土力學(xué)-第一章土的物理性質(zhì)和工程分類2課件

緒論

土力學(xué)是力學(xué)的一個分支，是以土為研究對象的學(xué)科。其主要研究內(nèi)容：

通過研究土的物理、力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步認(rèn)識土和土體在荷載、水、溫度等外界因素作用下的反應(yīng)特性即土的壓縮性、剪切性、滲透性及動力特性。

需要研究和解決的工程中的三大類問題：

土體穩(wěn)定或強度問題；土體變形問題；滲流：滲透變形與滲透穩(wěn)定。2005年7月21日在廣州海珠區(qū)江南大道南海珠廣場深基坑南邊發(fā)生滑坡比薩斜塔是意大利比薩城大教堂的獨立式鐘樓，位于比薩大教堂的后面

鐘樓始建于1173年，設(shè)計為垂直建造，但是在工程開始后不久便由于地基不均勻和土層松軟而傾斜該城市人口密集。1850年開始抽取地下水，1891－1973年，整個老城下沉達(dá)8.7m造成地面道路、建筑及其他建筑設(shè)施的破壞。墨西哥城的下沉土層中地下水位的下降，使有效應(yīng)力增加，使地基進(jìn)一步固結(jié)沉降。圣母教堂，因地表不均勻下沉使其發(fā)生嚴(yán)重傾斜，并成為危房LaConchita滑坡1996年發(fā)生在美國加州的LaConchita，因居民已提前撤離固未造成人員傷亡本章主要內(nèi)容1.1土的生成1.2土的三相組成1.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造1.4土的三相物理性質(zhì)指標(biāo)的測定及計算1.5無粘性土的特性1.6粘性土及粉土的特性1.7粘性土水-土系統(tǒng)的工程（物理-化學(xué)）特性1.8土的工程分類第1章土的物理性質(zhì)及工程分類§

1.1土的生成風(fēng)化、搬運、堆積巖石土壓密、巖化一、土的概念土：覆蓋在地表上的碎散礦物集合體。巖石：構(gòu)成地殼的基本物質(zhì)，是一種或多種礦物的聚合體。統(tǒng)稱為大自然的產(chǎn)物土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物巖石風(fēng)化分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。物理風(fēng)化：巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程?；瘜W(xué)風(fēng)化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學(xué)變化，分解為極細(xì)顆粒的過程。特征：物理風(fēng)化：量變過程，形成的土顆粒較粗；化學(xué)風(fēng)化：質(zhì)變過程，形成的土顆粒很細(xì)。對一般的土而言，通常既經(jīng)歷過物理風(fēng)化，又有化學(xué)風(fēng)化，只不過哪種占優(yōu)勢而已。運積土：巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動等搬運離開生成地點后再沉積下來的堆積物。又分為沖積土、風(fēng)積土、冰磧土和沼澤土等。沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑風(fēng)積土：由風(fēng)力帶動土粒經(jīng)過一段搬運距離后沉積下來的堆積物；沒有層理、細(xì)砂或粉粒；黃土冰磧（qi）土：由冰川剝落、搬運形成的堆積物；不成層、從漂石到粘粒沼澤土：在沼澤地的沉積物；含有機質(zhì)、壓縮性高、強度低氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用§

1.2土的三相組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。

固相：土的顆粒、粒間膠結(jié)物；

液相：土體孔隙中的水；

氣相：孔隙中的空氣。一、土的固相土的固相物質(zhì)包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架最基本的物質(zhì)，稱為土粒。對土粒應(yīng)從其礦物成分、顆粒的大小來描述。（一）成土礦物：原生礦物，次生礦物

原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成的礦物，如石英、長石、云母等。

次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風(fēng)化作用后形成的新礦物，如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土礦物以及碳酸鹽等。（二）土粒的大小和土的級配粒度，粒徑粒組：把工程性質(zhì)相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒含量定義為該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量隨著顆粒大小的不同，土的性質(zhì)可以有很大的差異。因此，人們常常按照粒徑的范圍，將土粒分為若干組，粒組之間的分界尺寸稱為界限粒徑。表1-1是國內(nèi)常用的一種粒組劃分。土

粒

粒

組

的

劃

分

表1-1粒

組

名

稱粒徑范圍(mm)一

般

特

征漂石或塊石卵石或碎石>

200200~60透水性很大，無粘性，無毛細(xì)水粗中細(xì)60~2020~55~2透水性大，無粘性，毛細(xì)水上升高度不超過粒徑大小粗中細(xì)極細(xì)2~0.50.5~0.250.25~0.10.1~0.05易透水，當(dāng)混入云母等雜質(zhì)時透水性減小，而壓縮性增加，無粘性，遇水不膨脹，干燥時松散；毛細(xì)水上升高度不大，但隨粒徑變小而增大粗細(xì)0.05~0.010.01~0.005透水性小，濕時稍有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細(xì)水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象粘

粒

<

0.005透水性很小；濕時有粘性、可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細(xì)水上升高度大，但速度不快砂

粒粉

粒圓礫或角礫（三）顆粒大小分析試驗測定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，確定粒徑分布范圍的試驗稱為土的顆粒大小分析試驗。常用的方法：篩分法：粒徑>0.075mm

密度計法：粒徑<0.075mm

聯(lián)合測定：既有粒徑<0.075mm，又有粒徑>0.075mm

1.篩分法利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規(guī)定方法取得的一定質(zhì)量的干試樣放入一次疊好的篩中，置振篩機上充分振搖后，稱出留在各級篩上的土粒的質(zhì)量，按下式計算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分?jǐn)?shù)X（％）式中：mi，m－分別為小于某粒徑的土粒質(zhì)量及試樣總質(zhì)量105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.5103.土的級配曲線

1-1顆粒分析試驗曲線(四)顆粒分析試驗曲線的主要用途按粒徑分布曲線可求得：（1）土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評估土的工程性質(zhì)；（2）某些特性粒徑，用于建筑材料的選擇和評價土級配的好壞。根據(jù)某些特征粒徑，可得到兩個有用的指標(biāo)，即不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，它們的定義為：

（1－2）二、土的液相（一）結(jié)合水

強結(jié)合水性質(zhì)接近于固體，冰點很低，沸點較高，且不能傳遞壓力。

弱結(jié)合水也稱為薄膜水，不能傳遞壓力，也不能在孔隙水中自由流動，但它可以因電場引力的作用從水膜厚的地方向水膜薄的地方轉(zhuǎn)移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影響土的壓縮性和強度，并使土的透水性變小。吸著水厚度影響因素：成土礦物；陽離子濃度及化學(xué)性質(zhì)(陽離子價低,厚;陽離子濃度高,薄)。（二）自由水離開土顆粒表面較遠(yuǎn)，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動的水稱為自由水。（分為毛細(xì)管水和重力水）1.毛細(xì)管水土中存在許多大小不同的相互連通的彎曲孔道，由于水分子與土粒分子之間的附著力和水氣界面上的表面張力，于是，將引起迫使相鄰?fù)亮Ｏ嗷シe緊的壓力，這個壓力稱為毛管水壓力。2.重力水在重力或水位差作用下能在土中流動的自由水稱微重力水。具有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。當(dāng)它在土孔隙中流動時，對所流經(jīng)的土體施加滲流力（亦稱動水壓力、滲透力），計算中應(yīng)考慮其影響。三、土的氣相存在土中的氣體分為兩種基本類型：一種是與大氣連通的氣體；另一種是與大氣不連通的以氣泡形式存在的封閉氣體。一、土的結(jié)構(gòu)1.定義土?；蛲亮＜象w在空間的排列和互相聯(lián)結(jié)形式稱為土的結(jié)構(gòu)§1.3土的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造2.類型(a)單粒結(jié)構(gòu)

(b)峰窩結(jié)構(gòu)

(c)絮狀結(jié)構(gòu)(1)單粒結(jié)構(gòu)

如圖(a)所示。由顆粒大的土粒在水或空氣中下沉堆積而成。粗粒土都具有單粒結(jié)構(gòu)。單粒結(jié)構(gòu)可以分為疏松的和緊密的。疏松單粒結(jié)構(gòu)的土孔隙大，骨架不穩(wěn)定，在外載作用下容易發(fā)生錯位，產(chǎn)生很大的變形或沉降，因此，這種土未經(jīng)處理一般不宜作為建筑物的地基。緊密單粒結(jié)構(gòu)的土，由于顆粒排列緊密，強度高，壓縮性小，在動、靜載作用下都不會發(fā)生較大的沉降，是良好的天然地基。(2)峰窩結(jié)構(gòu)

如圖(b)所示。粒徑大約在0.02~0.002mm范圍內(nèi)的粉土或粘土顆粒，在水中單個下沉?xí)r，途中碰到已沉積的土粒時，由于土粒之間的分子引力大于土粒自重，使得土粒只能停留在最初的接觸位置不能繼續(xù)下沉，這樣，一粒一粒相互吸引，最終將能形成具有很大孔隙的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。(3)絮狀結(jié)構(gòu)

如圖(c)所示。直徑小于0.002mm的極細(xì)粘粒，在水中能夠長期懸浮而不下沉，如果水中摻有某些電解質(zhì)，顆粒間的排斥力能被動削弱，運動著的土粒能夠相互碰撞凝聚成絮狀的小集粒而下沉，并相繼與已沉積的絮狀集粒接觸，形成類似蜂窩而孔隙很大絮狀結(jié)構(gòu)（又稱為二級蜂窩結(jié)構(gòu)）。

以上三種結(jié)構(gòu)中，密實的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好；蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)如果受到擾動，強度就會降低，壓縮性變高，難以作為天然地基。二、土的構(gòu)造1.定義同一土層中顆?；蝾w粒結(jié)合體相互間的位置與充填空間情況稱為土的構(gòu)造。其實，這一定義與大多書本一樣仍然比較模糊，未交代結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的關(guān)系。其實，土的結(jié)構(gòu)著重于細(xì)微觀，而構(gòu)造可以理解為土體的宏觀結(jié)構(gòu)。2.類型土體的構(gòu)造一般可以分為以下四類：

(1)層狀構(gòu)造顧名思義，層狀構(gòu)造是由不同顏色和粒徑的土粒構(gòu)成的一層一層的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。大部分細(xì)粒土的土層是這種構(gòu)造。

(2)分散構(gòu)造土層中的土粒分布均勻，性質(zhì)相近，粗粒土大都是分散構(gòu)造。

(3)裂隙狀構(gòu)造土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割，破壞了原狀土的整體性，使其工程性質(zhì)變差，一些堅硬和硬塑狀態(tài)的粘土具有這種結(jié)構(gòu)。

(4)結(jié)核狀構(gòu)造在細(xì)粒土中明顯摻有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核。如含結(jié)核的黃土等，該類土的性質(zhì)主要決定于細(xì)粒土部分?！?.4土的三相物理性質(zhì)指標(biāo)的測定及計算土的物理、力學(xué)性質(zhì)不僅決定于它的三相組成性質(zhì)和它的結(jié)構(gòu)，而且還與三相之間量的比例關(guān)系密切相關(guān)?？煞譃閮深悾和ㄟ^試驗測定，如含水量、密度和土粒相對密度，稱為直接指標(biāo)；根據(jù)直接指標(biāo)換算，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)。土的三相圖從右圖可以容易得到以下關(guān)系：Vv

=

Vw

+

Va

V=Vs+

Vv

=

Vs+

Vw

+

Va

m=ms+

mw

一、試驗直接測定的物理性質(zhì)指標(biāo)（一）土粒相對密度（土粒比重）ds土粒相對密度定義為土粒的質(zhì)量（或重量）與同體積4℃時純水的質(zhì)量（或重量）之比（無因次），其表達(dá)式為：（1.4.1）或（1.4.2）式中：——土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量；——4℃時純水的密度，1.0g/cm3土粒相對密度在數(shù)值上等于土粒的密度土粒相對密度常用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土若干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算土粒相對密度：

式中：m1——瓶+水的質(zhì)量；

m2——瓶+土+水的質(zhì)量；

ms——烘干土的質(zhì)量；

m0msm1m2空瓶質(zhì)量烘干土的質(zhì)量瓶+水的質(zhì)量瓶+土+水的質(zhì)量

m1+ms——瓶+水（滿）的質(zhì)量+干土的質(zhì)量；

m1+ms-m2——與土粒體積相同的水的質(zhì)量。比重瓶法（二）土的天然含水量w土的天然含水量，定義為土中水的質(zhì)量與土粒的質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為：（1.4.3）將式（1.4.2）代入（1.4.3）中得測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100℃～105℃常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。（三）土的天然密度ρ與重度γ土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量，用ρ表示，單位為Mg/m3(或g/cm3)。表達(dá)式如下：（1.4.5）

對于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定。二、間接換算得物理性質(zhì)指標(biāo)（一）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，其表達(dá)式為：（1.4.10）（二）土的孔隙率n定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比，或單位體積內(nèi)孔隙的體積，以百分?jǐn)?shù)表示，其表達(dá)式為：（1.4.11）（三）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，其表達(dá)式為：（1.4.12）土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的重量，表達(dá)式為：

（1.4.14）土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是評定土密實程度的指標(biāo)，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。（四）干密度ρd與干重度γd土的干密度：單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量，表達(dá)式：（1.4.13）（五）飽和密度ρsat與飽和重度γsat飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀態(tài)時單位體積土的質(zhì)量。表達(dá)式為（1.4.15）在飽和狀態(tài)下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其表達(dá)式為：（1.4.16）（六）浮密度ρ’與浮重度（有效重度）γ’土在水下，受到重力水的浮力作用，此時土中固體顆粒的質(zhì)量再扣去固體顆粒排開水的質(zhì)量與土樣總體積之比

（1.4.17）

浮密度與其相應(yīng)，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體積內(nèi)的土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表達(dá)式為：（1.4.18）或（1.4.19）從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：三、常用物理性質(zhì)指標(biāo)的實用計算公式(重點、難點)常用的土的物理指標(biāo)共有九個。已知其中任意三個，通過換算可以求出其余的六個。（一）孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為（1＋e），于是有：

或

三相示意圖（a）（二）干密度與天然密度和含水量的關(guān)系設(shè)土體的體積V為1，則ρd

=ms/V，土體內(nèi)土粒的質(zhì)量ms為ρd，由w=mw/ms水的質(zhì)量mw為wρd。于是，按t天然密度的定義可得：

或

（1-22）（三）孔隙比與土粒相對密度和干密度的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則按，孔隙的體積Vv為e；由ρs＝ms/Vs得土粒的質(zhì)量ms為ρs。于是，按ρd的定義可得：應(yīng)用式（1－6）整理得：（四）飽和度與含水量、相對密度和孔隙比的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則按e=VV/VS得體積VV=e；由ρs＝ms/Vs得土粒的質(zhì)量ms=ρs。按w=mw/ms，得質(zhì)量mw=wρs，則得體積Vw=mw/ρw

=wρs/ρw。于是，

當(dāng)土飽和時，即Sr為100％，則：

式中：wsat——飽和含水率。（五）浮密度與土粒相對密度和孔隙比的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積為1，則按e=VV/VS，孔隙的體積VV為e；由ρs＝ms/Vs得土粒的質(zhì)量ms為ρs。于是，按式浮密度的定義可得

例題【例題1-1】某干砂試樣，經(jīng)細(xì)雨后，體積未變，飽和度達(dá)到Sr=40%，試問細(xì)雨后砂樣的密度、重度和含水量各是多少？解：對于干砂試樣，其密度應(yīng)為孔隙比：

雨后含水量：雨后砂樣密度：雨后砂樣重度：【例題1-2】有一個完全飽和的粘土土樣，測得總體積V1=100cm3，已知土粒對水的相對密度ds=2.66，土樣含水量w1=45%，將該土樣置于烘箱中烘了一段時間之后，測得土樣的體積V2=95cm3，w2=35%，問土樣烘干前后的密度、干密度、孔隙比、飽和度各為多少？解：烘烤前因為土樣完全飽和即Sr1=100%所以孔隙比：

干密度：密度：烘烤后土樣中的干土質(zhì)量不變即此時土樣的總質(zhì)量：土樣密度：土樣干密度：土樣孔隙比：土樣的飽和度：【例題1-3】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質(zhì)量為108g，將其烘干后稱得質(zhì)量為96.43g，根據(jù)試驗得到的土粒比重ds為2.7，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度?！窘狻浚?）已知V＝60cm3，m=108g，則由式（1－4）得

ρ=m／v=180/60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，則mw=m－ms=108－96.43=11.57g按式（1－8），于是w=mw／ms＝11.57／96.43=12%（3）已知ds=2.7，則

Vs=ms/ρs=96.43／2.7＝35.7cm3Vv=V－Vs

=60－35.7＝24.3cm3按式（1－11），于是（4）按式（1－12）n=Vv/V＝24.3／60=40.5％（5）根據(jù)ρw的定義

Vw=mw/ρw=11.57／1＝11.57cm3于是按式（1－13）Sr=Vw/Vv=11.57／24.3＝48％=24.3／35.7=0.68【例1-4】某土樣在天然狀態(tài)下的孔隙比e=0.8，土粒比重ds=2.68，含水量ω=24%，求：(a)天然狀態(tài)下的重度、干重度和飽和度；(b)若該土樣加水后，達(dá)到飽和狀態(tài)，計算飽和時的含水量ω及飽和重度(假定土的孔隙比保持不變)。解:(a)(b)【例1-5】某飽和土樣重0.4N，體積為21.5cm3。放入烘箱內(nèi)烘一段時間后取出，稱得其重量為0.33N，體積減小至15.7cm3，飽和度為75%。試求該土樣烘烤前的含水量w、孔隙比e及干容重γd。解：設(shè)烘一段時間后，孔隙體積為Vv2，孔隙水所占體積為Vw2，則：在烘后狀態(tài)：在烘前狀態(tài)：聯(lián)立求解得：

=4.8cm3，=3.6cm3上一節(jié)講的9個三相指標(biāo)主要是反映土的物理性質(zhì)的，還不能直接表現(xiàn)土的物理狀態(tài)，本節(jié)講授反映土的物理狀態(tài)的有關(guān)指標(biāo)。所謂土的物理狀態(tài)，對于粗粒土來講，就是指它的密實程度；對于細(xì)粒土，則是指它的軟硬程度即粘性土的稠度(consistency）§1.5和1.6土的物理狀態(tài)指標(biāo)一、無粘性土（粗粒土）的密實度（1.5節(jié)）

土的密實度:指單位體積的土體中固體顆粒的含量。干容量ρd和孔隙比e（或孔隙率n）都是表示土的密實度的指標(biāo)。但這種直接用土粒的含量或孔隙含量表示密實度的方法具有明顯的缺點:最主要的就是它們沒有考慮到土粒粒徑級配這一重要因素的影響，不同級配的砂土，即使孔隙比相同，所處的松密狀態(tài)并不會相同。

為了更好的表明粗粒土的密實狀態(tài)，可以將天然孔隙比e與同一種土的最密實狀態(tài)的孔隙比emin和最松散狀態(tài)孔隙比emax進(jìn)行對比，看天然的e是靠近emin還是靠近emax，以此來判別它的密實度。這種度量密實度的指標(biāo)稱為相對密度(relativedensity)Dr。式中：Dr——相對密實度；

emax——無粘性土處在最松狀態(tài)時的孔隙比；

emin——無粘性土處在最密狀態(tài)時的孔隙比；

e——無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。

顯然，當(dāng)e接近于emin時，Dr接近于1，土呈密實狀態(tài)，當(dāng)e接近于emax時，Dr接近于零，土呈松散狀態(tài)。通常根據(jù)Dr可以把粗粒土的松密狀態(tài)分為下列三種：

0<Dr≤0.33松散

0.33<Dr≤0.67中密

0.67<Dr≤1密實天然砂土的密實度只能在現(xiàn)場利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、靜力觸探試驗等原位測試方法來獲得。通常根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的錘擊數(shù)N

，將天然砂土分為表1.5.2中的四種密實度狀態(tài)。表1.5.2

天然砂土的密實度劃分砂土密實度松散稍密中密密實標(biāo)準(zhǔn)實驗擊數(shù)N≤1010<N≤1515<N≤30>30碎石土可以用可挖性、可鉆性等方法進(jìn)行現(xiàn)場鑒別，一般也可區(qū)分為密實、中密和稍密三種密實度狀態(tài)。細(xì)粒土（粘性土）無法在實驗室測定最大和最小孔隙比，實際上也不存在emax和emin，因此只能根據(jù)孔隙比e或干密度ρd來判斷其密實度。稠度：指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。二、粘性土的稠度（1.6節(jié)）（一）粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)常用流動、軟、可塑、硬等描述。粘性土粘性土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限。（二）界限含水率及其測定流態(tài)Vw0可塑態(tài)半固態(tài)固態(tài)膨脹收縮wLwPwS1.界限含水率液限（WL）——從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；塑限（Wp）——從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率,

也就是可塑狀態(tài)的下限含水率；縮限（Ws）——從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)的界限含水率,

亦即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變時的含水率。測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測定法。2.液、塑限的測定測定液限的方法：碟式儀法、錐式液限儀、和液、塑限聯(lián)合測定法。聯(lián)合測定儀錐式液限儀蝶式儀25擊合攏長度＝13mm時含水率為液限土的縮限用收縮皿法測定。3.縮限的測定式中：ws——土的縮限（％）w——制備時的含水率（％）V1——濕試樣的體積（cm3），V2——干試樣的體積（cm3）1.塑性指數(shù)（三）塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)：液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號）。用Ip表示，取整數(shù)。

粘土粉質(zhì)粘土粉土

2.液性指數(shù)式中：IL——液性指數(shù)，以小數(shù)表示；

w——土的天然含水率。

1989和2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》都根據(jù)IL將粘性土劃分成了表1.6.1中的五種狀態(tài)。

粘性土的軟硬狀態(tài)

表1.6.1狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)I

LIL≤0

0

<

IL≤0.25

0.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL>1（四）靈敏度、觸變性及活動度土的結(jié)構(gòu)形成后就獲得了一定的強度，并且這種強度會隨時間而增長。在含水量不變的情況下，將原狀土捏碎，重新按原來的密度制備成重塑土，由于原狀結(jié)構(gòu)遭到了徹底破壞，重塑土樣的強度會比原狀土樣有明顯的降低。原狀土樣的單軸抗壓強度qu與重塑土樣的單軸抗壓強度qu'之比稱為土的靈敏度St，即：St

=qu

/qu'(1.6.6)

根據(jù)靈敏度的大小可以將粘性土分為三類：低靈敏土（1<St≤2）；中靈敏土（2<St≤4）和高靈敏土（S

t>4）。

與靈敏度密切相關(guān)的另一特性是觸變性。結(jié)構(gòu)受破壞，強度降低以后的土，若靜置不動，則土顆粒與水分子和離子會重新組合排列，形成新的結(jié)構(gòu)，強度又將得到一定程度的恢復(fù)。這種在含水量和密度不變的條件下，土因重塑而軟化，又因靜置而逐漸硬化的性質(zhì)稱為土的觸變性。在實際工程中，有時兩種粘土的塑性指數(shù)Ip很接近，但性質(zhì)可能會有很大差異，為了進(jìn)一步加以區(qū)別，英國土力學(xué)家斯肯普頓在1953年又引入了活動度A的概念，即：A=Ip/m式中m為粒徑小于0.002mm的土粒質(zhì)量占土樣總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

試驗設(shè)備

擊實筒V=1000cm3；擊實錘w=25牛頓

試驗條件

土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數(shù)N=27/層

擊實能量

試驗方法

對ω=常數(shù)的土；分三層壓實；測定擊實后的ω、ρ，算定ρd

注意：僅適用于細(xì)粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實儀土§1.7粘性土水-土系統(tǒng)的工程特性擊實試驗土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土能夠壓實到某種密實度的性質(zhì)。§1.8地基土的工程分類一、土的工程分類依據(jù)

按前面的分析，影響土的工程性質(zhì)的三個主要因素是土的三相組成、土的物理狀態(tài)和土的結(jié)構(gòu)。在這三者中，起主要作用的無疑是三相組成。在三相組成中，關(guān)鍵又是土的固體顆粒，而顆粒的粗細(xì)是最為重要的。1.碎石土指粒徑大于2mm的顆粒含量超過總土重50%的土。根據(jù)粒組含量及顆粒形狀，還可按表1.8.1細(xì)分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫六類。碎

石

土

的

分

類

表1.8.1土的名稱顆粒形狀粒

組

含

量漂石磨圓粒徑大于200mm的顆粒超過全重50%塊石棱角卵石磨圓粒徑大于20mm的顆粒超過全重50%碎石棱角圓礫磨圓粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%角礫棱角注：分類時應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。2.砂土

指粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50%，而粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的50%的土。砂土根據(jù)粒組含量不同又被細(xì)分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂五類。如表1.8.2所示。砂

土

的

分

類

表1.8.2土的名稱粒

組

含

量礫砂(gravellysand)粗砂(coarsesand)中砂(midiumsand)細(xì)砂(finesand)粉砂(siltysand)粒徑大于2mm的顆粒占全重25-50%粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%注：分類時應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。3.粉土指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過50%，且塑性指數(shù)3<Ip≤

10的土。

這類土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。在許多工程問題上，表現(xiàn)出較差的性質(zhì)，如受振動容易液化、凍脹性大等等。4.粘性土

指塑性指數(shù)Ip

10的土。其中10

Ip17的土稱為粉質(zhì)粘土；Ip17的土稱為粘土。粘性土可以根據(jù)液性指數(shù)I

L分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種狀態(tài)。此外自然界中還分布有許多具有一般土所沒有的特殊性質(zhì)的土，如黃土、軟土、紅土、凍土、膨脹性土，分散性土等。它們的分類都各有自己的規(guī)范。同學(xué)們在將來的實際工作中碰到具體的工程問題時，可查找相應(yīng)的規(guī)范。第一章總結(jié)§1.1土的形成與特征一、土的概念巖石經(jīng)過風(fēng)化作用在不同條件下形成的自然歷史產(chǎn)物二、土的種類

1.殘積土(sedentaryorresidualsoil)2.運積土(sedimentarysoil)1)坡積土(cliffsoil)；2)