第二章：土的物理性質及分類

1、第二章：土的物理性質及分類2.1 2.1 概述概述 本章的主要內容：本章的主要內容： 土的三相比例指標土的三相比例指標； 無粘性土的密實度無粘性土的密實度； 粘性土的物理特征粘性土的物理特征； 土的工程分類土的工程分類。2.2 2.2 土的三相比例指標土的三相比例指標 土的三相組成各部分的質量和體積之間的比例土的三相組成各部分的質量和體積之間的比例關系，隨著各種條件的變化而改變。地下水位關系，隨著各種條件的變化而改變。地下水位的升高或降低，將改變土中水的含量；經過壓的升高或降低，將改變土中水的含量；經過壓實的土，其孔隙體積將減小。實的土，其孔隙體積將減小。 表示土的三相組成比例關系的指標，稱為

2、土的表示土的三相組成比例關系的指標，稱為土的三相比例指標，包括土粒比重（或土粒相對密三相比例指標，包括土粒比重（或土粒相對密度）；土的含水量（或含水率）、密度、孔隙度）；土的含水量（或含水率）、密度、孔隙比、孔隙率和飽和度等。比、孔隙率和飽和度等。 土的三相模型圖土的三相模型圖三相量比例關系的基本試驗指標三相量比例關系的基本試驗指標土的密度土的密度-土的單位體積質量土的單位體積質量(g/cm3或或t/m3) 測定方法測定方法: 環(huán)刀法環(huán)刀法awswsVVVmmVm土的含水量土的含水量-土中水的質量與土顆粒質量之比，土中水的質量與土顆粒質量之比，用百分比表示用百分比表示(%)%100%100ss

3、smmmmm 土粒比重土粒比重Gs-土粒質量與同體積土粒質量與同體積4時純水的質量時純水的質量之比之比ssssVmG 三相比例關系的其他常用指標三相比例關系的其他常用指標反映土單位體積質量的指標反映土單位體積質量的指標：土的干密度土的干密度d d-單位體積土體中固體顆粒的質量。單位體積土體中固體顆粒的質量。Vmsd土的飽和密度土的飽和密度sat-土的孔隙全部為水充滿時土的土的孔隙全部為水充滿時土的單位體積質量單位體積質量VVmwvssat土的有效密度土的有效密度-處于地下水位以下的土，受到浮處于地下水位以下的土，受到浮力作用時，單位體積土中土顆粒的重量扣除同體力作用時，單位體積土中土顆粒的重量

4、扣除同體積水的質量，即是土的有效密度積水的質量，即是土的有效密度 VVmwss各種密度之間的比較各種密度之間的比較dsat 重度指標重度指標反映土的孔隙特征的指標反映土的孔隙特征的指標孔隙比孔隙比e-土中孔隙體積與土顆粒體積之比土中孔隙體積與土顆粒體積之比孔隙率孔隙率n-指土體中孔隙體積占土體總體積之比指土體中孔隙體積占土體總體積之比,用用百分數表示，百分數表示，土的飽和度土的飽和度Sr-表示土孔隙中被水充滿的程度表示土孔隙中被水充滿的程度,也即也即土中水的體積與孔隙體積之比土中水的體積與孔隙體積之比,用百分數表示，用百分數表示，%100VVnv%100vwrVVSsvVVe 各物理指標間的換

5、算各物理指標間的換算孔隙比與孔隙率的關系孔隙比與孔隙率的關系eeVVnv1nne1干密度與濕密度和含水率的關系干密度與濕密度和含水率的關系wwVmddd11wd1swsmmVm d孔隙比與比重和干密度的關系孔隙比與比重和干密度的關系 ssVms wssd eVmssd11dwsdessVms 飽和度與含水率、比重和孔隙比的關系飽和度與含水率、比重和孔隙比的關系 edeVVSsvwrws當土飽和時，即為當土飽和時，即為S Sr r= =100100則則 ssatGesat飽和含水率飽和含水率有效密度與比重和孔隙比的關系有效密度與比重和孔隙比的關系edeVVmwswswss1112.3 2.3 粘

6、性土的物理特性粘性土的物理特性 粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)-指土的軟硬程度或土受外指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力力作用所引起變形或破壞的抵抗能力, ,是粘性土是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征最主要的物理狀態(tài)特征。 可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)-就是當粘性土在某含水量范圍內，就是當粘性土在某含水量范圍內，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并當外可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并當外力移去后仍能保持既得的形狀，土的這種性能力移去后仍能保持既得的形狀，土的這種性能叫做可塑性。叫做可塑性。 固態(tài)固態(tài) 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) 縮限縮限ws 塑限塑限wp 液限液限

7、wL含水量含水量 粘性土的物理狀態(tài)指標粘性土的物理狀態(tài)指標 液限、塑限、縮限：液限、塑限、縮限：L 、p 、s 塑性指數：塑性指數：Ip 液性指數：液性指數：IL 靈敏度：靈敏度：Sq 界限含水量界限含水量-粘性土由一種狀態(tài)轉變到另一種狀態(tài)的分粘性土由一種狀態(tài)轉變到另一種狀態(tài)的分界含水量。界含水量。 液限液限L ：土由可塑狀態(tài)轉到流動狀態(tài)的界限含水量土由可塑狀態(tài)轉到流動狀態(tài)的界限含水量（或塑性上限）。（或塑性上限）。 塑限塑限p：土由半固態(tài)轉到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為土由半固態(tài)轉到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限（或塑性下限）。塑限（或塑性下限）。 縮限縮限s：土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分，則體積繼

8、續(xù)逐土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分，則體積繼續(xù)逐漸縮小，直到體積不再收縮時，對應土的界限含水量叫漸縮小，直到體積不再收縮時，對應土的界限含水量叫縮限縮限 液限測試液限測試-圓錐液限儀法圓錐液限儀法76 g5s下沉10mm或17mm 塑限測試塑限測試-搓條法搓條法直徑約3mm 塑液限聯合測試塑液限聯合測試 粘性土的塑性指數粘性土的塑性指數-塑性指數是指液限塑性指數是指液限和塑限的差值，即土處在可塑狀態(tài)的含和塑限的差值，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。水量變化范圍。 I Ip p=L L-p p 粘性土的液性指數粘性土的液性指數-指粘性土的天然含水量和塑指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數之比

9、。限的差值與塑性指數之比。PPPLpLIwwwwwwI狀 態(tài) 堅 硬 硬 塑 可 塑 軟 塑 流 塑 液性指數 IL0 0IL0.25 0.25IL0.75 0.751.0 粘性土的物理狀態(tài)粘性土的物理狀態(tài) 粘性土的結構性和觸變性粘性土的結構性和觸變性 粘性土的靈敏度粘性土的靈敏度St式中式中 q qu u原狀試樣的無側限抗壓強度，原狀試樣的無側限抗壓強度，kPakPa； q qu u重塑試樣的無側限抗壓強度，重塑試樣的無側限抗壓強度，kPakPa。uutqqS低靈敏度低靈敏度 中靈敏度中靈敏度 高靈敏度高靈敏度靈敏度靈敏度241 粘性土的脹縮性粘性土的脹縮性-指粘性土具有吸水膨脹和失指粘性土

10、具有吸水膨脹和失水收縮的兩種變形特性。水收縮的兩種變形特性。 粘性土的濕陷性粘性土的濕陷性-指土在自重壓力作用下或自重指土在自重壓力作用下或自重壓力和附加壓力綜合作用下，受水浸濕后，使土壓力和附加壓力綜合作用下，受水浸濕后，使土的結構迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷特征。的結構迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷特征。 濕陷性土在我國廣泛分布，除濕陷性黃土外，在濕陷性土在我國廣泛分布，除濕陷性黃土外，在干旱或半干旱地區(qū)，特別是在山前洪、坡積扇中常遇干旱或半干旱地區(qū)，特別是在山前洪、坡積扇中常遇到濕陷性的碎石類土和砂類土，在一定壓力下浸水后到濕陷性的碎石類土和砂類土，在一定壓力下浸水后也常具有強烈的濕陷性。

11、也常具有強烈的濕陷性。 粘性土的凍脹性粘性土的凍脹性-指土的凍脹和凍融給建筑物或指土的凍脹和凍融給建筑物或土工結構帶來危害的變形特性。土工結構帶來危害的變形特性。 在冰凍季節(jié)，因大氣負溫影響，使土中水分凍結在冰凍季節(jié)，因大氣負溫影響，使土中水分凍結成為凍土。凍土根據其凍融情況分為：季節(jié)性凍土、成為凍土。凍土根據其凍融情況分為：季節(jié)性凍土、隔年凍土和多年凍土。隔年凍土和多年凍土。2.42.4無粘性土的密實度無粘性土的密實度 無粘性土的結構無粘性土的結構 無粘性材料具有不可塑性無粘性材料具有不可塑性, ,天然狀態(tài)天然狀態(tài)下的砂土可處于從密實到疏松的不同物下的砂土可處于從密實到疏松的不同物理狀態(tài)。理

12、狀態(tài)。 疏松排列疏松排列 密實排列密實排列 無粘性土的密實度與土的工程性質無粘性土的密實度與土的工程性質土體的松密程度對土的工程性質影響很大土體的松密程度對土的工程性質影響很大土的密實程度越高，壓縮性越小，其工程土的密實程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好特性越好土的密實程度越低，壓縮性越大，其工程土的密實程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差特性越差 無粘性土無粘性土的密實度指標的密實度指標孔隙比孔隙比e e0.60.750.85松散松散中密中密密實密實稍密稍密相對密實度相對密實度Dr定義（理論表達式）定義（理論表達式）minmax0maxeeeeDr定義（實用表達式）定義（實用表達式）ddd

13、dddrDminmaxmaxmin 相對密實度相對密實度Dr1rDminee 0rDmaxee 310rD3231rD132rD標準貫入試驗擊數標準貫入試驗擊數N為標準為標準301510松散松散中密中密密實密實稍密稍密也可根據野外方法鑒別也可根據野外方法鑒別30cm標準慣入器標準慣入器重型圓錐重型圓錐地面地面觸探桿觸探桿2.5 土的分類土的分類 分類目的：分類目的：土的分類體系就是根據土的工程性質土的分類體系就是根據土的工程性質差異將土劃分成一定的類別，其目的在于通過一差異將土劃分成一定的類別，其目的在于通過一種通用的鑒別標準，以便于在不同土類間作有價種通用的鑒別標準，以便于在不同土類間作有價

14、值的比較、評價、積累以及學術與經驗的交流。值的比較、評價、積累以及學術與經驗的交流。 分類原則分類原則簡明原則：簡明原則：土的分類體系采用的指標，既要能綜合反土的分類體系采用的指標，既要能綜合反映土的主要工程性質；又要其測定方法簡單，且使映土的主要工程性質；又要其測定方法簡單，且使用方便。用方便。差異原則：差異原則：土的分類體系采用的指標要在一定程度上土的分類體系采用的指標要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性反映不同類工程用土的不同特性 土的總分類體系土的總分類體系 土的分類標準土的分類標準巨粒土和粗粒土的分類標準巨粒土和粗粒土的分類標準 巨粒土和含巨粒的土（包括混合巨粒土和巨粒混合土）

15、和粗粒土巨粒土和含巨粒的土（包括混合巨粒土和巨粒混合土）和粗粒土（包括礫類土和砂類土），按粒組含量、級配指標（不均勻系數（包括礫類土和砂類土），按粒組含量、級配指標（不均勻系數Cu和和曲率系數曲率系數Cc）和所含細粒的塑性高低，劃分為）和所含細粒的塑性高低，劃分為16種土類種土類 。細粒土的分類標準細粒土的分類標準 細粒土是指粗粒組（細粒土是指粗粒組（0.075mmd60mm）含量少于）含量少于25%的土，參的土，參照塑性圖可進一步細分。照塑性圖可進一步細分。建筑工程系統(tǒng)的分類體系建筑工程系統(tǒng)的分類體系側重于把土作為建筑地基側重于把土作為建筑地基和環(huán)境，故以原狀土為基本對象。因此，對土的分類和

16、環(huán)境，故以原狀土為基本對象。因此，對土的分類除考慮土的組成外，很注重土的天然結構性，即土粒除考慮土的組成外，很注重土的天然結構性，即土粒聯結與空間排列特征。例如國標聯結與空間排列特征。例如國標建筑地基基礎設計建筑地基基礎設計規(guī)范規(guī)范（GB50007）地基土的分類。）地基土的分類。工程材料系統(tǒng)的分類體系工程材料系統(tǒng)的分類體系側重于把土作為建筑材料，側重于把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基等工程。故以擾動土為基用于路堤、土壩和填土地基等工程。故以擾動土為基本對象，注重土的組成，不考慮土的天然結構性。例本對象，注重土的組成，不考慮土的天然結構性。例如，國標如，國標土的分類標準土的分類標準（G

17、BJ145-90）工程用土）工程用土的分類，的分類，公路土工試驗規(guī)程公路土工試驗規(guī)程（JTJ051-93）土的）土的工程分類。工程分類。 土的工程分類體系土的工程分類體系 建筑工程系統(tǒng)的分類體系建筑工程系統(tǒng)的分類體系建筑地基基礎設計規(guī)范建筑地基基礎設計規(guī)范(GB500072002)注：注：塑性指數由相應于塑性指數由相應于76g圓錐體沉入土樣中深圓錐體沉入土樣中深 度為度為10mm測定的液限計算而得。測定的液限計算而得。 工程材料系統(tǒng)的分類體系土的分類標準土的分類標準(GBJ14590)17mm液限特殊土 本章重點內容本章重點內容 土的三相比例指標的定義及換算公式土的三相比例指標的定義及換算公式

18、 粘性土的物理特征及相應指標粘性土的物理特征及相應指標 土的工程分類方法土的工程分類方法例例1：某土樣經試驗測得體積為：某土樣經試驗測得體積為1003，濕土質量為，濕土質量為187g，烘干后，干土質量為烘干后，干土質量為167 g。若土粒的相對密度。若土粒的相對密度ds為為2.66，試，試求該土樣的含水量求該土樣的含水量、密度、密度 、重度、重度 、干重度、干重度 d、孔隙比、孔隙比、飽和重度飽和重度 sat和有效重度和有效重度 。 解：解：含水量：含水量：密度：密度：重度：重度：干重度：干重度：孔隙比：孔隙比：%98.11%100167167187%100ssmmm3/87. 1100187cmgVm3/34.1881. 987. 1mkNg3/38.161198. 0134.181mkNd593.