土的物理性质及.ppt

1 4土的物理性质指标 三相组成的定性分析 进一步对土的三相组成作定量上的分析 即分析土三相组成部分的质量和体积之间的比例关系 土的物理性质指标 表示土中三相比例关系的一些物理量 可分为如下两类 为了便于计算 用图所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系 土的三相组成示意图 天然状态下土单位体积的质量 g cm3或t m3粘性土 砂土 腐质土 一般用 环刀法 测定 1 4 1直接测定的物理性质指标1 土的密度 又称天然密度 土粒比重Gs 土粒相对密度 土粒质量与同体积的4 时纯水的质量之比 即 其中 土粒密度 g cm3 4 时纯水的密度 1g cm3或1t m3 天然水密度 1g cm3 土粒比重取决于矿物成分 一般土 2 6 2 8 有机质土 2 4 2 5 泥炭土 1 5 1 8 土粒比重Gs 测定方法 比重瓶法 事先将比重瓶注满纯水 称瓶加水的质量m1 然后把烘干土若干克 ms 装入空比重瓶内 再加纯水至满 称瓶加水加土的质量m2 按下式计算土粒比重 土的含水率 含水率 土中水的质量与土粒质量之比 以百分数表示表达式 一般 土的含水量越大 其强度越低 粗砂的含水量接近于零 淤泥可达60 一般用 烘干法 测定 土的含水率 测定方法 烘干法 先称出天然湿土的质量 然后放在烘箱里 在100 105 下烘干 称干土的质量 1 4 2间接换算的物理性质指标土的孔隙比e 定义 土中孔隙的体积与土粒的体积之比 以小数表示表达式 用于评价土的密实度和压缩性 e1 0疏松 高压缩性 土中孔隙率n 定义 土中的孔隙的体积与土的总体积之比 以百分数表示表达式 土的饱和度Sr 定义 土中孔隙水的体积与孔隙体积之比 以百分数表示表达式 干土Sr 0 饱和土Sr 100 4 土的干密度 d 饱和密度 rat 浮密度 干密度 土单位体积中固体颗粒部分的质量 工程上用作评定土体密实度 控制填土工程的施工质量 饱和密度 土孔隙中充满水时土体的单位体积质量 浮密度 单位土体中土粒的有效质量 在地下水位以下 扣除浮力后单位土体积中土粒的质量 1 4 3物理性质指标间的换算 孔隙比与孔隙率的关系 干密度与天然密度的关系 质量m 体积V 孔隙比和干密度的关系 饱和度与含水率和孔隙比的关系 当土饱和时 即为Sr 100 则 浮密度和孔隙比的关系 例题分析 例 某土样经试验测得体积为100cm3 湿土质量为187g 烘干后 干土质量为167g 若土粒的相对密度Gs为2 66 求该土样的含水量 密度 重度 干重度 d 孔隙比e 饱和重度 sat和有效重度 解答 无粘性土 密实度粘性土的物理特征 含水量 1 5土的物理状态指标 1 5 1无粘性土的密实度划分标准 1 孔隙比e 砾 粗 中砂 优点 简单方便缺点 无法反映土的级配因素 0 6 0 75 0 85 松散 中密 密实 稍密 2 相对密度Dr定义 优点 计入土的级配因素 理论上比较完善 缺点 天然孔隙比难以获取 且emax emin的测定受人为的影响较大 判别标准 Dr 1 最密状态Dr 0 最松状态Dr 1 3 疏松状态1 32 3 密实状态 3 根据原位标准贯入试验判别 按标准贯入锤击数N判别砂土密实度 锤重 63 5kg 标准贯入数N63 5 落距 760mm 打入深度 300mm 标准贯入试验 StandardPenetrationTest 1 5 2粘性土的物理特征 液限 塑限 缩限塑性指数液性指数 液限 塑限 缩限 一 定义液限 L 塑限 p 缩限 s二 测定方法 测定塑限的方法 搓滚法和液 塑限联合测定法 测定液限的方法 碟式仪法和液 塑限联合测定法 10mm液限 我国标准 过渡时期的液限 17mm液限 国际通用标准 土工试验方法标准 液塑限联合测定法 25击合拢长度 13mm时含水率为液限 碟式仪法 粘性土的塑性指数和液性指数 塑性指数IP 表示土处于可塑状态的含水量变化范围 IP wL wP 省去 IP越大 土处于可塑状态的含水量范围也越大 土颗粒越细 粘粒含量越高 土能吸附的结合水量越多 则IP越大 IP在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种主要因素 故常用于对粘性土进行分类 液性指数IL 表示粘性土软硬程度的一个指标 评判土的软硬程度 由此可见 当0 w wP IL 0 土处于固态或半固态当wPwL IL 1 土处于流态故可根据IL的大小评判土的软硬程度 分为如下5种 表粘性土软硬状态的划分 1 5 3土的压实性 在建造路堤 土坝等时 常需要填土 为增强土的密实度 降低其透水性和压缩性 常采用分层压实的办法来加以处理 压实性 土体在外部压实能量作用下 土颗粒克服粒间阻力 产生相对位移 使土中的孔隙减少 密度增加 强度提高的特性 实践表明 细粒土和粗粒土的压实性不同 压实细粒土宜用夯击或碾压机具 压实粗粒土宜用振动机具 最优含水率 土过湿过干都难以充分压实 过湿 则土中自由水过多 夯实或碾压时水难以从孔隙中排出 阻止颗粒的靠拢 从而会出现软弹现象 俗称橡皮土 过干 则土中主要是强结合水 颗粒间引力大 阻止颗粒的移动 只有当含水量适当时 压实效果才会好 常用室内击实试验确定最优含水量 最优含水量 wop 一定的压实能量下使土最容易压实且能达到最大密实度时的含水量 由室内击实试验测得 最大干密度 dmax 与wop相应的干密度 dmax越大 e越小 击实试验与击实曲线 击实试验 对同一种土配制若干份不同含水量的试样 用同样的压实能量分别对每一份试样进行击实 测定各试样相应的含水量w和干密度 d 然后绘制含水量与干密度关系曲线 即得击实曲线 曲线峰值点对应的即为最优含水量wop和最大干密度 dmax 图2 13含水量 干密度曲线 击实功 击实功越大 最大干密度越大 最优含水率越小 粘粒含量 粘粒含量越少 最大干密度越大 颗粒级配 颗粒级配越均匀 击实效果越差 压实效果 压实度 为便于工地现场压实质量控制 工程上常采用压实度Dc来控制 Dc值越接近1 则表示对压实质量要求越高 对高速公路主要受力层 要求Dc值达0 95 对I II级土石坝 Dc值应达0 95 0 98 理论饱和曲线 定义 土处于饱和状态下的干密度 d与含水量w的关系曲线 由Sr 100 e wGs 可得理论饱和曲线方程为 土压实到 dmax时 其饱和度一般为80 因此 压实曲线只能位于理论饱和曲线的下方 不可能与之相交 采用室内击实试验来模拟现场压实是半经验法 1 6土的工程分类 一 分类的目的和原则 土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别 目的在于通过通用的鉴别标准 便于在不同土类间作有价值的比较 评价 积累以及学术与经验的交流 分类原则 1 分类要简明 既要能综合反映土的主要工程性质 又要测定方法简单 使用方便 2 土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性 二 分类体系与方法 分类体系 2 建筑工程系统分类体系 1 工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境 研究对象为原状土 例如 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 地基土分类方法 侧重把土作为建筑材料 用于路堤 土坝和填土地基工程 研究对象为扰动土 例如 土的分类标准 GBJ145 90 工程用土的分类和 公路土工试验规程 JTJ051 93 土的工程分类 三 土的分类标准 GBJ145 90 根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土 含巨粒土 粗粒土和细粒土四大类 a 巨粒土和含巨粒土的分类 巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分 若土中巨粒含量多于50 属于巨粒土 若土中巨粒含量在15 50 之间 属于含巨粒土 b 粗粒土的分类 巨粒含量少于15 剔除巨粒后 若土中粒径大于0 075mm的粗粒含量多于余土的50 属于粗粒土 粗粒土分为砾类土和砂类土两类 砾粒组质量多于总质量50 的土称为砾类土 c 细粒土的分类 土中粒径小于0 075mm的细粒含量多于或等于50 且粗粒含量少于25 的土属于细粒土 图中液限为17mm液限 细粒土按塑性图进行细分 2 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 粉土 d 0 075mm的颗粒含量小于等于50 全重且IP 10的土 分为砂质粉土 d10 地基土工程分类 碎石土 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50 的土分为 漂 块石 卵 砾石 圆 角砾 表1 15 粒组含量由大至小以最先符合者确定 砂土 粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50 且粒径大于0 075mm的颗粒超过全重50 的土分为砾砂 粗 中 细砂 粉砂 表1 16 粘性土 IP 10的土 按IP分为 粉质粘土 1017 表1 17 a 碎石土的分类 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50 的土称为碎石土 b 砂土的分类 粒径大于2mm