土的物理性質(zhì)與工程分類

土的物理性質(zhì)與工程分類.第一頁，共五十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)土的基本物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)是指三相的質(zhì)量與體積之間的相互比例關(guān)系及固、液二相相互作用表現(xiàn)出來的性質(zhì)。前者稱為土的基本物理性質(zhì)，主要研究土的密實(shí)程度和干濕狀況；后者主要研究粘性土的可塑性、脹縮性及透水性等。第二頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的三相圖土顆粒氣體孔隙水第三頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的三相圖質(zhì)量m體積V氣水土粒msmwmVsVwVVaVv第四頁，共五十七頁，2022年，8月28日直接測定指標(biāo)1.土的密度ρ：單位體積土的質(zhì)量

工程中常用容重來表示單位體積土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V第五頁，共五十七頁，2022年，8月28日2.土粒容重和密度土粒相對密度Gs（土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的4℃時(shí)純水的質(zhì)量之比土粒比重：細(xì)粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般為2.65左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V直接測定指標(biāo)第六頁，共五十七頁，2022年，8月28日氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V3.土的含水量ω：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。

測定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法

直接測定指標(biāo)第七頁，共五十七頁，2022年，8月28日2.飽和容重

sat：土體中孔隙完全被水充滿時(shí)的土的密度1.干容重

d：單位體積土體中固體顆粒部分的重力3.浮容重

：土體單位體積內(nèi)土粒重力與同體積水的重力之差換算指標(biāo)

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V第八頁，共五十七頁，2022年，8月28日4.孔隙比e孔隙比e：土體中孔隙體積與土粒體積之比

5.孔隙率n：土體中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示

換算指標(biāo)

氣水土粒msmwmVsVwVVaVv第九頁，共五十七頁，2022年，8月28日氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V6.土的飽和度Sr：土體中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài):Sr≤50%稍濕；50％＜Sr≤80%很濕；Sr＞80%飽和換算指標(biāo)

第十頁，共五十七頁，2022年，8月28日土顆粒水氣體單元土三相圖指標(biāo)間換算：土的三相指標(biāo)中，土粒容重

s

，含水量ω和土的容重是通過試驗(yàn)測定的，可以根據(jù)三個(gè)基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)第十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日孔隙比和孔隙率飽和度指標(biāo)間換算：第十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的飽和容重、浮容重、干容重指標(biāo)間換算：第十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗(yàn)測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度Gs為2.66，求該土樣的含水量ω、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、飽和重度sat和有效重度

解答第十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日第十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日作業(yè)：

3-2，3-3第十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的物理狀態(tài)主要指土的松、密和軟、硬程度

一、粉土和粗粒土（密實(shí)程度）二、粘性土（軟硬程度…稠度）第二節(jié)粘性土的稠度與可塑性第十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的物理狀態(tài)主要指土的松、密和軟、硬程度砂性土：密實(shí)程度：松、密粘性土：軟硬程度（稠度）：軟、硬第二節(jié)粘性土的稠度與可塑性1.無粘性土的密實(shí)度

土的密實(shí)度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂、碎石等處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)。無粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系第十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日1）孔隙比e或孔隙率n密實(shí)度如何衡量?單位體積中固體顆粒含量的多少優(yōu)點(diǎn)：簡單方便缺點(diǎn)：不能反映級配的影響只能用于同一種土emin

=0.35emin

=0.20利用孔隙比e或孔隙率分類第十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日2）相對密實(shí)度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比當(dāng)Dr=0時(shí)，e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);當(dāng)Dr=1.0時(shí)，e=emax，表示土體處于最密實(shí)狀態(tài)Dr≤1/3疏松狀態(tài)1/3＜Dr≤2/3中密狀態(tài)2/3＜Dr≤1密實(shí)狀態(tài)第二十頁，共五十七頁，2022年，8月28日3）按動力觸探確定無粘性土的密實(shí)度天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)N63.5進(jìn)行評定。密實(shí)度按N評定砂石密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)N≤1010＜N≤1515＜N≤30N＞30第二十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（StandardPenetrationTest）標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)N63.5錘重：63.5kg落距：760mm打入深度：300mm第二十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日2.粘性土的稠度和可塑性

1）粘性土的稠度狀態(tài)稠度是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,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征

粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限第二十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日固態(tài)半固態(tài)可塑態(tài)液態(tài)阿特堡界限(Atterberglimit)顆粒水VsVs+VawLwPws縮限塑限液限wVO半固態(tài)固態(tài)可塑態(tài)液態(tài)第二十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日粘粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水液態(tài)可塑態(tài)固態(tài)或半固態(tài)第二十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日稠度狀態(tài)固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

土中水的形態(tài)強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水w含水量稠度界限塑限ωp強(qiáng)結(jié)合水膜最大液限ωl出現(xiàn)自由水粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)第二十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日液限和塑限的測定方法：液限（LiquidLimit）：液塑限聯(lián)合測定儀或碟式儀塑限（PlasticLimit）：搓條法或液塑限聯(lián)合測定儀第二十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日1、液限ωL錐式液限儀測定法：76g錘經(jīng)5s恰好沉入土10mm所對應(yīng)的含水量。2、塑限ωp滾搓法：將天然濕度的土體在毛玻璃上搓成直徑為3mm土條時(shí)，土條恰好產(chǎn)生裂縫并開始斷裂時(shí)的含水量。錐式液限儀碟式液限儀第二十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日2）粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍說明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高IP>17粘土；17≥IP>10粉質(zhì)粘土；IP≤10粉土或砂類土說明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關(guān)系。當(dāng)IL≤0時(shí),ω≤ωP,土處于堅(jiān)硬狀態(tài);當(dāng)IL＞1時(shí),ω＞ωL,土處于流動狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài)

液性指數(shù)IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比

狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1第二十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日例題：從某地基取原狀土樣，測得土的液限wL=47%，塑限wp=18%，天然含水量w=40%，問地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？解：求塑性指數(shù)：求液性指數(shù)：Ip>17，該地基土為粘土；查表3-4，1.0>IL>0.75，得土處于軟塑狀態(tài)。第三十頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)土的透水性一、土的滲透性土中孔隙一般是連通的，當(dāng)飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差時(shí)，水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動。水在土體孔隙中流動的現(xiàn)象稱為滲流土具有被水等液體透過的性質(zhì)稱為土的滲透性第三十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的滲透符合Darcy定律（1856）在層流狀態(tài)下，土中水的滲流速度與能量損失之間服從線性滲流規(guī)律。即滲流十分緩慢，相鄰兩個(gè)水分子運(yùn)動的軌跡相互平行而不混摻。上述理論即為達(dá)西定律：滲出水量Q與圓筒過水?dāng)嗝娣eA和水力梯度I成正比，且與土的透水性質(zhì)有關(guān)。第三十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日第三十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日V不是孔隙中水的實(shí)際流速，因公式推導(dǎo)中采用的是土樣的整個(gè)面積，包括了土粒骨架所占的部分面積在內(nèi)，因土粒本身是不透水的，故真實(shí)面積Av小于A，從而實(shí)際平均流速Vs大于V，通過水流連續(xù)原理建立：孔隙率n，

第三十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日滲透系數(shù)是反映土的透水性能的比例系數(shù)，是水力梯度為1時(shí)的滲透速度，其量綱和滲透速度相同。物理含義即為單位面積單位水力梯度單位時(shí)間內(nèi)透過的水量。第三十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日

二、土的滲透性影響因素

1.顆粒級配。影響性最大。土粒越細(xì)或粗大顆粒間含有細(xì)顆粒越多，土的滲透性越弱，反之越強(qiáng)。2.礦物成份。粘土礦物的成分不同，形成結(jié)合水膜的厚度不同，故不同粘土礦物組成的土，其透水性也不同，通常隨土中親水性強(qiáng)的粘土礦物增多，滲透性降低。（思考：蒙脫石，高嶺石，伊利石滲透性能的大?。?.土的密度。對同一種土而言，土越密實(shí)，孔隙越小，滲透性也就降低。故土的滲透性隨土的密實(shí)程度的增大而減小。4.土的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。5.水溶液成份和濃度。粘性土的滲透性隨溶液中陽離子價(jià)數(shù)和水溶液濃度的增大而增大。第三十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日1.分類的目的土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別，目的在于通過通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，便于在不同土類間作有價(jià)值的比較、評價(jià)、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的交流2.分類原則：1.分類要簡明，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)，又要測定方法簡單，使用方便2.土的分類體系所采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性第四節(jié)土的工程分類第三十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日巖土巖石碎石土粉土特殊土砂土強(qiáng)度、節(jié)理級配、形狀粘性土塑性指數(shù)或塑性圖第三十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日3.分類體系與方法分類體系：1.建筑工程系統(tǒng)分類體系2.公路路基土分類體系《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)側(cè)重把土作為建筑地基和環(huán)境進(jìn)行分類《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD30—2004)側(cè)重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土進(jìn)行分類第三十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日分類方法：1.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007－2002)根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大類a.巖石的分類顆粒間牢固粘結(jié),呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，堅(jiān)硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度frk分類堅(jiān)硬程度類別飽和單軸抗壓強(qiáng)度frk(Mpa)堅(jiān)硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤5第四十頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類b.碎石土的分類第四十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的名稱礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂顆粒級配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重25％～50％注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重85％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％砂土的分類c.砂土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土第四十二頁，共五十七頁，2022年，8月28日根據(jù)堆積時(shí)代分

根據(jù)塑性指數(shù)Ip分

按工程特性分

根據(jù)有機(jī)質(zhì)含量分類1）老堆積土：第四紀(jì)更新世Q3及其以前2）一般堆積土：全新世堆積3）新近堆積土：全新世以后IP>17粘土；17≥IP>10粉質(zhì)粘土；IP≤10粉土或砂類土濕陷性土、紅粘土、軟土（包括淤泥和淤泥質(zhì)土）、多年冰土、膨脹土、鹽滯土、混合土、填土污染土等無機(jī)土：Q＜5%有機(jī)質(zhì)土：5%≤Q≤10%泥炭質(zhì)土：10％＜Q≤60％泥炭：Q＞60％d.粘性土的分類第四十三頁，共五十七頁，2022年，8月28日2.《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145－90)---水利部的土質(zhì)分類根據(jù)各粒組的相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、粗粒土和細(xì)粒土四大類a.巨粒土和含巨粒土的分類巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于60mm的巨粒含量區(qū)分。若土中巨粒含量多于50%,屬于巨粒土；若土中巨粒含量在15%～50%之間，屬于含巨粒土b.粗粒土的分類巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒徑大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，屬于粗粒土。第四十四頁，共五十七頁，2022年，8月28日

c.細(xì)粒土的分類土中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土屬于細(xì)粒土。細(xì)粒土按塑性圖進(jìn)行細(xì)分。粗粒土分為礫類土和砂類土兩類礫粒組質(zhì)量多余總質(zhì)量的50%的土為礫類土，礫粒組質(zhì)量少于或等于余總質(zhì)量的50%的土為砂類土。第四十五頁，共五十七頁，2022年，8月28日三、國標(biāo)《土的工程分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）規(guī)定的土的野外鑒別方法第四十六頁，共五十七頁，2022年，8月28日例題下圖為某種土的粒徑級配累積曲線。其中粒徑小于0.075mm的細(xì)粒土，經(jīng)測定wL=38%，wp=23%。試按巖土工程勘察規(guī)范分類法定出土的名稱。第四十七頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類第四十八頁，共五十七頁，2022年，8月28日土的名稱顆粒級配砂類土礫砂粒徑大于2mm的顆粒占總質(zhì)量的25~50%粗砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過總質(zhì)量50%中砂粒徑大于0.25mm的顆粒超過總質(zhì)量50%細(xì)砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質(zhì)量85%粉砂粒徑大于0.075mm的顆粒超過總質(zhì)量50%砂類土的分類第四十九頁，共五十七頁，2022年，8月28日分析：1、d>2mm的顆粒重量<總土重的25%d>0.5mm的顆粒重量>50%按前述內(nèi)容，定名為粗砂2、d<0.075mm的顆粒含量Ip=38-23=15>10應(yīng)進(jìn)一步定名為含粘性土粗砂第五十頁，共五十七頁，2022年，8月28日例題分析【例】下圖為某三種土A、B、C的顆粒級配曲線,試按《地基規(guī)范》分類法確定三種土的名稱

第五十一頁，共五十七頁，2022年，8月28日【解答】A土:從A土級配曲線查得,粒徑小于2mm的占總土質(zhì)量的67%、粒徑小于0.075mm占總土質(zhì)量的21%,滿足粒徑大于2mm的不超過50%,粒徑大于0.075mm的超過50%的要求,該土屬于砂土；又由于粒徑大于2mm的占總土質(zhì)量的33%,滿足粒徑大于2mm占總土質(zhì)量25%～50%的要求,故此土應(yīng)命名為礫土B土:粒徑大于2mm的沒有,粒徑大于0.075mm占總土質(zhì)量的52%,屬于砂土。按砂土分類表分類,此土應(yīng)命名為粉砂C土:粒徑大于2mm的占總土質(zhì)量的67%,粒徑大于20mm的占總土質(zhì)量的1