土質學與土力學土的物理性質與工程分類

土質學與土力學主講：王林峰博士副教授

土力學體系一、土的三相理論二、土的滲透理論三、土的強度理論四、土的變形理論土的物理性質與工程分類第一章對土的特點進行詳細解釋和定量描述本章特點:看起來零散學習要點:

理清各節(jié)間聯(lián)系各節(jié)內(nèi)層次§1土的物性與分類§1.1土的三相組成§1.2土的物理狀態(tài)§1.3土的工程分類第1節(jié)土的組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱為三相系。固相:土的顆粒，構成土的骨架；液相:土體孔隙中的水及其溶解物；氣相:孔隙中的空氣固相氣相液相一.固體顆粒物理狀態(tài)力學特性粒徑級配§1土的物性與分類§1.2土的三相組成礦物成分顆粒形狀1.粒徑級配一.固體顆粒§1土的物性與分類§1.2土的三相組成顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例粒徑級配影響土性的主因顆粒逮大小粒組按粗剝細進乓行分今組，遺將粒靈徑接遞近的逢歸成遵一類界限隆粒徑P1墊3一.棕固俗體顆兵粒0.075dmm卵石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細粗

中

細

極細粗粒土細粒土§1土的挖物性騰與分安類§1結.2土的術三相偷組成土的醬分類紛標準粒徑系級配確定黨方法篩分吩法：適啟用于聯(lián)粗粒望土貪(>0左.07映5mm衣)水分盈法：適呼用于掃細粒環(huán)土姿(<0圖.07油5mm形)——各粒踢組的隊相對華含量承，用隔質量災百分化數(shù)來伸表示表述殃方法粒徑革級配禾累積剪曲線、列受表法§1土的拜物性迎與分圣類一.提固鴉體顆跨粒§1殘.2土的穿三相辜組成一.奇固券體顆丟?！?土的舟物性蠅與分樂類105.呈02.詳01.喂00.禽50.縱250.果120郵0g101618242238721009080706050403020100小于猴某粒衰徑之為土質甩量百甜分數(shù)P（％處）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(m矛m)§1睡.2土的愈三相煮組成P%958778665536土的羅粒徑毫級配樸累積港曲線水分互法粒徑(mm)0.0750.010.005百分數(shù)P(%)2613.510一.摟固北體顆素?！?土的益物性瓜與分遵類§1取.2土的橫三相賢組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征選粒徑品:d50:平均粒徑d60:限定粒徑d10:有效粒徑d30;不均播勻程罵度：Cu=d60/容d10連續(xù)嬌程度:Cc=d302/(d60×d10)—曲率腔系數(shù)—不均頃勻系照數(shù)Cu≥5,級配里不均樸勻粗細杜程度：用d50表示一.弓固盟體顆耗粒§1土的瘋物性彼與分錦類§1嘴.2土的織三相俯組成1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數(shù)（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒倒徑范悶圍內(nèi)擦顆粒貿(mào)的含蓮量陡—相應電粒組達質量綠集中緩--相應券粒組借含量絹少平臺--相應建粒組創(chuàng)缺乏連續(xù)備程度買:Cc=d302/(d60×d10)—曲率照系數(shù)較大欣顆粒強缺少Cc減小較小越顆粒說缺少Cc增大Cc=1~3,級配尖連續(xù)蠢性好粒徑才級配粒徑箏級配藏累積梁曲線框及指難標的閣用途：1）粒組最含量渣用于怖土的陽分類揭定名；2）不均棍勻系寸數(shù)Cu用于禮判定娃土的福不均鈴勻程茶度：Cu≥5,不均轉勻土；Cu<慶5,均勻價土3）曲率廳系數(shù)Cc用于吐判定稍土的倚連續(xù)筆程度卻：Cc=1~3,級配否連續(xù)鴿土；Cc>霉3或Cc<茫1,級配悟不連幻玉續(xù)土4）不均棍勻系銅數(shù)Cu和曲率健系數(shù)Cc用于圾判定甜土的蓋級配亂優(yōu)劣四：如果Cu≥5且Cc=1~3健，級配逢良遠好的外土；如果Cu<及5或Cc>悲3或Cc<負1,級配央不讀良的挽土§1土的牲物性館與分酷類一.箏固雕體顆柴?！?櫻.2土的辯三相染組成結晶寒水礦物敗內(nèi)部龜?shù)乃Y合體水面吸珠附在象土顆鐵粒表氧面的慰水自由聰水擱電扮場引的力作秒用范語圍之功外的巧水土中佛冰容由援自由職水凍懷成，患凍脹胡融陷§1土的含物性橋與分撥類§1庸.2土的讀三相歷組成二.造土懷中水（液相）§1土的挺物性妨與分揮類§1腥.2土的菌三相辮組成二.哨土左中水結合秀水排列知致密薯、定云向性淘強密度絡>1g/這cm3(1韻.5潔-1矩.8壇)冰點棋處于弊零下返幾十塘度具有味固體蜜的的厲特性溫度苗高于殺10羨0°C時可福蒸發(fā)強結竭合水位于辣強結駁合水言之外蛾，電披場引力作剝用范訴圍之窯內(nèi)外力眨作用評下可拴以移肢動不因浙重力疏而移晚動，薦有粘問滯性弱結辰合水自由煙水重力射水毛細衛(wèi)水在重婚力作努用下搏可在藝土中屋自由目流動存在柏于固飄氣之揮間在重羊力與勞表面銀張力盡作用憐下可在陸土粒旺間空油隙中寫自由上移動§1土的慮物性撇與分限類§1德.2土的療三相體組成二.令土帽中水§1土的辮物性膊與分拔類§1秘.2土的預三相幕組成二.檢土諷中水土中爭毛細準現(xiàn)象上升肝高度:πr2hcγw=2πrT支co玩sα毛細戰(zhàn)水分布村在土灶粒內(nèi)約部相摸互貫友通的糖孔隙辦可以崖看成首許多暖形狀侵不一米、直衣徑互偏異、幼彼此不連通咳的毛關細管毛細覆升高潤與孔賤徑成橡反比粘土粉土砂土礫石分析代對象:水柱三.土中片氣體自由伏氣體詞：與大掘氣連慎通，很對土僚的性渾質影業(yè)響不葉大封閉狹氣體礦：增加違土的的彈性凍；阻列塞滲對流通蘭道§1土的根物性音與分酷類§1葉.2土的庸三相振組成土有茄三個元組成蠟部分芝：固葛相、偉液相左和氣揚相小結1.固體狐顆粒2.敘土中講水3.杯土中現(xiàn)氣體粒徑蠅級配礦物炒成分顆粒王形狀結合店水河(魂強結科合水的、弱崇結合藥水)自由善水櫻(填重力怪水、棒毛細趨水)自由堵氣體封閉炮氣體§1土的暖物性來與分涉類§1逐.2土的認三相覽組成§1尚.3土的務物理繩狀態(tài)土的慌物理并狀態(tài)粗粒族土的楚松密佛程度粘性獸土的繩軟硬止狀態(tài)§1土的麗物性縫與分帆類土的歇物理湊性質凱指標(三相湖間的稱比例衰關系)力學突特性影響表示一.巨物兩理性赤質指氧標土的滑三個鐵組成鑰相的拉體積眾和質棒量上染的比促例關念系§1土的開物性廉與分擺類§1閃.3土的劃物理寇狀態(tài)密實鮮程度干濕幻玉程度……特點:指標甲概念智簡單絲式，數(shù)鬼量很銳多要點崗：名稱摘、概誼念或宇定義姿、符丑號、腥表達字式、單位據(jù)或量竿綱、夸常見傾值或舟范圍幕、聯(lián)章系與醋區(qū)別定義基本信方法:三相宣草圖犁法1.三相鏈草圖§1土的筑物性卡與分球類一.給物蜜理性繼質指貞標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積§1告.3土的扁物理貢狀態(tài)三相熔草圖§1土的忠物性賄與分薪類一.撐物翼理性拳質指滿標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積已知研關系姜五個:共有查九個芽參數(shù):V襯VvVsVaVω/msmωmam剩下殖三個糠獨立腸變量三相繼草圖雜法物性璃指標掏是比嗽例關嚼系:可假抽設任美一參帥數(shù)為1對于粘飽和調(diào)土,極Va=0剩下映兩個里獨立壯變量實驗插室測哲定其它嫩指標是一笛種簡鑼單而呆實用比的方浮法§1唐.3土的帳物理昨狀態(tài)§1土的何物性風與分御類一.雷物消理性想質指番標2.室內(nèi)學測定勢的三堂個物詠理性貿(mào)質指滑標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積--懲--土的析密度泛、土血粒的日比重櫻、土譽的含來水量土的學密度土的未容重γ=ρg工程鑒上更孫常用,用于例計算灰土的沿自重握應力單位:kg利/m3或g/折cm3單位:kN馳/m3一般換范圍:1.算60—2.煉20g/罪cm3定義:土單接位體貧積的務質量有時晃也稱土的防天然素密度§1將.3土的蝴物理喪狀態(tài)表達藝式:相關數(shù)指標:§1土的淘物性裹與分辜類一.評物孫理性菌質指拍標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積土粒蜻比重

s:土粒為的密禍度，閃單位罩體積森土粒輛的質榜量單位:無量列綱土粒衫比重已一般很范圍:粘性比土2.脾70—2.抗75砂取土2.誰654?東C時純爺蒸餾溉水的法密度=1.0g/cm3土粒基比重華在數(shù)先值上憑等于誤土粒取的密穴度定義:土粒缺的密姻度與4?附C時純建蒸餾盟水的遙密度繡的比扭值§1鼻.3土的何物理關狀態(tài)表達說式:土粒坡比重哈常用比重求瓶法測定臥，事續(xù)先將做比重恐瓶注披滿純既水，路稱瓶期加水頭的質言量。媽然后覽把烘景干土下若干逝克裝敏入該他空比瞧重瓶蒜內(nèi)，遷再加嘉純水防至滿事，稱添瓶加枝土加懲水的崇質量忘，按確下式執(zhí)計算網(wǎng)土粒舌比重績：式中燙：m1——瓶加擾水的踢質量勇；m2——瓶加晴土加忌水的桂質量蜜；ms——烘干針土的亭質量翠。§1土的超物性艘與分強類一.腥物臂理性近質指緩標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積土的席含水羨量定義:土中帆水的曲質量椅與土秧粒質摧量之相比,用百摟分數(shù)宮表示注意:其實深是含光水比,可達化到或需超過10尤0％§1膏.3土的秘物理體狀態(tài)表達凳式:一.素物樓理性違質指幟標表示妹土中羞孔隙皇含量慌的指栗標孔隙胸比孔隙株率(孔隙退度)§1土的勒物性辨與分東類３.其它更常用素的物參理性毯質指盈標關系:在某萍種程核度上充反映砌土的停松密砂類渠土：28晝-3繪5%粘性宇土：30首-5漏0%有的帖可達60喘-7殲0%§1贊.3土的走物理順狀態(tài)定義:土中亦孔隙塌體積招與固拿體顆除粒體爛積之最比,無量扒綱表達淚式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積定義:土中英孔隙敏體積扇與總進體積支之比,用百稱分數(shù)擺表示表達魄式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積三相秒草圖赴可用弊于確音定物謀性指告標之胖間的戰(zhàn)關系一.保物仰理性市質指較標表示壇土中言含水榴程度華的指仁標§1土的遺物性場與分好類含水禍量飽和胞度§1耐.3土的膝物理蟻狀態(tài)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積表達潮式:定義:土中詢水的宿體積織與孔劉隙體手積的描比值飽和廚度表販示孔隙怠中充羽滿水妖的程不度Sr=0蠢:干土Sr=1萍:飽和罪土§1土的碗物性喇與分瓜類一.孩物凈理性桶質指穩(wěn)標表示愉土中密度虧和容滔重的指賽標天然貞密度干密砌度飽和煩密度天然呀容重干容敘重浮容毅重浮密挑度有效壺容重飽和昆容重§1燒.3土的蹈物理爺狀態(tài)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積單位:kg難/m3或g/昏cm3單位:kN姨/m3定義:土被攻完全急烘干舌時的雷密度,等于單位籠體積氣內(nèi)土面粒的找質量表達框式:各種蘭密度只容重輕之間型的大純小關漏系：§1土的砍物性嫩與分麥類一.勸物鉗理性魄質指彼標§1橡.3土的矮物理判狀態(tài)天然鴉密度干密蓮度飽和胞密度天然遙容重干容在重浮容薄重飽和天容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積§1土的鬼物性金與分遷類二.土的們物理練狀態(tài)渾指標§1提.3土的件物理脆狀態(tài)土的派物理歷狀態(tài)粗粒抽土的偏松密某程度粘性額土的惜軟硬憑狀態(tài)土的持物理峽性質雖指標(三相烏間的傲比例余關系)力學柱特性影響表示ema踩x與emi梳n：最大什與最腐小孔拋隙比1.粗粒詠土的旗密實撿狀態(tài)§1土的酸物性帳與分鐵類二.嘗物苗理狀晉態(tài)指僑標密實砍度如何搶衡量?單位緒體積辮中固幅體顆疊粒含記量的殺多少優(yōu)點霉：簡單遙方便缺點勻：不能鎮(zhèn)反映斥級配珍的影挖響只能辱用于臺同一胸種土對策2、相出對密敲度§1鄙.3土的含物理棵狀態(tài)1、孔賄隙比e或孔贏隙率nemi狠n=武0.拍35emi得n=顏0.招20粗粒遺土的閃密實客狀態(tài)賀指標判別愚標準柏：Dr=爽1達,最密歸狀態(tài)Dr=幣0刻,最松溉狀態(tài)Dr≤1/淚3捕,疏松宮狀態(tài)1/席3<Dr≤2/子3即,中密察狀態(tài)Dr>2/振3太,密實版狀態(tài)§1土的放物性浮與分竭類二.逢物上理狀住態(tài)指羽標§1午.3土的況物理拒狀態(tài)相對待密度3、標蠟準貫尸入錘繪擊數(shù)N2.粘性管土的碗軟硬對狀態(tài)§1土的士物性招與分墻類二.旗物躬理狀肌態(tài)指范標也稱稠度餐狀態(tài)§1堪.3土的巴物理熔狀態(tài)稠度言狀態(tài)艱與含凝水量燒有關粘性描土含水漠量較硬變軟流動塑限ωp液限ωl§1土的拳物性異與分鎖類二.斥物禾理狀內(nèi)態(tài)指踩標§1旋.3土的腿物理燦狀態(tài)縮限ωs測定塑限的方愛法：泄搓滾趕法和番液塑夏限聯(lián)玻合測紐奉定法胳。測定液限的方斷法：漢液限盒儀法沒和液歉塑限暗聯(lián)合鏈測定酸法測定縮限的方窯法：待收縮合皿法宋，把目土料康的含仁水率究調(diào)制才到大琴于土凳的液肢限，愈然后噴將試侄樣分吃層填境入收絲式縮皿兵中，攜刮平聰表面權，烘旁干，魄測出壇干試浩樣的添體積挖并稱奴量準袋確至0.傍1g后，搬按下僻式計芬算式中粒：ws—土的耀縮限盼；w—制備牽時的疫含水需率；V1廈—濕試饑樣的屯體積憤；V2辣——干試跨樣的炒體積漂。液限ωL通常漫采用喊平衡救錐式垮液限炊儀測扁定平衡抽錐重76鉗g，錐隊角為30擇°，試你驗時抗使平叔衡錐駁在自序重作且用下俯沉入終土樣范中，魂當達廈到沉老入深斷度（務公路鄙標準17賢mm）時乞土樣稠含水銹量即蹦為液循限ωL.塑液限聯(lián)合測定儀砂類土細粒土——岡吸附縮慧結合盡水的嘆能力韻；粘四性大乒??；歌大致危反映鋼粘土否顆粒恢含量§1土的蹄物性罰與分竿類二.漸物礙理狀奪態(tài)指跨標§1肉.3土的染物理務狀態(tài)塑性紀指數(shù)相對錄稠度§1土的夫物性痰與分偽類二.鈴物雅理狀舉態(tài)指克標§1薦.3土的砌物理竟狀態(tài)對于不同鳥的粘肚土，渴含水口量相楊同，稠度俊可能堪不同液性爬指數(shù)不同姥的粘億土，ωp、ωl大小綢不同定義指：wpwwlIL<0IL=0貸–續(xù)1IL>1堅硬長狀態(tài)可塑候狀態(tài)流計態(tài)0.大00鞠–陳0羅.2激50.烤25晉-砍0現(xiàn).7凝50.紅75察–蠅1賤.0僻0硬塑可塑軟塑§1土的純物性業(yè)與分享類§1柿.1土的蠅形成§1袖.2土的他三相胖組成§1沫.3土的肅物理險狀態(tài)§1常.4土的祝工程營分類第5節(jié)窯土的粥工程況分類粗粒勁土按睛顆粒乞組成抬進行倆分類粘性膽土按翻塑性撇指數(shù)霞分類葵