第二章土的物理性質(zhì)及工程分類PPT課件

1、2.1 土的形成土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運、沉積形成過程形成條件物理力學(xué)性質(zhì) 風(fēng)化土地球影響巖石地球第1頁/共98頁化學(xué)風(fēng)化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學(xué)變化，分解為極細(xì)顆粒的過程。特征：物理風(fēng)化與生物風(fēng)化：量變過程，形成的土顆粒較粗；化學(xué)風(fēng)化：質(zhì)變過程，形成的土顆粒很細(xì)。對一般的土而言，通常既經(jīng)歷過物理風(fēng)化，又有化學(xué)風(fēng)化，只不過哪種占優(yōu)而已。2-1 土的形成生物風(fēng)化：由植物、動物和人類活動對巖體的破壞稱為生物風(fēng)化。第2頁/共98頁土從其堆積或沉積的條件來看可分為：沼

2、澤土冰磧土風(fēng)積土河流沖積土運積土殘積土土殘積土：巖石風(fēng)化后仍留在原地的堆積物。特點：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變； 寒冷地帶，巖塊或砂，物理風(fēng)化，穩(wěn)定。)(沼澤土有機土冰磧土風(fēng)積土沖積土運積土殘積土無機土土2-1 土的形成第3頁/共98頁運積土：巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動等搬運離 開生成地點后再沉積下來的堆積物。又分為沖積土、風(fēng)積土、冰磧土和沼澤土等。 沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑風(fēng)積土：由風(fēng)力帶動土粒經(jīng)過一段搬運距離后沉積下來的堆積物；沒有層理、細(xì)砂或粉粒；黃土冰磧土：由冰川剝落、搬運形成的堆積物；不成層、從漂石到粘粒沼澤土：在沼澤地的沉積物；含有機質(zhì)、壓縮性高

3、、強度低2-1 土的形成第4頁/共98頁氣相固相液相+構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用2-2 土的組成第5頁/共98頁2-2 土的組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。 固相：土的顆粒、粒間膠結(jié)物； 液相：土體孔隙中的水； 氣相：孔隙中的空氣。第6頁/共98頁當(dāng)土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當(dāng)土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度內(nèi)的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。根據(jù)土的粘性分：粘性土：顆粒很細(xì)；無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直徑幾十cm甚至1m）2-2 土的組成 不同類型的土

4、第7頁/共98頁一、土的固相 土的固相物質(zhì)包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架最基本的物質(zhì)，稱為土粒。對土粒應(yīng)從其礦物成分、顆粒的大小和形狀來描述。（一）成土礦物：原生礦物，次生礦物 原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。 次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風(fēng)化作用后形成的新礦物，如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土礦物以及碳酸鹽等。2-2 土的組成第8頁/共98頁一、土的固相（二）土粒的大小和土的級配粒組：把工程性質(zhì)相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒含量定義為該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量。我國GB 50021-94巖土

5、工程勘察規(guī)范的粒組劃分標(biāo)準(zhǔn)可參見表1-1。2-2 土的組成粒粒 組組 名名 稱稱粒粒 組組 范范 圍圍 / /mmmm粒粒 組組 名名 稱稱粒粒 組組 范范 圍圍 / /mmmm漂石（塊石）粒漂石（塊石）粒組組 200 200 砂粒粒組砂粒粒組 0.07520.0752卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒組組 20200 20200 粉粒粒組粉粒粒組 0.0050.075 0.0050.075 礫石粒組礫石粒組 220220粘粒粒組粘粒粒組 0.0050.075mm 密度計法：粒徑0.075mm 聯(lián)合測定：既有粒徑0.075mm 2-2 土的組成第11頁/共98頁（三）顆粒大小分析試驗1.篩分法利用一

6、套孔徑由大到小的篩子，將按規(guī)定方法取得的一定質(zhì)量的干試樣放入一次疊好的篩中，置振篩機上充分振搖后，稱出留在各級篩上的土粒的質(zhì)量，按下式計算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分?jǐn)?shù)X（）式中：mi，m分別為小于某粒徑的土粒質(zhì)量及試樣總質(zhì)量100mmXi2-2 土的組成第12頁/共98頁105.02.01.0200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（）105.01.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級配累積曲線水分法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.01

7、0.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)P(%)2613.5102-2 土的組成第13頁/共98頁2.密度計法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量的方法。通過密度計測定土水懸濁液的密度來確定。2-2 土的組成第14頁/共98頁3.土的級配曲線 2-2 土的組成1-1 顆粒分析試驗曲線第15頁/共98頁(四)顆粒分析試驗曲線的主要用途按粒徑分布曲線可求得：（1）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評估土的工程性質(zhì)；（2）某些特性粒徑，用于建筑材料的選擇和評價土級配的好壞。根據(jù)某些特征粒徑，可得到兩個有用的指標(biāo)，即不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，它們的定義為： 2-2 土的

8、組成第16頁/共98頁顆粒級配的描述 工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度 1060ddCud10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、 30%和60%時所對應(yīng)的粒徑; d10稱為有效粒徑； d60稱為限制粒徑。Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu5的土視為級配不良的土； Cu10的土視為級配良好的土 曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況 6010230dddCc對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu5和Cc=13時，定名為良好級配砂或良好級配礫 第17頁/共98頁二、土的液相 土的液相是水及各離子的溶液，其含量及性質(zhì)明顯地影響土，尤其是粘性土的性質(zhì)，

9、如增加水平，可使土地狀態(tài)由堅硬變?yōu)榭伤?，甚至成為流動狀態(tài)的土漿。 土中水可分為下列各類：結(jié)晶水、吸著水、自由水。（一）結(jié)晶水 結(jié)晶水：溶質(zhì)從溶液里結(jié)晶析出時，晶體里結(jié)合著一定數(shù)目的水分子，這樣的水分子叫結(jié)晶水。 存在礦物結(jié)晶中的水，只有在高溫（大于105）下，才能使之從礦物中析出，故可將它視作礦物本身的一部分。 2-2 土的組成第18頁/共98頁二、土的液相（二）吸著水（與土粒表面結(jié)合的水，受粘土礦物表面靜電引力和分子引力作用而被吸附在土粒表面的水。） （1） 吸著水是指附著在土粒表面呈薄膜狀的水，受土粒表面引力作用而不服從靜水力學(xué)規(guī)律，其冰點低于0。它比普通水有較大的粘滯性，較小能動性和不同

10、的密度。 （2）粘土礦物顆粒具有較強的與水相互作用的力，稱之為親水性。這種親水性的土粒表面常常帶有負(fù)電荷，電荷的大小與土粒表面積大小有關(guān)。常用比表面積來表示電荷對土粒性能的影響。 （3）比表面積大則電荷作用能力強。 比表面積：每g物質(zhì)中所有顆粒總外表面積之和。2-2 土的組成第19頁/共98頁強吸著水 土粒表面的負(fù)電荷吸引著周圍極化了的水分子和水溶液中陽離子（如鉀、鈉、鈣、鎂等），靠近土粒表面的地方引力最大，土粒周圍的水分子和離子被吸引在土粒表面附近，排列十分緊密，失去常見水的某些特性，通常把靠近土顆粒表面的一層水稱為強吸著水。弱吸著水 土粒表面的引力隨離開土粒表面的距離增大而迅速降低，距土粒

11、表面稍遠(yuǎn)的地方，水分子雖仍為定向排列，但不如強吸著水那么緊密和嚴(yán)格，因此這層水有可能由水膜較厚處緩慢地遷移到另一土粒上去，這種運動與重力無關(guān)。這層水不能傳遞靜水壓力，稱之為弱吸著水。吸著水與土的物理力學(xué)性質(zhì) 土粒為弱吸著水分隔時，由于土粒相互受到土粒表面引力的作用，因而在土顆粒間表現(xiàn)一定的聯(lián)接強度。弱吸著水越薄，土粒間距越小，引力越高，這時聯(lián)接性就越強，土粒就越不容易發(fā)生移動。反之弱吸著水越厚，引力降低，聯(lián)接性減弱，就越易于移動。弱吸著水厚度的變化，會使土的物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。第20頁/共98頁（三）自由水離開土顆粒表面較遠(yuǎn)，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動的水稱為自由水。（分為毛細(xì)管

12、水和重力水）1.毛細(xì)管水土中存在許多大小不同的相互連通的彎曲孔道，由于水分子與土粒分子之間的附著力和水氣界面上的表面張力，于是，將引起迫使相鄰?fù)亮Ｏ嗷D緊的壓力，這個壓力稱為毛管水壓力。2-2 土的組成第21頁/共98頁2.重力水在重力或水位差作用下能在土中流動的自由水稱微重力水。具有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。當(dāng)它在土孔隙中流動時，對所流經(jīng)的土體施加滲流力（亦稱動水壓力、滲透力），計算中應(yīng)考慮其影響。2-2 土的組成第22頁/共98頁三、土的氣相2-2 土的組成土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體。1.非封閉氣體：

13、受外荷作用時被擠出土體外，對土的性質(zhì)影響不大。 2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時能有所復(fù)原，對土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達(dá)到穩(wěn)定的歷時。 第23頁/共98頁一、土的結(jié)構(gòu)2-3 土的結(jié)構(gòu) 在成土過程中所形成的土粒的空間排列及其聯(lián)結(jié)形式，與組成土的顆粒大小、顆粒形狀、礦物成分和沉積條件有關(guān) （一）單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實狀態(tài)。 第24頁/共98頁密實狀態(tài)疏松狀態(tài)第25頁/共98頁 一、土的結(jié)構(gòu)（二）蜂窩狀結(jié)構(gòu) 顆粒

14、間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。 2-3 土的結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)第26頁/共98頁一、土的結(jié)構(gòu)（三）絮狀結(jié)構(gòu) 角、邊與面接觸時凈引力最大，因此絮狀結(jié)構(gòu)的特征是土粒之間以角、邊與面的接觸或邊與邊的搭接形式為主。這種結(jié)構(gòu)的土粒呈任意排列，具有較大的孔隙，其強度低，壓縮性高，對擾動比較敏感。2-3 土的結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)第27頁/共98頁2-3 土的結(jié)構(gòu)二、土的構(gòu)造 土的構(gòu)造：是指土體中各結(jié)構(gòu)單元之間的關(guān)系。主要特征是土的成層性和裂隙性,即層理構(gòu)造和裂隙構(gòu)造，二者都造成了土的不均勻性。 （1）層理構(gòu)造：土粒在沉積過程中,由于

15、不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征。 （2）裂隙構(gòu)造：土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物。 第28頁/共98頁2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)可分為兩類：一類是必須通過試驗測定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標(biāo)；另一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)。 土的三相圖第29頁/共98頁一、試驗直接測定的物理性質(zhì)指標(biāo)（一）土的密度與重度土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量，用表示，單位為Mg/m3(或g/cm3)。表達(dá)式如下： （1-4） 對于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定。awsawsVVVmmmVm2-4 土的

16、物理性質(zhì)指標(biāo)第30頁/共98頁土的重度亦稱為容重，定義為單位體積土的重量，用表示，單位為kN/m3。表達(dá)式如下： （1-5）式中：W土的重量，單位為kN； g重力加速度。gVgmVW2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第31頁/共98頁（二）土粒比重Gs土粒比重定義為土粒的質(zhì)量（或重量）與同體積4時純水的質(zhì)量（或重量）之比（無因次），其表達(dá)式為： （1-6） 或 （1-7）式中： 土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量； 4時純水的密度，1.0g/cm3 4時純水的重度。4s4wwsssVmG4wsssVgmG2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度s4w4w第32頁/共98頁土粒比重常用比重瓶法

17、測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土若干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算土粒比重： （1-8）式中：m1瓶+水的質(zhì)量； m2瓶+土+水的質(zhì)量； ms烘干土的質(zhì)量； t C時蒸餾水的比重。12sswtsmGGmmm2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)wtG第33頁/共98頁 m0 ms m1 m2 空瓶質(zhì)量 烘干土的質(zhì)量 瓶+水的質(zhì)量 瓶+土+水的質(zhì)量 m1+ms瓶+水（滿）的質(zhì)量+干土的質(zhì)量； m1+ms-m2與土粒體積相同的水的質(zhì)量。比重瓶法第34頁/共98頁（三）土的含水率w土的含水率，曾稱為含水量，定義為土中水的質(zhì)量與土粒的質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，

18、其表達(dá)式為： （1-9）測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100105常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。%100swmm2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第35頁/共98頁二、間接換算得物理性質(zhì)指標(biāo)（一）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，其表達(dá)式為： （1-10）（二）土的孔隙率n定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比，或單位體積內(nèi)孔隙的體積，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為： （1-11） svVVe %100VVnv2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第36頁/共98頁（三）土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為：

19、（1-12）%100vwrVVS2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第37頁/共98頁土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的重量，表達(dá)式為： （1-14）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也是評定土密實程度的指標(biāo)，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。gVgmVWdssd（四）干密度d與干重度d土的干密度：單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量，表達(dá)式： （1-13）Vmsd2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第38頁/共98頁（五）飽和密度sat與飽和重度sat飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀態(tài)時單位體積土的質(zhì)量。表達(dá)式為： （1-15）VVmwvssat2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第3

20、9頁/共98頁在飽和狀態(tài)下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其表達(dá)式為： （1-16）gVgVgmVVWsatwvswvssat2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第40頁/共98頁（六）浮密度與浮重度（有效重度） 土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量減小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表達(dá)式為： （1-17）gVgVgmVVWwsswss2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第41頁/共98頁與其相應(yīng)，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體積內(nèi)的土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表達(dá)式為： （1-18） 或 （1-19）從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：dsatdsat

21、wsatVVmwss2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第42頁/共98頁三、物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算常用的土的物理指標(biāo)共有九個。已知其中任意三個，通過換算可以求出其余的六個。（一）孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則 可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為（1e），于是有： （1-20） 或 （1-21）eeVVnv1nne1 孔隙 e 1+e 土粒 1 三相示意圖（a）2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)svVVe 第43頁/共98頁（二）干密度與濕密度和含水率的關(guān)系設(shè)土體的體積V為1，則d = ms /V，土體內(nèi)土粒的質(zhì)量ms為d，由w= mw / ms水的質(zhì)量mw為w d。于是，按式（14）的定義可得

22、： 或 （1-22）)1 (1wwVmdddwd12-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第44頁/共98頁（三）孔隙比與比重和干密度的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則按 ，孔隙的體積Vv為e；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量ms為s。于是，按d的定義可得：應(yīng)用式（16）整理得： (1-23)eVmssd11dwsGe2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)svVVe 第45頁/共98頁（四）飽和度與含水率、比重和孔隙比得關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則按e=Vv/Vs得體積vv=e；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量ms=s。按w= mw / ms ，水得質(zhì)量mw=ws，則水得體積vw= mw / w =ws/w。于是，S （1

23、-24）當(dāng)土飽和時，即Sr為100，則： （1-25）式中：wsat飽和含水率。ewGewVVSswsvwrssatGwe 2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第46頁/共98頁（五）浮密度與比重和孔隙比得關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積為1，則按e=Vv/V ，孔隙的體積Vv為e；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量ms為s。于是，按式（118）可 （1-26）eGeVVmwswswss1112-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第47頁/共98頁【例題12】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質(zhì)量為108g，將其烘干后稱得質(zhì)量為96.43g，根據(jù)試驗得到的土粒比重Gs為2.7，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率

24、、孔隙比、孔隙率和飽和度?！窘狻浚?）已知V60cm3，m=108g，則由式（14）得 =mv=180/ 60=1.8g/cm32-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第48頁/共98頁（2）已知ms=96.43g，則 mw=mms=10896.43=11.57g按式（18），于是 w= mwms11.5796.43=12%（3）已知Gs=2.7，則 Vs= ms /s=96.43 2.735.7cm3 Vv=V Vs =6035.724.3cm3按式（111），于是2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)vsVeV（4）按式（112） n= Vv/V24.3 60=40.5（5）根據(jù)w的定義 Vw = mw/w=11.57

25、 111.57cm3 于是按式（113） Sr= Vw/Vv=11.57 24.348=24.3 35.7=0.68第49頁/共98頁【例Braja M. Das Advanced Soil Mechanics p.5】 For a soil in natural state, given e=0.8, Gs=2.68 and w=24%.(a) Determine the moist unit weight, dry unit weight, and degree of saturation.(b) If the soil is made completely saturated by ad

26、ding water,what would its moisture content be at that time? Also find the saturated unit weight.（e unchanged） 某土樣在天然狀態(tài)下的孔隙比 e=0.8，土粒比重 Gs=2.68，含水量=24%，求：(a) 天然狀態(tài)下的重度、干重度和飽和度；(b)若該土樣加水后，達(dá)到飽和狀態(tài)，計算飽和時的含水量及飽和重度(假定土的孔隙比保持不變)。2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第50頁/共98頁ewGws11解:(a)32.68 9.81 10.24kN18.11m10.8318.11kN14.61m1124%

27、dw%4 .8080. 068. 224. 0ewGSsr0.8029.85%2.68satsewG32.680.89.8118.97kN/m110.8ssatwGee(b)2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第51頁/共98頁【例】 A saturated soil sample weighs 0.4N and its volume is 21.5 cm3. The weight and the volume are 0.33N and 15.7 cm3after being non-completely (partly) dried in an oven for a period. The corre

28、sponding degree of saturation is 75%.Determine the water content w, void ration e and dry unit weight d before drying.【例1-3】某飽和土樣重0.4N ，體積為21.5 cm3。放入烘箱內(nèi)烘一段時間后取出，稱得其重量為0.33N，體積減小至15.7 cm3，飽和度為75% 。試求該土樣烘烤前的含水量 w、孔隙比 e 及干容重 d 。2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)第52頁/共98頁解：設(shè)烘一段時間后，孔隙體積為Vv2，孔隙水所占體積為Vw2，則：在烘后狀態(tài)：在烘前狀態(tài)：聯(lián)立求解得：%7

29、522vwrVVS%100)7 .155 .21(1010/10)33. 04 . 0(2632vwrVVS36313 . 41010/10)33. 04 . 0(6 . 3cmVw316 .10)7 .155 .21(8 . 4cmVv63610.6 101036%0.4 1010.6 1010w972. 06 .105 .216 .10e3630.4 10/(21.5 10 )13.68kN/m11 36%dw2-4 土的物理性質(zhì)指標(biāo)2vV2wV =4.8cm3，=3.6cm3第53頁/共98頁1-10 實驗測得某土樣的孔隙比e=0.72，土顆粒的比重Gs=2.61。求：(1) 孔隙率、干

30、密度及飽和密度；(2) 若該土樣的飽和度為60%，計算其天然重度。For a soil in natural state, given e=0.72, and Gs=2.61.(a) Determine the porosity, dry unit weight, and saturated unit weight.(b) If degree of saturation of the soil is 60%, calculate the unit weight.第54頁/共98頁1V (1)1swewd1srwGSe1-11 畫土的三相圖，設(shè)，試證明：第55頁/共98頁密實度如何衡量?單位體積

31、中固體顆粒含量的多少 或 孔隙含量的多少優(yōu)點：簡單方便缺點：不能反映級配的影響 只能用于同一種土對策相對密度干容重d或孔隙比e或孔隙率nemin = 0.35emin = 0.202-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性第56頁/共98頁2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性一、無粘性土的相對密實度常用相對密實度Dr來衡量無粘性土的松緊程度，其定義為 （1-27）式中：Dr相對密實度； emax無粘性土處在最松狀態(tài)時的孔隙比； emin無粘性土處在最密狀態(tài)時的孔隙比； e0無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。minmax0maxeeeeDr第57頁/共98頁按式

32、（123）可得相對密實度得使用表達(dá)式 （1-28）式中：dmax無粘性土的最大干密度； dmin無粘性土的最小干密度； d無粘性土的天然干密度或填筑干密度。將風(fēng)干的無粘性土試樣用漏斗法測定其最小干密度，用振擊法測定其最大干密度。ddddddrDminmaxmaxmin2-5 無粘性土得相對密實度、 粘性土得稠度及土的壓實性注意：室內(nèi)測得理論上的最大與最小孔隙比有時很困難第58頁/共98頁在工程上，用相對密實度Dr劃分無粘性土的狀態(tài)如下： 0Dr1/3 疏松的 1/3Dr2/3 中密的 2/3Dr1 密實的2-5 無粘性土得相對密實度、 粘性土得稠度及土的壓實性第59頁/共98頁A sample

33、 of sand, given =14.7 kN/m3, w=13%, dmin=12kN/m3 , dmax=16.6kN/m3 . Estimate its compaction state.Solution:1, 11,1maxminminmaxdsdsdsdeeew2-5 無粘性土得相對密實度、 粘性土得稠度及土的壓實性第60頁/共98頁1111maxminminminmaxmaxdsdsdsdsreeeeD31278. 0136 .16126 .161213maxminmaxminddrddddDSo, it is loose.2-5 無粘性土得相對密實度、 粘性土得稠度及土的壓實性

34、第61頁/共98頁二、粘性土的稠度（一）粘性土的稠度狀態(tài)稠度指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。流動、軟、可塑、硬等描述四種狀態(tài)可塑性：土在外力作用下可改變形狀但不顯著改變其體積也不開裂，外力卸除厚仍能保持已有的形狀。 2-5 無粘性土得相對密實度、 粘性土得稠度及土的壓實性粘性土較硬變軟流動第62頁/共98頁（二）界限含水率及其測定1.界限含水率粘性土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限 (Atterberg limits )。液限（wL）從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，

35、也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；塑限（ wp ）從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的下限含水率；縮限（ ws ）從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的界限含水率，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含水率。2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性第63頁/共98頁2.液、塑限的測定測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測定法。測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯(lián)合測定法 錐式液限儀測定法。液、塑限聯(lián)合測定法：塑限5秒入土2mm時的含水率 10mm液限 5秒入土10mm時的含水率 17mm液限 5秒入土17mm時的含水率2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土

36、的壓實性第64頁/共98頁2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性2.液、塑限的測定測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯(lián)合測定法。第65頁/共98頁2.液、塑限的測定測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯(lián)合測定法。測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測定法。25擊合攏長度13mm時含水率為液限2-5 無粘性土得相對密實度、 粘性土得稠度及土的壓實性第66頁/共98頁土的縮限用收縮皿法測定，把土料的含水率調(diào)制到大于土的液限，然后將試樣分層填入收縮皿中，刮平表面，烘干，測出干試樣的體積并稱量準(zhǔn)確至0.1g后，按下式計算： （1-29）式中：ws土的縮限（） w制備時的含水率（）V1濕

37、試樣的體積（cm3） ，V2干試樣的體積（cm3）10021wssmVVww2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性第67頁/共98頁（三）塑性指數(shù)和液性指數(shù)1.塑性指數(shù)塑性指數(shù)：液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號）。用Ip表示，取整數(shù)，即：塑性指數(shù)越高，吸著水含量可能高，土的粘粒含量越高。 pLpwwI2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性第68頁/共98頁塑性指數(shù)Ip土的名稱Ip17粘土10Ip17粉質(zhì)粘土注:塑性指數(shù)由相應(yīng)于76g圓錐體沉入土樣中深度為10mm時測定的液限計算而得。 粘 性 土 的 分 類 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 GB50007-2002

38、2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性第69頁/共98頁2.液性指數(shù)粘性土的狀態(tài)可用液性指數(shù)來判別。定義為： （1-31）式中：IL液性指數(shù)，以小數(shù)表示； w土的天然含水率。液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。pppLpLIwwwwwwI2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性IL1堅硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流 態(tài)0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬塑可塑軟塑第70頁/共98頁液性指數(shù)IL狀態(tài)液性指數(shù)IL狀態(tài)IL 0堅硬0.75 IL1軟塑01流塑0.25 IL0.75可塑 粘性土的狀態(tài) 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)

39、計規(guī)范 GB50007-20022-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性第71頁/共98頁【例】 已知粘性土的顆粒重度s =27.5 kN/m3，液限為40，塑限為22，飽和度為98%，孔隙比為1.15，試計算塑性指數(shù)、液性指數(shù)及確定粘性土的狀態(tài)。2-5 無粘性土的相對密實度、 粘性土的稠度及土的壓實性第72頁/共98頁【解】 根據(jù)液限和塑限可以求得塑性指數(shù)為18，土的含水量及液性指數(shù)可由下式求得 IL l，故此粘性土為流塑狀態(tài)。1.15 10 98%41%27.5wrseSw41 221.064022pLLpwwIww第73頁/共98頁一. 室內(nèi)擊實試驗 試驗設(shè)備 擊實筒V=

40、1000cm3；擊實錘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 擊實能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 試驗方法 對=cosnst的土；分三層壓實； 測定擊實后的、，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儀土2-6 土的壓實原理擊實試驗第74頁/共98頁二、土的壓實性土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質(zhì)。填土的密實程度常以干密度表示土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)（國家標(biāo)準(zhǔn)）輕型：d5mm； V=947cm3, m=2.5kg, 3層 25擊， 落高30.5cm重型： d5mm粒徑的含量不超過2530

41、時，仍可用輕型擊實，但要修正。問題： d5mm粒徑的含量較少時是剔除好：還是修正好？或者干脆用重型？2-6 土的壓實原理第77頁/共98頁2-7 土的工程分類粗粒土按顆粒組成進(jìn)行分類；粘性土按塑性指數(shù)分類。一、土的分類標(biāo)準(zhǔn)（一）巨粒土和含巨粒土的分類巨粒土和含巨粒土應(yīng)按試樣中所含粒徑大于60mm的巨粒組含量來劃分。試樣中含巨粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50的土稱為巨粒土；試樣中巨粒組質(zhì)量為總質(zhì)量的1550的土稱為巨粒混合土；試樣中巨粒組質(zhì)量少于總質(zhì)量的15的土，可扣除巨粒，按粗粒土或細(xì)粒土的相應(yīng)規(guī)定分類定名。第78頁/共98頁（二）粗粒土的分類試樣中粒徑大于0.075mm的粗粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50的土稱為粗粒土。粗粒土又分為礫類土和砂類土兩類。試樣中粒徑大于2mm的礫粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量的50的土稱為礫類土；試樣中粒徑大于2mm的礫粒組質(zhì)量少于或等于總質(zhì)量50的土稱為砂類土。2-7 土的工程分類第79頁/共98頁（三）細(xì)粒土的分類試樣中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒組質(zhì)量多于或等于總質(zhì)量的50的土稱為細(xì)粒土。細(xì)粒土應(yīng)按下列規(guī)定劃分：1、試樣中粗粒組質(zhì)量少于總質(zhì)量的25的土稱為細(xì)粒土；2、試樣中粗粒組質(zhì)量為總質(zhì)量的2550的土稱含粗粒的細(xì)粒土；3、試樣中含部分有機質(zhì)的土稱有機質(zhì)土。細(xì)粒土可按塑性圖進(jìn)一步細(xì)分。2-7 土的工程分類第80頁/共98頁