第二章土物理性质

1、第二章第二章 土的工程地质性质土的工程地质性质1 1 土的组成土的组成岩石岩石 风化 剥蚀 碎块碎块 搬运（重力，风，水，冰川）松散沉积层（土）松散沉积层（土）土的三相组成：土的三相组成：土颗粒土颗粒( (固相），孔隙（充填水，气）固相），孔隙（充填水，气）土的特点：土的特点：强度低，变形大，可透水，对工程影响极大强度低，变形大，可透水，对工程影响极大一一. .土的固体颗粒土的固体颗粒 土的固体颗粒土的固体颗粒( (土粒土粒) )构成了土的骨架构成了土的骨架. .它是由大小不等、形状不同、成分不一的它是由大小不等、形状不同、成分不一的矿物颗粒组成的矿物颗粒组成的( (一一) )土的矿物成分土的

2、矿物成分矿物：构成地层物质的化合物或单一元素矿物：构成地层物质的化合物或单一元素1.1.原生矿物原生矿物: :由岩石经物理风化而成由岩石经物理风化而成, ,其成分与母岩相同其成分与母岩相同. .如石英如石英, , 长石长石, ,角闪石等。原生矿物一般颗粒较粗角闪石等。原生矿物一般颗粒较粗, ,性质稳定性质稳定2.2.次生矿物次生矿物: :由岩石经化学、生物风化而成由岩石经化学、生物风化而成, ,其成分与母岩不同其成分与母岩不同. .如如 AlAl2 2O O3 3,Fe,Fe2 2O O3 3, ,腐殖质腐殖质, ,粘土矿物等。次生矿物一般颗粒细粘土矿物等。次生矿物一般颗粒细 小小, ,性质不

3、稳定性质不稳定粘土矿物的特性粘土矿物的特性: : 颗粒很细颗粒很细, ,粒径小于粒径小于0.005mm,0.005mm,颗粒的比表面积很大颗粒的比表面积很大, ,由于其特有由于其特有的晶胞结构的晶胞结构, ,使其颗粒表面带有负电荷使其颗粒表面带有负电荷, ,故具有很强的与水作用能力故具有很强的与水作用能力粘土矿物的类型粘土矿物的类型: :蒙脱石蒙脱石: :是碱性条件下形成的粘土矿物是碱性条件下形成的粘土矿物, ,具有三层晶胞结构具有三层晶胞结构, ,亲水性亲水性 大大, ,遇水膨胀遇水膨胀, ,失水收缩失水收缩伊利石伊利石: :具有三层晶胞结构具有三层晶胞结构, ,但晶胞间由于离子置换而出现但

4、晶胞间由于离子置换而出现K K+ +, K, K+ +在在 晶胞间起连接作用晶胞间起连接作用, ,减小了其亲水性减小了其亲水性高岭石高岭石: :是酸性条件下形成的粘土矿物是酸性条件下形成的粘土矿物, ,具有不活动的双层晶胞结构具有不活动的双层晶胞结构, , 亲水性较弱亲水性较弱, ,遇水膨胀量不大遇水膨胀量不大土的矿物成分决定了土的性质土的矿物成分决定了土的性质( (二二) )土的粒度成分土的粒度成分粒径粒径: :以其直径来表示土颗粒的大小以其直径来表示土颗粒的大小. .单位单位mmmm1.1.土的粒组划分土的粒组划分 随着颗粒粒径的变化随着颗粒粒径的变化, ,土的矿物成分和性质也逐渐发生变化

5、土的矿物成分和性质也逐渐发生变化, ,但但是是, ,当土粒的粒径在某一大小范围内变化时当土粒的粒径在某一大小范围内变化时, ,土的成分和性质变化土的成分和性质变化不大不大, ,可以认为具有大致相同的成分和性质可以认为具有大致相同的成分和性质. .为了便于研究为了便于研究, ,工程上工程上常把大小相近的土粒合并为一组常把大小相近的土粒合并为一组, ,称为称为粒组粒组2.2.土的粒度成分土的粒度成分( (颗粒级配颗粒级配) )颗粒级配颗粒级配: :指土中各种不同粒组的相对含量指土中各种不同粒组的相对含量(1)(1)粒度成分分析方法粒度成分分析方法: : 粒径大于粒径大于0.1mm (0.1mm (

6、或或0.075mm):0.075mm):采用筛分法采用筛分法, ,套筛孔径为套筛孔径为10-5-2-110-5-2-1-0.5-0.25-0.1-0.075-0.5-0.25-0.1-0.075 粒径小于粒径小于0.1mm(0.1mm(或或0.075mm):0.075mm):比重计法比重计法斯托克斯公式：斯托克斯公式：d:d:土粒直径（土粒直径（mm)mm)h:h:比重计读数比重计读数t:t:静置时间静置时间( (秒）秒）G:G:土粒比重（土粒比重（g/cmg/cm3 3) )Gw:Gw:水的比重（水的比重（g/cmg/cm3 3) )：水的动力粘滞系数（克：水的动力粘滞系数（克. .秒秒/

7、/厘米厘米3 3）tGwGhd)(1800(2)(2)粒度成分表示方法粒度成分表示方法: :A:A:表格法表格法B:B:累计曲线法累计曲线法: :纵坐标表示小于某粒径土占总重的百分比纵坐标表示小于某粒径土占总重的百分比, ,横坐标横坐标 为土的粒径为土的粒径, ,用对数尺度用对数尺度(3)(3)累计曲线的用途累计曲线的用途: :A:A:根据曲线的形态根据曲线的形态, ,判断土的均匀性判断土的均匀性 曲线越陡曲线越陡, ,则表示土颗粒大小相差不多则表示土颗粒大小相差不多, ,土粒较均匀土粒较均匀; ;曲线越缓曲线越缓, ,则表示土颗粒大小相差悬殊则表示土颗粒大小相差悬殊, ,土粒不均匀土粒不均匀

8、B:B:根据曲线根据曲线, ,确定相应参数确定相应参数 不均匀系数不均匀系数 C Cu u=d=d6060/d/d1010C Cu u值越大值越大, ,土粒越不均匀土粒越不均匀, ,级配良好级配良好, C, Cu u10,10,称为级配良好的非均称为级配良好的非均 匀土匀土C Cu u值越小值越小, ,土粒越均匀土粒越均匀, ,级配不良级配不良, C, Cu u5,5,称为级配不良的均粒土称为级配不良的均粒土 曲率系数曲率系数 C Cc c=d=d30302 2/(d/(d1010d d6060) )C Cc c1 1或或C Cc c 3,3,称为级配不良的土称为级配不良的土1 1 C Cc

9、c 3,3,称为级配良好的土称为级配良好的土二二. .土中水土中水 按照水与土颗粒相互作用的强弱按照水与土颗粒相互作用的强弱, ,土中水可分为土中水可分为: :( (一一) )结合水结合水结合水结合水: :细小的土粒表面带有负电荷细小的土粒表面带有负电荷, ,在其作用下在其作用下, ,与土粒表面接与土粒表面接 触部分的水分子可以被极化触部分的水分子可以被极化, ,并吸附在土粒周围形成水膜并吸附在土粒周围形成水膜结合水的特点结合水的特点: : 不受重力影响不受重力影响, ,密度大密度大, ,不传递静水压力不传递静水压力, ,冰点低冰点低, ,有粘滞性和有粘滞性和一定的抗剪强度一定的抗剪强度( (

10、二二) )自由水自由水1.1.毛细水毛细水: :由于毛细作用保持在土孔隙中的水由于毛细作用保持在土孔隙中的水毛细水的特点毛细水的特点: :冰点低于冰点低于0 0C, ,有极微弱的抗剪强度有极微弱的抗剪强度, ,能传递静水能传递静水 压力压力, ,在外力较小情况下就可以发生流动在外力较小情况下就可以发生流动2.2.重力水重力水: :不受颗粒吸附和毛细作用控制不受颗粒吸附和毛细作用控制, ,在重力作用下能自由在重力作用下能自由 流动的水流动的水重力水的特点重力水的特点: :能传递静水压力能传递静水压力, ,具有溶解固体物质的能力具有溶解固体物质的能力, ,无抗无抗 剪强度剪强度, ,在孔隙中流动时

11、在孔隙中流动时, ,产生动水压力产生动水压力, ,能带走土能带走土 中细颗粒中细颗粒三三. .土中的气体土中的气体 与大气连通的与大气连通的, ,对工程性质无较大影响对工程性质无较大影响 与大气不连通的与大气不连通的( (密闭的密闭的),),对工程性质有影响对工程性质有影响, ,如增大了土的如增大了土的弹性和压缩性弹性和压缩性, ,同时降低了土的透水性同时降低了土的透水性四四. .土的结构土的结构土的结构：指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列土的结构：指土颗粒或集合体的大小和形状、表面特征、排列 形式以及它们之间的连接特征。常见的土的结构有：形式以及它们之间的连接特征。常见的土的结构有

12、：2 2 土的基本物理性质指标土的基本物理性质指标土的三相比例指标：土的三相物质在体积和质量上的比例关系土的三相比例指标：土的三相物质在体积和质量上的比例关系按获取指标的方法按获取指标的方法: :一一. .试验指标：通过试验直接测定试验指标：通过试验直接测定1.1.土的密度土的密度()()：单位体积土的质量，：单位体积土的质量，g/cm3它的大小取决于矿物成分，孔隙数量和含水情况它的大小取决于矿物成分，孔隙数量和含水情况试验方法：环刀法试验方法：环刀法 几种常见土天然密度（平均值）几种常见土天然密度（平均值）2.2.土的含水量土的含水量(w)(w)：土中水的质量与固体：土中水的质量与固体( (

13、土粒土粒) )质量之比质量之比试验方法：烘干法试验方法：烘干法vswsvvmmvm100%mmwsw土的名称土的名称砂土砂土粉土粉土粉质粘土粉质粘土粘土粘土天然密度（天然密度（g/cm3）1.401.601.60-1.751.80-2.003.3.土粒相对密度土粒相对密度( (土粒密度土粒密度Gs)Gs)：单位体积土粒的质量与同体积：单位体积土粒的质量与同体积 4 4 c c时纯水的质量之比，无量纲时纯水的质量之比，无量纲它的大小取决于组成土的各矿物密度的平均值它的大小取决于组成土的各矿物密度的平均值试验方法：煮沸法试验方法：煮沸法ws1GswssVm二二. .换算指标换算指标 通过试验指标换

14、算得到通过试验指标换算得到1.1.干密度干密度(d d) )：单位体积土粒的质量，：单位体积土粒的质量，g/cmg/cm3 3 此指标常用作填土密实度的施工控制指标此指标常用作填土密实度的施工控制指标2.2.土的饱和密度土的饱和密度(satsat) )：土中孔隙被水充满时土的密度，：土中孔隙被水充满时土的密度，g/cmg/cm3 3 3.3.土的浮密度土的浮密度() () ：地下水位以下，土单位体积中土粒的质量：地下水位以下，土单位体积中土粒的质量 与同体积水的质量之差与同体积水的质量之差4.4.土的孔隙比土的孔隙比(e)(e)：土中孔隙体积与土粒体积之比。常见值：土中孔隙体积与土粒体积之比。

15、常见值0.5-1.00.5-1.0 vmsdvvmwsvsatvvmwssVsVve 砂土按孔隙比分类砂土按孔隙比分类5.5.孔隙率孔隙率(n)(n)：孔隙体积与土的总体积之比：孔隙体积与土的总体积之比 常见值为常见值为(33-50)%(33-50)%6.6.饱和度饱和度(Sr)(Sr)：土中孔隙被水充填的体积与孔隙总体积之比：土中孔隙被水充填的体积与孔隙总体积之比根据根据S Sr r的大小，对土的饱和状态进行分类：的大小，对土的饱和状态进行分类： S Sr r50% 50% 稍湿稍湿50%50%S Sr r 80% 80% 很湿很湿 S Sr r80% 80% 饱和饱和%100VVnvvwr

16、VVS 密实度密实度密实密实中密中密稍密稍密松散松散砾砂土砾砂土 粗、中砂粗、中砂e0.600.60e0.750.75e0.85e0.85细砂土细砂土 粉砂土粉砂土e0.700.70e0.850.85e0.95e0.957.7.砂土的相对密度砂土的相对密度(Dr)(Dr) 砂土的密实度状态砂土的密实度状态 砂土密实度划分砂土密实度划分密实度状态密实度状态密实的密实的中密的中密的松散的松散的Dr1Dr0.670.67Dr0.330.33Dr0minmaxmaxeeeeDr砂土密实度砂土密实度松散松散稍密稍密中密中密密实密实标贯试验锤击数标贯试验锤击数N1010N1515N30N30三三. .指标

17、的换算指标的换算 用试验指标换算可以得到换算指标用试验指标换算可以得到换算指标3 3 粘性土的物理特性粘性土的物理特性一一. .粘性土状态与界限含水量粘性土状态与界限含水量界限含水量：随着含水量的变化，细粒土可由一种状态转变为另一界限含水量：随着含水量的变化，细粒土可由一种状态转变为另一 种状态，相应于转变点的分界含水量种状态，相应于转变点的分界含水量 固固( (半半) )态态 可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 塑限塑限w wp p 液限液限 w wl l W W工程中常用的界限含水量工程中常用的界限含水量1.1.液限液限(w(wl l) )：流动状态与可塑状态间的分界含水量：流动状态与可塑

18、状态间的分界含水量 试验方法：液限仪测定（液塑限联合测定法）试验方法：液限仪测定（液塑限联合测定法）2.2.塑限塑限(w(wp p) )：可塑状态与固：可塑状态与固( (半半) )态间的分界含水量态间的分界含水量 试验方法：搓条法（液塑限联合测定法）试验方法：搓条法（液塑限联合测定法） 我国现有规范还可用联合测定法，通过作图，确定液塑限我国现有规范还可用联合测定法，通过作图，确定液塑限二二. .塑性指数（塑性指数（I Ip p）塑性指数：液限含水量与塑限含水量之差塑性指数：液限含水量与塑限含水量之差 I Ip p=W=Wl l-W-Wp p 此指标用来衡量土的可塑性大小。此指标用来衡量土的可塑

19、性大小。IpIp越大，意味着土处于塑态越大，意味着土处于塑态的含水量范围越大，则可塑性越强的含水量范围越大，则可塑性越强影响影响I Ip p的因素：的因素：矿物成分、粒度成分、土中水的化学成分、浓度和矿物成分、粒度成分、土中水的化学成分、浓度和PHPH值等值等三三. .液性指数（液性指数（I Il l）液性指数：土的天然含水量与塑限含水量的差值与塑性指数之比液性指数：土的天然含水量与塑限含水量的差值与塑性指数之比 此指标用来鉴别土的天然物理状态此指标用来鉴别土的天然物理状态 ppplplwwwwwwII状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑液性指数液性指数I Il l 0 00 0

20、I Il l 0.25 5 I Il l 0.75 0.750.750.75 I1.0I1.0I Il l 1.01.0 四四. .粘性土的灵敏性与触变性粘性土的灵敏性与触变性（一）粘性土灵敏度（一）粘性土灵敏度灵敏性：粘性土受到外力扰动作用，结构遭到破坏，土的强度降灵敏性：粘性土受到外力扰动作用，结构遭到破坏，土的强度降 低，压缩性增高的性质低，压缩性增高的性质灵敏度（灵敏度（s st t) )：粘性土原状样和重塑样的无侧限抗压强度之比：粘性土原状样和重塑样的无侧限抗压强度之比q qu u，q qu u：分别为原状样与重塑样的无侧限抗压强度：分别为原状样与重塑样的无侧限

21、抗压强度粘性土灵敏性分类：粘性土灵敏性分类：（二）粘性土的触变性（二）粘性土的触变性触变性：饱和粘性土受到扰动后，结构遭到破坏，土的强度降低，触变性：饱和粘性土受到扰动后，结构遭到破坏，土的强度降低， 土的强度随时间逐渐增长的性质土的强度随时间逐渐增长的性质uutqqs灵敏性灵敏性低灵敏性土低灵敏性土中灵敏性土中灵敏性土高灵敏性土高灵敏性土 s st t1.01.0s st t2.02.02.02.0s st t4.04.0S St t4.04.0五五. .细粒土的胀缩性和崩解性细粒土的胀缩性和崩解性（一）细粒土的胀缩性（一）细粒土的胀缩性1.1.基本概念基本概念膨胀性：细粒土由于含水率增加而

22、发生体积增大的性能膨胀性：细粒土由于含水率增加而发生体积增大的性能收缩性：由于土中含水率减小而发生体积缩小的性能收缩性：由于土中含水率减小而发生体积缩小的性能2.2.表征膨胀性的指标表征膨胀性的指标1 1）自由膨胀率：人工制备干土，在水中增加的体积与原体积之比）自由膨胀率：人工制备干土，在水中增加的体积与原体积之比 膨胀性分类膨胀性分类2 2）膨胀率：土样在一定压力下，浸水膨胀稳定后所增加的体积与）膨胀率：土样在一定压力下，浸水膨胀稳定后所增加的体积与 原体积之比原体积之比%100ooweefVVVefef(%)(%)efef 404040 40 efef 656565 65 efef 909

23、0efef 90 90膨胀性膨胀性 无无 弱弱 中中 强强%100oowephhh3 3）膨胀力：土样的体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力）膨胀力：土样的体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力2.2.表征收缩的指标表征收缩的指标1 1）体缩率：土样收缩减小的体积与原体积之比）体缩率：土样收缩减小的体积与原体积之比2 2）线缩率：土样收缩后的高度减小量与原高度之比）线缩率：土样收缩后的高度减小量与原高度之比3 3）收缩系数：原状土样在直线收缩阶段，含水率减少）收缩系数：原状土样在直线收缩阶段，含水率减少1%1%时的竖向时的竖向 线缩率线缩率（二）细粒土的崩解性（二）细粒土的崩解性崩解性：

24、土由于浸水而发生崩散解体的性能崩解性：土由于浸水而发生崩散解体的性能崩解性通常用崩解速度、崩解时间、崩解特征表征崩解性通常用崩解速度、崩解时间、崩解特征表征六六. .土的透水性和毛细性土的透水性和毛细性%100odovVVV%100ooshhhWss（一）土的透水性（一）土的透水性渗透：水在一定压力差作用下，透过土中的孔隙发生流动的现象渗透：水在一定压力差作用下，透过土中的孔隙发生流动的现象透水性：水在土孔隙中渗透流动的性能透水性：水在土孔隙中渗透流动的性能地下水的运动规律地下水的运动规律水在孔隙中流动形式：层流和紊流水在孔隙中流动形式：层流和紊流1.1.对于层流，其运动服从达西定律对于层流，

25、其运动服从达西定律 v=kJv=kJV V：流速，指单位时间通过单位面积的水量，：流速，指单位时间通过单位面积的水量，cm/scm/sK K：渗透系数，：渗透系数，cm/scm/sJ J：水力坡度，水在空隙中流动，由于阻力作用，沿程必然伴随：水力坡度，水在空隙中流动，由于阻力作用，沿程必然伴随 着能量损失，表现为渗流路径上的水头损失着能量损失，表现为渗流路径上的水头损失 J=J=h/Lh/Lh h：渗流路径上的水头差：渗流路径上的水头差L L：渗流路径长：渗流路径长2.2.对于紊流，其运动服从哲才定律对于紊流，其运动服从哲才定律 v=kJv=kJ1/21/23.3.少数粘土，其运动服从修正的达

26、西定律少数粘土，其运动服从修正的达西定律 v=kv=k（J-JJ-Jo o）J J0 0：起始水力坡度：起始水力坡度影响土的透水性的因素：影响土的透水性的因素：粒度成分；矿物成分；土的密度；土中的气体等粒度成分；矿物成分；土的密度；土中的气体等例例. .如图所示，观察孔如图所示，观察孔a,ba,b的水位标高分别为的水位标高分别为23.50m23.50m和和23.20m23.20m，两孔，两孔 的水平距离为的水平距离为20m20m，试：，试：1 1）确定）确定abab段的平均水力梯度段的平均水力梯度2 2）如该土层为细砂）如该土层为细砂, ,渗透系数渗透系数k=5k=51010-2-2mm/sm

27、m/s，确定，确定abab段的地下水流段的地下水流 速度和每小时通过速度和每小时通过1m1m2 2截面积截面积( (垂直于纸面垂直于纸面) )的流量的流量3 3）同）同2 2，但该土层为粉质粘土，渗透系数，但该土层为粉质粘土，渗透系数k=5k=51010-5-5mm/smm/s，计算起始，计算起始 水力梯度水力梯度i io o=0.005=0.005（二）土的毛细性（二）土的毛细性毛细性：指水通过土的毛细孔隙在弯液面力作用下向各个方向运动毛细性：指水通过土的毛细孔隙在弯液面力作用下向各个方向运动 的性能的性能毛细上升高度：与土的孔隙直径呈反比。毛细性对毛细上升高度：与土的孔隙直径呈反比。毛细性

28、对细砂土细砂土和和粉土粉土意意 义较大义较大DHc03.04 4 土的力学性质土的力学性质一一. .土的压缩性土的压缩性（一）土的压缩变形特点（一）土的压缩变形特点土的压缩性：在外力作用下土体积缩小的特性土的压缩性：在外力作用下土体积缩小的特性土的压缩性的特点：土的压缩性的特点：1.1.在工程压力作用下（在工程压力作用下（100kpa-200kpa)100kpa-200kpa)，土的体积缩小，是由于孔，土的体积缩小，是由于孔 隙体积减少而引起的隙体积减少而引起的2.2.对于饱和土，土的压缩过程，是孔隙中的水在外力作用下排出，对于饱和土，土的压缩过程，是孔隙中的水在外力作用下排出， 土粒发生位移

29、，相互挤密的过程土粒发生位移，相互挤密的过程3.3.土的压缩，是一个缓慢的过程土的压缩，是一个缓慢的过程渗透固结：在外力作用下，孔隙水随时间的迁移而逐步排出，同时渗透固结：在外力作用下，孔隙水随时间的迁移而逐步排出，同时 孔隙体积也随之缩小的过程孔隙体积也随之缩小的过程（二）室内压缩试验及指标（二）室内压缩试验及指标1.1.室内压缩试验室内压缩试验试验目的：了解土孔隙比随压力变化的规律，评定土的压缩性大小试验目的：了解土孔隙比随压力变化的规律，评定土的压缩性大小试验方法：侧限压缩试验试验方法：侧限压缩试验试验结果：任一压力试验结果：任一压力p pi i下的孔隙比下的孔隙比e ei i之间的关系

30、之间的关系2.2.压缩曲线及有关指标压缩曲线及有关指标（1 1）压缩曲线）压缩曲线(e-p(e-p曲线曲线) )（2 2）压缩系数）压缩系数 用曲线上某点的斜率来表示压缩性大小用曲线上某点的斜率来表示压缩性大小a a：压缩系数，：压缩系数，MPaMPa-1-1 压缩系数越大，压缩性越高。取压力压缩系数越大，压缩性越高。取压力100kpa-200kpa100kpa-200kpa对应的压缩系数对应的压缩系数a a1-21-2作为作为评价土的压缩性大小的指标评价土的压缩性大小的指标 a a1-21-20.1Mpa0.1Mpa-1 -1 低压缩性土低压缩性土 0.1Mpa0.1Mpa-1-1aa1-2

31、1-20.5Mpa0.5Mpa-1 -1 中压缩性土中压缩性土 a a1-21-20.5Mpa0.5Mpa-1 -1 高压缩性土高压缩性土1221ppeepeaddooioie1heeh（2 2）压缩模量）压缩模量压缩模量压缩模量(E(Es s) )：土在完全侧限的条件下，竖向应力增量与相应的应：土在完全侧限的条件下，竖向应力增量与相应的应 变增量之比变增量之比 E Es s不是常数，它随压力大小而变化不是常数，它随压力大小而变化（3 3）压缩指数）压缩指数压缩指数压缩指数(C(Cc c) )：压缩曲线直线段斜率：压缩曲线直线段斜率 C Cc c0.2 0.2 低压缩性土低压缩性土 0.40.

32、4C Cc c0.2 0.2 中压缩性土中压缩性土 C Cc c0.4 0.4 高压缩性土高压缩性土ae1pE1s1221clgplgpee(lgp)eCdd（三）土的回弹曲线及弹性模量（三）土的回弹曲线及弹性模量 采用室内无侧限压缩试验和室内三轴压缩试验，得到土的回弹采用室内无侧限压缩试验和室内三轴压缩试验，得到土的回弹曲线曲线. .土的弹性模量为弹性变形阶段，土的应力与相应的应变增量土的弹性模量为弹性变形阶段，土的应力与相应的应变增量之比之比（四）现场载荷试验（四）现场载荷试验1.1.试验方法试验方法 通过承载板对地基土施加压力和测定承载板的沉降，得到压力和通过承载板对地基土施加压力和测定

33、承载板的沉降，得到压力和沉降的关系曲线沉降的关系曲线(p-s(p-s曲线曲线) )，根据弹性理论公式反算土的变形模量，根据弹性理论公式反算土的变形模量P Pr r：比例界限荷载（临塑荷载）：比例界限荷载（临塑荷载）P P1/41/4：临界荷载：临界荷载P Pu u：极限荷载：极限荷载2.2.土的变形模量土的变形模量(E(Eo o) )：泊松比，见：泊松比，见p75p75表表4.14.1：沉降影响系数：沉降影响系数, ,刚性方形承压板取刚性方形承压板取0.88,0.88,圆形承压板取圆形承压板取0.790.79s s：p-sp-s曲线直线段上任一点沉降量，如无直线段，对中高压缩性曲线直线段上任一

34、点沉降量，如无直线段，对中高压缩性 土，取土，取0.02b0.02b；对砂土和低压缩性土，取；对砂土和低压缩性土，取(0.01-0.015)b(0.01-0.015)bP P：p-sp-s曲线上对应于沉降曲线上对应于沉降s s的压力值的压力值3.3.土的变形模量与压缩模量的关系土的变形模量与压缩模量的关系 E E0 0=E=Es s：取值见：取值见p75p75表表4.14.1s21pbEo二二. .土的抗剪性土的抗剪性（一）土的抗剪强度（一）土的抗剪强度土的抗剪强度：土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力土的抗剪强度：土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力剪切破坏：当土中某点由于外力所

35、产生的剪应力达到土的抗剪强度剪切破坏：当土中某点由于外力所产生的剪应力达到土的抗剪强度 时，土沿着剪应力作用方向产生相对滑动时，土沿着剪应力作用方向产生相对滑动工程实践中，与土的抗剪强度有关的工程问题：工程实践中，与土的抗剪强度有关的工程问题：1.1.由土作为材料构成的土工构筑物的稳定性问题由土作为材料构成的土工构筑物的稳定性问题 如土坝、路堤、天然土坡的稳定性问题如土坝、路堤、天然土坡的稳定性问题2.2.土作为工程构筑物环境的问题土作为工程构筑物环境的问题 如土压力问题如土压力问题3.3.土作为建筑物地基的承载力问题土作为建筑物地基的承载力问题土的抗剪强度研究方法：土的抗剪强度研究方法： 主

36、要是模拟土的剪切破坏时的应力和工作条件，利用室内或现场主要是模拟土的剪切破坏时的应力和工作条件，利用室内或现场仪器进行土的剪切试验仪器进行土的剪切试验库仑定律库仑定律库仑通过试验，得到了土的抗剪强度的经验公式：库仑通过试验，得到了土的抗剪强度的经验公式：砂性土：砂性土： f f=tg=tg粘性土：粘性土： f f=tg+c=tg+cf f：土的抗剪强度：土的抗剪强度,kpa,kpa：剪切面上的法向应力：剪切面上的法向应力,kpa,kpa：土的内摩擦角：土的内摩擦角C C：土的粘聚力：土的粘聚力,kpa,kpa 、C C：称为土的抗剪强度指标。通过试验测定：称为土的抗剪强度指标。通过试验测定土的

37、抗剪强度构成：土的抗剪强度构成：1.1.内摩阻力内摩阻力(tg)(tg) 来自土粒之间表面摩擦力和土粒之间的咬合力来自土粒之间表面摩擦力和土粒之间的咬合力影响因素：影响因素：土的原始密度、土粒形状大小、坚硬程度、表面粗糙度、颗粒级配土的原始密度、土粒形状大小、坚硬程度、表面粗糙度、颗粒级配2.2.粘聚力粘聚力(c)(c) 由土粒之间的胶结作用和分子引力所形成由土粒之间的胶结作用和分子引力所形成影响因素：影响因素： 粘粒含量、矿物成分、含水量等粘粒含量、矿物成分、含水量等（二）抗剪强度的测定方法（二）抗剪强度的测定方法1.1.直接剪切试验直接剪切试验（1 1）试验原理）试验原理 剪切破坏时，剪切

38、面上有：剪切破坏时，剪切面上有：=f f 对同一种土，取对同一种土，取4 4个试样，分别在不同的法向应力个试样，分别在不同的法向应力作用下剪切作用下剪切破坏。根据库仑定律，在破坏。根据库仑定律，在-坐标中，抗剪强度包线为直线，通坐标中，抗剪强度包线为直线，通过作图，得到过作图，得到、c c值值（2 2）试验方法）试验方法1 1）快剪）快剪 对试样施加法向应力后，立即以对试样施加法向应力后，立即以0.8mm/min0.8mm/min剪切速度快速施加水剪切速度快速施加水平剪应力，使试样剪切破坏。平剪应力，使试样剪切破坏。q q、c cq q2 2）固结快剪）固结快剪 对试样施加法向应力后，让其充分

39、排水、固结后，以对试样施加法向应力后，让其充分排水、固结后，以0.8mm/min0.8mm/min剪切速度快速施加水平剪应力，使试样剪切破坏。剪切速度快速施加水平剪应力，使试样剪切破坏。cqcq、c ccqcq3 3）慢剪）慢剪 对试样施加法向应力后，让其充分排水、固结后，以小于对试样施加法向应力后，让其充分排水、固结后，以小于0.02mm/min0.02mm/min剪切速度施加水平剪应力，使试样剪切破坏。剪切速度施加水平剪应力，使试样剪切破坏。s s、c cs s2.2.三轴压缩试验三轴压缩试验（1 1）试样原理）试样原理 对同一土样，取对同一土样，取3-43-4个试样，在不同的个试样，在不

40、同的1 1、3 3组合下，使试样剪组合下，使试样剪切破坏，得到的几个极限摩尔圆公切线即为抗剪强度包线切破坏，得到的几个极限摩尔圆公切线即为抗剪强度包线（2 2）试验方法）试验方法1 1）不固结不排水剪（）不固结不排水剪（UUUU试验）试验）2 2）固结不排水剪（）固结不排水剪（CUCU试验）试验）3 3）固结排水剪（）固结排水剪（CDCD试验）试验）3.3.无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验4.4.十字板剪切试验十字板剪切试验思考题思考题1.用哪些指标评价土的抗剪强度大小用哪些指标评价土的抗剪强度大小2.简述土的抗剪强度理论及影响土抗剪强度的因素简述土的抗剪强度理论及影响土抗剪强度的因素三三

41、. .土的压实性及动力特性土的压实性及动力特性（一）土的压实原理（一）土的压实原理土的压实性：指扰动土在压实功能作用下的特性土的压实性：指扰动土在压实功能作用下的特性1.1.击实试验击实试验从击实曲线上可以得到扰动土的最大干密度从击实曲线上可以得到扰动土的最大干密度2.2.影响粘性土击实效果的因素影响粘性土击实效果的因素（1 1）含水量）含水量 在最优含水量情况下在最优含水量情况下, ,才能达到最大干密度才能达到最大干密度. .细粒土最优含水量细粒土最优含水量一般为塑限或液限的一般为塑限或液限的0.58-0.620.58-0.62倍倍（2 2）土质）土质 颗粒越粗颗粒越粗, ,则干密度越大则干

42、密度越大（3 3）击实功能）击实功能 压实机具重量、碾压次数、压实机具重量、碾压次数、作用时间有关作用时间有关3.3.压实特性在人工填土工程中的应用压实特性在人工填土工程中的应用 压实度（压实系数压实度（压实系数） maxd（二）土的振动液化（二）土的振动液化砂土液化：饱水砂土因地震而受到强烈振动，使砂粒处于悬浮状砂土液化：饱水砂土因地震而受到强烈振动，使砂粒处于悬浮状 态，丧失强度，致使地基失效的现象态，丧失强度，致使地基失效的现象砂土液化最常见的表现：地表出现砂土液化最常见的表现：地表出现“喷砂冒水喷砂冒水”，引起地表塌陷，引起地表塌陷影响土液化的主要因素：影响土液化的主要因素：1.1.土的类型和性质土的类型和性质粉砂土、细沙土、松砂、粉土宜液化；粉砂土、细沙土、松砂、粉土宜液化；级配均匀的砂土比级配良好的砂土宜液化：级配均匀的砂土比级配良好的砂土宜液化：疏松饱水状态下宜液化疏松饱水状态下宜液化2.2.砂土的埋藏深度砂土的埋藏深度砂土埋藏越浅，砂层厚度越厚，则液化的可能性越大；砂土埋藏越浅，砂层厚度越厚，则液化的可能性越大；3.3.地震振动强度和历时长短地震振动强度和历时长短地震越强，历时越长，则宜液化，且波及范围广，破坏严重地震越强，历时越长，则宜液化，且波及范围广，破坏严重5 5