土的物理性質(zhì)指標(biāo)

關(guān)于土的物理性質(zhì)指標(biāo)第1頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三空氣Air三相草圖水Water固體Solidma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVnV體積土的三相比例指標(biāo)土的物理性質(zhì)就是研究三相的質(zhì)量與體積間的相互比例關(guān)系以及固、液兩相相互作用表現(xiàn)出來的性質(zhì)。

第2頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三WaterAirSoilVaVwVsVnVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個:共有九個參數(shù):

VVnVsVaVω

/msmωmam三相草圖法對于飽和土,Va=0是一種簡單而實用的方法第3頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三基本物理性質(zhì)試驗為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進行三個基本指標(biāo)的物理性質(zhì)試驗：土的密度試驗土粒相對密度試驗土的含水量試驗

土的三相基本指標(biāo)第4頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三定義：土單位體積的質(zhì)量表達式：單位:kg/m3

或g/cm3試驗方法：環(huán)刀法一般范圍:1.60~2.20g/cm3

土的（濕）密度

(天然密度)空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVnV體積

相關(guān)指標(biāo):土的容重=g

單位:kN/m3

工程上更常用,用于計算土的

自重應(yīng)力土的三個基本指標(biāo)第5頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三粘性土：r=1.8～2.0g/cm3

砂土：r=1.6～2.0g/cm3

腐殖土：

r=1.5～1.7g/cm3

測定方法：一般用“環(huán)刀法”，用一個圓環(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，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。土的三個基本指標(biāo)

土的（濕）密度用烘干法測定土樣電子天平環(huán)刀第6頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三定義：土粒密度是指固體顆粒的質(zhì)量ms與其體積Vs之比；即土粒的單位體積質(zhì)量

表達式：單位：g/cm3

土粒密度僅與組成土粒的礦物密度有關(guān)，而與土的孔隙大小和含水多少無關(guān)。實際上是土中各種礦物密度的加權(quán)平均值。

砂土的土粒密度一般為：2.65g/cm3左右粉質(zhì)砂土的土粒密度一般為：2.68g/cm3粉質(zhì)粘土的土粒密度一般為：2.68~2.72g/cm3

粘土的土粒密度一般為：2.7-~2.75g/cm3

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V

土的三個基本指標(biāo)

土粒的密度sρ土粒的密度值ρs在大小上等于土的相對密度即等于土的比重G。第7頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三

定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)

量之比，用百分?jǐn)?shù)表示表達式：單位:無量綱實驗方法：烘干法,酒精燃燒法一般范圍：變化范圍大注意:其實是含水比,可達到或超過100％

土的含水量W空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVnV體積土的三個基本指標(biāo)第8頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三測定方法：先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量m，然后置于烘箱內(nèi)維持100～105℃烘至恒重，再稱干土質(zhì)量ms，水的質(zhì)量mw為濕土和干土質(zhì)量之差。鋁盒烘箱電子天平土樣土的三個基本指標(biāo)

土的含水量W用烘干法測定第9頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三定義：土的孔隙中完全沒有水時的密度，稱干密度；是指土單位體積中土粒的重量，即：固體顆粒的質(zhì)量與土的總體積之比值。

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V表達式：單位：g/cm3

土的干密度一般常在1.3~1.8g/cm3

在工程上常把干密度作為評定土體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)，以控制填土工程的施工質(zhì)量。

土的干密度d第10頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三定義:土的孔隙完全被水充滿時的密度稱為飽和密度。即，土的孔隙中全部充滿液態(tài)水時的單位體積質(zhì)量

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V單位:g/cm3

土的飽和密度的常見值為1.8~2.30g/cm3

土的飽和密度sat第11頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三

定義:土的浮密度是土單位體積中土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差.

ρ’=ρsat-ρw單位:g/cm3

同一種土在體積不變的條件下，它的各種密度在數(shù)值上有如下關(guān)系：

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V

土的浮密度’第12頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三表示土體密度和容重的指標(biāo)干密度：土被烘干時的密度，

干容重：天然密度

天然容重飽和密度：土被飽和時的密度，

飽和容重：浮容重：靜水下的有效容重空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVnV體積第13頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三各種密度容重間的大小關(guān)系天然密度干密度飽和密度天然容重干容重飽和容重浮容重空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVnV體積

土的三相比例指標(biāo)第14頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三表示土中孔隙含量的指標(biāo)砂類土：28-35%粘性土：30-50%，有的可達60-70%孔隙比e：土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,為無量綱孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVnV體積

土的三相比例指標(biāo)第15頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三表示土中含水程度的指標(biāo)對干土：Sr=0對飽和土：Sr=1含水量：飽和度：土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度：空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVnV體積

土的三相比例指標(biāo)第16頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三

三相指標(biāo)換算

土的三相比例指標(biāo)第17頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三

三相指標(biāo)換算

土的三相比例指標(biāo)第18頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系要點從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系不鼓勵死記硬背必要時利用三相草圖推導(dǎo)可分為兩類：一類是必須通過試驗測定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標(biāo)；另一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)。土的三相比例指標(biāo)第19頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三【例題1】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為38.4cm3，稱得其質(zhì)量為67.21g，將其烘干后稱得質(zhì)量為49.35g，根據(jù)試驗得到的土粒比重G為2.69，試求試樣的土的密度、干密度、含水率、飽和密度、孔隙比、孔隙率和飽和度。第20頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三【解】（1）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（1－9），于是w=mw

／ms＝11.57／96.43=12%（3）已知Gs=2.7，則

Vs=ms／ρs=96.43／2.7＝35.7cm3

Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3按式（1－10），于是e=Vv／Vs＝24.3／35.7=0.68（4）按式（1－11）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（1－12）St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％§2.2土的三相比例指標(biāo)第21頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)表示影響力學(xué)特性密實度稠度§2.3黏性土的物理特性第22頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三粘性土最主要的物理狀態(tài)特征與含水量有關(guān)粘性土含水量較硬變軟流動§2.3黏性土的物理特性第23頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三粘性土的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程可塑狀態(tài)：黏性土在某含水量范圍內(nèi)，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，當(dāng)外力卸除后仍能保持已有的形狀。§2.3黏性土的物理特性第24頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三塑限wp液限wl固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水w土顆粒強結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強結(jié)合水強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水界限含水量稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)示意圖§2.3黏性土的物理特性第25頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三測定塑限的方法：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)合測定法液、塑限聯(lián)合測定法：塑限－5秒入土2mm時的含水率17mm液限－5秒入土17mm時的含水率圓錐體入土深度與含水量的關(guān)系§2.3黏性土的物理特性第26頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三液塑限聯(lián)合測定儀液限：76g圓錐下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水量塑限：76g圓錐下沉深度為2mm處所對應(yīng)的含水量§2.3黏性土的物理特性第27頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三——吸附結(jié)合水的能力；粘性大??；大致反映粘土顆粒含量反映了黏性土及其三相組成的基本特性

塑性指數(shù)§2.3黏性土的物理特性土粒越細(xì)，比表面積越大，結(jié)合水含量越高，Ip越大黏土礦物（尤以蒙脫石類）含量越多，水化作用越劇烈，結(jié)合水含量越高，Ip越大水中高價陽離子濃度越低，反離子層中的低價陽離子增加，Ip變大工程上常按塑性指數(shù)對黏性土進行工程分類第28頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三相對稠度問題：僅適用于重塑土對于不同的粘土，含水量相同，狀態(tài)可能不同液性指數(shù)：不同的粘土，ωp、ωl

大小不同定義：wpwwlIL<0IL=0~1IL>1堅硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00~0.250.25~0.750.75~1.00硬塑可塑軟塑是指黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。對重塑土較為合適?！?.3黏性土的物理特性黏性土根據(jù)液性指數(shù)劃分軟硬狀態(tài)第29頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)缺點：反映的是全部土顆粒吸附結(jié)和合的能力，不能充分反映粘土礦物表面活性的高低（不能充分反映粘土顆粒含量）

不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同活性指數(shù)p0.002:粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比A<0.75A=075–1.25A>1.25非活性粘土正常粘土活性粘土§2.3黏性土的物理特性

活動度反映黏性土中所含礦物的活動性第30頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三孔隙比e優(yōu)點：簡單方便缺點：無法反映土的級配因素0.60.750.85松散中密密實稍密密實度如何衡量?單位體積中固體顆粒含量的多少§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.4無黏性土的密實度第31頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三emax與emin：最大與最小孔隙比優(yōu)點：簡單方便缺點：不能反映級配的影響只能用于同一種土對策相對密度孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.4無黏性土的密實度第32頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三相對密度

假定第一種砂是理想的均勻圓球，不均勻系數(shù)Cu＝1.0

，最密時的孔隙比e＝0.35，如果砂粒的比重G＝2.65，則最密時的干密度d＝1.96/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)Cu＝＞1.0,最密時的孔隙比e＜0.35。就是說這兩種砂若都具有同樣的孔隙比e＝0.35時,對于第一種砂，已處于最密實的狀態(tài)，而對于第二種砂則不是最密實?！?土的物理性質(zhì)及分類

§2.4無黏性土的密實度第33頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三emax:最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比emax與emin：最大與最小孔隙比注意：室內(nèi)測得理論上的最大與最小孔隙比有時很困難優(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。§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.4無黏性土的密實度第34頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三

相對密度粗粒土的相對密度粗粒土的密實度標(biāo)準(zhǔn)Dr=0 最松狀態(tài)

Dr1/3 疏松狀態(tài)1/3<Dr2/3 中密狀態(tài)

Dr>2/3 密實狀態(tài)

Dr=1 最密狀態(tài)相對密度指標(biāo)主要用于人工填土，對天然砂土層采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗法測定優(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?！?土的物理性質(zhì)及分類

§2.4無黏性土的密實度第35頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三

粗粒土的密實狀態(tài)指標(biāo):

相對密度Dr

細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo):

液性指數(shù)IL

定義判別標(biāo)準(zhǔn)

界限含水量

wP、wL土中水形態(tài)塑性指數(shù)Ip

吸附結(jié)合水的能力

定義判別標(biāo)準(zhǔn)小結(jié)§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.4無黏性土的密實度第36頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三土的結(jié)構(gòu)土顆?；蛄F的空間排列和相互聯(lián)結(jié)粗粒土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)重力起主導(dǎo)作用粒間力起主導(dǎo)作用粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu)小結(jié)§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.2土的三相比例指標(biāo)第37頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范-GB50007-2002分類法

土的工程分類

目的：便于調(diào)查研究；便于分析評價；便于交流(基于共同的概念)

依據(jù)：最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo)要求：要有一定的邏輯性、系統(tǒng)性，

綱目分明，簡單易記，便于運用§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.2土的三相比例指標(biāo)第38頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土土漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質(zhì)量50%卵石碎石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礫角礫粒徑大于20mm的顆

粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超過全質(zhì)量50%名稱顆粒形狀粒組含量碎石土建筑場地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.2土的三相比例指標(biāo)第39頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25-50%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量50%建筑場地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土砂土§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.2土的三相比例指標(biāo)第40頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土土粉土粘性土

粘性土：塑性指數(shù)Ip>10的土

粉質(zhì)粘土：10<Ip17的土粘土：Ip>17的土

非活性粘土：A<0.75

正常粘土A=075–1.25

活性粘土A>1.25粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%而塑性指數(shù)Ip10的土建筑場地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.2土的三相比例指標(biāo)第41頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三【例題1－7】有A，B，C三種土，它們的粒徑分布曲線如圖所示。已知B土的液限為38％，塑限為19％，C土的液限為47％，塑限為24％。試對這三種土進行分類。§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.2土的三相比例指標(biāo)第42頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三【解】（1）對A土進行分類：①從圖1－28曲線A查得粒徑大于60mm的巨粒含量為零，而粒徑大于0.075mm的粗粒含量為98％，大于50％，所以A土屬于粗粒土；②從圖中查得粒徑大于2mm的礫粒含量為63％，大于50％，所以A土屬于礫類土；③細(xì)粒含量為2％，少于5％，該土屬礫；④從圖中曲線查得d10，d30和d60分別為0.32mm、1.65mm和3.55mm，因此，土的不均勻系數(shù)

Cu=d60／d10=3.55／0.32＝11.0土的曲率系數(shù)

Cc=(d30)2／d10d60＝1.652／0.32×3.55=2.40§2土的物理性質(zhì)及分類

§2.2土的三相比例指標(biāo)第43頁，講稿共47頁，2023年5月2日，星期三⑤由于Cu＞5，Cc＝1～3，所以A土屬于級配良好礫（GW）。（2）對B土進行分類：①從圖1－28的B曲線中查得大于0.075mm的粗粒含量為72％，大于50％，所以B土屬于粗粒土；②從圖中查得大于2mm的礫粒含量為8％，小于50％，所以B土屬于砂類土，但小于0.075mm的細(xì)粒含量為28％，在15％~50%之間，因而B土屬于細(xì)粒土質(zhì)砂；③由于B土的液限為38％，塑性指數(shù)Ip＝38－19＝1