第二章土的物理性質(zhì)及工程分類

第二章土的物理性質(zhì)及工程分類第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.1土的物理性質(zhì)指標一、土的三相圖氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V二、直接測定指標1.土的密度ρ：單位體積土的質(zhì)量

工程中常用重度

來表示單位體積土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

2.土粒相對密度Gs（土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的4℃時純水的質(zhì)量之比土粒相對密度變化范圍不大：細粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般為2.65左右。土中有機質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小Vv第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月氣水土粒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，以百分數(shù)表示土的含水量是標志土含水程度的一個重要物理指標。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

第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月三、換算指標

氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙體積與土粒體積之比2.土的飽和度Sr：土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分數(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):孔隙率n：土中孔隙體積與總體積之比，以百分數(shù)表示

Sr≤50%稍濕；50％＜Sr≤80%很濕；Sr＞80%飽和第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月3.不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度ρsat：土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度

干密度ρd：單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量

浮密度ρ

：土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差

土的三相比例指標中的質(zhì)量密度指標共有4個，土的密度ρ，飽和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ

(kg/m3),相應(yīng)的重度指標也有4個，土的重度

，飽和重度

sat，干重度

d，浮重度

(kN/m3)氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月四、指標間的換算氣水土粒Gsρw

Vs＝11+e質(zhì)量m體積V土的三相指標中，土粒比重Gs

，含水量ω和密度ρ是通過試驗測定的，可以根據(jù)三個基本指標換算出其余各指標Vv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

推導(dǎo)：換算關(guān)系式：第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月五、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】第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月§2.2土的物理狀態(tài)指標一、無粘性土的密實度

土的密實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)。無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系1.孔隙比e孔隙比e可以用來表示砂土的密實度。對于同一種土，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)。孔隙比愈大，土愈松散

2.相對密實度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀態(tài)時的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時的孔隙比第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月emax與emin：最大與最小孔隙比1.粗粒土的密實狀態(tài)密實度如何衡量?單位體積中固體顆粒含量的多少或孔隙含量的多少優(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干容重

d或孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月當Dr=0時，e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);當Dr=1.0時，e=emax，表示土體處于最密實狀態(tài)3.按動力觸探確定無粘性土的密實度Dr≤1/3疏松狀態(tài)1/3＜Dr≤2/3中密狀態(tài)2/3＜Dr≤1密實狀態(tài)天然砂土的密實度，可按原位標準貫入試驗的錘擊數(shù)N進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐動力觸探的錘擊數(shù)N63.5進行評定(GB50007-2002)

密實度按N評定砂石密實度按N63.5評定碎石土密實度松散稍密中密密實N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月粗粒土的密實狀態(tài)指標

判別標準：

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)相對密度第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月2.動力觸探

動力觸探是將一定質(zhì)量的穿心錘，以一定高度自由下落，將探頭貫入土中，然后記錄貫入一定深度的錘擊次數(shù)，以此判別土的性質(zhì)。下面介紹標準貫入試驗和輕便觸探兩種動力觸探方法。（1）標準貫入試驗

標準貫入試驗應(yīng)與鉆探工作相配合。其設(shè)備是在鉆機的鉆桿下端聯(lián)結(jié)標準貫入器，將質(zhì)量為63.5kg的穿心錘套在鉆桿上端。試驗時，穿心錘以76cm的落距自由下落，將貫入器垂直打入土層中15cm（此時不計錘擊數(shù)），隨后打入土層30cm的錘擊數(shù)，即為實測的錘擊數(shù)。9.2地基勘察方法第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月當鉆桿長度大于3m時，錘擊數(shù)應(yīng)按下式校正：按N的大小,確定土的承載力、估計土的抗剪強度和粘性土的變形指標、判別粘性土的稠度和砂土的密實度以及估計砂土液化的可能性。穿心錘貫入器9.2地基勘察方法第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月二、粘性土的稠度

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

0固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL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液塑限測定根據(jù)《土工試驗規(guī)程》(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測定儀進行測定。第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月塑限wp液限wl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水強結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)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)合水吸附弱結(jié)合水的能力塑性指數(shù)第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月液塑限聯(lián)合測定儀下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對應(yīng)的含水量為塑限第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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

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IL≤0時,ω≤ωP,土處于堅硬狀態(tài);當IL＞1時,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)堅硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對稠度問題：僅適用于重塑土即使含水量相同，稠度可能不同液性指數(shù)對不同的粘土，wp、wl

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硬塑可塑軟塑對同一種粘土，含水量可反映其稠度問題：第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月——吸附弱結(jié)合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小塑性指數(shù)常作為細粒土工程分類的依據(jù)缺點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第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月三、例題分析【例】某砂土試樣,試驗測定土粒相對密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實狀態(tài)【解答】砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相對密實度∈（1/3,2/3]中密狀態(tài)第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.4土（巖）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準，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要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月二、分類體系與方法分類體系：1.建筑工程系統(tǒng)分類體系2.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：《土的分類標準》(GBJ145-90)工程用土的分類和《公路土工試驗規(guī)程》(JTJ051-93)土的工程分類第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月分類方法：1.《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(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，堅硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(Mpa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤5b.碎石土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月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

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25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月d.粉土的分類

粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%，塑性指數(shù)IP≤10的土稱為粉土土的名稱礫砂粗砂中砂細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e.粘性土的分類粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，塑性指數(shù)IP＞10的土稱為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細分土的名稱粘土粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)注：塑性指數(shù)由相應(yīng)于76g圓錐體沉入土樣中深度為10mm測定的液限計算而得

IP＞1710＜IP≤17第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月f.人工填土的分類由于人類活動而形成的堆積物稱為人工填土。物質(zhì)成分較雜亂,均勻性較差，根據(jù)其物質(zhì)組成和成因,可分為素填土、壓實填土、雜填土和沖填土2.《土的分類標準》(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第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月c.細粒土的分類土中粒徑小于0.075mm的細粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土屬于細粒土。圖中液限為17mm液限細粒土按塑性圖進行細分第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月【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13%,按碎石土分類表可得,該土應(yīng)命名為圓礫或角礫第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月§1.5土的壓實性一、土的擊實試驗在試驗室內(nèi)通過擊實試驗研究土的壓實性。擊實試驗有輕型和重型兩種。擊實筒護筒擊錘導(dǎo)筒輕型擊實試驗適用于粒徑小于5mm的土，擊實筒容積為947cm3，擊錘質(zhì)量為2.5kg。把制備成一定含水量的土料分三層裝入擊實筒，每層土料用擊錘均勻錘擊25下，擊錘落高為30.5cm

重型擊實試驗適用于粒徑小于40mm的土，擊實筒容積為2104cm3，擊錘質(zhì)量為4.5kg，擊錘落高為45.7cm。分五層擊實，每層56擊。根據(jù)擊實后土樣的密度和實測含水量計算相應(yīng)的干密度第3