土力學(xué)-2-土的物理性質(zhì)

1、1土的物理性質(zhì)與工程分類第一章2本章目的本章目的: : 對(duì)土的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋和定量描述 本章特點(diǎn)本章特點(diǎn): : 看起來零散學(xué)習(xí)要點(diǎn)學(xué)習(xí)要點(diǎn): : 各節(jié)間聯(lián)系 各節(jié)內(nèi)層次1 土的物性與分類31 土的物性與分類土的形成滲透特性滲透特性變形特性變形特性強(qiáng)度特性強(qiáng)度特性土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類土的壓實(shí)性 決定影響如何獲得較好的土便于研究和應(yīng)用41.1 土的形成1.2 土的三相組成1.3 土的物理狀態(tài)1.4 土的結(jié)構(gòu)1.5 土的工程分類1.6 土的壓實(shí)性 1 土的物性與分類51.1 1.1 土的形成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)物土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條

2、件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積搬運(yùn)、沉積形成過程形成過程形成條件形成條件物理力學(xué)物理力學(xué)性質(zhì)性質(zhì) 風(fēng)風(fēng)化化土土地球影響1 土的物性與分類巖石巖石地球6生物循環(huán)生物循環(huán)物理風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變量變無粘性土無粘性土原生礦物原生礦物質(zhì)變質(zhì)變粘性土粘性土次生礦物次生礦物動(dòng)植物的活動(dòng)動(dòng)植物的活動(dòng)一. 風(fēng)化有有 機(jī)機(jī) 質(zhì)質(zhì)1.11.1土的形成土的形成巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)或在運(yùn)動(dòng)過程中因碰撞和摩擦而破碎過程中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而

3、改變其礦物的化學(xué)成分，形成作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物新的礦物1 土的物性與分類7二. 搬運(yùn)與沉積殘積土殘積土無搬運(yùn)運(yùn)積土運(yùn)積土有搬運(yùn)土土質(zhì)質(zhì)較較好好殘積土殘積土強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)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多棱角粗細(xì)不均無層理母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物1.11.1土的形成土的形成1 土的物性與分類82. 搬運(yùn)與沉積運(yùn)積土運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)：風(fēng)：風(fēng)積土風(fēng)積土重力重力: : 坡積坡積土土 流水流水: :洪積土洪積土沖積土沖積土湖泊沼澤沉積湖泊沼澤沉積土土海相沉積物海

4、相沉積物冰川冰川: : 冰積冰積土土土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)渾圓度分選性明顯，土層交迭渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機(jī)物淤泥，土性差含有機(jī)物淤泥，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理顆粒均勻，層厚而不具層理1.11.1土的形成土的形成1 土的物性與分類91.1 土的形成1.2 土的三相組成1.3 土的物理狀態(tài)1.4 土的結(jié)構(gòu)1.5 土的工程分類1.6 土的壓實(shí)性 1 土的物性與分類101.2 1.2 土的三相組成土的三相組成氣相固相液相+

5、構(gòu)成土骨架，起決定作用構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響重要影響土體次要作用次要作用1 土的物性與分類11一. 固體顆粒物理狀態(tài)力學(xué)特性粒徑級(jí)配粒徑級(jí)配1.21.2土的三相組成土的三相組成礦物成分礦物成分顆粒形狀顆粒形狀 1 土的物性與分類121. 粒徑級(jí)配一. 固體顆粒顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例影響土性的主因1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類13顆粒大小粒組 按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑一. 固體顆粒1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類d(mm)d(mm)礫石礫石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒膠粒膠粒602

6、0.050.0050.0020.250.5520粗 中 細(xì) 粗 中 細(xì) 極細(xì)0.1粗粒粗粒細(xì)粒細(xì)粒14粒徑級(jí)配確定方法確定方法 篩分法：篩分法：適用于粗粒土適用于粗粒土 (0.1 mm) 水分法：水分法：適用于細(xì)粒土適用于細(xì)粒土 (0.1 mm)各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示各粒組的相對(duì)含量，用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)來表示表述方法表述方法 粒徑級(jí)配累積曲線粒徑級(jí)配累積曲線一. 固體顆粒1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類15105.02.01.0200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于某粒徑之土

7、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（）（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級(jí)配累積曲線土的粒徑級(jí)配累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)P(%)2613.510一. 固體顆粒1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類161009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲土的粒徑級(jí)配累積曲線線d60d50d10d30d60

8、d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒徑特征粒徑: : d50 : 平均平均粒徑粒徑d60 : 控制控制粒徑粒徑d10 : 有效有效粒徑粒徑d30 不均勻程度不均勻程度：Cu = d60 / d10 連續(xù)程度連續(xù)程度: : Cc = d302 / (d60d10 ) 曲率系數(shù)曲率系數(shù) 不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu 5,級(jí)配不均勻粗細(xì)程度粗細(xì)程度： 用用d50 表示 一. 固體顆粒1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類171009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.00.50.100

9、.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲土的粒徑級(jí)配累積曲線線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率斜率: : 某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量 陡陡相應(yīng)粒組質(zhì)量集中相應(yīng)粒組質(zhì)量集中 緩緩-相應(yīng)粒組含量少相應(yīng)粒組含量少 平臺(tái)平臺(tái)-相應(yīng)粒組缺乏相應(yīng)粒組缺乏連續(xù)程度連續(xù)程度: : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系數(shù)曲率系數(shù)較大顆粒缺少較大顆粒缺少Cc 減小減小較小顆粒缺少較小顆粒缺少Cc 增大增大Cc = 1 3, 級(jí)配連續(xù)性好級(jí)配連續(xù)性好

10、一. 固體顆粒1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類18粒徑級(jí)配粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：1）粒組含量用于土的分類定名粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：用于判定土的不均勻程度： Cu 5, 不均勻土不均勻土； Cu 3 或 Cc 1,級(jí)配不連續(xù)土級(jí)配不連續(xù)土4）不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)Cu和和曲率系數(shù)曲率系數(shù)Cc用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 級(jí)配級(jí)配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 1g/cm3 冰點(diǎn)處于零下幾十度冰點(diǎn)處于零

11、下幾十度 具有固體的特性具有固體的特性 溫度高于溫度高于100C時(shí)可蒸發(fā)時(shí)可蒸發(fā)強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水 位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引 力作用范圍之內(nèi)力作用范圍之內(nèi) 外力作用下可以移動(dòng)外力作用下可以移動(dòng) 不因重力而移動(dòng)，有粘滯性不因重力而移動(dòng)，有粘滯性弱結(jié)合水弱結(jié)合水二. 土中水1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類28自由水自由水重力水重力水毛細(xì)水毛細(xì)水在重力作用下可在土中自由流動(dòng)在重力作用下可在土中自由流動(dòng) 存在于固氣之間存在于固氣之間 在重力與表面張力作用下在重力與表面張力作用下 可在土粒間空隙中自由移動(dòng)可在土粒間空隙中自由移動(dòng)二. 土中水1.21.2土的三相

12、組成土的三相組成1 土的物性與分類29 = 濕潤(rùn)角濕潤(rùn)角 空氣空氣固體固體水水 lT = 界面張力界面張力d d = 毛管直徑毛管直徑Td=2rua-uwua-uw = 壓力差壓力差二. 土中水1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類毛細(xì)水毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)現(xiàn)象毛毛細(xì)細(xì)管管hc30土中毛細(xì)現(xiàn)象土中毛細(xì)現(xiàn)象rThccos2上升高度上升高度: :r2hcw=2rTcos毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫通分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀的孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管通的毛細(xì)管毛細(xì)升高與孔徑成反比毛細(xì)升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對(duì)象分

13、析對(duì)象: 水柱水柱二. 土中水1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類31對(duì)砂土強(qiáng)度的影響對(duì)砂土強(qiáng)度的影響: :毛細(xì)邊角水毛細(xì)邊角水, , 假凝聚力假凝聚力ccuh 毛細(xì)壓力毛細(xì)壓力2rTcos+ucr2 = 0毛細(xì)壓力 非飽和土中毛細(xì)張力影響非飽和土中毛細(xì)張力影響分析對(duì)象分析對(duì)象:水膜水膜二. 土中水1.21.2土的三相組成土的三相組成1 土的物性與分類rThccos232三. 土中氣體v自由氣體：自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大v封閉氣體：封閉氣體：增加土的彈性；阻塞滲流通道增加土的彈性；阻塞滲流通道1.21.2土的三相組成土的三相組成1

14、 土的物性與分類33 粘性土粘性土（細(xì)粒土）（細(xì)粒土） 無粘性土無粘性土（砂性土）（砂性土）（粗粒土）（粗粒土）土的特點(diǎn)土的力學(xué)特性與土有關(guān)的工程問題土的生成土的三相組成34 1.1 土的形成 1.2土的三相組成 1.3土的物理狀態(tài)?1.4土的結(jié)構(gòu)?1.5土的工程分類?1.6土的壓實(shí)性 1 土的物性與分類351.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (松松密程度、干濕程度、輕重程度密程度、干濕程度、輕重程度) )力學(xué)特力學(xué)特性性直接影直接影響響表表示示1 土的物性與分類？36一. 物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的

15、體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點(diǎn): 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法:三相草圖法1 土的物性與分類371. 三相草圖三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm一. 物理性質(zhì)指標(biāo)質(zhì)量體積1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類38三相草圖三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積sawvawVVVVVVVswaawwwmmmmm0mV 已知關(guān)系五個(gè)已知關(guān)系五個(gè):

16、:共有九個(gè)參數(shù)共有九個(gè)參數(shù): V Vv Vs Va Vw / / ms m w ma m剩下三個(gè)獨(dú)立變量剩下三個(gè)獨(dú)立變量三相草圖法三相草圖法物性指標(biāo)是比例關(guān)系物性指標(biāo)是比例關(guān)系: :可假設(shè)任一參數(shù)為可假設(shè)任一參數(shù)為1對(duì)于飽和土對(duì)于飽和土, Va=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測(cè)定實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其它指標(biāo)其它指標(biāo)是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類392.2.室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積土的密度、土粒的比重、土的含水土的密度、土粒的

17、比重、土的含水量量土的密度土的密度awswsVVVmmVm 土的容土的容重重=g工程上更常用工程上更常用, 用于計(jì)算土的自重應(yīng)力用于計(jì)算土的自重應(yīng)力單位單位: kg/m3 或或 g/cm3單位單位: kN/m3 一般范圍一般范圍: 1.60 2.20 g/cm3定義定義: 單位體積土的質(zhì)單位體積土的質(zhì)量量有時(shí)也稱有時(shí)也稱土的天然密土的天然密度度表達(dá)式表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo):三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念理解物性指標(biāo)的概念一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類40WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積

18、土粒比重土粒比重 s: 土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量量sssVm 單位單位: 無量無量綱綱土粒比重一般范圍土粒比重一般范圍: 粘性土粘性土 2.70 2.75 砂砂 土土 2.65C4w C4wssG 4C時(shí)純蒸餾水的密時(shí)純蒸餾水的密度度C4w =1.0 g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度定義定義: 土粒的密度與土粒的密度與4C時(shí)純蒸餾水的密度的比值時(shí)純蒸餾水的密度的比值表達(dá)式表達(dá)式:一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類41WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積

19、體積土的含水量土的含水量ssswmmmmm(%)w 定義定義: 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比, 用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示注意注意: 其實(shí)是含水比其實(shí)是含水比, 可達(dá)到或超過可達(dá)到或超過100表達(dá)式表達(dá)式:一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類42v表示土中孔隙含量的指標(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo)孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度) )svVVe . . 其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)VV(%)nv 關(guān)系關(guān)系:e1en n1ne 在某種程度上反映土的松密在某種程度上反映土的松密砂類土：砂類土：28 35%粘性土：粘性土：30

20、 50%有的可達(dá)有的可達(dá)60 70%定義定義: 土中孔隙體積與固體顆土中孔隙體積與固體顆粒體積之比粒體積之比, 無量綱無量綱表達(dá)式表達(dá)式:WaterAirSolidVaVwVsVvV體積體積定義定義: 土中孔隙體積與總體土中孔隙體積與總體積之比積之比, 用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積體積三相草圖可用于確定三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系物性指標(biāo)之間的關(guān)系一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類43v表示土中含水程度的指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo)swmm(%)w 含水量含水量飽和度飽和度vwrVVS W

21、aterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積表達(dá)式表達(dá)式:定義定義: 土中水的體積與孔隙體積的比值土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示飽和度表示孔隙中充滿水的程度孔隙中充滿水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=1 : 飽和土飽和土一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類44v表示土的表示土的密度和容重密度和容重的指標(biāo)的指標(biāo)天然密度天然密度干密度干密度飽和密度飽和密度awswsVVVmmVm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 浮密度浮密度有效容重有效容重飽和容重飽

22、和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積單位單位: kg/m3 或或 g/cm3單位單位: kN/m3 定義定義: 土被完全烘干時(shí)的密度土被完全烘干時(shí)的密度, 等于等于 單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達(dá)式表達(dá)式:一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類45各種密度容重之間的大小關(guān)系：各種密度容重之間的大小關(guān)系：dsat dsat天然密度天然密度干密度干密度飽和密度飽和密度Vm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 飽和容重飽和容重WaterA

23、irSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類46常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系一. 物理性質(zhì)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類47小結(jié)小結(jié)物理性質(zhì)指標(biāo)物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系的比例關(guān)系松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點(diǎn)特點(diǎn): 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)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

24、定義定義基本方法基本方法:三相草圖法三相草圖法室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念理解物性指標(biāo)的概念其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)v表示土中孔隙含量的指標(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo)v表示土中含水程度的指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo)v表示土的密度和容重的指標(biāo)表示土的密度和容重的指標(biāo)三相草圖可用于確定三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系物性指標(biāo)之間的關(guān)系三相草圖法是求取物三相草圖法是求取物理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而有效的方法有效的方法一. 物理性質(zhì)指

25、標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類484950515253二.土的物理狀態(tài)指標(biāo)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程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) )力學(xué)特力學(xué)特性性影影響響表表示示1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類54e emaxmax與與e eminmin ：最大與最小孔隙比最大與最小孔隙比1. 粗粒土的密實(shí)狀態(tài)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)二. 物理狀態(tài)指標(biāo)密實(shí)度密實(shí)度如何衡量如何衡量? ?單位體積中固體顆粒含量的多少單位體積中固體顆粒含量的多少 或或 孔隙含量的多少孔隙含量的多少優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方簡(jiǎn)單方

26、便便缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影不能反映級(jí)配的影響響 只能用于同一種土只能用于同一種土對(duì)對(duì)策策相對(duì)密度相對(duì)密度minmaxmaxreeeeD 干容重干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin = 0.35emin = 0.201.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類55e emaxmax: : 最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過長(zhǎng)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)換算得到最大孔隙比e eminmin: : 最小孔隙比；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(dòng)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e ema

27、xmax與與e eminmin ：最大與最小孔隙比最大與最小孔隙比注意：注意：室內(nèi)測(cè)得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難室內(nèi)測(cè)得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類56粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo) 判別標(biāo)準(zhǔn)：判別標(biāo)準(zhǔn)： D Dr r = 1 = 1 , , 最密狀態(tài)最密狀態(tài) D Dr r = 0 = 0 , , 最松狀態(tài)最松狀態(tài) D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松狀態(tài)疏松狀態(tài) 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)相對(duì)密度相對(duì)密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdmi

28、nddr)()(D 二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類572. 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)粘性粘性土土含水含水量量較較硬硬變變軟軟流流動(dòng)動(dòng)二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類58塑限塑限wp液限液限wl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(qiáng)結(jié)合水膜最大強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水出現(xiàn)自由水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)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)

29、w二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類土顆粒土顆粒強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒土顆粒強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)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(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水plpIww吸附弱結(jié)合吸附弱結(jié)合水的能力水的能力塑性指數(shù)塑性指數(shù)59相對(duì)稠度相對(duì)稠度pLlpwwIww 問題：僅適用于問題：僅適用于重塑土重塑土即使即使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指數(shù)液性指數(shù)定義：定義：wpwwlIL1堅(jiān)硬狀堅(jiān)硬狀態(tài)態(tài)可塑狀可塑狀態(tài)態(tài)流流 態(tài)態(tài)0.00 0.250.25 0.750.75 1.00硬硬塑塑可可塑塑軟軟塑塑二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)

30、1 土的物性與分類對(duì)同一種粘土，含水量可反映其稠度對(duì)同一種粘土，含水量可反映其稠度問題：?jiǎn)栴}：對(duì)不同的粘土，對(duì)不同的粘土，wp、wl 大小不同大小不同60plpIww吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小塑性指數(shù)塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)缺點(diǎn)缺點(diǎn)不能充分反映粘土顆粒含量不能充分反映粘土顆粒含量 不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同同活性指活性指數(shù)數(shù)002. 0ppIA p0.002: 粒徑小于粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比A

31、1.25非活性粘非活性粘土土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類61粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo): 相對(duì)密度相對(duì)密度Dr 小結(jié)粘性土的稠度狀態(tài)指標(biāo)粘性土的稠度狀態(tài)指標(biāo): 液性指數(shù)液性指數(shù)IL引入引入定義定義判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)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)塑性指數(shù)塑性指數(shù)液性指數(shù)液性指數(shù)引入引入定義定義判別標(biāo)準(zhǔn)判別標(biāo)準(zhǔn)二. 物理狀態(tài)指標(biāo)1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)1 土的物性與分類粗粒土與粘性土為何采用粗粒土與粘性土為何采用不同的物理狀態(tài)指標(biāo)？不同的物理狀態(tài)指標(biāo)？反映土的細(xì)觀特點(diǎn)反

32、映土的細(xì)觀特點(diǎn)與力學(xué)特性有更直接的聯(lián)系與力學(xué)特性有更直接的聯(lián)系便于量測(cè)便于量測(cè)62 1.1 土的形成 1.2土的三相組成 1.3土的物理狀態(tài) 1.4土的結(jié)構(gòu)?1.5土的工程分類?1.6土的壓實(shí)性 1 土的物性與分類63土顆?；蛄F(tuán)的土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)空間排列和相互聯(lián)結(jié)1.4 1.4 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)土粒間的作用力土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)力學(xué)特性力學(xué)特性土的結(jié)構(gòu)影響粗粒土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)重塑土的強(qiáng)度重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度16粘性土粘性土不靈敏不靈敏低靈敏低靈敏中等靈中等靈敏敏靈敏靈敏很靈敏很靈敏流動(dòng)流動(dòng)原狀土的無側(cè)限

33、抗壓強(qiáng)原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度度1.4 土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)1 土的物性與分類重塑土的強(qiáng)度重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度10的土的土粘性土1017的土的土粘土粘土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土建筑規(guī)范分類法 1.5 土的工程分類土的工程分類1 土的物性與分類75n【例】下圖為某三種土下圖為某三種土A、B、C的顆粒級(jí)配曲線的顆粒級(jí)配曲線, ,試按試按地基規(guī)范分類法確定三種土的名稱地基規(guī)范分類法確定三種土的名稱 76【解答】解答】A土土: :從從A土級(jí)配曲線查得土級(jí)配曲線查得, ,粒徑小于粒徑小于2mm的

34、占總土質(zhì)的占總土質(zhì)量的量的67%、粒徑小于、粒徑小于0.075mm占總土質(zhì)量的占總土質(zhì)量的21%, ,滿足滿足粒徑大于粒徑大于2mm的不超過的不超過50%, ,粒徑大于粒徑大于0.075mm的超過的超過50%的要求的要求, ,該土屬于砂土該土屬于砂土又由于粒徑大于又由于粒徑大于2mm的占總土質(zhì)量的的占總土質(zhì)量的33%, ,滿足粒徑大滿足粒徑大于于2mm占總土質(zhì)量占總土質(zhì)量25%50%的要求的要求, ,故此土應(yīng)命名為故此土應(yīng)命名為礫砂礫砂 B土土: :粒徑大于粒徑大于2mm的沒有的沒有, ,粒徑大于粒徑大于0.075mm占總土質(zhì)占總土質(zhì)量的量的52%, ,屬于砂土。按砂土分類表分類屬于砂土。按砂

35、土分類表分類, ,此土應(yīng)命名為此土應(yīng)命名為粉砂粉砂 C土土: :粒徑大于粒徑大于2mm的占總土質(zhì)量的的占總土質(zhì)量的67%, ,粒徑大于粒徑大于20mm的占總土質(zhì)量的的占總土質(zhì)量的13%, ,按碎石土分類表可得按碎石土分類表可得, ,該土該土應(yīng)命名為圓礫或角礫應(yīng)命名為圓礫或角礫 77 1.1 土的形成 1.2土的三相組成 1.3土的物理狀態(tài) 1.4土的結(jié)構(gòu) 1.5土的工程分類 1.6土的壓實(shí)性 1 土的物性與分類78壓實(shí)：指通過夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性壓實(shí)性：指土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長(zhǎng)的特性研究擊實(shí)性的目的： 以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)

36、密度 擊實(shí)方法：室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn): 夯打、振動(dòng)、碾壓1.6 1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性1 土的物性與分類79一. 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn) 二. 細(xì)粒土的壓實(shí)性 三. 粗粒土的壓實(shí)性 1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性1 土的物性與分類80一. 室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn) 試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)設(shè)備 擊實(shí)筒擊實(shí)筒V=V=1000cm3；擊實(shí)錘擊實(shí)錘w=25牛頓牛頓 試驗(yàn)條件試驗(yàn)條件 土樣分層土樣分層n=3層；落高層；落高d=30cm；擊數(shù)擊數(shù)N=27/ /層層 擊實(shí)能量擊實(shí)能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 試驗(yàn)方法試驗(yàn)方法 對(duì)對(duì)w=cosnst的土；分三層壓實(shí)；的土；分三層壓實(shí)； 測(cè)定擊實(shí)后的測(cè)定擊實(shí)后的w、，算定算定

37、d 注意注意：僅適用于細(xì)粒土；僅適用于細(xì)粒土； 對(duì)粗粒土，可用較大尺寸的擊實(shí)儀對(duì)粗粒土，可用較大尺寸的擊實(shí)儀土土1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性1 土的物性與分類81二. 細(xì)粒土的壓實(shí)性 1.1.擊實(shí)曲線擊實(shí)曲線2 2. .理論分析理論分析 3 3. .影響因素影響因素4 4. .壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性1 土的物性與分類821 1. .擊實(shí)曲線擊實(shí)曲線 特點(diǎn)：特點(diǎn)：具有峰值具有峰值位于飽和曲線之下位于飽和曲線之下 粘性土粘性土滲透系數(shù)滲透系數(shù)很小，很小，壓實(shí)過程中含水量幾乎壓實(shí)過程中含水量幾乎不變，要想擊實(shí)到飽和不變，要想擊實(shí)到飽和狀態(tài)是不可能的狀態(tài)是不可能的。satdd)(

38、 0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w (%)2.0干密度干密度 d(g/cm3)飽和曲線飽和曲線 dmax=1.86wop=12.11/swdsrGG w S()1swdsatsGG w1Sr 二. 細(xì)粒土的壓實(shí)性 最大干密度最優(yōu)含水量1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性1 土的物性與分類832 2. . 理論分析理論分析 壓實(shí)機(jī)理：壓實(shí)機(jī)理： 顆粒被擊碎，土粒定向排列顆粒被擊碎，土粒定向排列; 粒團(tuán)破碎，粒間聯(lián)結(jié)力被破粒團(tuán)破碎，粒間聯(lián)結(jié)力被破壞而發(fā)生孔隙體積減小壞而發(fā)生孔隙體積減小; 空氣被擠出或被壓縮等空氣被擠出或被壓縮等水膜潤(rùn)滑作用效果最佳水膜潤(rùn)滑作用效果最

39、佳; ; 尚沒有形成封閉氣泡，氣體易于排出尚沒有形成封閉氣泡，氣體易于排出; ;顆粒表面水膜很薄，相對(duì)移動(dòng)困難顆粒表面水膜很薄，相對(duì)移動(dòng)困難 水膜潤(rùn)滑作用不明顯水膜潤(rùn)滑作用不明顯;封閉氣泡難以排出封閉氣泡難以排出;增加水的相對(duì)含量增加水的相對(duì)含量 w wop, d dmaxw wop , d wop , d9598% 級(jí)土石壩級(jí)土石壩 Dc9295% 二. 細(xì)粒土的壓實(shí)性 1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性1 土的物性與分類86不存在最優(yōu)含水量不存在最優(yōu)含水量； 在完全風(fēng)干和飽和兩種狀態(tài)在完全風(fēng)干和飽和兩種狀態(tài) 下易于擊實(shí)下易于擊實(shí)；潮濕狀態(tài)下潮濕狀態(tài)下d明顯降低明顯降低。 三. 粗粒土的壓實(shí)性 1

40、 1. .擊實(shí)曲線擊實(shí)曲線特點(diǎn)特點(diǎn)d 20%粗砂粗砂 =45%中砂中砂 =7%； 時(shí)，干密度最小時(shí)，干密度最小 2 2. . 理論分析理論分析 對(duì)粗粒土，擊實(shí)過程中可以自由排水，不存在細(xì)粒土中出現(xiàn)的現(xiàn)象。對(duì)粗粒土，擊實(shí)過程中可以自由排水，不存在細(xì)粒土中出現(xiàn)的現(xiàn)象。 在潮濕狀態(tài)下，存在著假凝聚力，加大了阻力。在潮濕狀態(tài)下，存在著假凝聚力，加大了阻力。3 3. . 壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn) 常用相對(duì)密度常用相對(duì)密度控制控制 Dr0.70.75 施工過程中要么風(fēng)干，要么就充分灑水，使土料飽和施工過程中要么風(fēng)干，要么就充分灑水，使土料飽和 1.6 土的壓實(shí)性土的壓實(shí)性1 土的物性與分類87第一章完881.1 土的形成1.2土的三相組成1.3土的物理狀態(tài)1.4土的結(jié)構(gòu)1.