土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)土的物理性質(zhì)及工程分類學(xué)習(xí)教案

1、土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)土質(zhì)學(xué)與土力學(xué) 土的物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)(wl xngzh)及工程分類及工程分類第一頁，共38頁。第1頁/共38頁第二頁，共38頁。Vm1.土的密度土的密度密度：單位體積密度：單位體積(tj)土的質(zhì)量。土的質(zhì)量。Mg/m3, g/cm3粘性(zhn xn)土 r=1.82.0g/cm3砂 土 r=1.62.0g/cm3腐殖土 r=1.51.7g/cm3測定方法：一般用測定方法：一般用“環(huán)刀法環(huán)刀法” ，用一個，用一個圓環(huán)刀（刀刃向下）放在削平的原狀土圓環(huán)刀（刀刃向下）放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿

2、環(huán)刀邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣的質(zhì)量，求得它與內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣的質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積環(huán)刀容積(rngj)之比值即為其密度。之比值即為其密度。第2頁/共38頁第三頁，共38頁。gVmgVG2.土的重度土的重度重度重度:單位體積土的重量，是重力單位體積土的重量，是重力(zhngl)的函數(shù)。的函數(shù)。kN/m3第3頁/共38頁第四頁，共38頁。11/1wswssVmd3 土粒相對密度（比重土粒相對密度（比重(bzhng)）相對密度相對密度:土粒密度（單位體積土粒的質(zhì)量）與土粒密度（單位體積土粒的質(zhì)量）與4時純水密度之比。時純水密度之比。 rw1為4時純水的密度(md)，

3、rw1=1g/cm3;rs為土粒的密度(md)，即單位體積土粒的質(zhì)量。故實用上，土粒相對密度(md)在數(shù)值上等于土粒的密度(md)。第4頁/共38頁第五頁，共38頁。第5頁/共38頁第六頁，共38頁。 含水量w是標志土的濕度的一個重要物理指標。天然土層的含水量變化范圍很大，它與土的種類、埋藏條件及其所處的自然(zrn)地理環(huán)境等有關(guān)。一般說來，對同一類土，當其含水量增大時，則其強度就降低。%100%100ssswmmmmmw4 土的含水量土的含水量含水量：土中水的質(zhì)量含水量：土中水的質(zhì)量(zhling)與土粒質(zhì)量與土粒質(zhì)量(zhling)之比，用之比，用w表示，以百分數(shù)計。表示，以百分數(shù)計。第

4、6頁/共38頁第七頁，共38頁。第7頁/共38頁第八頁，共38頁。 在測定(cdng)土的密度、土粒比重和土的含水量這三個基本指標后，就可以根據(jù)三相草圖計算出三相組成各自在體積上與質(zhì)量上的含量。 第8頁/共38頁第九頁，共38頁。1.1.土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比和孔隙率 孔隙比孔隙比: :土中孔隙體積土中孔隙體積(tj)(tj)與土粒體積與土粒體積(tj)(tj)之比，以小數(shù)記。之比，以小數(shù)記。svVVe 它是一個重要的物理性能指標，可用來評價天然土層它是一個重要的物理性能指標，可用來評價天然土層(t cn)的密的密實程度。一般地，實程度。一般地， e1.0的土是疏松的的土是疏松的高壓縮性

5、土。高壓縮性土。第9頁/共38頁第十頁，共38頁。1.1.土的孔隙土的孔隙(kngx)(kngx)比和孔隙比和孔隙(kngx)(kngx)率率 孔隙孔隙(kngx)(kngx)率：土中孔隙率：土中孔隙(kngx)(kngx)體積與土總體積之比，體積與土總體積之比，以百分數(shù)計。以百分數(shù)計。%100VVnv%1001eennne1砂類土：砂類土：28-35%粘性粘性(zhn xn)土：土：0-50%,有的可達有的可達60-70%第10頁/共38頁第十一頁，共38頁。2 土的飽和度土的飽和度%100vwrVVS 砂土根據(jù)飽和砂土根據(jù)飽和(boh)土土Sr的指標值分為稍濕、很濕和飽和的指標值分為稍濕、

6、很濕和飽和(boh)三種濕度狀態(tài)。顯然，干土的飽和三種濕度狀態(tài)。顯然，干土的飽和(boh)度度Sr =0，而完全飽和，而完全飽和(boh)土的飽和土的飽和(boh)度度Sr =100%。第11頁/共38頁第十二頁，共38頁。3 土的飽和土的飽和(boh)密度和干密度密度和干密度VVmwVssat飽和飽和(boh)密度密度:土中孔隙被水充滿時土的密度，土中孔隙被水充滿時土的密度，Mg/m3, g/cm3Vmsd干密度：單位土體積中土干密度：單位土體積中土(zhn t)粒的質(zhì)量粒的質(zhì)量 ， Mg/m3, g/cm3第12頁/共38頁第十三頁，共38頁。密度密度(md)與與重度重度ggsatsatg

7、dd飽和飽和(boh)重度重度天然重度天然重度干重度干重度第13頁/共38頁第十四頁，共38頁。wsatwssVVgm 對于地下水位以下的土體，由于受到水的浮力作用，將扣除水浮力后單位體積土所受的重力稱為土的有效(yuxio)重度，以g 表示，當認為水下土是飽和時，它在數(shù)值上等于飽和重度gsat。dsat第14頁/共38頁第十五頁，共38頁。 三相(sn xin)指標換算第15頁/共38頁第十六頁，共38頁。 三相指標(zhbio)換算第16頁/共38頁第十七頁，共38頁。從物理意義上理解指標間的關(guān)從物理意義上理解指標間的關(guān)系系(gun x)不鼓勵死記硬背不鼓勵死記硬背必要時利用三相草圖推導(dǎo)必

8、要時利用三相草圖推導(dǎo) 三相圖換算指標，就是利用已知的指標，計算出三相草圖中的各相數(shù)值，再根據(jù)所求指標的定義直接計算。 事實上，由于三相量的指標都是相對的比例關(guān)系，不是量的絕對值，因此，為了簡化計算，常?？梢?ky)假設(shè)三相中某相的值為1個單位，實用上最常用的是假設(shè)Vs=1.0m3(或cm3)或V=1.0m3(或cm3 )進行計算。第17頁/共38頁第十八頁，共38頁。土的物理(wl)狀態(tài)第18頁/共38頁第十九頁，共38頁。 砂土、碎石土和粉土統(tǒng)稱為無黏性土，無黏性土的密度對其工程性質(zhì)有重要的影響。 土的密實度通常指單位體積中固體顆粒的含量。土顆粒含量多，土就密實；土顆粒含量少，土就疏松。反映

9、這類土工程性質(zhì)的主要指標(zhbio)是密實度。干密度d和孔隙比e (或孔隙度n)都是表示土的密實度的指標(zhbio)。 但是這種用固體含量(hnling)或孔隙含量(hnling)表示密實度的方法有其明顯的缺點，主要是這種表示方法沒有考慮到粒徑級配這一重要因素的影響。 第19頁/共38頁第二十頁，共38頁。 假定第一種砂是理想的均勻圓球，不均勻系數(shù)Cu1.0 ，最密時的孔隙比e0.35，如果砂粒的比重G2.65，則最密時的干密度d1.96/cm3。 第二種砂同樣是理想的圓球。但其級配中除大的圓球外，還有小的圓球可以充填于孔隙中，不均勻系數(shù)Cu1.0, 最密時的孔隙比e0.35。就是說這兩種

10、砂若都具有同樣的孔隙比e0.35時,對于第一種砂，已處于最密實(m shi)的狀態(tài)，而對于第二種砂則不是最密實(m shi)。第20頁/共38頁第二十一頁，共38頁。minmaxmaxeeeeDr 工程上為了更好地表明砂土所處的密實狀態(tài)，采用將現(xiàn)場土的孔隙比工程上為了更好地表明砂土所處的密實狀態(tài)，采用將現(xiàn)場土的孔隙比e e與該種土所能達到最密實時的孔隙比與該種土所能達到最密實時的孔隙比emin emin 和最松散時的孔隙比和最松散時的孔隙比emax emax 相比較相比較(bjio)(bjio)的辦法，來表示孔隙比的辦法，來表示孔隙比e e時土的密實度。這種度量密實度的指標稱為相對密度時土的密

11、實度。這種度量密實度的指標稱為相對密度 Dr Dr定義為定義為密實度判別密實度判別(pnbi)標準標準 ： Dr1/3 疏松疏松 1/3Dr2/3 中密中密 Dr2/3 密實密實 土的最大孔隙比土的最大孔隙比emax的測定方法是將松散的風(fēng)干土樣，通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，求得土的最小干密度的測定方法是將松散的風(fēng)干土樣，通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，求得土的最小干密度(md)再經(jīng)換算確定；土的最小孔隙比再經(jīng)換算確定；土的最小孔隙比emin的測定方法是將松散的風(fēng)干土樣分批裝人金屬容器內(nèi)，按規(guī)定的方法進行振動或錘擊夯實，直至密實度不再提高，求得最大干密度的測定方法是將松散的風(fēng)干土樣分批裝人金屬容器內(nèi)

12、，按規(guī)定的方法進行振動或錘擊夯實，直至密實度不再提高，求得最大干密度(md)再經(jīng)換算確定。再經(jīng)換算確定。第21頁/共38頁第二十二頁，共38頁。 粘性土最主要(zhyo)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抵抗能力。第22頁/共38頁第二十三頁，共38頁。 弱結(jié)合水的存在是土具有可塑狀態(tài)的原因。土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍，大體上相當于土粒所能夠吸附的弱結(jié)合水的含量。這一含量的大小土要決定于土的比表面積相礦物成分。粘性大的土必定是比表面積大，礦物的親水能力強的土(例如蒙持石)，自然也是能吸附較多的結(jié)合水的土，因之它的塑態(tài)含水量的變化范圍也必定大。當含水量繼

13、續(xù)增加，土中除結(jié)合水外，已有相當數(shù)量的水處于電場引力影響范圍以外，成為自由(zyu)水。這時土粒之間被自由(zyu)水所隔開，土體不能原受任何剪應(yīng)力，而呈流動狀態(tài)。 從物理概念分析，土的稠度實際上是反映土中水的形態(tài)。第23頁/共38頁第二十四頁，共38頁。PLPLwwwwI液性界限(wL)簡稱液限，相當于土從塑性狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃訝顟B(tài)(zhungti)時的含水量。這時，土中水的形態(tài)除結(jié)合水外，已有相當數(shù)量的自由水。塑性界限(wp)簡稱塑限，相當于土從半固體狀態(tài)(zhungti)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)(zhungti)時的含水量。這時土中水的形態(tài)大約是強結(jié)合水含量達到最大時。第24頁/共3

14、8頁第二十五頁，共38頁。土中水與稠度土中水與稠度(chu d)狀態(tài)狀態(tài)第25頁/共38頁第二十六頁，共38頁。液性指數(shù)液性指數(shù)Ip 狀態(tài)狀態(tài) Ip0 0Ip0.25 0.25Ip0.750.75Ip1.0 Ip1.0堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑粘性土的狀態(tài)粘性土的狀態(tài)(zhungti)分類分類第26頁/共38頁第二十七頁，共38頁。第27頁/共38頁第二十八頁，共38頁。第28頁/共38頁第二十九頁，共38頁。土按堆積年代可劃分為以下三類：老堆積土：第四紀晚更新世Q4及其以前堆積的土層，一般呈超固結(jié)狀態(tài)，具有較高的結(jié)構(gòu)強度；一般堆積土：第四紀全新世(文化期以前Q4)堆積的土層；新

15、近(xnjn)堆積土：自文化期以來新近(xnjn)堆積的土層Q4，一般處于欠壓密狀態(tài)，結(jié)構(gòu)強度較低。 根據(jù)地質(zhì)成因可將士分為殘積土、坡積土、洪積土、淤積土、冰積土、風(fēng)積土和海積土等。根據(jù)有機質(zhì)含量(按灼失量試驗確定）可將土分為無機土、有機質(zhì)土、泥炭質(zhì)土和泥炭，其含量分別為小于5，5-10，10-60，大于60。按顆粒級配和塑性指數(shù)可將士分為碎石土、砂土、粉土和粘性土。第29頁/共38頁第三十頁，共38頁。碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過(chogu)全重50的土。根據(jù)顆粒級配和顆粒形狀，按下表 分類。 第30頁/共38頁第三十一頁，共38頁。砂土(sh t):粒徑大于2mm的顆粒含量不超過

16、全重50、粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50的土。根據(jù)顆粒級配，按下表分類。 第31頁/共38頁第三十二頁，共38頁。粘性土:若土的塑性指數(shù)(zhsh)IP10：則該土屬粘性土。粘性土根據(jù)塑性指數(shù)(zhsh)IP按下表細分。第32頁/共38頁第三十三頁，共38頁。第33頁/共38頁第三十四頁，共38頁。粉土:為介于(ji y)砂土與粘性土之間，塑性指數(shù)IP10且粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50的土。粉土的工程性質(zhì)介于(ji y)砂土和粘性土之間，它既不具有砂土透水性大、容易排水固結(jié)、抗剪強度較高的優(yōu)點，又不具有粘性土防水性能好、不易被水沖蝕流失、具有較大粘聚力的優(yōu)點。第34頁/共38頁第三十五頁，共38頁。第35頁/共38頁第三十六頁，共38頁。 具有最優(yōu)含水量的土，其壓實效果最好。這是因為含水量較小時