土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)

4.2土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)4.2.1土的三相比例指標(biāo)2.2.2無粘性土的緊密狀態(tài)4.2.3粘性土的物理特征4.2.4土的力學(xué)性質(zhì)精選課件土的三相組成及其比例指標(biāo)固相不同成分和結(jié)構(gòu)的土中，土的三相之間具有不同的比例。土的三相組成的重量和體積之間的比例關(guān)系不同，則土的重量性質(zhì)(輕、重情況)、含水性(含水程度)和孔隙性(密實程度)等基本物理性質(zhì)各不相同，并隨著各種條件的變化而改變。例如對同一成分和結(jié)構(gòu)的土，地下水位的升高或降低，都將改變土中水的含量；經(jīng)過壓實，其孔隙體積將減小。這些情況都可以通過相應(yīng)指標(biāo)的具體數(shù)字反映出來。

表示土的三相比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)，亦即土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)，包括土的顆粒比重、重度、含水量、飽和度、孔隙比和孔隙率等。液相氣相精選課件土的三相比例指標(biāo)的定義顆粒比重G：土粒重量與同體積4攝氏度時水的重量之比，在數(shù)值上等于單位體積土粒（固體部分）的重量。重度：單位體積土的重量干重度、飽和重度和浮重度含水量w：土中水的重量與土粒重量之比，用百分?jǐn)?shù)表示飽和度Sr：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比孔隙比e：孔隙體積與土粒體積（固體部分）之比?？紫堵蕁：孔隙體積與總體積之比。精選課件顆粒比重決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般為2.65-2.75。有機(jī)質(zhì)土為2．4—2．5；泥炭土為1．5一1．85而含鐵質(zhì)較多的粘件土可達(dá)2．8一Loc同—‘種類的土，其顆粒比重變化幅度很小。顆粒比重可在試驗室內(nèi)用比重版法測定。一般土的顆粒比重值見表23。由于顆粒變化的幅度不大，通?？砂唇?jīng)驗數(shù)值選用。精選課件無粘性土的緊密狀態(tài)無粘性土:碎石土、砂土、粉土無粘性土的緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)，綜合反映了無粘性土顆粒的巖石和礦物組成、粒度組成、顆粒形狀和排列等對其工程性質(zhì)的影響。決定無粘性土緊密狀態(tài)的因素?zé)o粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)及其確定方法精選課件決定無粘性土緊密狀態(tài)的因素受荷歷史：年代較老，有超壓密歷史的，密實度大形成環(huán)境：洪積、坡積比沖積、冰積、海積的密實度小顆粒組成：粗、不均勻，密實度大礦物成分及顆粒形狀：片狀云母與柱狀、粒狀顆粒組成比，密實度小精選課件無粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)及其確定方法（1）天然孔隙比：砂土的承載力不論其顆粒組成的粗細(xì)，均隨著天然孔隙比的減小而顯著增大。通過測天然重度，換算天然孔隙比

天然重度測定方法：地下水位以上濕砂：環(huán)刀法地下水位以上干砂：灌砂法（注水法）地下水位以下砂土：難例子：劃分砂土密實度P81，表4-6劃分粉土密實度P83，表4-9精選課件無粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)及其確定方法（2）相對密度：天然孔隙比作為砂土密實狀態(tài)的分類指標(biāo)缺乏概括性，因土的密實度還與砂粒的形狀、粒徑級配等有關(guān)。例：疏松、級配良好的砂土孔隙比，比緊密、顆粒均勻的砂土孔隙比小。相對密度更有代表性。公式：P82（4-14）1：密實狀態(tài)；0：松散狀態(tài)優(yōu)點：較完善指標(biāo)，綜合反映各方面特征缺點：實際應(yīng)用困難，使用并不廣泛。例子：劃分砂土緊密狀態(tài)P83，表4-7精選課件天然孔隙比相對密度例外：標(biāo)準(zhǔn)貫入或靜力觸探評定砂土的密實狀態(tài)。P83表4-8野外鑒別方法評定碎石土的密實狀態(tài)。P84表4-10采取原狀土樣精選課件4.2.3粘性土的物理特征1粘性土的界限含水量2粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)精選課件1粘性土的界限含水量粘性土隨著本身含水量的變化，可以處于各種不同的物理狀態(tài)，其工程性質(zhì)也相應(yīng)地發(fā)生很大的變化。固體狀態(tài)：可塑狀態(tài)：流塑-流動狀態(tài)：精選課件稠度：粘性土因含水量的變化而呈現(xiàn)出的各種不同物理狀態(tài)?？伤苄裕和猎谕饬ψ饔孟拢梢匀嗨艹扇我庑螤疃l(fā)生裂縫，當(dāng)外力解除后仍能保持既得形狀的一種性能。界限含水量（稠度界限）：隨著含水量的變化，粘性土由一種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，相應(yīng)于轉(zhuǎn)變點的含水量。P84圖4-23縮限；塑限（塑性下限）；液限（流限，塑性上限）精選課件液限的測定錐式液限儀：P85圖4-24碟式液限儀：P85圖4-25兩種儀器比較：

隨著液限的增加，兩種儀器所測得的差值增大，一般情況下碟式儀測得的液限大于錐式儀。精選課件縮限的測定收縮皿法縮限=液限-烘干時失去水量精選課件塑限的測定搓條法缺點：手工操作，人為因素影響大，成果不穩(wěn)定。探索新方法精選課件（1）聯(lián)合測定法求液限、塑限P86圖4-26錐式儀；電磁放錐法；雙對數(shù)坐標(biāo)紙：入土深度與含水量的關(guān)系曲線10mm：液限2mm：塑限精選課件（2）按液限和塑限的相關(guān)關(guān)系確定塑限液限已知按經(jīng)驗公式計算塑限P86精選課件2粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)液性指數(shù)精選課件（1）塑性指數(shù)液限和塑限的差值P86（4-16）表示土處在可塑狀態(tài)的含水量的變化范圍。越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量的變化范圍也越大，可塑性就越強(qiáng)。大小與土中結(jié)合水的發(fā)育程度和含量有關(guān)，即與土的顆粒組成（粘粒含量）、礦物成分及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類的標(biāo)準(zhǔn)。精選課件（1）液性指數(shù)P86（4-17）表征粘性土所處的軟硬狀態(tài)。值越大，土質(zhì)越軟；反之，土質(zhì)越硬。P87表4-11，按液性指數(shù)劃分粘性土的狀態(tài)。天然結(jié)構(gòu)土與擾動結(jié)構(gòu)土的差別瓦式圓錐儀入土深度判定粘性土的天然狀態(tài)精選課件4.2.4土的力學(xué)性質(zhì)決定地基變形、以至失穩(wěn)危險性的主要因素：上部荷載的性質(zhì)、大小、分布面積、形狀及時間因素地基土的力學(xué)性質(zhì)：變形、強(qiáng)度精選課件對土的變形與強(qiáng)度性質(zhì)，必須從土的應(yīng)力與應(yīng)變的基本關(guān)系出發(fā)來研究。

近似：非線性-線性近似非均質(zhì)性-均質(zhì)性近似精選課件基本概念：壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性。固體土粒和水的可壓縮量小土的壓縮可施為土中孔隙體積的減小。土的固結(jié)：土的壓縮隨時間而增長的過程。無粘性土：透水性大，固結(jié)快。粘性土：透水性小，固結(jié)慢。對于飽和軟粘性土，土的固結(jié)問題是十分重要的。變形——壓縮性精選課件變形——壓縮性室內(nèi)壓縮實驗：壓縮儀的壓縮容器簡圖壓縮試驗時，用金屬環(huán)刀切取保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，并置于圓筒形壓縮容器的剛性護(hù)環(huán)內(nèi)，土樣上下各墊有一塊透水石，土樣受壓后土中水可以自由排出。由于金屬環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，土樣在壓力作用下只可能發(fā)生豎向壓縮，而無側(cè)向變形。土樣在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和后，進(jìn)行逐級加壓固結(jié)，以便測定各級壓力戶作用下土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比變化。精選課件土的孔隙比與相應(yīng)壓力的關(guān)系曲線，即土的壓縮曲線。壓縮曲線兩種方法繪制：直角坐標(biāo)系；雙對數(shù)坐標(biāo)系在常規(guī)試驗中，一般按P＝0.05、0.1、0.2、0.3、0.4MPa五級加荷；試驗時以較小的壓力開始，采取小增量多級加荷，并加到較大的荷載(例如1-1.6MPa)為止。土的壓縮曲線精選課件壓縮系數(shù)壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡．說明隨著壓力的增加，土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高.所以，曲線上任一點的切線斜率就表示了相應(yīng)壓力作用下土的壓縮性，稱為壓縮系數(shù)。值越大，壓縮性越高。精選課件壓縮指數(shù)土的e-p曲線改繪成半對數(shù)壓縮曲線e-logp時，它的后段接近直線。其斜率Cc稱為土的壓縮指數(shù)值越大，壓縮性越高。在直線段范圍內(nèi)并不隨壓力而變，試驗時要求斜率確定得很仔細(xì)，否則出入很大。低壓縮性土的Cc值一般小于0.2，Cc值大于0.4一般屬于高壓縮性土。精選課件壓縮模量完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變增量之比值.值越小，壓縮性越高。為了便于比較和應(yīng)用，通常采用壓力間隔p1＝0.1MPa和p2＝0.2MPa所得的壓縮模量精選課件強(qiáng)度-實質(zhì)上是土的抗剪強(qiáng)度問題在工程實踐中，土的強(qiáng)度問題涉及地基承載力；路堤、土壩的邊坡和天然土坡的穩(wěn)定性以及土作為工程結(jié)構(gòu)物的環(huán)境時，作用于結(jié)構(gòu)物上的土壓力和山巖壓力等問題，如圖。土體在通常應(yīng)力狀態(tài)下的破壞，表現(xiàn)為塑性破壞，或稱剪切破壞。即在土的自重或外荷載作用下，在土體中某一個曲面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力值達(dá)到了土對剪切破壞的極限抗力(這個極限抗力稱為土的抗剪強(qiáng)度)，于是土體沿著該曲面發(fā)生相對滑移，土體失穩(wěn)。所以，土的強(qiáng)度問題實質(zhì)上是土的抗剪強(qiáng)度問題。精選課件無粘性土的抗剪強(qiáng)度無粘性土的抗剪強(qiáng)度粘性土的抗剪強(qiáng)度無粘性土的抗剪強(qiáng)度不但決定于內(nèi)摩擦角的大小，而且還隨正壓應(yīng)力的增加而增加，而內(nèi)摩擦角的大小與無粘性土的密實度、土顆粒大小、形狀、粗糙度和礦物成分、以及粒徑級配的好壞程度等因素都有關(guān)，元枯性土的密實度愈大、土顆粒愈大、形狀愈不規(guī)則、表而愈粗糙、級配愈好，則內(nèi)摩擦角愈大。此外，無枯性土的含水量對內(nèi)摩擦角的影響是水分在較粗顆粒之間起滑潤作用，使摩阻力降低。不過原點精選課件抗剪強(qiáng)度的庫侖定律在一定試驗條件下得出的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角一般能反映土抗剪強(qiáng)度的大小，故稱為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。過去對式(4-23)和式(4-24)的一種比較簡單的說明是：無粘性土的試驗結(jié)果c＝0，是因為它無粘聚性；而粘性土的試驗結(jié)果出現(xiàn)c，故將c理解為粘聚力。經(jīng)過長期的試驗，人們已認(rèn)識到，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是隨試驗時的若干條件而變的，其中最重要的是試驗時的排水條件，也就是說，同一種土在不同排水條件下進(jìn)行試驗，可以得出不同的c和fai值。因此，也有將c稱為”視粘聚力”，意思是它表面上看來好象是內(nèi)聚力，其實不能真正代表粘性土的內(nèi)聚力，而只能代表粘性土抗剪強(qiáng)度的一部分，是在一定試驗條件下得出應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線在應(yīng)力軸上的截距，同樣，fai也只是由試驗結(jié)果得出的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系線的傾斜角，不能真正代表粒間的內(nèi)摩擦角。然而，由于按庫倫定律建立的概念在應(yīng)用上比較方便，許多分析