土力学课件2011-2-土的物理性质及分类.ppt

第2章土的物理性质及分类 主要内容 2 6土的物理性质指标 物理模型假定模型 总质量 m ms mw总体积 V Vs Vv Vs Va Vw符号 s soilv voida airw water 图2 25土的三相图 2 6 1土的三相草图 可用三相草图来描述土的三相组成定义土的物理性质指标 三相草图的意义 土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标 三相比例指标反映了土的干燥与潮湿 疏松与紧密 评价土的工程性质的最基本的物理性质指标 工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容 2 6 2三个实测物理性质指标 直接测定指标 可在实验室内直接测定 重度 含水量 土粒比重Gs 土粒密度 s 换算指标 其它指标均为换算指标 孔隙比 饱和度 4个质量比体积 3个体积比体积 2个质量比质量 1 土的密度和重度 2 含水量 烘箱 3 土粒比重 Gs 固体颗粒质量与同体积水 在4 时 质量之比 表2 7土粒比重范围 2 6 3换算的物理性质指标 孔隙比 于是可得两者关系 孔隙率 饱和度 0 Sr 1饱和土 Sr 1干土 Sr 0 土的饱和重度 sat 土的密度与重度的关系 土的有效重度 浮重度 土的干重度 2 6 5几种常用指标之间关系式的推导 土的三相比例指标之间可以互相换算 方法1 由三相图及其定义计算 见教材52页例2 1 假定V 1 或者假定Vs 1 方法2 由三相图导出的计算公式 孔隙比与孔隙率的关系 干密度与湿密度和含水率的关系 孔隙比与比重和干密度的关系 当土饱和时 即为Sr 100 则 饱和含水率 19 饱和度与含水率 比重和孔隙比的关系 浮密度与比重和孔隙比的关系 20 指标间的换算 质量m 体积V 土的三相指标中 土粒比重Gs 含水量 和密度 是通过试验测定的 可以根据三个基本指标换算出其余各指标 推导 换算关系式 2 7土的物理状态指标 2 7 1粗颗粒土的密实度 砂土的密实度 用孔隙比e可评价砂土的密实度 优缺点 优点 应用方便 简单缺点 不能考虑颗粒大小 级配和形状的影响所以 应与最大孔隙比与最小孔隙比比较 建立相对密度的概念 最小孔隙比 砂土处于最密实状态时的孔隙比 emin用 振击法 测定 最大孔隙比 砂土处于最疏松状态时的孔隙比 emax用 松散器法 测定 相对密度 最大孔隙比 最小孔隙比的概念 举例说明建立相对密度概念的意义 结论 土样1 密实 土样2 不密实 问题 哪个土样密实 1用Dr表示砂土密实度 见表2 9 铁路工程技术规范 P50 当e emax时 Dr 0 最松状态 当e emin时 Dr 1 0 最密状态 优点 可以把土的级配考虑进去 理论上较为完善缺点 emax和emin难以准确测定 给Dr的确定带来困难 2 标准贯入试验方法 方法 63 5kg锤 升到76cm高 自由落下标准贯入器入土深度30cm 所需锤数为N63 5 显然 规范 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 表2 10 详见第8章 判断标准 2 7 2粘性土的稠度 界限含水量 Atterberg 瑞典土壤学家 1911 塑性 可塑成任何形状而不发生裂缝 并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质 Plasticity 在陶瓷工业 农业科学和土木工程中有广泛应用 土体体积随含水量的变化 图2 29含水量与体积的关系 土的界限含水量 Atterberglimits 缩限 半固体状态与固体状态间的分界含水量 当含水量小于该值时 体积不发生变化 Shrinkagelimit wS 塑限 可塑状态与半固体状态间的分界含水量 Plasticlimit wP 液限 流动状态与可塑状态间的分界含水量 Liquidlimit wL 界限含水量是土的一种固有的性质 与含水量无关 问题 缩限 塑限 液限是否与土样的含水量有关 注意 塑限和液限是土力学中常用的 液限的测定 锥式液限仪 中国 碟式液限仪 欧美 详见ASTM试验规程 碟式液限仪平衡锥式液限仪 17mm 液限测定演示 17mm 液限测定演示 液限测定演示 塑限的测定 搓条法测定 3mm土条 缩限的测定 收缩皿法测定 讨论 液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定 试验的具体程序和步骤详见 土工试验方法标准 界限含水量由重塑土测定 而现场原状土有一定结构性 所以 有时现场土含水量比液限大但地基未流动 1 塑性指数IP 概念 塑性状态时含水量变化范围 IP Plasticityindex 常省略 变化范围很大 如大于200 是粘性土区别于砂土的重要特征 反映了土与水之间物理化学作用的强弱 物理意义 思考 一个问题 结论 不能 结果 土样1 可塑态 土样2 半固态 问题 判断土样物理状态 必须建立含水量与界限含水量的关系 2 液性指数IL 表2 11粘性土的稠度标准 天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标 Liquidityindex 在0到1之间 越大 表示土越软 大于1 处于流动状态 小于0 处于固体状态或半固体状态 关于IL结论 例题 证明 例2 5 某粘性土的天然含水量w 19 3 液限wL 28 3 塑限wP 16 7 求塑性指数IP和液性指数IL 确定该土状态 查表2 11可知该土的状态为硬塑状态 IL 0 224 解 IP wL wP 28 3 16 7 11 6 土的工程分类是勘察 设计的首要内容 2 8土的工程分类 分类存在不同体系 主要有 1 建设部 土的分类标准 GBJl45 90 2 建设部 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 3 水利部 土工试验规程 SL237 1999 中的128 84分类法 4 交通部 公路土工试验规程 JTJ051 93 分类原则和特点 2 8 1建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 对粗颗粒土 考虑了结构和粒径级配 对细颗粒土 考虑了土的塑性和成因 给出岩石的分类标准 将天然土分为6大类 岩石 碎石土 砂类土 粉土 粘性土和人工填土 天然土分为6大类 岩石 表2 12和表2 13碎石类土 表2 14砂类土 表2 15粉土 表2 16粘性土 表2 17人工填土 表2 18 问题 土的粒组的划分和土的分类是否是一回事 例如 粉粒组和粉土是否是一个概念 回答 粉粒组 0 075mm d 0 005mm粉土 大于0 075mm的颗粒含量不超过全重的50 且塑性指数IP 10的土 分类原则和特点 2 8 2土的分类标准 GBJl45 90 考虑了土的有机质含量 颗粒组成特征以及土的塑性指标 总的分类体系如图2 30 先判断该土属于有机土还是无机土 若属于无机土 则可先按表2 20划分其粒组 根据土内各粒组的相对含量 将土分为 巨粒土和含巨粒土粗粒土细粒土 表2