土力学第一章土的物理性质和工程分类ppt课件

1、土力学绪论土力学是力学的一个分支，是以土为研究对象的学科。研究内容：通过研究土的物理、力学、物理化学性质及微观结构，进一步认识土和土体在荷载、水、温度等外界因素作用下的反应特性即土的压缩性、剪切性、渗透性及动力特性。需要研究和解决的工程中的三大类问题：需要研究和解决的工程中的三大类问题： 土体稳定或强度问题；土体稳定或强度问题； 土体变形问题；土体变形问题； 渗流：渗透变形与渗透稳定。渗流：渗透变形与渗透稳定。2019年年7月月21日在广州海珠区江南大道南海珠广场深基坑南边发生滑坡日在广州海珠区江南大道南海珠广场深基坑南边发生滑坡绪论绪论比萨斜塔是意大利比萨斜塔是意大利比萨城大教堂的独比萨城大

2、教堂的独立式钟楼，位于比立式钟楼，位于比萨大教堂的后面萨大教堂的后面 钟楼始建于钟楼始建于1173年，年，设计为垂直建造，但设计为垂直建造，但是在工程开始后不久是在工程开始后不久便由于地基不均匀和便由于地基不均匀和土层松软而倾斜土层松软而倾斜 绪论绪论比萨比萨 (Pisa) 斜塔斜塔绪论绪论该城市人口密集。该城市人口密集。1850年开始抽取地下水，年开始抽取地下水，18911973年，整个年，整个老城下沉达老城下沉达8.7m造成地面道路、建筑及其他建筑设施的破坏。造成地面道路、建筑及其他建筑设施的破坏。墨墨西西哥哥城城的的下下沉沉土层中地下水位的下降，使有效应力增加，使地基进一步固结沉降。土层

3、中地下水位的下降，使有效应力增加，使地基进一步固结沉降。绪论绪论圣母教堂，因地表不均匀下沉使其发生严重倾斜，并成为危房圣母教堂，因地表不均匀下沉使其发生严重倾斜，并成为危房绪论绪论La Conchita 滑坡滑坡2019年发生在美国加年发生在美国加州的州的La Conchita ，因，因居民已提前撤离固未造居民已提前撤离固未造成人员伤亡成人员伤亡绪论绪论Santa Tecla 滑坡滑坡2019年年1月月13日，萨尔日，萨尔瓦多发生了瓦多发生了7.6级的强震，级的强震，震中位于震中位于Santa Miguel西南西南60英里。因此在英里。因此在Santa Tecla 呵斥呵斥 山体山体滑坡，最终

4、导致滑坡，最终导致700多人多人遇难遇难绪论绪论绪论绪论舟曲泥石流舟曲泥石流绪论绪论舟曲泥石流舟曲泥石流舟曲发生泥石流的主要因素：舟曲发生泥石流的主要因素：一、是三眼峪沟内部有滑坡、崩塌等大量的松散固一、是三眼峪沟内部有滑坡、崩塌等大量的松散固体物质存在，为泥石流的发生提供了充分的物质条体物质存在，为泥石流的发生提供了充分的物质条件，其中多数为件，其中多数为1879年年7月月1日甘肃文县日甘肃文县8级地震所级地震所诱诱 发。同时舟曲位于龙门山地震活动带北缘，又临发。同时舟曲位于龙门山地震活动带北缘，又临近天水地震活动带，此前也曾受汶川地震波及，土近天水地震活动带，此前也曾受汶川地震波及，土质相

5、对疏松，一遇强降雨容易形成泥石流。质相对疏松，一遇强降雨容易形成泥石流。二、是三眼峪沟流域上游植被以幼林为主，灌草比二、是三眼峪沟流域上游植被以幼林为主，灌草比例高，局部裸露，储水能力较弱，在经历今年入夏例高，局部裸露，储水能力较弱，在经历今年入夏以来长时间严重干旱后，表层土变得更加干松。以来长时间严重干旱后，表层土变得更加干松。三、是在近期强降雨作用下，土体强度极大地降低，三、是在近期强降雨作用下，土体强度极大地降低，形成坡面泥石流，并逐步带动沟坡崩滑岩土形成冲形成坡面泥石流，并逐步带动沟坡崩滑岩土形成冲击力巨大的泥石流，在从中上游汇流至中下游过程击力巨大的泥石流，在从中上游汇流至中下游过程

6、中，使得因地震形成的天然堆石坝逐级溃决，并最中，使得因地震形成的天然堆石坝逐级溃决，并最终导致泥石流流量的增大和破坏力的增强。终导致泥石流流量的增大和破坏力的增强。绪论绪论本章主要内容本章主要内容 1.1 土的生成土的生成 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 土的结构、构造土的结构、构造 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算 1.5 无粘性土的特性无粘性土的特性 1.6 粘性土及粉土的特性粘性土及粉土的特性 1.7 粘性土水粘性土水-土系统的工程物理土系统的工程物理-化学特性化学特性 1.8 土的工程分类土的工程分类第第1章章 土的物理性质及工程分类土

7、的物理性质及工程分类 1.1 1.1 土的生成土的生成 风化、搬运、堆积风化、搬运、堆积 岩石岩石 土土 压密、岩化压密、岩化一、土的概念一、土的概念土：土： 覆盖在地表上的碎散矿物集合体。覆盖在地表上的碎散矿物集合体。岩石：构成地壳的基本物质，是一种或多种矿岩石：构成地壳的基本物质，是一种或多种矿物的聚合体。物的聚合体。 统称为大自然的产物统称为大自然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岩石风化分为物理风化、化学风化和生物风化。岩石风化分为物理风化、化学风化和生物风化。物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲物

8、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。整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。化学风化：岩体或岩块、岩屑与氧气、二氧化碳等各种化学风化：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。粒的过程。特征：特征：物理风化：量变过程

9、，形成的土颗粒较粗；物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。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，只不过哪种占优势而已。化，只不过哪种占优势而已。1.1 1.1 土的生成土的生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：岩石风化后仍留在原地的堆积物。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，深沉，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深沉，松软，易变； 寒冷地带，岩块或砂

10、，物理风化，稳定寒冷地带，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 1.1 土的生成土的生成运积土：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、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。冰碛土和沼泽土等。 冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑风积土：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、

11、细砂或粉粒；黄土物；没有层理、细砂或粉粒；黄土冰碛冰碛qi土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石到粘粒漂石到粘粒沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低1.1 1.1 土的生成土的生成气相固相液相+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 1.2 土的三相组成土的三相组成土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系。系。 固相：土的颗粒、粒间胶结物；固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：

12、土体孔隙中的水；液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。气相：孔隙中的空气。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土；当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土；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。兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。根据土的粘性分：根据土的粘性分：粘性土：颗粒很细；粘性土：颗粒很细；无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚无粘性土：颗粒

13、较粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石直径几十至堆石直径几十cm甚至甚至1m） 不同类型的土不同类型的土1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成一、土的固相一、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、颗粒的大小来描述。成分、颗粒的大小来描述。（一成土矿物：原生矿物，次生矿物（一成土矿物：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。、长石、云母等。 次生矿物

14、是由原生矿物经过风化作用后形成的新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，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。物以及碳酸盐等。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成（二土粒的大小和土的级配（二土粒的大小和土的级配粒度，粒径粒度，粒径粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒组：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：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量随着颗粒

15、大小的不同，土的性质可以有很大的差异。因随着颗粒大小的不同，土的性质可以有很大的差异。因此，人们常常按照粒径的范围，将土粒分为若干组，粒此，人们常常按照粒径的范围，将土粒分为若干组，粒组之间的分界尺寸称为界限粒径。表组之间的分界尺寸称为界限粒径。表1-1是国内常用的是国内常用的一种粒组划分。一种粒组划分。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成土土 粒粒 粒粒 组组 的的 划划 分分 表表1-11-1粒粒 组组 名名 称称粒径范围粒径范围(mm) 一一 般般 特特 征征漂石或块石漂石或块石卵石或碎石卵石或碎石 20020060透水性很大，无粘性，无毛细水透水性很大，无粘性，无毛细水 粗粗 中中

16、 细细602020552透水性大，无粘性，毛细水上升高度不透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小超过粒径大小 粗粗 中中 细细 极极细细20.50.50.250.250.10.10.05易透水，当混入云母等杂质时透水性减易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加，无粘性，遇水不膨小，而压缩性增加，无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，但随粒径变小而增大但随粒径变小而增大 粗粗 细细0.050.010.010.005透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水上升高度较大较干时稍有收

17、缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象快，极易出现冻胀现象粘粘 粒粒 0.075mm 密度计法：粒径密度计法：粒径0.075mm 联合测定：既有粒径联合测定：既有粒径0.075mm 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成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土粒粒径的土粒含量百分数X（

18、）（）式中：式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量量及试样总质量100mmXi1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100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)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

19、1.2 土的三相组成土的三相组成2.密度计法密度计法用于分析粒径小于用于分析粒径小于0.1mm0.075mm的土，根据粗的土，根据粗颗粒下沉速度快，细颗粒下沉速度慢的原理，可以把颗粒下沉速度快，细颗粒下沉速度慢的原理，可以把颗粒按下沉速度进行粗细分组。实验室常用比重计来颗粒按下沉速度进行粗细分组。实验室常用比重计来进行细粒土的粒径分析，称为密度计法。进行细粒土的粒径分析，称为密度计法。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成3.土的级配曲线土的级配曲线 1-1 1-1 颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成(四四)颗粒分析试验曲线的主要用途颗粒分析试验曲线的主

20、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，即不均匀系数根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc，它们的定义为：，它们的定义为： （12）1060ddCu1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 (13)式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10

21、，30和60时所对应的粒径。d10称为有效粒径； d60称为限制粒径。土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和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不均匀系数和曲率系数来衡量。Cu小，曲线陡； Cu大，易压密；Cc过大，台阶在d10d30间； Cc过小，台阶在d30d60间；规范：纯净砾、砂，Cu=5，且Cc=13时，级配良好，否则，不良。6010230dddCc1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成图图 土的颗粒级配曲线土的颗粒级配曲线1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成二、土的液相二、土的液相（一结合水（一结合水 强结合水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，强结合

22、水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。且不能传递压力。 弱结合水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在弱结合水也称为薄膜水，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，并使土的透水有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。性变小。吸着水厚度影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学性吸着水厚度影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学性质质(阳离子价低阳离子价低,厚厚; 阳离

23、子浓度高阳离子浓度高,薄薄)。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成（二自由水（二自由水离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作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。用，且可自由移动的水称为自由水。（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，这使相邻土粒相互积紧的压力，这个压力称为毛管

24、水压力。个压力称为毛管水压力。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成2.重力水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。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。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。水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。三、土的气相三、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存在土中的气体分为两种基本类型：一种是与大气连

25、通的气体；另一种是与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气气体；另一种是与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气体。体。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成一、土的结构一、土的结构1. 定义定义土粒或土粒集合体在空间的排列和互相联结形式称为土粒或土粒集合体在空间的排列和互相联结形式称为土的结构土的结构. 1.3 1.3 土的结构、构造土的结构、构造2. 类型类型(a) 单粒结构 (b) 峰窝结构 (c) 絮状结构(1)单粒结构单粒结构 如图如图(a)所示。由颗粒大的土粒在水或所示。由颗粒大的土粒在水或空气中下沉堆积而成。粗粒土都具有单粒结构。空气中下沉堆积而成。粗粒土都具有单粒结构。单粒结构可以分

26、为疏松的和紧密的。疏松单粒结单粒结构可以分为疏松的和紧密的。疏松单粒结构的土孔隙大，骨架不稳定，在外载作用下容易构的土孔隙大，骨架不稳定，在外载作用下容易发生错位，产生很大的变形或沉降，因此，这种发生错位，产生很大的变形或沉降，因此，这种土未经处理一般不宜作为建筑物的地基。紧密单土未经处理一般不宜作为建筑物的地基。紧密单粒结构的土，由于颗粒排列紧密，强度高，压缩粒结构的土，由于颗粒排列紧密，强度高，压缩性小，在动、静载作用下都不会发生较大的沉降，性小，在动、静载作用下都不会发生较大的沉降，是良好的天然地基。是良好的天然地基。1.3 1.3 土的结构、构造土的结构、构造(2)峰窝结构峰窝结构 如

27、图如图(b)所示。粒径大约在所示。粒径大约在0.020.002mm范围内的粉土或粘土颗粒，在水中单个下沉时，途范围内的粉土或粘土颗粒，在水中单个下沉时，途中碰到已沉积的土粒时，由于土粒之间的分子引力中碰到已沉积的土粒时，由于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得土粒只能停留在最初的接触位大于土粒自重，使得土粒只能停留在最初的接触位置不能继续下沉，这样，一粒一粒相互吸引，最终置不能继续下沉，这样，一粒一粒相互吸引，最终将能形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。将能形成具有很大孔隙的蜂窝状结构。1.3 1.3 土的结构、构造土的结构、构造(3)絮状结构絮状结构 如图如图(c)所示。直径小于所示。直径小于0.

28、002mm的极细粘粒，在水中能够长期悬浮而不下沉，的极细粘粒，在水中能够长期悬浮而不下沉，如果水中掺有某些电解质，颗粒间的排斥力能如果水中掺有某些电解质，颗粒间的排斥力能被动削弱，运动着的土粒能够相互碰撞凝聚成被动削弱，运动着的土粒能够相互碰撞凝聚成絮状的小集粒而下沉，并相继与已沉积的絮状絮状的小集粒而下沉，并相继与已沉积的絮状集粒接触，形成类似蜂窝而孔隙很大絮状结构集粒接触，形成类似蜂窝而孔隙很大絮状结构又称为二级蜂窝结构）。又称为二级蜂窝结构）。 以上三种结构中，密实的单粒结构工程性质最以上三种结构中，密实的单粒结构工程性质最好；蜂窝结构和絮状结构如果受到扰动，强度好；蜂窝结构和絮状结构如

29、果受到扰动，强度就会降低，压缩性变高，难以作为天然地基。就会降低，压缩性变高，难以作为天然地基。1.3 1.3 土的结构、构造土的结构、构造二、土的构造二、土的构造1. 定义定义同一土层中颗粒或颗粒结合体相互间的位置同一土层中颗粒或颗粒结合体相互间的位置与充填空间情况称为土的构造。其实，这与充填空间情况称为土的构造。其实，这一定义与大多书本一样仍然比较模糊，未一定义与大多书本一样仍然比较模糊，未交代结构与构造的关系。其实，土的结构交代结构与构造的关系。其实，土的结构着重于细微观，而构造可以理解为土体的着重于细微观，而构造可以理解为土体的宏观结构。宏观结构。1.3 1.3 土的结构、构造土的结构

30、、构造2. 类型类型土体的构造一般可以分为以下四类：土体的构造一般可以分为以下四类： (1) 层状构造层状构造顾名思义，层状构造是由不同颜色和粒径顾名思义，层状构造是由不同颜色和粒径的土粒构成的一层一层的结构状态。大的土粒构成的一层一层的结构状态。大部分细粒土的土层是这种构造。部分细粒土的土层是这种构造。 (2) 分散构造分散构造土层中的土粒分布均匀，性质相近，粗粒土层中的土粒分布均匀，性质相近，粗粒土大都是分散构造。土大都是分散构造。1.3 1.3 土的结构、构造土的结构、构造 (3) 裂隙状构造裂隙状构造土体被许多不连续的小裂隙所分割，破坏土体被许多不连续的小裂隙所分割，破坏了原状土的整体

31、性，使其工程性质变差，了原状土的整体性，使其工程性质变差，一些坚硬和硬塑状态的粘土具有这种结一些坚硬和硬塑状态的粘土具有这种结构。构。 (4) 结核状构造结核状构造在细粒土中明显掺有粗颗粒或各种结核。在细粒土中明显掺有粗颗粒或各种结核。如含结核的黄土等，该类土的性质主要如含结核的黄土等，该类土的性质主要决定于细粒土部分。决定于细粒土部分。1.3 1.3 土的结构、构造土的结构、构造1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算土的物理、力学性质不仅决定于它的三相组成性质和它的结土的物理、力学性质不仅决定于它的三相组成性质和它的结构，而且还与三相之间量的比例关系

32、密切相关。构，而且还与三相之间量的比例关系密切相关。可分为两类：可分为两类：通过试验测定，如含水量、密度和土粒相对密度，称为通过试验测定，如含水量、密度和土粒相对密度，称为 直接指标；直接指标；根据直接指标换算，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间根据直接指标换算，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。接指标。 土的三相图土的三相图从右图可以容易得到以下关系：从右图可以容易得到以下关系：Vv = Vw + Va V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va m = ms + mw 一、试验直接测定的物理性质指标一、试验直接测定的物理性质指标（一土粒相对密度土粒比重（一土粒相对密度土粒

33、比重ds土粒相对密度定义为土粒的质量或重量与同体积土粒相对密度定义为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），其表达时纯水的质量或重量之比无因次），其表达式为：式为： （1.4.1）或或 （1.4.2）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土粒相对密度在数值上等于土粒的密度土粒相对密度在数值上等于土粒的密度wswssswssVVmmdwsssVdmsw1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算土粒相对密度常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水土粒相对

34、密度常用比重瓶法测定，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，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，按下式计算土内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒相对密度：粒相对密度： 21mmmmdsss式中：式中： m1瓶瓶+水的质量；水的质量； m2瓶瓶+土土+水的质量；水的质量； ms烘干土的质量；烘干土的质量；1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算 m0 ms m1 m2 空瓶质量空瓶质量 烘干土的质量烘干土的质量 瓶瓶+水的质量水的质量 瓶瓶+土土+水的质量水

35、的质量 m1+ms瓶瓶+水满的质量水满的质量+干土的质量；干土的质量； m1+ms-m2与土粒体积相同的水的质量。与土粒体积相同的水的质量。比重瓶法比重瓶法1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（二土的天然含水量（二土的天然含水量w土的天然含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比土的天然含水量，定义为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： （1.4.3）将式将式1.4.2代入代入1.4.3中得中得测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量，测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量，然后放在烘

36、箱中，在然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。土质量，按上式可算得。%100swmmwsswVdm 1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（三土的天然密度（三土的天然密度与重度与重度土的密度定义为单位体积土的质量，用土的密度定义为单位体积土的质量，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： （1.4.5） 对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。awsawsVVVmmmVm1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性

37、质指标的测定及计算二、间接换算得物理性质指标二、间接换算得物理性质指标（一土的孔隙比（一土的孔隙比e定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，定义：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：其表达式为： （1.4.10）（二土的孔隙率（二土的孔隙率n定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内定义：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：孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为： （1.4.11） svVVe %100VVnv1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（三土的饱和度Sr定义：

38、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： （1.4.12）%100vwrVVS1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为： （1.4.14）土烘干，体积要减小，因此，土的干密度不等于烘干土的土烘干，体积要减小，因此，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，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。干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。gVgmVWdssd（四干密度

39、d与干重度d 土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式： （1.4.13）Vmsd1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（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：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时饱和密度定义：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。表达式为单位体积土的质量。表达式为 （1.4.15）VVmwvssat在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：为： （1.4.16）gVgVgmVVWsatwvswvssat1.4 1.4 土的三

40、相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（六浮密度与浮重度有效重度 土在水下，受到重力水的浮力作用，此时土中固体颗粒的质量再扣去固体颗粒排开水的质量与土样总体积之比 （1.4.17） VVmwss浮密度浮密度1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内与其相应，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，其表达式为：的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为： （1.4.18） 或或 （1.4.19）从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度从上述四种土

41、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：或重度在数值上有如下关系：dsatdsatwsatgVgVgmVVWwsswss1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算三、常用物理性质指标的实用计算公式三、常用物理性质指标的实用计算公式(重点、难点重点、难点)常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过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。换算可以求出其余的六个。（一孔隙比与孔隙率的关系（一孔隙比与孔隙率的关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1，那么，那么 可知，孔隙的体积可知，孔隙的体

42、积Vv为为e，土体的体积，土体的体积V为为1e），于是有：），于是有： 或或 eeVVnv1nne1 孔隙 e 1+e 土粒 1 三相示意图a）svVVe 1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（二干密度与天然密度和含水量的关系（二干密度与天然密度和含水量的关系设土体的体积设土体的体积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，。于是，按按t天然密度的定义可得：天然密度的定义可得： 或或 （1-22）)1 (1wwVmdddwd11.4 1.4 土的三

43、相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（三孔隙比与土粒相对密度和干密度的关系（三孔隙比与土粒相对密度和干密度的关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1，则按，则按 ，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。于是，按d的定义可得：的定义可得：应用式应用式16整理得：整理得： eVmssd11dwsdesvVVe 1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（四饱和度与含水量、相对密度和孔隙比的关系（四饱和度与含水量、相对密度和孔隙比的关系设土体内土粒的体积为设土体内土粒的

44、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 ，得质量，得质量mw=ws，则得体积，则得体积Vw= mw / w =ws/w。于是，于是， 当土饱和时，即当土饱和时，即Sr为为100，那么：，那么： 式中：式中：wsat饱和含水率。饱和含水率。ewdewVVSswsvwrssatdwe 1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算（五浮密度与土粒相对密度和孔隙比的关系（五浮密度与土粒相对密度和孔隙比的关系设土体内土粒体积为设土体内土粒体积为1，则按，则按e=VV/V

45、S ，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，按式浮。于是，按式浮密度的定义可得密度的定义可得 edeVVmwswswss1111.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算例题【例题【例题1-1】 某干砂试样某干砂试样 ，经细雨后，体积，经细雨后，体积未变，饱和度达到未变，饱和度达到Sr=40%，试问细雨后砂样的密度、重度和含水量，试问细雨后砂样的密度、重度和含水量各是多少？各是多少？70. 2,/1069. 133sdmkg解：对于干砂试样，其密度应为解：对于干砂试样，其密度应为33/1069.

46、1mkgd孔隙比：孔隙比：60. 01dwsde 雨后含水量：%0.9srdeS雨后砂样密度：雨后砂样密度：333/84. 1/1084. 11)1 (mtmkgedws雨后砂样重度：雨后砂样重度：3/4 .18mkNg 1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算【例题【例题1-2】有一个完全饱和的粘土土样，测得总体积】有一个完全饱和的粘土土样，测得总体积V1=100cm3，已知土，已知土粒对水的相对密度粒对水的相对密度ds=2.66，土样含水量，土样含水量w1=45%，将该土样置于烘箱中，将该土样置于烘箱中烘了一段时间之后，测得土样的体积烘了一段时间之后

47、，测得土样的体积V2=95cm3，w2=35%，问土样烘干，问土样烘干前后的密度、干密度、孔隙比、饱和度各为多少？前后的密度、干密度、孔隙比、饱和度各为多少？20. 111sde解：烘烤前因为土样完全饱和即解：烘烤前因为土样完全饱和即Sr1=100%所以所以 孔隙比：孔隙比： 干密度：311/21. 11cmgedwsd密度：密度：3111/755. 1)1 (cmgd烘烤后土样中的干土质量不变即烘烤后土样中的干土质量不变即 gVmds12111此时土样的总质量：此时土样的总质量：gmms4 .16335. 1121)1 (22土样密度：土样密度：322/72.1cmgVm土样干密度：土样干密

48、度：322/274. 1cmgVmsd土样孔隙比：土样孔隙比：088. 11)1 (222wswde土样的饱和度：土样的饱和度：%57.85222edSsr1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算【例题1-3】某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为108g，将其烘干后称得质量为96.43g，根据试验得到的土粒比重ds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。【解】（1已知V60cm3，m=108g，则由式14得 =mv=180/ 60=1.8g/cm31.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的

49、三相物理性质指标的测定及计算（2已知已知ms=96.43g，那么，那么 mw=mms=10896.43=11.57g按式按式18），于是），于是 w= mwms11.5796.43=12%（3已知已知ds=2.7，那么，那么 Vs= ms /s=96.43 2.735.7cm3 Vv=V Vs =6035.724.3cm3按式按式111），于是），于是vsVeV（4按式按式112） n= Vv/V24.3 60=40.5（5根据根据w的定义的定义 Vw = mw/w=11.57 111.57cm3 于是按式于是按式113） Sr= Vw/Vv=11.57 24.348=24.3 35.7=0.

50、681.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算【例1-4】某土样在天然状态下的孔隙比 e=0.8，土粒比重 ds=2.68，含水量=24%，求：(a) 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及饱和重度(假定土的孔隙比保持不变)。1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算ewdws11解解:(a)32.68 9.81 1 0.24kN18.11m1 0.8318.11kN14.61m1124%dw%4 .8080. 068. 224. 0ewdSsr0.8029.85%2

51、.68satsewG32.680.89.8118.97kN/m11 0.8ssatwGee(b)1.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算【例【例1-5】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。放入烘箱内烘一段时间后取出，称得其重量为段时间后取出，称得其重量为0.33N，体积减小至，体积减小至15.7 cm3，饱和，饱和度为度为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 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及

52、计算解：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，那么：，那么：在烘后状态：在烘后状态：在烘前状态：在烘前状态：联立求解得：联立求解得：%7522vwrVVS%100)7 .155 .21(1010/10)33. 04 . 0(2632vwrVVS36316 .101010/10)33. 04 . 0(6 . 3cmVw316 .10)7 .155 .21(8 . 4cmVv63610.6 101036%0.4 1010.6 1010w972. 06 .105 .216 .10e3630.4 10/(21.5 10 )13.68k

53、N/m11 36%dw2vV2wV =4.8cm3，=3.6cm31.4 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算土的三相物理性质指标的测定及计算 上一节讲的上一节讲的9个三相指标主要是反映土的物理个三相指标主要是反映土的物理性质的，还不能直接表现土的物理状态，本性质的，还不能直接表现土的物理状态，本节讲授反映土的物理状态的有关指标。节讲授反映土的物理状态的有关指标。 所谓土的物理状态，对于粗粒土来讲，就是所谓土的物理状态，对于粗粒土来讲，就是指它的密实程度；对于细粒土，则是指它的指它的密实程度；对于细粒土，则是指它的软硬程度即粘性土的稠度软硬程度即粘性土的稠度(consistency）1.5

54、 和和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标一、无粘性土粗粒土的密实度一、无粘性土粗粒土的密实度1.5节）节） 土的密实度土的密实度:指单位体积的土体中固体颗粒指单位体积的土体中固体颗粒的含量。的含量。 干容量干容量d和孔隙比和孔隙比e或孔隙率或孔隙率n都是表都是表示土的密实度的指标。示土的密实度的指标。 但这种直接用土粒的含量或孔隙含量表示但这种直接用土粒的含量或孔隙含量表示密实度的方法具有明显的缺点密实度的方法具有明显的缺点:最主要的就最主要的就是它们没有考虑到土粒粒径级配这一重要是它们没有考虑到土粒粒径级配这一重要因素的影响，不同级配的砂土，即使孔隙因素的影响，不同级配的砂土，即使孔隙

55、比相同，所处的松密状态并不会相同。比相同，所处的松密状态并不会相同。1.5 和和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标 为了更好的表明粗粒土的密实状态，可以将天然孔隙比为了更好的表明粗粒土的密实状态，可以将天然孔隙比e e与同一种土与同一种土的最密实状态的孔隙比的最密实状态的孔隙比emin emin 和最松散状态孔隙比和最松散状态孔隙比emax emax 进行对比，看进行对比，看天然的天然的e e是靠近是靠近eminemin还是靠近还是靠近emaxemax，以此来判别它的密实度。这种度，以此来判别它的密实度。这种度量密实度的指标称为相对密度量密实度的指标称为相对密度(relative den

56、sity)Dr (relative density)Dr 。 式中：式中： Dr Dr相对密实度；相对密实度； emax 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 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； e e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。 minmaxmaxeeeeDr1.5 和和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标 显然，当显然，当e接近于接近于emin时，时，Dr 接近于接近于1，土，土呈密实状态，当呈密实状态，当e接近于接近于emax时，时，Dr接近接近于零，土呈松散状

57、态。通常根据于零，土呈松散状态。通常根据Dr可以把可以把粗粒土的松密状态分为下列三种：粗粒土的松密状态分为下列三种： 0Dr0.33 松散松散 0.33 Dr0.67 中密中密 0.67 Dr 1 密实密实1.5 和和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标 天然砂土的密实度只能在现场利用标准贯入试天然砂土的密实度只能在现场利用标准贯入试验、静力触探试验等原位测试方法来获得。通常验、静力触探试验等原位测试方法来获得。通常根据标准贯入试验的锤击数根据标准贯入试验的锤击数N N ，将天然砂土分为，将天然砂土分为表表1.5.21.5.2中的四种密实度状态。中的四种密实度状态。表表1.5.2 天然砂土

58、的密实度划分天然砂土的密实度划分砂土密实度 松散稍密中密密实标准实验击数N1010N1515301.5 和和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标 碎石土可以用可挖性、可钻性等方法进行现场鉴碎石土可以用可挖性、可钻性等方法进行现场鉴别，一般也可区分为密实、中密和稍密三种密实别，一般也可区分为密实、中密和稍密三种密实度状态。度状态。 细粒土粘性土无法在实验室测定最大和最小细粒土粘性土无法在实验室测定最大和最小孔隙比，实际上也不存在孔隙比，实际上也不存在emaxemax和和eminemin，因此只能，因此只能根据孔隙比根据孔隙比e e或干密度或干密度dd来判断其密实度。来判断其密实度。1.5 和

59、和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标稠度：指粘性土的干湿程度或在某一含水率稠度：指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。性土最主要的物理状态指标。二、粘性土的稠度二、粘性土的稠度1.6节）节）（一粘性土的稠度状态（一粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态常用流动、软、可塑、硬等描述。粘性土的稠度状态常用流动、软、可塑、硬等描述。粘性粘性土土1.5 和和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标 粘性土从一种状态过渡到粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这

60、种界限含水率水率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限。称为稠度界限或阿太堡界限。（二界限含水率及其测定（二界限含水率及其测定流态流态Vw0可塑态可塑态半固态半固态 固态固态膨胀膨胀收缩收缩wLwPwS1.界限含水率界限含水率1.5 和和1.6 土的物理状态指标土的物理状态指标液限液限WLWL）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，从流动状态转变为可塑状态的界限含水率， 也就是可塑状态的上限含水率也就是可塑状态的上限含水率；塑限塑限WpWp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率, , 也就是可塑状态的下限含水率也就是可塑状态的下限含水率；缩限缩限