清华大学胡黎明土力学-土的物理性质和工程分类

1、土力学（土力学（1）n绪绪 论论n第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类n第二章第二章 土的渗透性和渗透破坏土的渗透性和渗透破坏n第三章第三章 土中应力计算土中应力计算n第四章第四章 土的变形特性土的变形特性n第五章第五章 土的强度土的强度第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类对土的特点进行详细解释和定量描述对土的特点进行详细解释和定量描述第一章 土的物理性质与工程分类土的形成土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性土的物理性质土的物理性质土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的工程分类土的工程分类土的压实性土

2、的压实性 决定决定影影响响便于研究分析交流便于研究分析交流人工改造土的性质人工改造土的性质第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类n1.1 土的形成土的形成 (The Nature of Soil)n1.2 土的三相组成土的三相组成 (Phase Relationships)n1.3 土的物理状态土的物理状态 (Physical State)n1.4 土的结构土的结构 (Soil Structures)n1.5 土的工程分类土的工程分类 (Soil Classification)n1.6 土的压实性土的压实性 (Soil Compaction)第

3、一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类第一讲第一讲1.5第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类n1.1 土的形成土的形成 (The Nature of Soil)n1.2 土的三相组成土的三相组成 (Phase Relationships)n1.3 土的物理状态土的物理状态 (Physical State)n1.4 土的结构土的结构 (Soil Structures)n1.5 土的工程分类土的工程分类 (Soil Classification)n1.6 土的压实性土的压实性 (Soil Compaction)第一章 土的物理性

4、质与工程分类土是岩石经过土是岩石经过风化风化后在后在不同条件不同条件下形成的自然历史的产物下形成的自然历史的产物形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学物理力学性质性质风化风化岩石岩石地球地球土土地球地球影响影响1.1 土的形成土的形成搬运、沉积搬运、沉积第一章 土的物理性质与工程分类1.1 土的形成土的形成n风化作用风化作用Weathering生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘粘 性性 土土次生矿物次生矿物植物、动物和土壤微生物的活动植物、动物和土壤微生物的活动有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩岩石和土

5、的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物1.1 1.1 土的形成土的形成有有 机机 土土第一章 土的物理性质与工程分类1.1 土的形成土的形成n搬运与沉积搬运与沉积残积土残积土无搬运无搬运运积土运积土有搬运有搬运残积土残积土强风化强风化弱风化弱风化微风化微风化母岩体母岩体母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物

6、颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物的地点所沉积的堆积物1.1 1.1 土的形成土的形成颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙多棱角多棱角粗细不均粗细不均无层理无层理浑圆度浑圆度分选性分选性第一章 土的物理性质与工程分类运运积积土土风：风：风积土风积土重力重力: : 坡积土坡积土 流水流水: :洪积土洪积土冲积土冲积土湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物冰川冰川: : 冰积土冰积土土粒粗细不同，性质不均匀土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土

7、层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理运积土运积土有搬运有搬运风化所形成的土颗粒，受自然力的作用风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物1.1 土的形成土的形成1.1 1.1 土的形成土的形成第一章 土的物理性质与工程分类1.1 土的形成土的形成1.1 1.1 土的形成土的形成岩石因物理岩石因物理风化作用破风化作用破碎，在重力碎，在重力作用下堆积作用

8、下堆积到山脚到山脚高山下的冲积锥群高山下的冲积锥群黄河冲积三角洲黄河冲积三角洲黄土黄土第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类1.1 土的形成土的形成风化作用风化作用搬运与沉积搬运与沉积n1.2 土的三相组成土的三相组成n1.3 土的物理状态土的物理状态n1.4 土的结构土的结构n1.5 土的工程分类土的工程分类n1.6 土的压实性土的压实性第一章 土的物理性质与工程分类气相气相固相固相液相液相+ + +构成构成土骨架土骨架起决定作用起决定作用重要影响重要影响土体土体次要作用次要作用1.2 土的三相组成土的三相组成n固体颗粒固体颗粒n土中水土中水

9、n土中气体土中气体1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成饱饱 和和 土土 非饱和土非饱和土 干干 土土各相性质、比例各相性质、比例关系和相互作用关系和相互作用决定土的决定土的物理力学性质物理力学性质第一章 土的物理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成n固体颗粒固体颗粒n粒径级配粒径级配n矿物成分矿物成分n颗粒形状颗粒形状n土中水土中水n结合水结合水n自由水自由水n土中气体土中气体1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成第一章 土的物理性质与工程分类粒径大小和各粒径成分在土中占的比例，粒径大小和各粒径成分在土中占的比例，对土的物理力学性质起决定性作用对土的物理力学性质起决定性作用1.

10、2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒固体颗粒1. 粒径级配粒径级配粒组粒组粒组划分粒组划分按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类粗粒土粗粒土：以砾石和砂粒为主要组成的土，也称无粘性土。：以砾石和砂粒为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。dmm卵卵(碎碎)石石砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒 粘粒粘粒 胶粒胶粒6020.0750.005 0.0020.250.5520粗粗 中中 细细粗粗 中中 细细0.075粗粒粗粒细粒细粒巨粒巨粒60漂漂(块块)石石200第一章 土的物

11、理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒固体颗粒1. 粒径级配粒径级配 (Particle Size Distribution)分析方法：分析方法：筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 (0.075 mm) 水分法：适用于细粒土水分法：适用于细粒土 (0.075 mm) 比重计法比重计法表述方法：表述方法：粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线用质量百分数表示各粒组的相对含量用质量百分数表示各粒组的相对含量第一章 土的物理性质与工程分类105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数

12、小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536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粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.5101.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒固体颗粒筛筛分分法法第一章 土的物理性质与工程分类d60d50d10d30d50d60d10d300.20 0.33 0.005 0.063特征粒径特征粒径: : d50 : 平均粒径平均粒径d60 : 控制粒径控制粒径d10 : 有效粒径有效粒径d30 ;100908

13、0706050403020100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（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线1.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒固体颗粒第一章 土的物理性质与工程分类d60d50d10d301009080706050403020100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（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线1.2 土的三相组成土的三相组成d50d60d10d30CuC

14、c0.20 0.33 0.005 0.063662.41不均匀程度：不均匀程度：不均匀系数不均匀系数Cu = d60 / d10 Cu 5, 级配不均匀级配不均匀连续程度：连续程度：曲率系数曲率系数Cc = d302 / (d60 d10 ) Cc =13, 级配连续级配连续粗细程度：粗细程度： 用用d50 表示表示 固体颗粒固体颗粒第一章 土的物理性质与工程分类曲线曲线d60d10d30CuCcY0.33 0.0050.081663.98G0.0632.41R0.0300.545曲线段曲线段: : 某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量陡：陡：相应粒组质量集中相应粒组质量集中缓：缓：相

15、应粒组含量少相应粒组含量少平台：平台：相应粒组缺乏相应粒组缺乏R：较大颗粒缺少：较大颗粒缺少Cc 小小Y：较小颗粒缺少：较小颗粒缺少Cc 大大Cc=13, 级配连续级配连续1009080706050403020100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（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线固体颗粒固体颗粒1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成第一章 土的物理性质与工程分类粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线1）粒组含量用于土的分类命名粒组含量用于土的分类命名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于

16、判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu5, 不均匀土不均匀土； Cu3或或Cc1, 级配不连续土级配不连续土4）Cu和和Cc可用于判定土的级配优劣：可用于判定土的级配优劣： Cu5且且 C c = 1 3 ， 级配良好的土级配良好的土 Cu 3 或或 Cc 1g/cm3，蠕变性，蠕变性 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 温度高于温度高于100C时可蒸发时可蒸发弱结合水弱结合水 位于强结合水之外，电场引力位于强结合水之外，电场引力 作用范围之内作用范围之内 外力作用下变形、移动，可塑外力作用下变形、移动，可塑性性 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性1.2 土的三相组

17、成土的三相组成土中水土中水( (液相液相) )：结合水结合水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水内电层内电层外电层外电层第一章 土的物理性质与工程分类自自由由水水重力水重力水毛细水毛细水 自由水面之下自由水面之下 在重力作用下可在土中自由在重力作用下可在土中自由流动流动 存在于固相和气相之间存在于固相和气相之间 在重力与表面张力作用下可在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动在土粒间空隙中自由移动1.2 土的三相组成土的三

18、相组成土中水土中水( (液相液相) )：自由水自由水粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水内电层内电层外电层外电层电场引力作用范围之外电场引力作用范围之外第一章 土的物理性质与工程分类rThccos2上升高度上升高度 r2hc w=2 rTcos 分布在土粒内部相互贯通的孔分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管径互异、彼此连通的毛细管毛细毛细升高升高与孔与孔径成径成反比反比粘粘土土粉粉土土砂砂土土砾砾石石分

19、析对象分析对象: 水柱水柱土中水土中水( (液相液相) )：自由水毛细水自由水毛细水 土中毛细现象土中毛细现象1.2 土的三相组成土的三相组成T自由水面土中毛细现象第一章 土的物理性质与工程分类张力张力TTuc 水水hc2ruc= -hc w水压水压 +-TT2 rTcos +ucr2 = 0cchu 毛细管中的毛细管中的负静水压力负静水压力土中水土中水( (液相液相) )：自由水毛细水自由水毛细水1.2 土的三相组成土的三相组成rThccos2第一章 土的物理性质与工程分类r空气空气 水水 固体颗粒固体颗粒弯液面弯液面F在非饱和土中，孔隙中含在非饱和土中，孔隙中含有水和气，此时水多集中有水和

20、气，此时水多集中于颗粒间的缝隙处，称为于颗粒间的缝隙处，称为毛细角边水。毛细角边水。F由于毛细张力的作用，会由于毛细张力的作用，会形成图示的弯液面，使毛形成图示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，颗细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。粒则受正压力。F这是稍湿的砂土颗粒间存这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因在假凝聚力的原因土中水土中水( (液相液相) )：自由水毛细水自由水毛细水1.2 土的三相组成土的三相组成第一章 土的物理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成土中气土中气( (气相气相) )n自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大n封闭气体

21、：封闭气体：其体积与压力有关，会增加土的弹性；其体积与压力有关，会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性；阻塞渗流通道，降低渗透性；n溶解在水中的气体溶解在水中的气体n吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体第一章 土的物理性质与工程分类 粒径级配粒径级配 矿物成分矿物成分 颗粒形状颗粒形状 结合水结合水 (强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水) 自由水自由水 (重力水、毛细水重力水、毛细水) 自由气体自由气体封闭气体封闭气体1.2 土的三相组成土的三相组成小小 结结土体由三部分组成：固相、液相和气相土体由三部分组成：固相、液相和气相固体颗粒固体颗粒土中水土中水土中气体土中气体第一章第一章

22、 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类第二讲第二讲3.0第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类n1.1 土的形成土的形成n1.2 土的三相组成土的三相组成n1.3 土的物理状态土的物理状态n1.4 土的结构土的结构n1.5 土的工程分类土的工程分类n1.6 土的压实性土的压实性复复 习习第一章 土的物理性质与工程分类1.1 土的形成土的形成n风化作用：风化作用：物理风化 化学风化 生物风化n搬运与沉积搬运与沉积残积土运积土： 坡积土；坡积土； 洪积土；冲积土；湖泊沼泽沉积土；海相沉积物；洪积土；冲积土；湖泊沼泽沉积土；海相沉积物； 冰积

23、土；冰积土； 风积土风积土复复 习习第一章 土的物理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成土是三相体系：固相、液相和气相土是三相体系：固相、液相和气相1. 固体颗粒固体颗粒粒径级配、粒径级配、 矿物成分、颗粒形状矿物成分、颗粒形状2. 土中水土中水结合水、自由水结合水、自由水3. 土中气体土中气体自由气体、封闭气体自由气体、封闭气体复复 习习第一章 土的物理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒：固体颗粒：粒径级配粒径级配 粒组划分粒组划分 粒径级配分析方法：筛分法、水分法粒径级配分析方法：筛分法、水分法 粒径级配累积曲线：粒径级配累积曲线：dmm卵卵(碎碎)石石砾石砾

24、石砂粒砂粒粉粒粉粒 粘粒粘粒 胶粒胶粒6020.0750.005 0.0020.250.5520粗粗 中中 细细粗粗 中中 细细0.075粗粒粗粒细粒细粒巨粒巨粒60漂漂(块块)石石200复复 习习第一章 土的物理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒：固体颗粒：粒径级配粒径级配 粒组划分粒组划分 粒径级配分析方法：筛分法、水分法粒径级配分析方法：筛分法、水分法 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线特征粒径特征粒径不均匀系数不均匀系数曲率系数曲率系数判断土级配优劣判断土级配优劣d60d50d10d301009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土

25、质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线复复 习习第一章 土的物理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒固体颗粒 粒径级配粒径级配 矿物成分矿物成分原生矿物原生矿物：石英、长石、云母等：石英、长石、云母等粘土矿物粘土矿物：高岭石、伊利石、蒙特石：高岭石、伊利石、蒙特石带电性质带电性质：粘土颗粒净电荷为负：粘土颗粒净电荷为负 颗粒形状颗粒形状原生矿物：原生矿物：圆状、浑圆状、棱角状，比表面积小圆状、浑圆状、棱角状，比表面积小次生矿物：次生矿物：针状、片状、扁平状，针状、片状、扁平

26、状， 比表面积大比表面积大复复 习习第一章 土的物理性质与工程分类1.2 土的三相组成土的三相组成土中水土中水 结合水：结合水：强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水 自由水：自由水：毛细水、重力水毛细水、重力水土中气土中气 自由气体自由气体 封闭气体封闭气体复复 习习粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水内电层内电层外电层外电层第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类n1.1 土的形成土的形成n1.2 土的三相组成土的三相

27、组成n1.3 土的物理状态土的物理状态n1.4 土的结构土的结构n1.5 土的工程分类土的工程分类n1.6 土的压实性土的压实性第一章 土的物理性质与工程分类土的物理状态土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标( (三相间的比例关系三相间的比例关系) )工程性质工程性质影响影响表表示示1.3 土的物理状态土的物理状态n土的物理性质指标土的物理性质指标n土的物理状态土的物理状态第一章 土的物理性质与工程分类土的三相土的三相体积和质量体积和质量的比例关系的比例关系特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：

28、名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、 单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别核心核心:三相草图法三相草图法1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态n物理性质指标物理性质指标l三相草图三相草图l基本试验指标基本试验指标l其它物理性质指标其它物理性质指标物理状态物理状态密实程度密实程度软硬程度软硬程度第一章 土的物理性质与工程分类WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量 体积体积1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态n物理性质指标：物理性质指

29、标：三相草图三相草图第一章 土的物理性质与工程分类WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas物理量关系物理量关系:九个物理量九个物理量: V Vv Vs Va V ms m ma m描述三相比例关系描述三相比例关系可设任一参数为可设任一参数为1只有三个独立变量只有三个独立变量对于干土对于干土, Vw=0只有两个独立变量只有两个独立变量实验室测定实验室测定1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态n物理性质指标：物理性质指标：三相草图三相草图对于饱和土对于饱和土, Va=0只有两个独

30、立变量只有两个独立变量第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态n物理性质指标物理性质指标n基本试验指标基本试验指标土的密度土的密度 土粒比重土粒比重 土的含水量土的含水量n其它物性指标其它物性指标孔隙含量指标孔隙含量指标含水程度指标含水程度指标密度和容重指标密度和容重指标WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积第一章 土的物理性质与工程分类awswsVVVmmVm 土的容重土的容重(重力密度重力密度) g单位单位: kN/m31.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状

31、态物理性质指标：物理性质指标：基本试验指标基本试验指标土的密度：土的密度：土单位体积的质量，单位土单位体积的质量，单位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3工程上更常用容重工程上更常用容重, 用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标：物理性质指标：基本试验指标基本试验指标土粒比重土粒比重GS：土粒的密度与土粒的密度与4C时纯水密度的比值时纯水密度的比值C4wss

32、G Gs无量纲无量纲一般范围一般范围: 粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65431.0 /Cwg cm土粒比重土粒比重Gs在数值在数值上等于上等于土粒土粒的密度的密度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标：物理性质指标：基本试验指标基本试验指标土的含水量土的含水量土中水的质量与土中水的质量与土粒土粒质量之比质量之比, 用百分数表示用百分数表示可达到或超过可达到或超过100ssswmmmmm(%)w WaterAirSolidV

33、aVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态n物理性质指标：物理性质指标：基本试验指标基本试验指标土的密度土的密度环刀法环刀法土粒比重土粒比重比重瓶法比重瓶法土的含水量土的含水量烘干法烘干法WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积教学试验教学试验第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标：物理性质指标：其它物性指标其它物性指标孔隙含量指标：孔隙含量指标：孔隙比孔隙比e 或或 孔隙

34、度孔隙度n含水程度指标含水程度指标密度和容重指标密度和容重指标svVVe VV(%)nv 一般：一般： 细粒土大，粗粒土小细粒土大，粗粒土小砂类土：砂类土：n28-35%粘性土：粘性土：n30-50% 有的可达有的可达60-70%e1en n1ne WaterAirSolidVaVwVsVvV体积体积Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid体积体积反映同一种土的反映同一种土的松密程度松密程度第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标：物理性质指标：其它物性指标其它物性指标孔隙含量指标：孔隙含量指标：孔隙比孔隙比

35、e 或或 孔隙度孔隙度n含水程度指标：含水程度指标：饱和度饱和度Sr土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与孔隙体积的比值WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积swmm(%)w vwrVVS 饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0: 干土干土Sr=1: 饱和土饱和土第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标：物理性质指标：其它物性指标其它物性指标孔隙含量指标：孔隙含量指标：孔隙比孔隙比e 或或 孔隙度孔隙度n含水程度指标：含水程度指标：饱和度饱和度Sr密度

36、和容重指标：密度和容重指标：天然密度、湿密度天然密度、湿密度 或或 天然容重、湿容重天然容重、湿容重 干密度干密度或或 干容重干容重饱和密度饱和密度或或 饱和容重饱和容重浮容重浮容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat wsat 浮密度浮密度有效容重有效容重第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标：物理性质指标：其它物性指标其它物性指标孔隙含量指标：孔隙含量指标：孔隙比孔隙比e 或或 孔隙度孔隙度n含水程度指标：含水程度指标

37、：饱和度饱和度Sr密度和容重指标：密度和容重指标：天然密度、湿密度天然密度、湿密度 或或 天然容重、湿容重天然容重、湿容重 干密度干密度或或 干容重干容重饱和密度饱和密度或或 饱和容重饱和容重浮容重浮容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat wsat dsat dsat第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标物理性质指标换算关系换算关系教科书教科书 P18 P18 表表1-51-5类别类别名称名称定义式定义式密度密度或或容重

38、容重天然密度天然密度 =m/V土粒比重土粒比重GsGs= s/ w4 C饱和密度饱和密度 sat sat=(ms+ wVV)/V干干 密密 度度 d d=ms/V浮浮 容容 重重 = sat- w孔隙孔隙含量含量孔孔 隙隙 比比ee=VV/Vs孔孔 隙隙 度度nn=VV/V含水含水程度程度含含 水水 量量 =mw/ms饱饱 和和 度度SrSr=Vw/VV学习要点学习要点u从物理意义上理解从物理意义上理解指标间的关系指标间的关系u不需死记硬背不需死记硬背u必要时利用三相草必要时利用三相草图推导图推导土的物理性质指标土的物理性质指标第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态1.

39、3 1.3 土的物理状态土的物理状态物理性质指标物理性质指标小结小结WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土体的三个组成相的土体的三个组成相的体积和质量的比例关体积和质量的比例关系系要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别室内测定的三个基本物理性质指标室内测定的三个基本物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图法三相草图法1. 有助于直观理解有助于直观理解物性指标的概念物性指标的概念2. 用于求取物性指用于

40、求取物性指标，确定物性指标标，确定物性指标之间的关系之间的关系其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标v表示土中密度和容重的指标表示土中密度和容重的指标第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类1.1 土的形成土的形成1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理性质指标土的物理性质指标土的物理状态土的物理状态n1.4 土的结构土的结构n1.5 土的工程分类土的工程分类n1.6 土的压实性土的压实性第一章 土的物理性质与工程分类

41、1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理性质指标土的物理性质指标n土的物理状态土的物理状态l粗粒土粗粒土(无粘性土无粘性土)的密实状态的密实状态l细粒土细粒土(粘性土粘性土)的软硬状态的软硬状态第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态如何描述？如何描述？l粗粒土粗粒土(无粘性土无粘性土)的密实状态的密实状态密实度：单位体积中固体颗粒的含量单位体积中固体颗粒的含量l细粒土细粒土(粘性土粘性土)的软硬状态的软硬状态稠度：土的软硬程度或土对外力引起变形或破土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力坏的抵抗能力第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的

42、物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态密实度：密实度：单位体积中固体颗粒的含量单位体积中固体颗粒的含量n干密度；孔隙比干密度；孔隙比e 或或 孔隙率孔隙率n优点：简单方便优点：简单方便缺点：不能反映级配的影响缺点：不能反映级配的影响 只能用于同一种土只能用于同一种土n相对密度相对密度emax与与emin ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比minmaxmaxreeeeD e = 0.35e = 0.20如何衡量？如何衡量？第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态n相对密度相对密度m

43、inmaxmaxreeeeD emin = 0.35emin = 0.20最大孔隙比最大孔隙比emax: 将松散的风干土样将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比换算得到最大孔隙比最小孔隙比最小孔隙比emin: 将松散的风干土样装将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比大干密度再经换算得到最小孔隙比注意：室内测得理论上的注意：室内测得理论上

44、的emax与与emin比较困难比较困难第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态n相对密度相对密度粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标判别标准判别标准 Dr = 0, 最松状态最松状态Dr 1/3, 疏松状态疏松状态 1/3 2/3, 密实状态密实状态Dr = 1, 最密状态最密状态相对密度指标主要用于相对密度指标主要用于人工填土人工填土，对，对天然砂土天然砂土的的密实度采用原位标准贯入试验法测定密实度采用原位标准贯入试验法测定minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 第一章

45、 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态n天然砂土的密实度天然砂土的密实度原位标准贯入试验原位标准贯入试验(SPT)(SPT)测定测定判别标准判别标准 N63.5 10, 松散松散 10N63.5 15, 稍密稍密 15 30, 密实密实第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态l粗粒土粗粒土(无粘性土无粘性土)的密实状态的密实状态密实度：单位体积中固体颗粒的含量单位体积中固体颗粒的含量l细粒土细粒土(粘性土粘性土)的软硬状态的软硬状态稠度：土的软硬程度或土对外力引起土的软硬程度

46、或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力变形或破坏的抵抗能力第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态细粒土软硬状态细粒土软硬状态n稠度状态：稠度状态：与含水量有关与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态细粒土软硬状态细粒土软硬状态n稠度状态：稠度状态：与含水量有关与含水量有关塑限塑限 P P液限液限 L L稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态固态 半固态半固态塑态塑态 流态流态 强结合水膜最大强结合水膜最大有一

47、定量自由水有一定量自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态ww缩限缩限 S S土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态细粒土软硬状态细粒土软硬状态n稠度状态：稠度状态：与含水量有关与含水量有关塑限塑限 P P液限液限 L L稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态强结合水膜最大强结合水膜最大有一定量自由水有一定量自由水强结合水强结

48、合水弱结合水弱结合水自由水自由水含水量含水量ww缩限缩限 S S界限含水量的测定界限含水量的测定液限的测定：液限仪液限的测定：液限仪塑限塑限的测定：搓条法的测定：搓条法液塑限一起液塑限一起测定：联合测定仪测定：联合测定仪教学试验教学试验第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态细粒土软硬状态细粒土软硬状态n稠度状态：稠度状态：与含水量有关与含水量有关同一种细粒土：同一种细粒土：含水量或饱和度含水量或饱和度不同的细粒土：不同的细粒土： P、 L 大小不同含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同如何判定？如何判定？液性指数液性指数第一章 土的物理性质与工程分

49、类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态细粒土软硬状态细粒土软硬状态n稠度状态：稠度状态：不同的细粒土用不同的细粒土用液性指数液性指数来判定来判定l液性指数液性指数pLpLI 注意：注意：仅适用于重塑土仅适用于重塑土wPwwLIL 0IL=01IL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.25 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑能否用于判定原状能否用于判定原状土的稠度状态？土的稠度状态？表征土的天然含水量和界表征土的天然含水量和界限含水量之间的相对关系限含水量之间的相对关系第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土

50、的物理状态土的物理状态细粒土软硬状态细粒土软硬状态n稠度状态：稠度状态：液性指数液性指数pLpLI pLpI 塑性指数塑性指数反映吸附弱结合水的反映吸附弱结合水的能力能力，即粘性大小；，即粘性大小；与土的比表面积和矿物成分有关与土的比表面积和矿物成分有关大致反映粘土颗粒含量大致反映粘土颗粒含量常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据Ip不能充分反映粘土矿物表面活性的高低不能充分反映粘土矿物表面活性的高低活性指数活性指数002. 0ppIA p0.002: 粒径小于粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比颗粒的质量占总土总质量的百分比A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘

51、土正常粘土活性粘土活性粘土衡量土中粘土矿物衡量土中粘土矿物吸附结合水的能力吸附结合水的能力第一章 土的物理性质与工程分类1.3 土的物理状态土的物理状态土的物理状态土的物理状态小结小结pLpLI 1. 1. 粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标: : 相对密度相对密度Dr 2. 2. 细粒土的稠度状态指标细粒土的稠度状态指标: : 液性指数液性指数IL定义定义 判别标准判别标准定义定义 判别标准判别标准界限含水量界限含水量 S、 P、 L 塑性指数塑性指数 IpminmaxmaxreeeeD 第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类n1.1

52、土的形成土的形成n1.2 土的三相组成土的三相组成n1.3 土的物理状态土的物理状态n1.4 土的结构土的结构n1.5 土的工程分类土的工程分类n1.6 土的压实性土的压实性第一章 土的物理性质与工程分类1.4 土的结构土的结构土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结粘性土结构性的指标粘性土结构性的指标力学特性力学特性土的结构土的结构影影响响粗粒土的结构粗粒土的结构细粒土的结构细粒土的结构重塑土的强度重塑土的强度原状土的强度原状土的强度16粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵中等灵敏敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动uutqqS =原状土的无侧限抗压强原状土的无侧限抗

53、压强度度重塑土的无侧限抗压强重塑土的无侧限抗压强度度粉碎，重塑粉碎，重塑相同含水量相同含水量相同密度相同密度结构性结构性第一章 土的物理性质与工程分类1.4 土的结构土的结构n细粒土的结构：细粒土的结构：触变性触变性反映粘性土反映粘性土结构性结构性v含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为称为触变性触变性。v土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。的，是土结构随时间变化的宏观表现。v目前尚没有合理描

54、述土触变性的方法和指标。目前尚没有合理描述土触变性的方法和指标。第一章 土的物理性质与工程分类1.4 土的结构小结土的结构小结土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结土粒间的作用力土粒间的作用力粘性土的粘性土的结构性指标结构性指标土的结构土的结构粗粒土的结构粗粒土的结构单粒结构单粒结构细粒土的结构细粒土的结构分散结构分散结构 凝聚结构凝聚结构重力起主导作用重力起主导作用第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类n1.1 土的形成土的形成n1.2 土的三相组成土的三相组成n1.3 土的物理状态土的物理状态n1.4 土的结构土的

55、结构n1.5 土的工程分类土的工程分类n1.6 土的压实性土的压实性第一章 土的物理性质与工程分类1.5 土的工程分类土的工程分类将将工程性质相近的土进行分类相近的土进行分类目的：目的：便于调查研究、分析评价、交流便于调查研究、分析评价、交流依据：依据：最能反映土的工程性质的指标最能反映土的工程性质的指标粗粒土：粒径级配：粒径级配细粒土：粒径级配、矿物成分、颗粒形状：粒径级配、矿物成分、颗粒形状 吸附结合水的能力吸附结合水的能力：塑性指数、液限塑性指数、液限第一章 土的物理性质与工程分类建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范- GB50007-2002- GB50007-2002分类法分类法

56、 水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法1.5 土的工程分类土的工程分类将将工程性质相近的土进行分类相近的土进行分类要求：要求：要有一定的逻辑性、系统性要有一定的逻辑性、系统性 纲目分明，简单易记，便于运用纲目分明，简单易记，便于运用第一章 土的物理性质与工程分类土土岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土1.5 土的工程分类土的工程分类建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002分类依据分类依据 粒径级配粒径级配第一章 土的物理性质与工程分类碎石土碎石土土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含

57、量漂石漂石块石块石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主粒径大于粒径大于200mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%卵石卵石碎石碎石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆砾圆砾角砾角砾粒径大于粒径大于20mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%粒径大于粒径大于2mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%1.5 土的工程分类土的工程分类建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002第一章 土的物理性质与工程分类砂土砂土土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于粒径大于2m

58、m的颗粒占全质量的颗粒占全质量25 50%粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量50%粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量50%粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量85%粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量的颗粒超过全质量50%砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂1.5 土的工程分类土的工程分类建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002第一章 土的物理性质与工程分类粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量小于的颗粒含量小于全质量全质量50%而塑性指数而塑性指数Ip10的

59、土的土塑性指数塑性指数Ip10的土的土粘性土粘性土1017的土的土粉质粘土粉质粘土粘粘 土土A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土粉土粉土1.5 土的工程分类土的工程分类建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002第一章 土的物理性质与工程分类1.5 土的工程分类土的工程分类水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法分类依据分类依据n土颗粒组成及其特性土颗粒组成及其特性n土的塑性指标：塑性图（液限塑性指数）土的塑性指标：塑性图（液限塑性指数）n土中有机质含量土中有机质含量第一章 土的物理性质与工程分类1.5

60、 土的工程分类土的工程分类水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法土的分类土的分类土土巨粒土和含巨粒土巨粒土和含巨粒土粗粒土粗粒土细粒土：细粒土：根据塑性图分类根据塑性图分类特殊土：特殊土： 黄土、膨胀土、红粘土黄土、膨胀土、红粘土有机质土：有机质土：有机质含量为有机质含量为5%10%砾类土砾类土砂类土砂类土第一章 土的物理性质与工程分类1.5 土的工程分类土的工程分类水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法CH 高液限粘土高液限粘土CL 低液限粘土低液限粘土MH高液限粉土高液限粉土ML低液限粉土低液限粉土第一章 土的物理性质与工程分类第一章第一