土的物理性质及工程分类.pdf

第第1章 土的物理性质及工程分类章 土的物理性质及工程分类 上海大学土木工程系上海大学土木工程系 2007 9 第一章 土的物理性质指标与工程分类第一章 土的物理性质指标与工程分类 1 1 土的形成1 1 土的形成 土是松散颗粒的堆积物 是岩石风化的产物 人工破碎 堆石坝的 坝壳料 相当于物理风化 土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物 根据来源分 土是松散颗粒的堆积物 是岩石风化的产物 人工破碎 堆石坝的 坝壳料 相当于物理风化 土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物 根据来源分 有机土和无机土有机土和无机土 岩石风化分为岩石风化分为物理风化物理风化和和化学风化化学风化 物理风化物理风化 岩石经受风 霜 雨 雪的侵蚀 或受波浪的冲击 地 震等引起各种力的作用 温度的变化 冻胀等因素使整体岩石产生 裂隙 崩解碎裂成岩块 岩屑的过程 岩石经受风 霜 雨 雪的侵蚀 或受波浪的冲击 地 震等引起各种力的作用 温度的变化 冻胀等因素使整体岩石产生 裂隙 崩解碎裂成岩块 岩屑的过程 1 1 土的形成1 1 土的形成 土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物 搬运 沉积搬运 沉积 形成过程 形成条件 形成过程 形成条件 物理力学 性质 物理力学 性质 风化风化 土土 地球 影响 岩石岩石 地球 化学风化化学风化 岩体 或岩块 岩屑 与氧气 二氧化碳等各种气体 水和各种水溶液等物质相接触 经氧化 碳化和水化作用 使 这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化 分解为极细颗粒的过程 特征 岩体 或岩块 岩屑 与氧气 二氧化碳等各种气体 水和各种水溶液等物质相接触 经氧化 碳化和水化作用 使 这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化 分解为极细颗粒的过程 特征 物理风化物理风化 量变过程 形成的土颗粒较粗 量变过程 形成的土颗粒较粗 化学风化化学风化 质变过程 形成的土颗粒很细 对一般的土而言 通常既经历过物理风化 又有化学风化 只不过 哪种占优而已 质变过程 形成的土颗粒很细 对一般的土而言 通常既经历过物理风化 又有化学风化 只不过 哪种占优而已 1 1 土的形成1 1 土的形成 土从其堆积或沉积的条件来看可分为 土从其堆积或沉积的条件来看可分为 沼泽土 冰碛土 风积土 河流冲积土 运积土 残积土 土 残积土残积土 岩石风化后仍留在原地的堆积物 特点 湿热地带 粘土 深厚 松软 易变 寒冷地带 岩块或砂 物理风化 稳定 岩石风化后仍留在原地的堆积物 特点 湿热地带 粘土 深厚 松软 易变 寒冷地带 岩块或砂 物理风化 稳定 沼泽土有机土 冰碛土 风积土 冲积土 运积土 残积土 无机土 土 1 1 土的形成1 1 土的形成 运积土运积土 岩石风化后经流水 风和冰川以及人类活动等搬运离 开生成地点后再沉积下来的堆积物 又分为冲积土 风积土 冰碛 土和沼泽土等 岩石风化后经流水 风和冰川以及人类活动等搬运离 开生成地点后再沉积下来的堆积物 又分为冲积土 风积土 冰碛 土和沼泽土等 冲积土冲积土 由水流冲积而成 颗粒分选 浑圆光滑 由水流冲积而成 颗粒分选 浑圆光滑 风积土风积土 由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物 没有层理 细砂或粉粒 黄土 由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物 没有层理 细砂或粉粒 黄土 冰碛土冰碛土 由冰川剥落 搬运形成的堆积物 不成层 从漂石到粘粒 由冰川剥落 搬运形成的堆积物 不成层 从漂石到粘粒 沼泽土沼泽土 在沼泽地的沉积物 含有机质 压缩性高 强度低 在沼泽地的沉积物 含有机质 压缩性高 强度低 1 1 土的形成1 1 土的形成 气相固相液相 构成土骨架 起决定作用构成土骨架 起决定作用重要影响重要影响 土体 次要作用次要作用 1 2 土的组成1 2 土的组成 1 2 土的组成1 2 土的组成 土是固体颗粒 水和空气的混合物 常称土 为 土是固体颗粒 水和空气的混合物 常称土 为三相系三相系 固相固相 土的颗粒 粒间胶结物 土的颗粒 粒间胶结物 液相液相 土体孔隙中的水 土体孔隙中的水 气相气相 孔隙中的空气 孔隙中的空气 当土骨架的孔隙全部被水占满时 这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时 这种土称为饱和土饱和土 当土骨架的孔隙仅含空气时 就成为 当土骨架的孔隙仅含空气时 就成为干土干土 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼 含空气和水 此时的土体属三相系 称为 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼 含空气和水 此时的土体属三相系 称为湿土湿土 根据土的粘性分 根据土的粘性分 粘性土粘性土 颗粒很细 颗粒很细 无粘性土无粘性土 颗粒较粗 甚至很大 砂 碎石 甚 至堆石 直径几十 颗粒较粗 甚至很大 砂 碎石 甚 至堆石 直径几十cm甚至甚至1m 1 2 土的组成1 2 土的组成 不同类型的土不同类型的土 一 土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质 是构成 土的骨架最基本的物质 称为土粒 对土粒应从其矿物 成分 颗粒的大小和形状来描述 一 成土矿物 一 土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质 是构成 土的骨架最基本的物质 称为土粒 对土粒应从其矿物 成分 颗粒的大小和形状来描述 一 成土矿物 原生矿物 次生矿物 原生矿物 原生矿物 次生矿物 原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物 如石英 长石 云母等 是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物 如石英 长石 云母等 次生矿物次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 如三氧化二铝 三氧化二铁 次生二氧化硅 粘土矿 物以及碳酸盐等 是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 如三氧化二铝 三氧化二铁 次生二氧化硅 粘土矿 物以及碳酸盐等 1 2 土的组成1 2 土的组成 一 土的固相 二 土粒的大小和土的级配 一 土的固相 二 土粒的大小和土的级配 粒组粒组 把工程性质相近的土粒合并为一组 某粒组的 土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比 把工程性质相近的土粒合并为一组 某粒组的 土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比 土的级配土的级配 土中各种大小的粒组中土粒的相对含量 土中各种大小的粒组中土粒的相对含量 我国我国GB 50021 94 岩土工程勘察规范 的粒组划分标准可参见 表 岩土工程勘察规范 的粒组划分标准可参见 表1 1 1 2 土的组成1 2 土的组成 粒 组 名 称粒 组 范 围 mm粒 组 名 称粒 组 范 围 mm 漂石 块石 粒 组 200 砂粒粒组0 075 2 卵石 碎石 粒 组 20 200 粉粒粒组0 005 0 075 砾石粒组2 20粘粒粒组200 砂粒粒组0 075 2 卵石 碎石 粒 组 20 200 粉粒粒组0 005 0 075 砾石粒组2 20粘粒粒组0 075mm 密度计法密度计法 粒径 粒径 0 075mm 联合测定联合测定 既有粒径 既有粒径0 075mm 1 2 土的组成1 2 土的组成 三 颗粒大小分析试验 三 颗粒大小分析试验 1 筛分法筛分法 利用一套孔径由大到小的筛子 将按规定方 法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的 筛中 置振筛机上充分振摇后 称出留在各 级筛上的土粒的质量 按下式计算出小于某 土粒粒径的土粒含量百分数 利用一套孔径由大到小的筛子 将按规定方 法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的 筛中 置振筛机上充分振摇后 称出留在各 级筛上的土粒的质量 按下式计算出小于某 土粒粒径的土粒含量百分数X 式中 式中 mi m 分别为小于某粒径的土粒质 量及试样总质量 分别为小于某粒径的土粒质 量及试样总质量 100 m m X i 1 2 土的组成1 2 土的组成 10 5 0 2 0 1 0 0 5 0 25 0 1 200g 10 16 18 24 22 38 72 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P 10 5 0 1 0 0 5 0 10 0 05 0 01 0 005 0 001 粒径粒径 mm P 95 87 78 66 55 36 土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线 水分法水分法 粒径 mm 粒径 mm 0 050 010 005 百分数P 百分数P 2613 510 1 2 土的组成1 2 土的组成 2 密度计法密度计法 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小 于某粒径的土粒含量的方法 通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定 利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小 于某粒径的土粒含量的方法 通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定 1 2 土的组成1 2 土的组成 3 土的级配曲线土的级配曲线 1 2 土的组成1 2 土的组成 1 1 颗粒分析试验曲线1 1 颗粒分析试验曲线 四四 颗粒分析试验曲线的颗粒分析试验曲线的主要用途主要用途 按粒径分布曲线可求得 按粒径分布曲线可求得 1 土中各粒组的土粒含量 用于粗粒土的分类和大致评 土中各粒组的土粒含量 用于粗粒土的分类和大致评 估土的工程性质估土的工程性质 2 某些特性粒径 用于建筑材料的选择和评价土级配的 某些特性粒径 用于建筑材料的选择和评价土级配的 好坏好坏 根据某些特征粒径 可得到两个有用的指标 即 根据某些特征粒径 可得到两个有用的指标 即不均匀系数 Cu 不均匀系数 Cu和和曲率系数Cc曲率系数Cc 它们的定义为 它们的定义为 1 2 10 60 d d Cu 1 2 土的组成1 2 土的组成 1 3 式中 式中 d10 d30和和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土 粒含量分别为 为粒径分布曲线上小于某粒径的土 粒含量分别为10 30 和 和60 时所对应的粒径 时所对应的粒径 d10 称为称为有效粒径有效粒径 d60称为称为限制粒径限制粒径 6010 2 30 dd d Cc 1 2 土的组成1 2 土的组成 土的级配的好坏可由土中的土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度土粒均匀程度和和粒径分布曲 线的形状 粒径分布曲 线的形状来决定 而土粒的均匀程度和曲线的形状又可 用 来决定 而土粒的均匀程度和曲线的形状又可 用不均匀系数不均匀系数和和曲率系数曲率系数来衡量 来衡量 Cu小 曲线陡 小 曲线陡 Cu大 易压密 大 易压密 Cc过大 台阶在过大 台阶在 d10 d30间 间 Cc过小 台阶在过小 台阶在d30 d60间 间 规范 纯净砾 砂 规范 纯净砾 砂 Cu 5 且 且Cc 1 3时 级配良好 否则 不良 时 级配良好 否则 不良 1 2 土的组成1 2 土的组成 二 土的液相 一 吸着水 二 土的液相 一 吸着水 强吸着水强吸着水性质接近于固体 冰点很低 沸点较高 且不能传递压力 性质接近于固体 冰点很低 沸点较高 且不能传递压力 弱吸着水弱吸着水也称为薄膜水 不能传递压力 也不能在 孔隙水中自由流动 但它可以因电场引力的作用从水膜 厚的地方向水膜薄的地方转移 由于它的存在 使土具 有塑性 粘性 影响土的压缩性和强度 并使土的透水 性变小 吸着水厚度 也称为薄膜水 不能传递压力 也不能在 孔隙水中自由流动 但它可以因电场引力的作用从水膜 厚的地方向水膜薄的地方转移 由于它的存在 使土具 有塑性 粘性 影响土的压缩性和强度 并使土的透水 性变小 吸着水厚度影响因素影响因素 成土矿物 阳离子浓度及化学性 质 成土矿物 阳离子浓度及化学性 质 阳离子价低阳离子价低 厚厚 阳离子浓度高阳离子浓度高 薄薄 1 2 土的组成1 2 土的组成 二 自由水 离开土颗粒表面较远 不受土颗粒电分子引力作 用 且可自由移动的水称为 二 自由水 离开土颗粒表面较远 不受土颗粒电分子引力作 用 且可自由移动的水称为自由水自由水 分为毛细管水和重力水 分为毛细管水和重力水 1 毛细管水毛细管水 土中存在许多大小不同的相互 连通的弯曲孔道 由于水分子 与土粒分子之间的附着力和水 气界面上的表面张力 于是 将引起迫使相邻土粒相互积紧 的压力 这个压力称为 土中存在许多大小不同的相互 连通的弯曲孔道 由于水分子 与土粒分子之间的附着力和水 气界面上的表面张力 于是 将引起迫使相邻土粒相互积紧 的压力 这个压力称为毛管水 压力 毛管水 压力 1 2 土的组成1 2 土的组成 2 重力水 在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称 重力水 在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称微重力 水 微重力 水 具有溶解能力 能传递静水和动水压力 对土颗粒有浮 力作用 当它在土孔隙中流动时 对所流经的土体施加渗流力 亦称动水压力 渗透力 计算中应考虑其影响 具有溶解能力 能传递静水和动水压力 对土颗粒有浮 力作用 当它在土孔隙中流动时 对所流经的土体施加渗流力 亦称动水压力 渗透力 计算中应考虑其影响 1 2 土的组成1 2 土的组成 三 土的气相 存在土中的气体分为两种基本类型 一种是 三 土的气相 存在土中的气体分为两种基本类型 一种是与大气连 通的气体 与大气连 通的气体 另一种是 另一种是与大气不连通的以气泡形式存在 的封闭气体 与大气不连通的以气泡形式存在 的封闭气体 1 2 土的组成1 2 土的组成 一 土的结构 一 单粒结构 一 土的结构 一 单粒结构 1 3 土的结构1 3 土的结构 一 土的结构 二 蜂窝状结构 一 土的结构 二 蜂窝状结构 1 3 土的结构1 3 土的结构 二 土的结构 三 絮状结构 角 边与面接触时净引力最大 因此絮状结构的特 征是土粒之间以角 边与面的接触或边与边的搭接形式 为主 这种结构的土粒呈任意排列 具有较大的孔隙 其强度低 压缩性高 对扰动比较敏感 二 土的结构 三 絮状结构 角 边与面接触时净引力最大 因此絮状结构的特 征是土粒之间以角 边与面的接触或边与边的搭接形式 为主 这种结构的土粒呈任意排列 具有较大的孔隙 其强度低 压缩性高 对扰动比较敏感 1 3 土的结构1 3 土的结构 土的絮状结构土的絮状结构 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 可分为两类 一类是必须 可分为两类 一类是必须通过试验测定通过试验测定的 如含水率 密度和土粒比重 称为直接指标 另一类是 的 如含水率 密度和土粒比重 称为直接指标 另一类是根据直接指标换算根据直接指标换算的 如孔隙比 孔隙率 饱和 度等 称为间接指标 的 如孔隙比 孔隙率 饱和 度等 称为间接指标 土的三相图土的三相图 一 试验直接测定的物理性质指标 一 土的密度 一 试验直接测定的物理性质指标 一 土的密度 与重度与重度 土的密度定义为土的密度定义为单位体积土的质量单位体积土的质量 用 用 表示 单位为表示 单位为 Mg m3 或或g cm3 表达式如下 表达式如下 1 4 对于粘性土 土的密度常用 对于粘性土 土的密度常用环刀法环刀法测定 测定 aws aws VVV mmm V m 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 土的重度亦称为容重 定义为土的重度亦称为容重 定义为单位体积土的重量单位体积土的重量 用 用 表示 单位为表示 单位为kN m3 表达式如下 表达式如下 1 5 式中 式中 W 土的重量 单位为土的重量 单位为kN g 重力加速度 重力加速度 g V gm V W 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 二 土粒比重 二 土粒比重Gs 土粒比重定义为土粒比重定义为土粒的质量 或重量 与同体积土粒的质量 或重量 与同体积4 时纯水的质量 或重量 之比 无因次 时纯水的质量 或重量 之比 无因次 其表达式为 其表达式为 1 6 或 或 1 7 式中 式中 土粒的密度 即土粒单位体积的质量 土粒的密度 即土粒单位体积的质量 4 时纯水的密度 时纯水的密度 1 0g cm3 4 时纯水的重度 时纯水的重度 4 s 4wws s s V m G 4ws s s V gm G 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度 s 4 w 4 w 土粒比重常用土粒比重常用比重瓶法比重瓶法测定 事先将比重瓶注满纯水 称 瓶加水的质量 然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内 再加纯水至满 称瓶加土加水的质量 按下式计算土粒比 重 测定 事先将比重瓶注满纯水 称 瓶加水的质量 然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内 再加纯水至满 称瓶加土加水的质量 按下式计算土粒比 重 1 8 式中 式中 m1 瓶瓶 水水的质量 的质量 m2 瓶瓶 土土 水水的质量 的质量 ms 烘干土烘干土的质量 的质量 t C时蒸馏水的比重 时蒸馏水的比重 12 s swt s m GG mmm 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 wt G m0msm1m2 空瓶空瓶质量质量烘干土烘干土的质量的质量瓶瓶 水水的质量的质量瓶瓶 土土 水水的质量的质量 m1 ms 瓶瓶 水 满 水 满 的质量的质量 干土干土的质量 的质量 m1 ms m2 与土粒体积相同的水与土粒体积相同的水的质量 的质量 比重瓶法比重瓶法 三 土的含水率 三 土的含水率w 土的含水率 曾称为含水量 定义为土的含水率 曾称为含水量 定义为土中水的质量与土粒 的质量之比 土中水的质量与土粒 的质量之比 以百分数表示 其表达式为 以百分数表示 其表达式为 1 9 测定含水率常用的方法是 测定含水率常用的方法是烘干法烘干法 先称出天然土的质量 然后放在烘箱中 在 先称出天然土的质量 然后放在烘箱中 在100 105 常温下烘干 称得干 土质量 按上式可算得 常温下烘干 称得干 土质量 按上式可算得 100 s w m m 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 二 间接换算得物理性质指标 一 土的孔隙比 二 间接换算得物理性质指标 一 土的孔隙比e 定义 定义 土中孔隙的体积与土粒的体积之比土中孔隙的体积与土粒的体积之比 以小数表示 其表达式为 以小数表示 其表达式为 1 10 二 土的孔隙率 二 土的孔隙率n 定义 定义 土中孔隙的体积与土的总体积之比土中孔隙的体积与土的总体积之比 或单位体积内 孔隙的体积 以百分数表示 其表达式为 或单位体积内 孔隙的体积 以百分数表示 其表达式为 1 11 s v V V e 100 V V n v 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 三 土的饱和度三 土的饱和度Sr 定义 定义 土中孔隙水的体积与孔隙体积之比土中孔隙水的体积与孔隙体积之比 以百分数表 示 其表达式为 以百分数表 示 其表达式为 1 12 100 v w r V V S 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 土的干重度 土的干重度 单位体积内土粒的重量单位体积内土粒的重量 表达式为 表达式为 1 14 土烘干 体积要减小 因而 土的干密度不等于烘干土的 密度 土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标 干密度或干重度愈大表明土愈密实 反之愈疏松 土烘干 体积要减小 因而 土的干密度不等于烘干土的 密度 土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标 干密度或干重度愈大表明土愈密实 反之愈疏松 g V gm V W d ss d 四 干密度四 干密度 d与干重度与干重度 d 土的干密度 土的干密度 单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量 表达式 表达式 1 13 V ms d 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 五 饱和密度 五 饱和密度 sat与饱和重度与饱和重度 sat 饱和密度定义 饱和密度定义 土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时 单位体积土的质量 土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时 单位体积土的质量 表达式为 表达式为 1 15 V Vm wvs sat 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 在饱和状态下 单位体积土的重量在饱和状态下 单位体积土的重量称为饱和重度 其表达 式为 称为饱和重度 其表达 式为 1 16 g V gVgm V VW sat wvswvs sat 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 六 浮密度六 浮密度 与浮重度 有效重度 与浮重度 有效重度 土在水下 受到水的浮力作用 其有效重量减小 因此提 出了浮重度 即有效重度的概念 其表达式为 土在水下 受到水的浮力作用 其有效重量减小 因此提 出了浮重度 即有效重度的概念 其表达式为 1 17 g V gVgm V VW wsswss 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 与其相应 提出了浮密度的概念 土的浮密度是与其相应 提出了浮密度的概念 土的浮密度是单位体 积内的土粒质量与同体积水质量之差 单位体 积内的土粒质量与同体积水质量之差 其表达式为 其表达式为 1 18 或 或 1 19 从上述四种土的密度或重度的定义可知 同一土样各种 密度或重度在数值上有如下关系 从上述四种土的密度或重度的定义可知 同一土样各种 密度或重度在数值上有如下关系 dsat dsat wsat V Vm wss 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 三 物理性质指标间的换算 常用的土的物理指标共有九个 已知其中任意三个 通过 换算可以求出其余的六个 一 孔隙比与孔隙率的关系 设土体内土粒的体积为 三 物理性质指标间的换算 常用的土的物理指标共有九个 已知其中任意三个 通过 换算可以求出其余的六个 一 孔隙比与孔隙率的关系 设土体内土粒的体积为1 则可知 孔隙的体积 则可知 孔隙的体积Vv为为 e 土体的体积 土体的体积V为 为 1 e 于是有 于是有 1 20 或 或 1 21 e e V V n v 1 n n e 1 三相示意图 a 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 s v V V e 二 干密度与湿密度和含水率的关系 设土体的体积 二 干密度与湿密度和含水率的关系 设土体的体积V为为1 则 则 d ms V 土体内土粒的质量 土体内土粒的质量 ms为为 d 由 由w mw ms水的质量水的质量mw为为w d 于是 按式 于是 按式 1 4 的定义可得 或 的定义可得 或 1 22 1 1 w w V m d dd w d 1 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 三 孔隙比与比重和干密度的关系 设土体内土粒的体积为 三 孔隙比与比重和干密度的关系 设土体内土粒的体积为1 则按 孔隙的体积 则按 孔隙的体积Vv为为e 由 由 s ms Vs得土粒的质量得土粒的质量ms为为 s 于是 按 于是 按 d的 定义可得 应用式 的 定义可得 应用式 1 6 整理得 整理得 1 23 eV m ss d 1 1 d ws G e 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 s v V V e 四 饱和度与含水率 比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为 四 饱和度与含水率 比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1 则按 则按e Vv Vs得体积得体积vv e 由 由 s ms Vs得土粒的质量得土粒的质量ms s 按 按w mw ms 水得质 量 水得质 量mw w s 则水得体积 则水得体积vw mw w w s w 于是 于是 S 1 24 当土饱和时 即 当土饱和时 即Sr为为100 则 则 1 25 式中 式中 wsat 饱和含水率 饱和含水率 e wG e w V V S sw s v w r ssatG we 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 五 浮密度与比重和孔隙比得关系 设土体内土粒体积为 五 浮密度与比重和孔隙比得关系 设土体内土粒体积为1 则按 则按e Vv V 孔隙的体积 孔隙的体积Vv为为e 由 由 s ms Vs得土粒的质量得土粒的质量ms为为 s 于是 按式 于是 按式 1 18 可 可 1 26 e G eV Vm wswswss 1 1 1 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 例题例题1 2 某一块试样在天然状态下的体积为 某一块试样在天然状态下的体积为60cm3 称得其质量为 称得其质量为108g 将其烘干后称得质量为 将其烘干后称得质量为96 43g 根据 试验得到的土粒比重 根据 试验得到的土粒比重Gs为为2 7 试求试样的湿密度 干密 度 饱和密度 含水率 孔隙比 孔隙率和饱和度 试求试样的湿密度 干密 度 饱和密度 含水率 孔隙比 孔隙率和饱和度 解 解 1 已知 已知V 60cm3 m 108g 则由式 则由式 1 4 得 得 m v 180 60 1 8g cm3 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 2 已知 已知ms 96 43g 则 则 mw m ms 108 96 43 11 57g 按式 按式 1 8 于是 于是 w mw ms 11 57 96 43 12 3 已知 已知Gs 2 7 则 则 Vs ms s 96 43 2 7 35 7cm3 Vv V Vs 60 35 7 24 3cm3 按式 按式 1 11 于是 于是 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 v s V e V 4 按式 按式 1 12 n Vv V 24 3 60 40 5 5 根据 根据 w的定义的定义 Vw mw w 11 57 1 11 57cm3 于是按式 于是按式 1 13 Sr Vw Vv 11 57 24 3 48 24 3 35 7 0 68 例Braja M Das Advanced Soil Mechanics p 5 For a soil in natural state given e 0 8 Gs 2 68 and w 24 a Determine the moist unit weight dry unit weight and degree of saturation b If the soil is made completely saturated by adding water what would its moisture content be at that time Also find the saturated unit weight e unchanged 某土样在天然状态下的孔隙比某土样在天然状态下的孔隙比 e 0 8 土粒比重 土粒比重 Gs 2 68 含水量 含水量 24 求 求 a 天然状态下的重度 干重度和饱和度 天然状态下的重度 干重度和饱和度 b 若该土样加水后 达到饱和状态 计算饱和时的含水量若该土样加水后 达到饱和状态 计算饱和时的含水量 及饱和重度及饱和重度 假定土的孔隙比保持不变假定土的孔隙比保持不变 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 e wG ws 1 1 Q解解 a 3 2 68 9 81 1 0 24 kN 18 11 m 1 0 8 3 18 11 kN 14 61 m 1124 d w 4 80 80 0 68 224 0 e wG S s r 0 80 29 85 2 68 sat s e w G 3 2 680 8 9 8118 97kN m 11 0 8 s satw Ge e b 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 例 A saturated soil sample weighs 0 4N and its volume is 21 5 cm3 The weight and the volume are 0 33N and 15 7 cm3after being non completely partly dried in an oven for a period The corresponding degree of saturation is 75 Determine the water content w void ration e and dry unit weight d before drying 例 例1 3 某饱和土样重 某饱和土样重0 4N 体积为 体积为21 5 cm3 放入烘箱内烘一段时间后取出 称得其重量为 放入烘箱内烘一段时间后取出 称得其重量为0 33N 体积减小至 体积减小至15 7 cm3 饱和度为 饱和度为75 试求该土样烘烤 前的含水量 试求该土样烘烤 前的含水量 w 孔隙比 孔隙比 e 及干容重及干容重 d 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 解 设烘一段时间后 孔隙体积为解 设烘一段时间后 孔隙体积为Vv2 孔隙水所占体积为 孔隙水所占体积为Vw2 则 在烘后状态 在烘前状态 联立求解得 则 在烘后状态 在烘前状态 联立求解得 75 2 2 v w r V V S 100 7 155 21 1010 10 33 04 0 2 63 2 v w r V V S 363 1 3 41010 10 33 04 0 6 3cmVw 3 1 6 10 7 155 21 8 4cmVv 6 36 10 6 1010 36 0 4 1010 6 1010 w 972 0 6 105 21 6 10 e 36 3 0 4 10 21 5 10 13 68kN m 11 36 d w 1 4 土的物理性质指标1 4 土的物理性质指标 2v V2w V 4 8cm3 3 6cm3 1 10 实验测得某土样的孔隙比e 0 72 土颗粒的比重Gs 2 61 求 1 孔隙率 干密度及饱和密度 2 若该土样的饱和度为60 计算其天然重度 For a soil in natural state given e 0 72 and Gs 2 61 a Determine the porosity dry unit weight and saturated unit weight b If degree of saturation of the soil is 60 calculate the unit weight 1V 1 1 s w e w d 1 s r wG S e 1 11 画土的三相图 设 试证明 密实度密实度如何衡量 如何衡量 单位体积中固体颗粒含量的多少 或孔隙含量的多少 单位体积中固体颗粒含量的多少 或孔隙含量的多少 优点 优点 简单方便简单方便 缺点 缺点 不能反映级配的影响 只能用于同一种土 不能反映级配的影响 只能用于同一种土 对 策 对 策 相对密度相对密度 干容重 干容重 d d或孔隙比e或孔隙率n或孔隙比e或孔隙率n emin 0 35 emin 0 20 1 5 无粘性土的相对密实度 粘性土的稠度及土的压实性 1 5 无粘性土的相对密实度 粘性土的稠度及土的压实性 1 5 无粘性土的相对密实度 粘性土的稠度及土的压实性 1 5 无粘性土的相对密实度 粘性土的稠度及土的压实性 一 无粘性土的相对密实度 常用 一 无粘性土的相对密实度 常用相对密实度相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度 其定义为 来衡量无粘性土的松紧程度 其定义为 1 27 式中 式中 Dr 相对密实度 相对密实度 emax 无粘性土处在最松状态时的孔隙比 无粘性土处在最松状态时的孔隙比 emin 无粘性土处在最密状态时的孔隙比 无粘性土处在最密状态时的孔隙比 e0 无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比 无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比 minmax 0max ee ee Dr 按式 按式 1 23 可得相对密实度得使用表达式 可得相对密实度得使用表达式 1 28 式中 式中 dmax 无粘性土的最大干密度 无粘性土的最大干密度 dmin 无粘性土的最小干密度 无粘性土的最小干密度 d 无粘性土的天然干密度或填筑干密度 将风干的无粘性土试样用 无粘性土的天然干密度或填筑干密度 将风干的无粘性土试样用漏斗法漏斗法测定其最小干密度 用测定其最小干密度 用振击法振击法测定其 最大干密度 测定其 最大干密度 ddd ddd r D minmax maxmin 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 注意 注意 室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难 在工程上 用相对密实度在工程上 用相对密实度Dr划分无粘性土的状态如下 划分无粘性土的状态如下 0 Dr 1 3 疏松的疏松的 1 3 Dr 2 3 中密的中密的 2 3 Dr 1 密实的密实的 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 A sample of sand given 14 7 kN m3 w 13 dmin 12kN m3 dmax 16 6kN m3 Estimate its compaction state Solution 1 1 1 1 max min min max d s d s d s d ee e w Q 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 11 11 maxmin min minmax max d s d s d s d s r ee ee D 3 1 278 0 13 6 16 12 6 16 1213 max minmax min 17粘土 10 Ip 17粉质粘土 注注 塑性指数由相应于塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为圆锥体沉入土样中深度为10mm时测定的液限 计算而得 粘 性 土 的 分 类 建筑地基基础设计规范 时测定的液限 计算而得 粘 性 土 的 分 类 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 2 液性指数 粘性土的状态可用液性指数来判别 定义为 液性指数 粘性土的状态可用液性指数来判别 定义为 1 31 式中 式中 IL 液性指数 以小数表示 液性指数 以小数表示 w 土的天然含水率 液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系 表达 了天然土所处的状态 土的天然含水率 液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系 表达 了天然土所处的状态 p p pL p L I ww ww ww I 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 IL1 坚硬状态 可塑状态 流态 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 硬塑 可塑 软塑 液性指数液性指数IL状态状态液性指数液性指数IL状态状态 IL 0 0坚硬坚硬 0 75 IL 1软塑软塑 01流塑流塑 0 25 IL 0 75可塑可塑 粘性土的状态 建筑地基基础设计规范 粘性土的状态 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 例 已知粘性土的颗粒重度 例 已知粘性土的颗粒重度 s 27 5 kN m3 液限为 液限为40 塑限为 塑限为22 饱和 度为 饱和 度为98 孔隙比为 孔隙比为1 15 试计算塑性指数 液性指数及确定粘性土的状态 解 根据液限和塑限可以求得塑性指数为 试计算塑性指数 液性指数及确定粘性土的状态 解 根据液限和塑限可以求得塑性指数为18 土的含水量及液性指数可由下 式求得 土的含水量及液性指数可由下 式求得 IL l 故此粘性土为流塑状态 故此粘性土为流塑状态 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 5 无粘性土得相对密实度 粘性土得稠度及土的压实性 1 15 10 98 41 27 5 wr s eS w 41 22 1 06 4022 p L Lp ww I ww 一 室内击实试验 试验设备试验设备击实筒击实筒V V 1000cm3 击实锤 击实锤w 25牛顿牛顿 试验条件试验条件 土样分层土样分层n 3层 落高层 落高d 30cm 击数 击数N 27 层 层 击实能量击实能量 3 m mKN5 607 V wdNn E 试验方法试验方法对对 cosnst的土 分三层压实 测定击实后的 的土 分三层压实 测定击实后的 算定 算定 d 注意 注意 仅适用于细粒土 对粗粒土 可用较大尺 寸的击实仪 仅适用于细粒土 对粗粒土 可用较大尺 寸的击实仪 土土 1 6 土的压实原理1 6 土的压实原理 击实试验击实试验 一 土的压实性 土的压实性 指在一定的含水率下 以人工或机械的方法 使土能 够压实到某种密实度的性质 填土的密实程度常以干密度表示 土工试验方法标准 国家标准 轻型 一 土的压实性 土的压实性 指在一定的含水率下 以人工或机械的方法 使土能 够压实到某种密实度的性质 填土的密实程度常以干密度表示 土工试验方法标准 国家标准 轻型 d 5mm V 947cm3 m 2 5kg 3层层 25击 落高击 落高30 5cm 重型 重型 d5mm粒径的含量不超过粒径的含量不超过25 30 时 仍可 用轻型击实 但要修正 问题 时 仍可 用轻型击实 但要修正 问题 d 5mm粒径的含量较少时是剔除好 还是 修正好 或者干脆用重型 粒径的含量较少时是剔除好 还是 修正好 或者干脆用重型 1 6 土的压实原理1 6 土的压实原理 1 7 土的工程分类1 7 土的工程分类 粗粒土按粗粒土按颗粒组成颗粒组成进行分类 粘性土按进行分类 粘性土按塑性指数塑性指数分类 一 土的分类标准 一 巨粒土和含巨粒土的分类 巨粒土和含巨粒土应按试样中所含 粒径大于 分类 一 土的分类标准 一 巨粒土和含巨粒土的分类 巨粒土和含巨粒土应按试样中所含 粒径大于60mm的巨粒组含量来 划分 试样中含巨粒组质量多于总 质量的 的巨粒组含量来 划分 试样中含巨粒组质量多于总 质量的50 的土称为 的土称为巨粒土巨粒土 试样 中巨粒组质量为总质量的 试样 中巨粒组质量为总质量的15 50 的土称为 的土称为巨粒混合土巨粒混合土 试样中巨粒组质量少于总质量 试样中巨粒组质量少于总质量的15 的土 可扣除巨粒 按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名 二 粗粒土的分类 试样中粒径大于 二 粗粒土的分类 试样中粒径大于0 075mm的粗粒组质量多于总质量的粗粒组质量多于总质量50 的土称为 的土称为粗粒土粗粒土 粗粒土又分为 粗粒土又分为砾类土砾类土和和砂类土砂类土两类 试样中粒径大于两类 试样中粒径大于2mm的砾粒组质 量多于总质量的 的砾粒组质 量多于总质量的50 的土称为 的土称为砾类土砾类土 试样中粒径大于 试样中粒径大于2mm的砾粒组质 量少于或等于总质量 的砾粒组质 量少于或等于总质量50 的土称为 的土称为砂类土砂类土 1 7 土的工程分类1 7 土的工程分类 三 细粒土的分类 试样中粒径小于 三 细粒土的分类 试样中粒径小于0 075mm的细粒组质量多于或等于总质量 的 的细粒组质量多于或等于总质量 的50 的土称为 的土称为细粒土细粒土 细粒土应按下列规定划分 细粒土应按下列规定划分 1 试样中粗粒组质量少于总质量的 试样中粗粒组质量少于总质量的25 的土称为 的土称为细粒土细粒土 2 试样中粗粒组质量为总质量的 试样中粗粒组质量为总质量的25 50 的土称 的土称含粗粒 的细粒土 含粗粒 的细粒土 3 试样中含部分有机质的土称 试样中含部分有机质的土称有机质土有机质土 细粒土可按塑性图进一步细分 细粒土可按塑性图进一步细分 1 7 土的工程分类1 7 土的工程分类 1 7 土的工程分类1 7 土的工程分类 1 7 土的工程分类1 7 土的工程分类 例题 例题1 5 有 有A B C三种土 它们的粒径分布曲线如图 所示 已知 三种土 它们的粒径分布曲线如图 所示 已知B土的液限为土的液限为38 塑限为 塑限为19 C土的液限为土的液限为47 塑限为 塑限为24 试对这三种土进行分类 试对这三种土进行分类 1 7 土的工程分类1 7 土的工程分类 解 解 1 对 对A土进行分类 从图 土进行分类 从图1 28曲线曲线A查得粒径大于查得粒径大于60mm的巨粒含量为零 而粒径大于的巨粒含量为零 而粒径大于 0 075mm的粗粒含量为的粗粒含量为98 大于 大于50 所以 所以A土属于粗粒土 从图中查得粒