《土的物理性质》PPT课件.ppt

第二章土的物理性质 一 土的基本物理性质 二 粘性土的稠度状态及可塑性 三 粘性土的胀缩性和崩解性 四 土的透水性和毛细性 土的物理状态指标 土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态 土的物理性质指标 三相间的比例关系 表示 土的三个组成相的体积和质量上的比例关系 密实程度干湿程度 定义 土的物理性质主要研究 1 土的三相体系间质量与体积间的比例关系 如密度 空隙性等 称基本物理性质 共有9个指标 2 固体与液体间相互作用表现出来的性质如稠度 可塑性 胀缩性 透水性等 称水理性质 三相示意图 1 密度土粒密度 s实测指标土的天然密度实测指标土的干密度 d饱和密度 sat 土的物理性质指标 2 含水性指标天然含水率w实测指标饱和含水率wsat饱和度sr3 空隙性孔隙率n孔隙比e 指标含及其确定方法 实测指标土粒密度 s 定义 单位体积内土颗粒的质量表达式 s ms Vs单位 kg m3或g cm3一般范围 粘性土2 70 2 75g cm3 砂土2 65g cm3 指标含及其确定方法 实测指标土的天然密度 定义 天然状态下单位体积内土的质量 表达式 单位 kg m3或g cm3一般范围 1 60 2 20g cm3 注意区别 1 含义上 s是固体相部分质量 只与土中的矿物组成有关 与孔隙性和含水性无关 而 是天然状态下单位体积内土的质量 与两者均有关 2 测定方法上 s用扰动土样 采用比重瓶法测定 用原状土样 采用环刀法或蜡封法测定 3 数值上 s 指标含及其确定方法 实测指标土的天然含水率w 定义 土中水的质量与土粒质量之比 用百分数表示表达式 单位 无量纲一般范围 变化范围大 可超过100 测量方法 室内一般用烘干法 可表示同一种土的松密 二者之间存在关系 表示土中孔隙含量的指标 砂类土 28 35 粘性土 30 50 有的可达60 70 孔隙比e 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 为无量纲 孔隙率 孔隙度 n 土中孔隙体积与总体积之比 用百分数表示 可用三相草图推出 指标含及确定方法 换算指标 1 干密度 d 定义 土中孔隙完全没有水时的密度表达式 d ms VKN m3g cm3它可用 和w换算 2 饱和密度 sat 土中孔隙完全被水充满时的密度 饱和容重 3 有效容重 浮容重 表达式 物理意义 地下水位以下 土体受水的浮力时单位体积的质量 天然密度干密度饱和密度 4 饱和含水率 wsat 指土饱和时 所含水的质量与固体质量之比 5 饱和度 Sr 指土中水的体积与空隙体积之比的 表示孔隙的饱和程度 6 孔隙率n 指土中孔隙体积与土总体积之比的 7 孔隙比e 指土中孔隙体积与固体体积之比 上述 s w d sat wsat sr n e一共10个物理性质指标 是否各自独立 互不相干呢 不是 通常实验室测定 s w后 其余7个指标可以通过三相草图换算而得 因为三相草图是相对比例关系 为了计算方便 我们可以设其中一个部分为1 例如设Vs 1 1 3土的物理状态 物理性质指标 小结 土的三个组成相的体积和质量上的比例关系 定义 三相草图法 特点 指标概念简单 数量很多要点 名称 概念或定义 符号 表达式 单位或量纲 常见值或范围 联系与区别 4 某住宅地基勘察中 由一个原状土试验测得 土的天然密度 1 85kN m3 土粒密度 s 2 75kN m3 土的天然含水量w 20 求其余6个指标 1 已知一块饱和原状土样 其体积为17 40cm3 重29 8g 经105度温度下烘干后 重19 6g 求 w s e d sat 2 在野外试验中用体积为90cm3的环刀取原状土样 称得质量为154g 送回试验室后称得重量148g 并测得w 15 s 2 7g cm3 求 d w e n wsat sr 3 一块体积为27cm3的粘土 烘干后重47 25g 在体积不变的情况下饱和 饱和后的重量56 7g 求 s 1 已知一块饱和原状土样 其体积为17 40cm3 重29 8g 经105度温度下烘干后 其重为19 6g 求 w s e d sat 解 2 在野外试验中用体积为90cm3的环刀取原状土样 称得质量为154g 送回试验室后称得重量148g 并测得w 15 s 2 7g cm3 求 d w e n wsat sr 已知 V 90cm3 m 154g m 148g w 15 s 2 7g cm3 解 土样从野外送回试验室的过程中 土的重量减轻了 说明土的水分损失了一部分 所以试验室测得的含水率偏小 真正的含水率应根据含水率的概念确定 3 一块体积为27cm3的粘土 烘干后重47 25g 在体积不变的情况下饱和 饱和后的重量56 7g 求 s 已知 V 27cm3 ms 47 25g msat 56 7g解 二 粘性土的稠度状态及可塑性 1 稠度与界限含水率粘性土由于含水率不同 可表现出稀稠软硬程度不同的物理状态 如固态 可塑态及流动态 称为土的稠度 即 说明随w的增大 土的状态发生了变化 也说明土中颗粒的活动性随w的增大变得容易 即水与颗粒的表面现象越明显 由一种状态转变为另一种时的含水率叫界限含水率 如由态到塑态到流态 塑限wp 液限wl 粘性土的稠度反映土中水的形态 固态或半固态 可塑状态 流动状态 强结合水 弱结合水 自由水 w 强结合水膜最大 出现相当数量自由水 粘性土的稠度状态 根据土的不同状态 有几种界限含水率 包括 收缩限 塑限 粘着限 液限 触变限等 又称阿太堡界限 塑限wp 由半固态转变为可塑态的界限含水率 液限wL 由可塑态转变为流态的界限含水率 塑限的实测常用搓条法 液限的测定常用锥式液限仪或蝶式液限仪 2 塑性指数及土的塑性指数分类如果土的天然含水率介于塑限和液限之间时 土将处于塑性状态 这时土可被塑成任意形状而不发生断裂 这种性质叫可塑性 塑性指数 Ip 是指液限与塑限的差值 Ip wL wpIp愈大 说明土的可塑状态的范围越大 可塑性越好 反之亦然 Ip 0时 土无可塑性 Ip的大小主要取决于土中粘粒的含量及其矿物成分 土中粘粒含量越高 矿物的亲水性越好 Ip越大 反之 就小 思考 砂和砾石类土是否有可塑性 why 土按塑性指数的分类 各部门有所区别 界限也有区别 国标准 岩土工程勘察规范 中规定 分类不足之处在于 不同的液限和塑限可能得出相同的塑性指数 即土类型相同 但其性质可能完全不同 为解决这一问题 提出了用塑性图对细粒土分类 如国标中就采用了这一分类方法 如图 C代表粘土M代表粉土O代表有机质A线 如果土中含有有机质就用代号O 例如CHO为有机质高液限粘土类 另外还有一些别的规定 3 液性指数及稠度状态分级液性指数可以看出 当wwL时 w wp WL WP IL 1 土将处于流动状态 当wp w wL时 0 IL 1 土将处于可塑状态 因此 IL的大小实际上反映了土的天然稠度状态 按IL将土划分为坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑五种状态 从土的力学性质角度 考察土的稠度状态 实际上 IL反映了土的强度和压缩性 IL越大 土将处于软塑或流塑状态 土体的强度就低 压缩性高 承载力低 反之 IL越小 土处于坚硬或硬塑状态 土的强度就高 压缩性就低 承载力大 三 粘性土的胀缩性和崩解性 1 胀缩性包括膨胀性与收缩性 是指粘性土由于含水率增加或减少而引起体积增大 膨胀 或减少 收缩 的性质 一般来说 粘性土不同程度的具有胀缩性 产生原因 由于土颗粒表面的结合水 水化 膜厚度产生了变化 从而导致矿物颗粒间引力变化 进而产生了土的胀缩性 评价指标 膨胀率 膨胀力 线膨胀率 体缩率等 2 崩解性 指粘性土随含水率增加而发生崩散解体的性能 崩解形式 散粒崩解 鳞片状崩解 碎块状或崩裂状崩解 具体形式主要取决于土的矿物成分 粒度成分 结构及胶结程度等 产生原因 由于浸水后 土颗粒间产生局部应力集中 使局部颗粒间的斥力超过吸引力 造成这些颗粒崩落 评价指标 崩解速度和崩解时间 四 土的透水性和毛细性 土的透水性在评价水库 渠道等水工建筑物的渗漏和浸没问题时 具有重要意义 土体中的渗流 土是一种碎散的多孔介质 其孔隙在空间互相连通 当饱和土中的两点存在能量差时 水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动 水在土体孔隙中流动的现象称为渗流土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性 是土中孔隙直径大小的主要影响因素因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填 故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制 因此 土的渗透系数常用有效粒径d10来表示 如哈臣公式 土的性质水的性质 粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构 渗透系数的影响因素 是单位土体中孔隙体积的直接度量对于砂性土 常建立孔隙比e与渗透系数k之间的关系 如 渗透系数的影响因素 土的性质水的性质 粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构 对粘性土 影响颗粒的表面力不同粘土矿物之间渗透系数相差极大 其渗透性大小的次序为高岭石 伊里石 蒙脱石 当粘土中含有可交换的钠离子越多时 其渗透性将越低塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和矿物成份 常是渗透系数的参数 渗透系数的影响因素 土的性质水的性质 粒径大小及级配孔隙比矿物成分结构 影响孔隙系统的构成和方向性 对粘性土影响更大在宏观构造上 天然沉积层状粘性土层 扁平状粘土颗粒常呈水平排列 常使得k水平 k