土的工程性质与分类(1)ppt课件

1、第四章第四章 土的工程性质土的工程性质 与分类与分类n土土( soil)是各种岩石矿物颗粒组成是各种岩石矿物颗粒组成的松散集合体。的松散集合体。n土体土体(soil mass)是由一定的土体是由一定的土体资料组成资料组成,具有一定的土体构造具有一定的土体构造,赋存赋存于一定地质环境中的地质体。于一定地质环境中的地质体。 固相土 液相 气相土中颗粒的大小、成分及三土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关相之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质系，反映出土的不同性质 土的三相组成：土的三相组成：4.1 土的组成与土的组成与 构造、构造构造、构造一、土的固相一、土的固相n土粒的大小、相

2、关矿物成分以及大小搭配情况对土土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的物理力学性质有明显影响的物理力学性质有明显影响 n1.土的颗粒级配土的颗粒级配n工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为假工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为假设干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常设干粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量即各粒组占土粒总量以土中各个粒组的相对含量即各粒组占土粒总量的百分数来表示，称为土的颗粒级配的百分数来表示，称为土的颗粒级配n实验方法实验方法 筛分法：筛分法： 适用于适用于d 0.075mmn 比重计法比重计法:适用于适用于d0.075mm土

3、的粒组划分土的粒组划分筛分法筛分法用一套孔径不同的筛用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量计算其占总土粒质量的百分数的百分数 比重计法：利用不同大小的土粒在水中的沉比重计法：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降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量颗粒粒径级配曲线：纵坐标表示小于某粒径颗粒粒径级配曲线：纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比的土粒含量百分比, ,横坐标表示土粒的粒径横坐标表示土粒

4、的粒径( (对数坐标对数坐标颗粒级配的描画颗粒级配的描画 工程上常用不均工程上常用不均匀系数匀系数CuCu描画颗粒描画颗粒级配的不均匀程度级配的不均匀程度 1060ddCuCu愈大，表示土粒愈不愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把均匀。工程上把Cu5的土视为级配不良的土；的土视为级配不良的土； Cu5的土视为级配良的土视为级配良好的土好的土 曲率系数曲率系数Cc描画颗粒级描画颗粒级配曲线整体形状，阐明配曲线整体形状，阐明某粒组能否缺失情况某粒组能否缺失情况6010230dddCc对于砾类土或砂类土，对于砾类土或砂类土，同时满足同时满足Cu5和和Cc=13时，定名为良好级配砂时，定名为良好级配砂或良

5、好级配砾或良好级配砾 d10、d30、d60小于某小于某粒径的土粒含量为粒径的土粒含量为10%、 30%和和60%时所时所对应的粒径对应的粒径2.土的矿物成分土的矿物成分n矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用作用n原生矿物：由岩石经过物理风化构成，原生矿物：由岩石经过物理风化构成，其矿物成分与母岩一样其矿物成分与母岩一样n例：石英、云母、长石等例：石英、云母、长石等n特征：矿物成分的性质较稳定，由其组特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、紧缩成的土具有无粘性、透水性较大、紧缩性较低的特点性较低的特点 n次生矿物：岩石经化学风化后所构

6、次生矿物：岩石经化学风化后所构成的新的矿物，其成分与母岩不一成的新的矿物，其成分与母岩不一样样 n例：粘土矿物有高岭石、伊利石、例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等蒙脱石等n特征：性质较不稳定，具有较强的特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点亲水性，遇水易膨胀的特点 二、土中的水二、土中的水n土中水的含量明显地影响土的性质土中水的含量明显地影响土的性质(尤其尤其是粘性土是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水。土中水除了一部分以结晶水的方式吸附于固体颗粒的晶格内部外，的方式吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和非结合水还存在结合水和非结合水1.结合水结合水n强结合水：紧靠于颗

7、粒外表、所受电场强结合水：紧靠于颗粒外表、所受电场的作用力很大、几乎完全固定陈列、丧的作用力很大、几乎完全固定陈列、丧失液体的特性而接近于固体失液体的特性而接近于固体 n弱结合水：紧靠强结合水的外围构成的弱结合水：紧靠强结合水的外围构成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒间隔增大而减弱粒间隔增大而减弱 2.非结合水非结合水n存在于土粒电场影响范围以外，性质存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传送水压力，冰点和普通水无异，能传送水压力，冰点为为0，有溶解才干，有溶解才干 n以两种方式存在：毛细水、重力水以两种方式存在：毛细水、重力水三、土中气体三、

8、土中气体n土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封锁气体和与大气不连通的封为与大气连通的非封锁气体和与大气不连通的封锁气体锁气体n1.非封锁气体：受外荷作用时被挤出土体外，对非封锁气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大土的性质影响不大 n2.封锁气体：受外荷作用，不能逸出，被紧缩或封锁气体：受外荷作用，不能逸出，被紧缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的浸透性减小，弹性增大质有较大的影响，使土的浸透性减小，弹性增大和延伸土体受力后变形到达稳定的时间和

9、延伸土体受力后变形到达稳定的时间四、土的构造四、土的构造 n在成土过程中所构成的土粒的空间在成土过程中所构成的土粒的空间陈列及其结合方式，与组成土的颗陈列及其结合方式，与组成土的颗粒大小、颗粒外形、矿物成分和堆粒大小、颗粒外形、矿物成分和堆积条件有关积条件有关1.单粒构造：单粒构造：n粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落构粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落构成的单粒构造，其特点是土粒间存在点与点的成的单粒构造，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据构成条件不同，可分为疏松形状和接触。根据构成条件不同，可分为疏松形状和密实形状密实形状密实形状密实形状疏松形状疏松形状2.蜂窝构造：蜂窝构造：

10、颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，构大于重力，接触后，不再继续下沉，构成链环单位成链环单位, ,很多链环结合起来，构成孔很多链环结合起来，构成孔隙较大的蜂窝状构造隙较大的蜂窝状构造 蜂窝构造蜂窝构造3.絮状构造：絮状构造：n细微粘粒大都呈片状或针状，质量极轻，在水中细微粘粒大都呈片状或针状，质量极轻，在水中处于悬浮形状。当悬液介质发生变化时，土粒外处于悬浮形状。当悬液介质发生变化时，土粒外表的弱结合水厚度减薄，粘粒相互接近，凝聚成表的弱结合水厚度减薄，粘粒相互接近，凝聚成絮状物下沉，构成孔隙较大的絮状构造絮状物下沉，构成孔隙较大

11、的絮状构造絮状构造絮状构造五、土的构造五、土的构造 n土的构造是指土体中各构造单元之间的关系。土的构造是指土体中各构造单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性主要特征是土的成层性和裂隙性, ,即层理构造即层理构造和裂隙构造，二者都呵斥了土的不均匀性和裂隙构造，二者都呵斥了土的不均匀性 n1.1.层理构造：土粒在堆积过程中层理构造：土粒在堆积过程中, ,由于不同阶由于不同阶段堆积的物质成分、颗粒大小或颜色不同段堆积的物质成分、颗粒大小或颜色不同, ,而而沿竖向呈现出成层特征沿竖向呈现出成层特征 n2.2.裂隙构造：土体被许多不延续的小裂隙所裂隙构造：土体被许多不延续的小裂隙所分割分割, ,在

12、裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 4.2 土的物理力土的物理力学性质及其目的学性质及其目的一、土的三相比例目的一、土的三相比例目的n所谓土的物理性质就是表示土中三相比所谓土的物理性质就是表示土中三相比例关系的一些物理量。例关系的一些物理量。n土的物理性质目的不仅可以描画土的物土的物理性质目的不仅可以描画土的物理性质和它所处的形状，而且在一定程理性质和它所处的形状，而且在一定程度上反映了土的力学性质。度上反映了土的力学性质。 土的物理性质目的的分类土的物理性质目的的分类n一类是必需经过实验测定的，如含水一类是必需经过实验测定的，如含水量、密度和土粒比重，称为直接目的

13、量、密度和土粒比重，称为直接目的n一类是根据直接目的换算的，如孔隙一类是根据直接目的换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接目比、孔隙率、饱和度等，称为间接目的的 土的三相图土的三相图 为便于阐明这为便于阐明这些物理性质目些物理性质目的的定义和它的的定义和它们的换算关系，们的换算关系，常用三相图表常用三相图表示土体内三相示土体内三相的相对含量。的相对含量。1.实验直接测定的物理性质目的 土的密度和重度密度密度定义：单位体积土的质量，用定义：单位体积土的质量，用表示表示单位：单位：kg/m3或或 g/cm3表达式：表达式：awswsVVVmmVm定义：单位体积土的分量，用定义：单位体积土的分

14、量，用表示表示单位：单位：KN/m3表达式：表达式：gVgmVW重度重度土的密度土的密度和重度和重度测定方法：环刀法测定方法：环刀法土粒比重土粒比重Gsn定义：定义：n 土的质量或分量与同体积土的质量或分量与同体积4时时纯水的质量或分量之比纯水的质量或分量之比n表达式表达式 ：cwscwsssVmG44)()(cwsssVgmG4)(土粒比重变化范围不大：粘性土普通土粒比重变化范围不大：粘性土普通2.702.75；砂土普通为；砂土普通为2.65左右。土中有机质含量添加，土粒比重减小左右。土中有机质含量添加，土粒比重减小土的比重土的比重Gsn测定方法：测定方法：n 比重瓶法，事先将比重瓶注满蒸馏

15、水，比重瓶法，事先将比重瓶注满蒸馏水，称瓶加水的质量称瓶加水的质量m1。然后把烘干土假设干。然后把烘干土假设干克克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比，按下式计算土粒比重重21mmmmGsss土的比重土的比重Gs土的含水量土的含水量w wn含水量：含水量：n 土中水的质量与土粒质量之比，以百土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示分数表示 n表达式：表达式： %100swmmw土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理目的。土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理目的。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类

16、、埋藏天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。条件及其所处的自然地理环境等有关。 土的含水量土的含水量n测定方法：测定方法：n 烘干法。先称出天然湿土的质量，然烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在后放在烘箱里，在100105下烘干下烘干，称干土的质量。，称干土的质量。 2.2.间接换算的物理性质目的间接换算的物理性质目的 土的孔隙比土的孔隙比e en定义：定义：n 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，以小数表示n表达式：表达式： svVVe 土中孔隙率土中孔隙率n nn定义：定义：n 土中的孔隙的体积与土的

17、总体积之土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示比，以百分数表示n表达式：表达式：%100VVnv土的饱和度土的饱和度SrSrn定义：定义：n 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，以百分数表示n表达式：表达式：%100vwrVVS饱和度描画土中孔隙被水充溢的程度。干土饱和度描画土中孔隙被水充溢的程度。干土Sr=0, 饱和土饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种形状。砂土根据饱和度分为三种形状: Sr50%稍湿；稍湿； 50Sr80%很湿；很湿； Sr80%饱和饱和干密度干密度d d 干重度干重度d d n定义：单位体积内土粒的质量或分量定义：

18、单位体积内土粒的质量或分量n表达式：表达式：VmsdgVgmdsd干密度干密度dd干重度干重度ddn土烘干，体积要减小，因此土的干密度土烘干，体积要减小，因此土的干密度不等于烘干土的密度。不等于烘干土的密度。n土的干密度或干重度是评价土密实程度土的干密度或干重度是评价土密实程度的目的，干密度或干重度越大阐明土越的目的，干密度或干重度越大阐明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。工程的施工质量。 饱和密度饱和密度satsat与饱和重度与饱和重度sat sat n定义：定义：n 土中孔隙完全被水充溢，土处于饱土中孔隙完全被水充溢，土处于饱和形状时单

19、位体积土的质量或分量和形状时单位体积土的质量或分量n表达式：表达式： VVmwvssatgVVWsatwvssat浮密度浮密度与浮重度与浮重度 n定义：定义：n 单位体积内土粒质量与同体积水质单位体积内土粒质量与同体积水质量之差量之差n表达式：表达式：VVmwssgwsat各种密度之间的比较各种密度之间的比较dsat土的三相比例目的中的质量密度目的共有土的三相比例目的中的质量密度目的共有4个，土个，土的密度的密度，饱和密度，饱和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3),相应的重度目的也有相应的重度目的也有4个，土的个，土的重度重度，饱和重度，饱和重度sat，干重度，干重度d

20、，浮重度，浮重度 (kN/m3)3.3.物理性质目的间的换算物理性质目的间的换算 n常用的物理性质目的共有常用的物理性质目的共有9个，普通说，个，普通说，知其中恣意知其中恣意3个，经过换算，可以求其他个，经过换算，可以求其他6个。个。孔隙比与孔隙率的关系孔隙比与孔隙率的关系 eeVVnv1nne1干密度与湿密度和含水量的关系干密度与湿密度和含水量的关系 wwVmddd11wd1孔隙比与比重和干密度的关系孔隙比与比重和干密度的关系 11ssswdmGVee 1swdGe 饱和度与含水量、比重和孔隙比的关系饱和度与含水量、比重和孔隙比的关系 ewGeVVSswvwrws当土饱和时，即为当土饱和时，

21、即为Sr=100Sr=100那么那么 ssatGwe satw饱和含水量浮密度与比重和孔隙比的关系浮密度与比重和孔隙比的关系 eGeVVmwswswss111例题分析例题分析 n【例】某土样经实验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。假设土粒的比重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 n【解答】%98.11167167187%100smm3/87. 1100187cmgVm3/7 .181087. 1mkNg3/7 .1610100167mkNgdd593. 0187. 1)1198. 01 (66.

22、21)1 (sGe%7 .53593. 066. 21198. 0eGSsr3/4 .10104 .20mkNwsat3/4 .2010593. 01593. 066. 21mkNeeGssat二、无粘性土的密实形状二、无粘性土的密实形状无粘性土与粘性土区别：无粘性土与粘性土区别：1 1、 矿物成分：无粘性土普通由原生矿物组成，颗粒较矿物成分：无粘性土普通由原生矿物组成，颗粒较粗；粘性土普通由次生矿物组成，颗粒较细；粗；粘性土普通由次生矿物组成，颗粒较细； 2 2、 土的构造：无粘性土颗粒较粗，土粒之间的粘结力土的构造：无粘性土颗粒较粗，土粒之间的粘结力很弱或无粘结，往往构成单粒构造；粘性土颗

23、粒较细，很弱或无粘结，往往构成单粒构造；粘性土颗粒较细，呈现具有很大孔隙的蜂窝状构造或絮状构造，天然形呈现具有很大孔隙的蜂窝状构造或絮状构造，天然形状下具有一定的构造性、灵敏度和触变性。状下具有一定的构造性、灵敏度和触变性。 3 3、 物理形状：无粘性土的工程性质取决于其密实度；物理形状：无粘性土的工程性质取决于其密实度；而粘性土的工程性质取决于其软硬形状及土性稳定性。而粘性土的工程性质取决于其软硬形状及土性稳定性。无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度n对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。很大。 n土的密实程度越高，紧缩性越

24、小，其工程特性越好；土的密实程度越高，紧缩性越小，其工程特性越好； n土的密实程度越低，紧缩性越大，其工程特性越差。土的密实程度越低，紧缩性越大，其工程特性越差。n描画土的松紧程度的目的有干密度和孔隙比，密实度在描画土的松紧程度的目的有干密度和孔隙比，密实度在一定程度上可用其孔隙比来反映一定程度上可用其孔隙比来反映 无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度n无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、外形无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、外形和级配的影响很大。因此即使两种无粘性土具和级配的影响很大。因此即使两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必阐明他们处于同样的形有同样的孔隙比也未必阐明他们处于同样的形

25、状。状。n在工程上普通用相对密实度在工程上普通用相对密实度Dr来衡量无粘性土来衡量无粘性土的松紧程度。它是用无粘性土本身最松和最密的松紧程度。它是用无粘性土本身最松和最密两种极限形状作为判别的基准。两种极限形状作为判别的基准。 相对密实度相对密实度DrDrn定义实际表达式定义实际表达式minmax0maxeeeeDremax无粘性土处于最松形状时的孔隙比，可由其最小干密度换算无粘性土处于最松形状时的孔隙比，可由其最小干密度换算emin无粘性土处于最密形状时的孔隙比，可由其最大干密度换算无粘性土处于最密形状时的孔隙比，可由其最大干密度换算e0 无粘性土的天然孔隙比无粘性土的天然孔隙比相对密实度相

26、对密实度DrDrn定义适用表达式定义适用表达式ddddddrDminmaxmaxmindmax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无粘性土的天然干密度相对密实度相对密实度DrDr1rDminee 无粘性土处于最密实的形状无粘性土处于最密实的形状 0rDmaxee 无粘性土处于最松的形状无粘性土处于最松的形状在工程上，用相对密实度划分无粘性土形状如下：在工程上，用相对密实度划分无粘性土形状如下： 310rD3231rD132rD疏松中密密实动力触探确定无粘性土的密实度动力触探确定无粘性土的密实度n天然砂土的密实度，可按原

27、位规范贯入实验的锤击数天然砂土的密实度，可按原位规范贯入实验的锤击数N进展评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆进展评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数锥动力触探的锤击数N63.5进展评定进展评定(GB50007-2002)密实度密实度按按N N评定砂土密实度评定砂土密实度 按按N63.5N63.5评定碎石土密实评定碎石土密实度度 松散松散稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520规范贯入实验规范贯入实验n质量为质量为63.5kg的重锤的重锤n从从76cm高处落下高处落下n将贯入器贯入土中将贯入器

28、贯入土中30cm的锤击数的锤击数三、粘性土的稠度三、粘性土的稠度n定义：定义：n 指粘性土在某一含水量下对外指粘性土在某一含水量下对外界引起的变形或破坏的抵抗才干，界引起的变形或破坏的抵抗才干，是粘性土最主要的物理形状目的。是粘性土最主要的物理形状目的。粘性土的稠度粘性土的稠度流动形状可塑形状半固体形状 固体形状 刚堆积的粘土，本身不能坚持其形状，极易流动 体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡 含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂 水分蒸发，上覆堆积层厚度添加，含水率减小，体积收缩 外力作用可改动其外形，而不改动其体积，并在外力卸除后仍能坚持已获得的外形 粘性土的界限含水量粘

29、性土的界限含水量n定义：定义：n 粘性土从一种形状转变为另一形粘性土从一种形状转变为另一形状，可用某一界限含水量来区分，状，可用某一界限含水量来区分，称为稠度界限称为稠度界限, ,阿太堡阿太堡AtterbergAtterberg界限界限粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量液限液限 流动形状与可塑形状的界限含水量，流动形状与可塑形状的界限含水量，可塑形状的上限含水量可塑形状的上限含水量 塑限塑限 可塑形状与半固体形状的界限含水可塑形状与半固体形状的界限含水量，可塑形状的下限含水量量，可塑形状的下限含水量 缩限缩限 半固体形状与固体形状的界限含水量，半固体形状与

30、固体形状的界限含水量，即粘性土随着含水量的减小而体积开场不变即粘性土随着含水量的减小而体积开场不变的含水量。的含水量。 n粘性土从一种形状转变为另外一种形状粘性土从一种形状转变为另外一种形状是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的实验方法测工程上只是根据某些通用的实验方法测定这些界限含水量。定这些界限含水量。 塑限测定方法：n搓条法和液塑限结合测定法搓条法和液塑限结合测定法塑限测定方法：搓条法：调制均匀的湿土样，在毛玻璃上搓条法：调制均匀的湿土样，在毛玻璃上搓滚成搓滚成3 3毫米直径的土条，假设这个时辰恰毫米直径的土条，假设这个时辰恰好出现裂

31、痕，就把土条的含水量定为塑限好出现裂痕，就把土条的含水量定为塑限液塑限结合测定法：取代表性试样，参与液塑限结合测定法：取代表性试样，参与不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重作用下试样，用电磁落锥测定圆锥在自重作用下经经5 5秒后沉入试样的深度。以含水量为横坐秒后沉入试样的深度。以含水量为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲线上绘制关系曲线( (图图4-26)4-26)。入土深度。入土深度2 2毫米毫米所对应的含水量为塑限。所对应的含水量为塑限。塑限测定方法：液限测定方法：n液塑

32、限结合测定法和碟式仪法液塑限结合测定法和碟式仪法 n液塑限结合测定法：液塑限结合测定法：n GB/T50123 -1999规定入土规定入土深度恰好为深度恰好为17毫米所对应的含水量为毫米所对应的含水量为17毫米液限，入土深度恰好为毫米液限，入土深度恰好为10毫米毫米所对应的含水量为所对应的含水量为10毫米液限。毫米液限。液限测定方法：碟式液限仪：碟式液限仪：金属碟半径为金属碟半径为54mm，糊，糊状土样装入碟中厚状土样装入碟中厚8mm，在土样中开梯形小槽，底在土样中开梯形小槽，底宽宽2mm，顶宽，顶宽11mm。使碟上升使碟上升1cm后再下落，后再下落，下落下落25次后，如土槽合拢次后，如土槽合

33、拢长度为长度为13mm，这时土样，这时土样的含水量即为液限。的含水量即为液限。缩限测定方法：收缩皿法 n把土料的含水量调制到大于土的液限，把土料的含水量调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平外然后将试样分层填入收缩皿中，刮平外表，烘干，测出干土样的体积并称其质表，烘干，测出干土样的体积并称其质量，按下式计算量，按下式计算 10021wssmVVww塑性指数n液限和塑限之差去掉百分号称为塑性液限和塑限之差去掉百分号称为塑性指数指数pI塑性指数表示处于可塑形状时土的含水量可变塑性指数表示处于可塑形状时土的含水量可变化幅度。塑性指数越大，可塑形状含水量变化化幅度。塑性指数越大，可塑形状

34、含水量变化范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个综合性目的。普通地，塑性指数越高，土的粘综合性目的。普通地，塑性指数越高，土的粘粒含量越高，所以经常用作粘性土的分类目的粒含量越高，所以经常用作粘性土的分类目的 PLpI液性指数 PPPLPLIwwwwwwI粘性土即使具有一样的含水量，也未必处于同样的形状，粘性土即使具有一样的含水量，也未必处于同样的形状，与无粘性土的相对密实度类似，粘性土的形状用液性指与无粘性土的相对密实度类似，粘性土的形状用液性指数来判别。数来判别。液性指数表征了土的天然含水量与界限含水量之间的相液性指数表征了土的天然含水量与界限含水

35、量之间的相对关系，表达了天然土所处的形状。对关系，表达了天然土所处的形状。 液性指数是粘性土的天然含水量和塑限的差液性指数是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。值与塑性指数的比值。断定断定Pww 0LI土处于巩固形状 LPwww0 . 10LI土处于可塑形状 wwL0 . 1LI土处于流动形状留意留意n由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的构造已彻底破坏，而天然土普通在自重土的构造已彻底破坏，而天然土普通在自重作用下已有很长的历史，它获得了一定的构作用下已有很长的历史，它获得了一定的构造强度，以致于土的天然含水量大于它的液造强度，以致于土的

36、天然含水量大于它的液限也未必一定会发生流动。含水量大于液限限也未必一定会发生流动。含水量大于液限只是意味着：假设土的构造遭到破坏，它将只是意味着：假设土的构造遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。转变为粘滞泥浆。例题分析例题分析n【例】某砂土试样,实验测定土粒比重Gs=2.7,含水量=9.43%,天然密度=1.66g/cm3。知砂样最密实形状时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松形状时称得干砂质量ms2=1.45kg，其体积V=1000cm3。求此砂土的相对密度Dr,并判别砂土所处的密实形状【解答】砂土在天然形状下的孔隙比砂土在天然形状下的孔隙比78. 0166. 1)0943. 01 (7 .

37、21)1 (sGe砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比31max/62. 1cmgVmsd67.01maxmindwsGe砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比32min/45. 1cmgVmsd86.01minmaxdwsGe相对密实度相对密实度42.0minmaxmaxeeeeDr1/3,2/31/3,2/3中密形状中密形状四、土的力学性质四、土的力学性质1 1、土的紧缩性、土的紧缩性2 2、土的抗剪强度、土的抗剪强度1.土的紧缩性n土的紧缩性是指土在压力作用下体积减土的紧缩性是指土在压力作用下体积减少的特性少的特性紧缩量的组成紧缩量的组成固体颗粒的紧缩固体颗粒的紧缩土中水的紧缩土中水的紧缩空气的排出空气的

38、排出水的排出水的排出占总紧缩量的占总紧缩量的1/4001/400不到，不到，忽略不计忽略不计紧缩量主要组成部分紧缩量主要组成部分阐明：土的紧缩被以为只是由于孔隙体积减小的结果阐明：土的紧缩被以为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出紧缩稳定很快完成紧缩稳定很快完成粘性土粘性土透水性差，水不易排出透水性差，水不易排出紧缩稳定需求很长一段时间紧缩稳定需求很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，紧缩量随时间增长的过土的固结：土体在压力作用下，紧缩量随时间增长的过程程沉降：沉降： 在附加应力作用下，地基土产生体积减少，在附加应力作用下，地基土产生体积减少，从

39、而引起建筑物根底的竖直方向的位移或下沉称从而引起建筑物根底的竖直方向的位移或下沉称为沉降为沉降瞬时沉降次固结沉降主固结沉降n瞬时沉降瞬时沉降Si指在加荷后立刻发生的沉降指在加荷后立刻发生的沉降n饱和粘土饱和粘土 在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的土粒和水是不可紧缩的，因此瞬时沉降是加之土体中的土粒和水是不可紧缩的，因此瞬时沉降是在没有体积变形的条件下发生的，它主要是由于土体的在没有体积变形的条件下发生的，它主要是由于土体的侧向变形引起的侧向变形引起的n瞬时沉降普通不予思索瞬时沉降普通不予思索n对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性实际估

40、对于控制要求较高的建筑物，瞬时沉降可用弹性实际估算。算。n主固结与主固结沉降主固结与主固结沉降n 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐添加，土体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐添加，这一过程称为主固结这一过程称为主固结n 随着时间的添加，孔隙水应力逐渐散失，有随着时间的添加，孔隙水应力逐渐散失，有效应力逐渐添加并最终到达一个稳定值，此时孔效应力逐渐添加并最终到达一个稳定值，此时孔隙水应力散失为零，主固结沉降完成，这一过程隙水应力散失为零，主固结沉降完成，这一过程所产生的沉降为主固结沉降。所产生的沉降为主固结沉降。n次固

41、结沉降次固结沉降n土体在主固结成将完成之后有效应力不土体在主固结成将完成之后有效应力不变的情况下还会随时间的增出息一步产变的情况下还会随时间的增出息一步产生沉降，称为次固结沉降生沉降，称为次固结沉降n次固结沉降对某些土如软粘土是比较重次固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的，对于巩固土或超固结土，这一分要的，对于巩固土或超固结土，这一分量相对较小。量相对较小。n为了研讨土的紧缩特性，通常需求进展为了研讨土的紧缩特性，通常需求进展实验实验室内固结实验现场原位实验荷载实验、旁压实验紧缩实验紧缩实验n研讨土的紧缩性大小及其特征的室内实验方法，研讨土的紧缩性大小及其特征的室内实验方法，亦称固结实验亦称固

42、结实验紧缩仪表示图紧缩仪表示图刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载留意：土样在竖直留意：土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向紧缩，不产生侧向紧缩，不产生侧向变形变形n用环刀切取扁园柱体，普通高用环刀切取扁园柱体，普通高2 2厘厘米，直径应于高度米，直径应于高度2 25 5倍，面积为倍，面积为30cm230cm2或或50 cm2,50 cm2,试样连同环刀一同试样连同环刀一同装入护环内，上下有透水石以便试装入护环内，上下有透水石以便试样在压力作用下排水。样在压力作用下排水。n

43、在透水石顶部放一加压上盖，所加在透水石顶部放一加压上盖，所加压力经过加压支架作用在上盖，同压力经过加压支架作用在上盖，同时安装一只百分表用来量测试样的时安装一只百分表用来量测试样的紧缩。紧缩。n由于试样不能够产生侧向变形而只由于试样不能够产生侧向变形而只需竖向紧缩。于是，我们把这种条需竖向紧缩。于是，我们把这种条件下的紧缩实验称为单向紧缩实验件下的紧缩实验称为单向紧缩实验或侧限紧缩实验。或侧限紧缩实验。e-p曲线曲线研讨土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研讨土在不同压力作用下，孔隙比变化规律H0H0/(1+e0)Vve0Vs1pH1H1/(1+e)sVveVs1土样在紧缩前后变土样在紧缩前后变

44、形量为形量为s s，整个过，整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变其中其中eHeH11100)1(000eHsee1)1(000wswGe根据不同压力根据不同压力p p作用下，到达稳定的孔隙比作用下，到达稳定的孔隙比e e，绘制，绘制e-pe-p曲线，曲线，为紧缩曲线为紧缩曲线整理整理ep曲线曲线A A曲线曲线B B曲线曲线A A紧缩性曲线紧缩性曲线B B紧缩性紧缩性e0epe-p曲线e-p曲线越陡，土的紧缩性越高曲线越陡，土的紧缩性越高e-p曲线越平缓，曲线越平缓， 土的紧缩性越低土的紧缩性越低e-logp曲线n在较高的压力范围内在

45、较高的压力范围内，紧缩曲线近似为不，紧缩曲线近似为不断线，很明显，该直断线，很明显，该直线越陡，意味着土的线越陡，意味着土的紧缩性越高。紧缩性越高。紧缩指数紧缩性目的紧缩性目的紧缩性不同的土，曲线外形不同，曲线愈陡，阐明在紧缩性不同的土，曲线外形不同，曲线愈陡，阐明在一样压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土一样压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的紧缩性愈高的紧缩性愈高紧缩性目的紧缩性目的: :1.1.紧缩系数紧缩系数a a和紧缩指数和紧缩指数CcCc2.2.紧缩模量紧缩模量Es Es 3.3.变形模量变形模量E0E0紧缩系数紧缩系数a a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增

46、量的比值土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值epp1p2e1e2e01221 ppeepea斜斜率率M1M2e-p曲线利用单位压力增量所引起利用单位压力增量所引起得孔隙比改动表征土的紧得孔隙比改动表征土的紧缩性高低缩性高低eppea d d在紧缩曲线中，实践采在紧缩曲线中，实践采用割线斜率表示土的紧用割线斜率表示土的紧缩性缩性1221 ppeepea 用用p1p1100kPa100kPa、 p2 p2200kPa200kPa对应的紧缩对应的紧缩系数系数a1-2a1-2评价土的紧缩性评价土的紧缩性n a1-20.1MPa-1 低紧缩性低紧缩性土土n0.1MPa-1a1-20.5MP

47、a-1 中紧缩性中紧缩性土土n a1-20.5MPa-1 高紧缩性高紧缩性土土紧缩模量紧缩模量EsEs土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量或称为侧限模量aeEs11阐明：土的紧缩模量阐明：土的紧缩模量Es与土的的紧缩系数与土的的紧缩系数a成反比，成反比， Es愈愈大，大， a愈小，土的紧缩性愈低愈小，土的紧缩性愈低zzsEn变形模量变形模量E0E0土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。比值。变形模量与紧缩变形模量与紧缩模量之间关系模量之间关系sEE0其中其中1212土的泊松比，土的

48、泊松比，普通普通0 00.50.5之间之间2.2.土的抗剪强度土的抗剪强度n土的破坏主要是由于剪切土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点破坏的重要特点n工程实际中与土的抗剪强工程实际中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下度有关的工程主要有以下3 3类类n 1 1稳定性问题稳定性问题n 2 2土压力问题土压力问题n 3 3地基的承载力问地基的承载力问题题滑动面的产生是由于滑动面上的剪应力到达土的抗剪强度滑动面的产生是由于滑动面上的剪应力到达土的抗剪强度抗剪强度即土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗才干。抗剪强度即土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗才干

49、。土的强度问题本质上是土的抗剪强度。土的强度问题本质上是土的抗剪强度。土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。重要特点。稳定性问题稳定性问题是以土作为建造资料的土工构筑物的稳定性问题。是以土作为建造资料的土工构筑物的稳定性问题。如土坝、路堤等填方边坡、天然土坡等的稳定性。如土坝、路堤等填方边坡、天然土坡等的稳定性。 土压力问题土压力问题是土作为工程构筑物环境的平安性问题。挡土墙、地是土作为工程构筑物环境的平安性问题。挡土墙、地下构造等的周围土体，它的强度破坏将呵斥对墙体过下构造等的周围土体，它的强度破坏将呵斥对墙体过大的侧向

50、土压力，以致能够导致这些工程构筑物发生大的侧向土压力，以致能够导致这些工程构筑物发生滑动、倾覆等破坏事故。滑动、倾覆等破坏事故。地基承载力问题地基承载力问题 是土作为建筑物地基，假设根底下的地基土体产生整体滑动或因部分剪切破坏而导致过大的地基变形，将会呵斥上部构造的破坏或影响其正常运用功能。美国纽约某水泥仓美国纽约某水泥仓库：库：是近代世界上最严是近代世界上最严重的建筑物破坏之重的建筑物破坏之一一位于纽约汉森河旁位于纽约汉森河旁1940年水泥仓库年水泥仓库装载水泥，使粘性装载水泥，使粘性土超载，引起地基土超载，引起地基土剪切破坏而滑动。土剪切破坏而滑动。倾斜倾斜45度，地基土度，地基土被挤出达被