土的物理性質(zhì)及工程分類2講訴

1.4土的物理性質(zhì)指標(biāo)三相組成的定性分析，進(jìn)一步對土的三相組成作定量上的分析，即分析土三相組成部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系。

土的物理性質(zhì)指標(biāo)——表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量，可分為如下兩類：為了便于計算，用圖所示的土的三相組成示意圖來表示各部分之間的數(shù)量關(guān)系。必須通過實驗測定的指標(biāo)即：密度、土粒比重（土粒相對密度）、含水量可根據(jù)已測指標(biāo)推算的指標(biāo)如:孔隙比、孔隙率、飽和度等物理性質(zhì)指標(biāo)土的三相組成示意圖

mw：土中水質(zhì)量m：土的總質(zhì)量，

m=ms+mwVw：土中水體積mma=0mwms質(zhì)量體積氣水土粒VaVwVsVvVms：土粒質(zhì)量ma：土中氣質(zhì)量Vs：土粒體積Va：土中氣體積V：土的總體積

V=Vv+VsVv：土中孔隙體積

Vv=Va+Vw

天然狀態(tài)下土單位體積的質(zhì)量，g/cm3或t/m3

粘性土：；砂土：；腐質(zhì)土：。一般用“環(huán)刀法”測定。

1.4.1直接測定的物理性質(zhì)指標(biāo)

1.土的密度ρ（又稱天然密度）土粒比重Gs（土粒相對密度）

土粒質(zhì)量與同體積的4℃時純水的質(zhì)量之比，即：其中：——土粒密度，g/cm3；——4℃時純水的密度，1g/cm3或1t/m3；——天然水密度，1g/cm3。土粒比重取決于礦物成分。一般土：2.6～2.8；有機(jī)質(zhì)土：2.4～2.5；泥炭土：1.5～1.8。土粒比重Gs測定方法：比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量m1。然后把烘干土若干克(ms)裝入空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質(zhì)量m2，按下式計算土粒比重土的含水率

含水率：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示

表達(dá)式：

一般，土的含水量越大，其強(qiáng)度越低。粗砂的含水量接近于零，淤泥可達(dá)60％。一般用“烘干法”測定。土的含水率測定方法：烘干法。先稱出天然濕土的質(zhì)量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，稱干土的質(zhì)量。

1.4.2間接換算的物理性質(zhì)指標(biāo)

土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示表達(dá)式：

用于評價土的密實度和壓縮性：e<0.6密實、低壓縮性；e>1.0疏松、高壓縮性。土中孔隙率n定義：土中的孔隙的體積與土的總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：

土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：

干土Sr=0；飽和土Sr=100%。4.土的干密度ρd

、飽和密度ρrat、浮密度ρ′干密度：，土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量。（工程上用作評定土體密實度，控制填土工程的施工質(zhì)量）飽和密度：，土孔隙中充滿水時土體的單位體積質(zhì)量。

浮密度：，單位土體中土粒的有效質(zhì)量（在地下水位以下，扣除浮力后單位土體積中土粒的質(zhì)量）。1.4.3物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算孔隙比與孔隙率的關(guān)系干密度與天然密度的關(guān)系氣水土粒Gsρw

Vs＝11+e質(zhì)量m體積VVv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

孔隙比和干密度的關(guān)系

飽和度與含水率和孔隙比的關(guān)系

當(dāng)土飽和時，即為Sr=100％則

浮密度和孔隙比的關(guān)系

例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為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】無粘性土——密實度粘性土的物理特征——含水量1.5

土的物理狀態(tài)指標(biāo)1.5.1

無粘性土的密實度劃分標(biāo)準(zhǔn)（1）孔隙比e(礫，粗、中砂)優(yōu)點：簡單方便缺點：無法反映土的級配因素0.60.750.85松散中密密實稍密（2）相對密度Dr定義：優(yōu)點：計入土的級配因素，理論上比較完善。缺點：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin

的測定受人為的影響較大。

判別標(biāo)準(zhǔn)：Dr=1,最密狀態(tài)

Dr=0,最松狀態(tài)

Dr≤1/3,疏松狀態(tài)1/3<Dr≤2/3,中密狀態(tài)

Dr>2/3,密實狀態(tài)3.根據(jù)原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗判別按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N密實度N≤10松散10≤N≤15稍密15≤N≤30中密N>30密實按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N判別砂土密實度

錘重：63.5kg

標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)N63.5

落距：760mm

打入深度：300mm

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗（StandardPenetrationTest）1.5.2

粘性土的物理特征液限、塑限、縮限塑性指數(shù)液性指數(shù)液限、塑限、縮限一、定義液限ωL、塑限ωp、縮限ωs二、測定方法

wSWpWL液態(tài)固態(tài)塑態(tài)半固態(tài)0測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測定法。測定液限的方法：碟式儀法和液、塑限聯(lián)合測定法。10mm液限：我國標(biāo)準(zhǔn)，過渡時期的液限。17mm液限：國際通用標(biāo)準(zhǔn)。《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》液塑限聯(lián)合測定法25擊合攏長度＝13mm時含水率為液限。碟式儀法粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)IP——表示土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。

IP

=wL-wP（省去%）

IP越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也越大。土顆粒越細(xì)，粘粒含量越高，土能吸附的結(jié)合水量越多，則IP越大。

IP在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種主要因素，故常用于對粘性土進(jìn)行分類。液性指數(shù)IL——表示粘性土軟硬程度的一個指標(biāo)。評判土的軟硬程度由此可見：當(dāng)0≤w≤wP，IL

≤0，土處于固態(tài)或半固態(tài)當(dāng)wP

<w≤wL，0<IL≤1，土處于可塑狀態(tài)當(dāng)

w>wL

，IL

>1，土處于流態(tài)故可根據(jù)IL的大小評判土的軟硬程度，分為如下5種：狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)IL

≤00<IL≤0.250.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL>1.0表

粘性土軟硬狀態(tài)的劃分1.5.3土的壓實性在建造路堤、土壩等時，常需要填土。為增強(qiáng)土的密實度，降低其透水性和壓縮性，常采用分層壓實的辦法來加以處理。

壓實性——土體在外部壓實能量作用下，土顆?？朔ｉg阻力，產(chǎn)生相對位移，使土中的孔隙減少，密度增加，強(qiáng)度提高的特性。實踐表明：細(xì)粒土和粗粒土的壓實性不同。壓實細(xì)粒土宜用夯擊或碾壓機(jī)具；壓實粗粒土宜用振動機(jī)具。最優(yōu)含水率土過濕過干都難以充分壓實。過濕，則土中自由水過多，夯實或碾壓時水難以從孔隙中排出，阻止顆粒的靠攏，從而會出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象（俗稱橡皮土）。過干，則土中主要是強(qiáng)結(jié)合水，顆粒間引力大，阻止顆粒的移動。只有當(dāng)含水量適當(dāng)時，壓實效果才會好。常用室內(nèi)擊實試驗確定最優(yōu)含水量。最優(yōu)含水量（wop）：一定的壓實能量下使土最容易壓實且能達(dá)到最大密實度時的含水量。由室內(nèi)擊實試驗測得。最大干密度（ρdmax）：與wop

相應(yīng)的干密度。ρdmax越大，e越小。擊實試驗與擊實曲線擊實試驗：對同一種土配制若干份不同含水量的試樣，用同樣的壓實能量分別對每一份試樣進(jìn)行擊實，測定各試樣相應(yīng)的含水量w和干密度ρd，然后繪制含水量與干密度關(guān)系曲線，即得擊實曲線，曲線峰值點對應(yīng)的即為最優(yōu)含水量wop和最大干密度ρdmax

。圖2-13含水量－干密度曲線擊實功：擊實功越大，最大干密度越大，最優(yōu)含水率越??；粘粒含量：粘粒含量越少，最大干密度越大；顆粒級配：顆粒級配越均勻，擊實效果越差。ω0ρd擊數(shù)403020飽和線壓實效果壓實度為便于工地現(xiàn)場壓實質(zhì)量控制，工程上常采用壓實度Dc來控制：

Dc

值越接近1，則表示對壓實質(zhì)量要求越高。對高速公路主要受力層，要求Dc

值達(dá)0.95；對I、II級土石壩，Dc

值應(yīng)達(dá)0.950.98。

理論飽和曲線定義：土處于飽和狀態(tài)下的干密度ρd與含水量w的關(guān)系曲線。由Sr=100%，e=wGs，可得理論飽和曲線方程為：

土壓實到ρdmax時，其飽和度一般為80％。因此，壓實曲線只能位于理論飽和曲線的下方，不可能與之相交。采用室內(nèi)擊實試驗來模擬現(xiàn)場壓實是半經(jīng)驗法。§1.6土的工程分類一、分類的目的和原則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值的比較、評價、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗的交流。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二、分類體系與方法分類體系：2.建筑工程系統(tǒng)分類體系1.工程材料系統(tǒng)分類體系側(cè)重把土作為建筑地基和環(huán)境，研究對象為原狀土，例如：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2002)地基土分類方法側(cè)重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研究對象為擾動土，例如：《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145-90)工程用土的分類和《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ051-93)土的工程分類三、《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ145－90)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。粗粒土分為礫類土和砂類土兩類，礫粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50%的土稱為礫類土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。圖中液限為17mm液限細(xì)粒土按塑性圖進(jìn)行細(xì)分2.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007－2002)

粉土：d>0.075mm的顆粒含量小于等于50％全重且IP≤10的土，分為砂質(zhì)粉土（d<0.005mm≤10%）、粘質(zhì)粉土（d<0.005mm>10%）地基土工程分類碎石土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％的土分為：漂、塊石；卵、礫石；圓、角礫（表1-15）。粒組含量由大至小以最先符合者確定砂土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50％且粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50％的土分為礫砂、粗、中、細(xì)砂、粉砂（表1-16）粘性土：IP>10的土,按IP分為：粉質(zhì)粘土（10<IP≤17）、粘土(IP>17)表1-17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20