第一章土的物理力学性质2

1、 土的三相草图土的三相草图1.4土的物理性质指标土的物理性质指标(physical character indexes of soil)土颗粒水气 体smwmamvmmaVwVsVvVV0wm孔 隙 直接测定指标直接测定指标（可在实验室内直接测定）：（可在实验室内直接测定）： 密度（重度）、含水量、土粒比重密度（重度）、含水量、土粒比重Gs（土粒密度（土粒密度 s）。）。换算指标换算指标：其它指标均为换算指标其它指标均为换算指标 孔隙比、孔隙率、饱和度、干密度、饱和密度、浮密度孔隙比、孔隙率、饱和度、干密度、饱和密度、浮密度三个可以直接测定，六个可以换算，一共九个三个可以直接测定，六个可以换算

2、，一共九个 1 1、土的密度和重度、土的密度和重度测定方法:环刀法3一般土的重度为16-22kN/mmVg/cm3Mg/m3密度密度3/gWmKNV重度重度2 2、含水量（含水率）、含水量（含水率）测定方法:烘干法%100mmWssW3 3、土粒比重、土粒比重 Gs固体颗粒质量与同体积水固体颗粒质量与同体积水(在在4时时)质量之比质量之比:测定方法 比重瓶煮沸法ssSGsVm 土粒比重范围土粒比重范围结论：土粒比重变化不大！4、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 表达式： svVVe 5、土中孔隙率n 定义： 土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示 表达式

3、： %100VVnv6、土的饱和度Sr 定义： 土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示 表达式： %100vwrVVS7、干密度d干容重d 定义：单位体积内土粒的质量或重量 表达式： VmsdgVgmdsd土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。 8、饱和密度sat与饱和容重sat 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或重量 表达式： VVmwvssatgVVWsatwvssat9、浮密度 与浮容重 定义： 单位体积内土粒质量与同体积水质量之差 表达式： VVmwssgwsat各种密度

4、之间的比较dsat孔隙比与孔隙率的关系 eeVVnv1nne1干密度与湿密度和含水率的关系 wwVmddd11wd1孔隙比与比重和干密度的关系 eVmssd11dwsGe饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 ewGeVVSswvwrws当土饱和时，即为Sr=100则 ssatGwe satw饱和含水率浮密度与比重和孔隙比的关系 eGeVVmwswswss1111-5 土的物理状态指标 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) )表表示示影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠

5、度粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态n 密实度：密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少通常指单位体积中固体颗粒含量的多少简单方便，但只能用于同一种简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响土，不能反映级配的影响 l 物理性质指标物理性质指标：孔隙比：孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n） 干容重干容重 d demin = 0.35emin = 0.20minmaxmaxreeeeD l 相对密度相对密度：e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比：最大与最小孔隙比F最大孔隙比最大孔隙比e emaxmax: : 将松散的风干土样通过长颈漏将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻

6、地倒入容器，避免重力冲击，求得土的斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比最小干密度再经换算得到最大孔隙比F最小孔隙比最小孔隙比emin : 将松散的风干土样装入金属容将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比孔隙比理论上的最大与最小孔隙比理论上的最大与最小孔隙比在室内的测定有时很困难在室内的测定有时很困难粗粒土的最大与最小孔隙比粗粒土的最大与最小孔隙比l 相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD dmind

7、maxdmaxdminddr)()(D 粗粒土的相对密度粗粒土的相对密度l 粗粒土的密粗粒土的密实度标准实度标准 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l 相对密度指标主要用于人工填土，对天然相对密度指标主要用于人工填土，对天然砂土层采用砂土层采用原位标准贯入试验原位标准贯入试验法测定法测定n 粘性土最主要的物理状态特征是它的粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度稠度，稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力抵抗能力稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有

8、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粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态塑限塑限w wp p液限液限w wl l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或固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水w w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强结合水膜最大强结合水膜最大出现相当数量自由水出现相当数量自由水粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态稠度界限稠度界限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示意图示意图pLpL

9、wwwwI 液性指数：液性指数：wpwwl IL 0 坚硬坚硬(半固态半固态) 0IL 0.25硬塑硬塑0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑流塑土的稠度状态土的稠度状态液性指数液性指数不同的粘土，不同的粘土，wp、wl 大小不同。对于不同大小不同。对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同F液性指数液性指数是表征土的含水量与分界含水量之是表征土的含水量与分界含水量之间相对关系的指标。对重塑土较为合适。间相对关系的指标。对重塑土较为合适。pLpwwI 塑性指数塑性指数n 问题：反映的是全部土颗粒吸附结和合的能力，不能问题：反映的是全部土颗粒吸附结和合的

10、能力，不能充分反映粘土矿物表面活性的高低充分反映粘土矿物表面活性的高低 n 活性指数：活性指数：002. 0ppIA 粒径小于粒径小于0.002mm0.002mm颗粒的质量颗粒的质量占总土总质量的百分比占总土总质量的百分比A 1.25活性粘土活性粘土n 定义：定义：大体上表示土的大体上表示土的弱结合水含量弱结合水含量 反映吸附结合水的反映吸附结合水的能力能力，即粘性大小，即粘性大小 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pLpLwwwwI F 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D Dr r F 细粒土的稠度状

11、态指标细粒土的稠度状态指标: : 液性指数液性指数I IL L 定义定义 判别标准判别标准 界限含水量界限含水量 w wP P、w wL L 土中水形态土中水形态 塑性指数塑性指数 I Ip p 吸附结合水的能力吸附结合水的能力minmaxmaxreeeeD 定义定义 判别标准判别标准小小 结结n 土的压实：土的压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性n压实性：压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性指土在一定压实能量作用下密度增长的特性n研究击实性的目的：研究击

12、实性的目的：以最小的能量消耗获得最大的压实密度以最小的能量消耗获得最大的压实密度n击实方法：击实方法： 室内击实试验室内击实试验 现场试验现场试验: : 夯打、振动、碾压夯打、振动、碾压土的压实性土的压实性室内击实试验室内击实试验 F 试验设备：试验设备：击实筒击实筒V=V=1000cm3；击实锤；击实锤w=25牛顿牛顿F 试验条件：试验条件：土样分层土样分层n=3层；落高层；落高d=30cm； 击数击数N=27/ /层层F 击实能量击实能量 3m/mKN5 .607VwdNnE F 试验方法：试验方法：对对w w=cosnst的土，分三层压实；的土，分三层压实； 测定击实后的测定击实后的w、

13、 ，算定，算定 dF 注意：仅适用于细粒土；注意：仅适用于细粒土； 对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土土2.0干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线 dmaxwop细粒土的压实性细粒土的压实性- -击实曲线击实曲线 具有峰值具有峰值 最大干密度最大干密度 dmax 最优含水量最优含水量Wopsatdd)( 位于饱和曲线之下位于饱和曲线之下 粘性土透水性小，击实过粘性土透水性小，击实过程中含水量几乎不变，要程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可想击实到饱和状态是不可能的。能的。rswsdS/wG1G wG1G)(swssatd Sr=1

14、 含水量含水量 Wopop： 颗粒表面水膜很薄，相对移动困难颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 含水量含水量=Wop： 水膜润滑作用效果最佳，孔隙气尚没有形成封闭水膜润滑作用效果最佳，孔隙气尚没有形成封闭 气泡，易排出气泡，易排出 含水量含水量Wop：水膜润滑作用不再明显增加；封闭气泡难以排出水膜润滑作用不再明显增加；封闭气泡难以排出; 水的相对含量增加水的相对含量增加n 压实机理压实机理 颗粒破碎（细粒土较少）颗粒破碎（细粒土较少） 粒间联结力被破坏，颗粒粒间联结力被破坏，颗粒 间孔隙被压缩间孔隙被压缩 土粒定向排列土粒定向排列0 4 8 12 16 20 24 28 含水量含水量w(%)w(%

15、)2.0干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线 dmaxWop n 压实与含水量压实与含水量细粒土的压实性细粒土的压实性- -压实机理压实机理 细粒土的压实性细粒土的压实性- -压实功能压实功能 F对于同一种土对于同一种土, ,最优含水最优含水量和最大干密度并不恒量和最大干密度并不恒定定, ,而随压密功能变化，而随压密功能变化，压实功能愈大压实功能愈大, ,最优含水最优含水量愈小，相应的最大干量愈小，相应的最大干密度愈高密度愈高F超过最优含水量后，压超过最优含水量后，压实功能的影响随含水量实功能的影响随含水量的增加逐渐减小。击实的增加逐渐减小。击实曲线均靠近于饱和曲线

16、曲线均靠近于饱和曲线0 4 8 12 16 20 24 28 含水量含水量w(%)w(%)1.3干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线N=36N=29N=25N=18%)32(wwop 细粒土的压实标准细粒土的压实标准 填土施工时应将土料含水量控制在填土施工时应将土料含水量控制在Wop左右，以期用较小左右，以期用较小的能量获得最好的密度：的能量获得最好的密度：在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水量，选定合适的含水量，一般要求为：量，选定合适的含水量，一般要求为：%100Dmaxdc室内标准击实试验的填土的干密

17、度、级土石坝级土石坝 Dc9598% III 级土石坝级土石坝 Dc9295% 细粒土的压实标准细粒土的压实标准 n 工程上常采用工程上常采用压实度压实度Dc，作为填方压，作为填方压实密度控制的标准：实密度控制的标准：粗粒土的压实性粗粒土的压实性 n 击实曲线击实曲线n 压实标准：压实标准：常用常用相对密度相对密度控制控制 Dr0.7-0.75Dr0.7-0.75 不存在最优含水量，在完全风干不存在最优含水量，在完全风干或饱和状态下易于击实。在潮湿或饱和状态下易于击实。在潮湿状态下，存在假凝聚力，加大了状态下，存在假凝聚力，加大了阻力阻力 同细粒土不同，粗粒土在击实过同细粒土不同，粗粒土在击实

18、过程中可以自由排水程中可以自由排水 粗砂粗砂w=45%，中砂，中砂w=7%时，时，干密度最小干密度最小 ， 含水量含水量w干密度干密度 粗砂中砂土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构1-6 土的工程分类土的工程分类F 目的：目的： 便于调查研究；便于调查研究； 便于分析评价；便于分析评价； 便于交流便于交流 ( (基于共同的概念基于共同的概念) )F 依据：最能反映土的物理力学性质的指标依据：最能反映土的物理力学性质的指标F 要求：要有一定的逻辑性、系统性，要求：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建筑地基基础设计规范中地基土的分类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200mm200mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%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20mm20mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于2mm2mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%名称名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含