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第三章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类 Physical Properties & Engineering Classification of Soil 1 3 土的物理性质与工程分类 3.1 土的组成 3.2 土的物理性质指标 3.3 无粘性土的密实度 3.4 粘性土的物理性质 3.5 土的工程分类 3土的物理性质与工程分类 2 3 土的物理性质与工程分类 3.1 土的组成 气相固相液相+ 构成土骨架，起决定作用重要影响 土体 次要作用 3 3 土的物理性质与工程分类 一. 土的固体颗粒 物理状态 力学特性 颗粒级配 矿物成分 颗粒形状 4 3 土的物理性质与工程分类 1. 颗粒级配 颗粒大小 各粒径成分 在土中占的 比例 又称 粒度成分 影响土性 的主因 颗粒级配 5 3 土的物理性质与工程分类 颗粒大小 粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径 d (mm) 砾石砂粒卵石粉粒粘粒 6020.0752000.005 粗粒细粒 漂石 巨粒 1. 颗粒级配 6 3 土的物理性质与工程分类 颗粒级配 确定方法 筛分法：适用于粗粒土 (0.075 mm) 水分法：适用于细粒土 ( 3 或 Cc 3 或 Cc 1g/cm3 冰点处于零下几十度 具有固体的特性 温度高于100C时可蒸发 强结合水 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内 外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性 弱结合水 16 3 土的物理性质与工程分类 自由水 重力水 毛细水 在重力作用下可在土中自由流动 存在于固气之间 在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动 自由水 17 3 土的物理性质与工程分类 土中毛细现象 毛细水 分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管 毛细升高与孔径成反比 粘土 粉土 砂土 砾石 18 3 土的物理性质与工程分类 三. 土中气体 v自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大 v封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道 19 3 土的物理性质与工程分类 土有三个组成部分：固相、液相和气相 小结 1. 固体颗粒 2. 土中水 3. 土中气体 粒径级配 矿物成分 颗粒形状 结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水) 自由气体 封闭气体 20 3 土的物理性质与工程分类 土颗粒或粒团的 空间排列和相互联结 三、土的结构和构造 土粒间的作用力 粘性土的结构性指标 力学特性 土的结构 影 响 粗粒土的结构 细粒土的结构 重塑土的强度原状土的强度 2/3 , 密实状态 标准贯入击数： 砂土 N 10 , 松散状态 10 30 , 密实状态 碎石土 N 5 , 松散状态 5 20 , 密实状态 45 3 土的物理性质与工程分类 粘性土的物理状态软硬状态 也称稠度状态 稠度状态与含水量有关 粘性土 含水量 较硬 变软 流动 可塑性界限含水量 46 3 土的物理性质与工程分类 粘性土的物理状态软硬状态 粘性土的稠度反映土中水的形态 强结合水膜最大 出现自由水 固态或半固态塑态 流态 稠度状态 强结合水弱结合水自由水土中水的形态 w 含水量 塑限wp液限wl 稠度界限缩限ws 搓条法锥式液限仪 47 3 土的物理性质与工程分类 吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小 塑性指数 常作为细粒土工程分类的依据 缺点 不能充分反映粘土颗粒含量 不同的粘土矿物结合水的含量不同 活性指数 p0.002: 粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分 比 A 1.25 非活性粘土 正常粘土 活性粘土 粘性土的物理状态软硬状态 48 3 土的物理性质与工程分类 相对稠度 问题：仅适用于重塑土 即使含水量相同，稠度可能不同 液性指数 对不同的粘土，wp、wl 大小不同 定义： w p w wl IL1 坚硬状态 可塑状态 流 态 0.00 0.25 0.25 - 0.75 0.75 1.00 硬塑 可塑 软塑 对同一种粘土，含水量可反映其稠度 问题： 粘性土的物理状态软硬状态 49 3 土的物理性质与工程分类 反映粘性土结构性的指标 相同含水量、密度 1.粘性土的灵敏度 St = 原状土结构性 相同含水量 密度、组成 粉碎 重塑 重塑土 强度降低 St 1 1-2 2-4 4-8 8-16 16 粘性土 不灵敏 低灵敏 中等灵敏 灵敏 很灵敏 流动 原状土的无侧限抗压强度 重塑土的无侧限抗压强度 50 3 土的物理性质与工程分类 含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静 置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。 土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是 土结构随时间变化的宏观表现。 目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。 2. 粘性土的触变性 反映粘性土结构性的指标 51 3 土的物理性质与工程分类 粗粒土的密实状态指标: 相对密度Dr；标贯击数N 小结 粘性土的稠度状态指标: 液性指数IL 引入 定义 判别标准 稠度界限 稠度状态 含水量 土中水的形态 塑性指数 液性指数 引入 定义 判别标准 粗粒土与粘性土为何采用 不同的物理状态指标？ 52 3 土的物理性质与工程分类 3.1 土的组成 3.2 土的物理性质指标 3.3 无粘性土的密实度 3.4 粘性土的物理性质 3.5 土的工程分类 3土的物理性质与工程分类 53 3 土的物理性质与工程分类 目的： 依据： 建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法 水利、交通等部门的分类法 3.5 土的工程分类 是将工程性质相近的 土归为一类 便于研究、交流及应用 能反映土的物理力学性质 土的组成 土的状态 土的结构 54 3 土的物理性质与工程分类 建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法 土 岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土 3.5 土的工程分类 55 3 土的物理性质与工程分类 碎石土 土的名称 颗粒形状 粒组含量 漂石 块石 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 粒径大于200mm的颗 粒超过全质量50% 卵石 碎石 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆砾 角砾 粒径大于20mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于2mm的颗 粒超过全质量50% 56 3 土的物理性质与工程分类 砂土 土的名称 粒组含量 粒径大于2mm的颗粒 占全质量25 - 50% 砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂 粒径大于0.5mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.25mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.075mm的 颗粒超过全质量85% 粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量50% 57 3 土的物理性质与工程分类 粉土 粒径大于0.075mm的颗粒 含量小于全质量50%而塑 性指数Ip10的土 塑性指数Ip10的土 粘性土 1017的土粘土 粉质粘土 A 1.25 非活性粘土 正常粘土 活性粘土 粉土与粘性土 58 3 土的物理性质与工程分类 路桥工程的土的分类 公路桥涵地基土的分类 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTGD63-2007） 与建筑地基基础设计规范相同 公路路基土的分类 公路土工试验规程（JTJ 051-93） 公路土工试验规程（JTG E40-2007） 59 3 土的物理性质与工程分类 第三章小结 60 3 土的物理性质与工程分类 3.1 土的组成 3.2 土的物理性质指标 3.3 无粘性土的密实度 3.4 粘性土的物理性质 3.5 土的工程分类 3土的物理性质与工程分类 61 3 土的物理性质与工程分类 土的组成 土有三个组成部分：固相、液相和气相 1. 固体颗粒 2. 土中水 3. 土中气体 粒径级配 矿物成分 颗粒形状 结合水 (强结合水、弱结合水) 自由水 (重力水、毛细水) 自由气体 封闭气体 62 3 土的物理性质与工程分类 土的物理性质指标 土的三个组成相 的体积和质量上 的比例关系 松密程度 干湿程度 轻重程度 定义 基本方法: 三相草图法 室内测定的三个物理性质指标 土的密度、土粒的比重、土的含水量 其它常用的物理性质指标 v表示土中孔隙含量的指标 v表示土中含水程度的指标 v表示土的密度和容重的指标 粗粒土的密实状态指标: 相对密度Dr 粘性土的稠度状态指标: 液性指数IL 引入 定义 判别标准 稠度界限 稠度状态 含水量 土中水的形态 塑性指数 液性指数 引入 定义 判别标准