后仍然保持原形的特性。阿太堡界限：阿太堡界限：粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一種狀態(tài)的界限含水量。種狀態(tài)的界限含水量。2.3 粘性

11、土的物理特征粘性土的物理特征2.3.1 粘性土的粘性土的可塑性可塑性及及界限含水量界限含水量縮限縮限 塑限塑限 液限液限塑限塑限p液限液限l稠度界限稠度界限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)塑態(tài)塑態(tài) 流態(tài)流態(tài) 強結(jié)合水膜最大強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水出現(xiàn)自由水強結(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)w液限液限 (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 上限含水量上限含水量 塑限塑限(p) 可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水量，可塑狀可塑狀態(tài)與半固體

12、狀態(tài)的界限含水量，可塑狀態(tài)的下限含水量態(tài)的下限含水量縮限縮限 (s) 半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)的界限含水量，即粘性土隨半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)的界限含水量，即粘性土隨含水量的減小而體積開始不變的含水量。含水量的減小而體積開始不變的含水量。 LwPwsw粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量液、塑限測定方法：液、塑限測定方法：2.3.2 的物理的物理指標指標 液限和塑限之差的百分數(shù)值（去掉百分號）稱為液限和塑限之差的百分數(shù)值（去掉百分號）稱為塑性指數(shù)塑性指數(shù)plpI塑性指數(shù)表示：塑性指數(shù)表示：塑態(tài)時含水量變化范圍；塑態(tài)時含水量變化范圍；結(jié)合水含量結(jié)合水含量多少；多少；土粒的細度；土粒的細度；土中水的離子成

13、分濃度；土中水的離子成分濃度；粘土粘土的礦物成分。的礦物成分。 IP工程上用來對粘性土分類。工程上用來對粘性土分類。（1）塑性指數(shù)）塑性指數(shù)IPPPPLPLIwwwwwwI粘性土的狀態(tài)用液性指數(shù)來判別粘性土的狀態(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量之間液性指數(shù)表征了土的天然含水量與界限含水量之間的相對關(guān)系，的相對關(guān)系，表達了天然土所處的狀態(tài)。表達了天然土所處的狀態(tài)。 （2）液性指數(shù)）液性指數(shù) IL粘性土的狀態(tài)指標粘性土的狀態(tài)指標判定判定Pww 0LI土處于堅硬狀態(tài)土處于堅硬狀態(tài) LPwww0 . 10LI土處于可塑狀態(tài)土處于可塑狀態(tài) wwL0 . 1LI土處于流動狀態(tài)土處于

14、流動狀態(tài) IL是反映土的是反映土的稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)的指標，的指標， IL越小，土越硬，越小，土越硬， IL越大，土越軟。越大，土越軟。 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規(guī)定：規(guī)定：其他行業(yè)規(guī)定請參考相應(yīng)規(guī)范如其他行業(yè)規(guī)定請參考相應(yīng)規(guī)范如交通部交通部公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 塑態(tài)塑態(tài) 0 0.25 0.75 1.0塑態(tài)塑態(tài) （3）天然稠度）天然稠度 (交通部門交通部門)土的天然稠度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)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。之比。用符號用符號c表示，即：表示，即： （2-1

15、2） 用烘干法；用烘干法； L、p 用聯(lián)合測定法；用聯(lián)合測定法；實測實測 路床表面以下路床表面以下80cm深度內(nèi)的平均稠度，再按表深度內(nèi)的平均稠度，再按表2-5確定（確定（P39）c=（L-）/（Ip）m0.002: 粒徑小于粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量土體總質(zhì)量的百分比顆粒的質(zhì)量土體總質(zhì)量的百分比（1）粘性土的活動度）粘性土的活動度0.75 1.25 A 不活動粘性土不活動粘性土 正常粘性土正常粘性土 活動性粘土活動性粘土I Ip p 缺點缺點:不能充分反映粘土不能充分反映粘土與水的親和能力與水的親和能力 活動度活動度(活性指數(shù)活性指數(shù))0.002pIAm2.3.3 粘性土的活動度、靈敏

16、度和觸變性粘性土的活動度、靈敏度和觸變性皂土皂土 A=1.11高嶺土高嶺土 A=0.29指與水的指與水的親和能力親和能力以蒙脫石以蒙脫石為主的土為主的土Ip相相近時近時（2）粘性土的靈敏度）粘性土的靈敏度2.3.3 粘性土的活動度、靈敏度和觸變性粘性土的活動度、靈敏度和觸變性度擾動土的無側(cè)限抗壓強度原狀土的無側(cè)限抗壓強uutqqs1.0 St 2.0 低靈敏土2.0 St 4.0 中靈敏土 St 4.0 高靈敏土St低靈敏土中靈敏土高靈敏土 1 2 4 St2.3.3 粘性土的活動度、靈敏度和觸變性粘性土的活動度、靈敏度和觸變性原強度擾動降低后強度靜置時間恢復的強度抗剪強度時間02 .4 無粘

17、性土的密實度無粘性土的密實度2 .4 2 .4 無粘性土的密實度無粘性土的密實度2.4.1 砂土的相對密實度minmax0maxeeeeDremax無粘性土處于最松狀態(tài)時的無粘性土處于最松狀態(tài)時的孔隙比，由其最小干密度換算孔隙比，由其最小干密度換算 emin無粘性土處于最密狀態(tài)時的無粘性土處于最密狀態(tài)時的孔隙比，由其最大干密度換算孔隙比，由其最大干密度換算 e0無粘性土的天然孔隙比或填筑無粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比孔隙比 e emaxmax: : 最大孔隙比；將松散的風干土樣通過長頸漏斗輕輕最大孔隙比；將松散的風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)地倒入容

18、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換算得到最大孔隙比e eminmin: : 最小孔隙比；將松散的風干土樣裝入金屬容器內(nèi)，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最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比ddddddrDminmaxmaxmin 1rDminee 0rDmaxee 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTG D632007）u按按Dr對砂土的其他分類請參見相應(yīng)行業(yè)規(guī)范對砂土的其他分類請參見相應(yīng)行業(yè)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)