土力学完整教案05-第五讲

1、土 力 学主讲人：张向东主讲人：张向东辽 宁 省 精 品 资 源 共 享 课 土力学土力学v 课课 次次：第：第5次次v 主要内容主要内容：土的三相比例指标。：土的三相比例指标。v 重点内容重点内容：换算指标与试验指标间的关系。：换算指标与试验指标间的关系。 v 教学参考书教学参考书：张向东主编：张向东主编.土力学土力学.北京：人民交通出版社，北京：人民交通出版社，20112.3 土的三相比例指标土的三相比例指标 上节重点介绍了土的三相组成，既土是由上节重点介绍了土的三相组成，既土是由固固体颗粒体颗粒、水水和和气体气体组成的，本节着重研究这三者组成的，本节着重研究这三者在数量上的关系。在数量上

2、的关系。 土的三相比例指标土的三相比例指标：土的三相在：土的三相在体积体积和和重量重量上的关系，称为土的三相比例指标。上的关系，称为土的三相比例指标。ma-土中气体的质量（可忽略，即土中气体的质量（可忽略，即ma = 0）mw-土中水的质量土中水的质量ms-土中固体颗粒的质量土中固体颗粒的质量m-土的总质量，土的总质量，m=ms+mwVa-土中气体所占体积土中气体所占体积Vw-土中水所占体积土中水所占体积Vs-土中固体颗粒所占体积土中固体颗粒所占体积Vv-土中孔隙部分体积，土中孔隙部分体积，Vv = Vw + VaV-土的总体积，土的总体积，V = Vv + Vs = Va + Vw + Vs

3、为研究土的三相比例指标，在土中为研究土的三相比例指标，在土中任取一体积为任取一体积为V的土体，是由固体的土体，是由固体颗粒、水和气体组成的，假设能够颗粒、水和气体组成的，假设能够将三者分离开来，如右图所示。将三者分离开来，如右图所示。一、试验指标一、试验指标（一）土的密度和重度（一）土的密度和重度 1.密度密度：单位体积土的质量，称为土的密度。：单位体积土的质量，称为土的密度。 n一般土的一般土的 =1.62.0gcm3 。n土越密实，密度越大。土越密实，密度越大。土的密度的测定方法土的密度的测定方法环刀法环刀法。 将环刀放在原状土样上面，边压边削去环刀外围的土，将环刀放在原状土样上面，边压边

4、削去环刀外围的土，直至土样压满环刀容积为止，称得环刀内土样质量，与环刀直至土样压满环刀容积为止，称得环刀内土样质量，与环刀容积之比既为土的密度。容积之比既为土的密度。 一、试验指标一、试验指标2. 重度重度：单位体积土的重力，称为重度。：单位体积土的重力，称为重度。 （KN/m3）（二）土的含水量（二）土的含水量 1定义：定义：土中水的质量与土颗粒质量之比，称为含水量，土中水的质量与土颗粒质量之比，称为含水量，常用百分数来表示，即常用百分数来表示，即l土的含水量反映土的干湿程度，含水量越大，土越湿越软，地基土承载土的含水量反映土的干湿程度，含水量越大，土越湿越软，地基土承载能力越低。能力越低。

5、l我国沿海软粘土含水量常接近我国沿海软粘土含水量常接近50，高者达，高者达6070。 2. 测定方法测定方法 （1）一般方法）一般方法烘干法烘干法 取一小块原状土（湿土），取一小块原状土（湿土）， 称取其质量，称取其质量， 记为记为m1 ；然后置于烘箱；然后置于烘箱内，烘箱内温度一般控制内，烘箱内温度一般控制100105C，烘至恒重，再称土样质量，记，烘至恒重，再称土样质量，记为为m2 = ms （干土的重量）。则土的含水量为：（干土的重量）。则土的含水量为： 式中：式中：m1原状土样的湿土质量；原状土样的湿土质量； m2烘干后土样的干土质量（即为土颗粒质量烘干后土样的干土质量（即为土颗粒质量

6、ms）。）。（2）快速测定）快速测定含水量含水量的方法的方法p酒精燃烘法；酒精燃烘法；p红外线法；红外线法；p铁锅炒干法。铁锅炒干法。（三）土粒比重（土粒相对密度）（三）土粒比重（土粒相对密度）ds 1定义定义：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在：土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4C时质量之比值，称为土时质量之比值，称为土粒比重，即粒比重，即式中：式中： 土粒密度，即单位体积土粒的质量（土粒密度，即单位体积土粒的质量（ 称为土粒重称为土粒重度）；度）；4C时纯蒸馏水的密度，一般取时纯蒸馏水的密度，一般取 1.0g/cm3。故土粒比重在数值上等于土粒密度，但是一无量纲数。故土粒比重在数值上等于土粒密度，但

7、是一无量纲数。s2测定方法测定方法比重瓶法比重瓶法v 土粒比重的变化范围不大，粘性土一般为土粒比重的变化范围不大，粘性土一般为2.702.75；v 砂土一般为砂土一般为2.65左右；左右；v 土中有机质含量增加时，土粒比重减小。土中有机质含量增加时，土粒比重减小。 二、换算指标二、换算指标（一）干密度（一）干密度d与干重度与干重度d 1. 干密度干密度d：土的固相质量：土的固相质量ms与总体积与总体积V 之比，即之比，即: d 越大，土越密实，常作为填土密实度的施工控制指标。越大，土越密实，常作为填土密实度的施工控制指标。 2. 干重度干重度d =d g = 10d（二）饱和密度（二）饱和密度

8、sat与饱和重度与饱和重度sat 1. 饱和密度饱和密度sat ：土中孔隙全部充满水时，单位体积土的：土中孔隙全部充满水时，单位体积土的质量。质量。 2. 饱和重度饱和重度sat = sat g = 10 sat （三）有效密度（三）有效密度 （浮密度）和有效重度（浮密度）和有效重度 （浮重度）（浮重度） 1有效密度：有效密度：在地下水位以下，土粒要受到浮力作用。扣浮力后，在地下水位以下，土粒要受到浮力作用。扣浮力后，单位土体积土粒的有效质量，称为土的有效密度，即单位土体积土粒的有效质量，称为土的有效密度，即 2有效重度：有效重度： = g=10 （kN/m3） = sat W 近似取：近似取

9、： W =10KN/m3（四）土的孔隙比（四）土的孔隙比v 土中孔隙体积与土颗粒体积之比，称为孔隙比，即土中孔隙体积与土颗粒体积之比，称为孔隙比，即 e=Vv/Vsl 孔隙比是表明土密实程度的一个很重要的物理指标，建筑物的沉孔隙比是表明土密实程度的一个很重要的物理指标，建筑物的沉降量与的孔隙比有着密切的关系。降量与的孔隙比有着密切的关系。l 天然状态下的粘性土天然状态下的粘性土 1.0时，土是松软的，建筑物的沉降量也大，属高压缩性土。时，土是松软的，建筑物的沉降量也大，属高压缩性土。（五）孔隙率（度）（五）孔隙率（度）n 土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示，即：土中孔隙体积与总体积之比，以

10、百分数表示，即： 孔隙率是表明土密实程度的另外一个指标。孔隙率是表明土密实程度的另外一个指标。（六）土的饱和度（六）土的饱和度Sr v 土中水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，即：土中水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，即：v 土的饱和度反映土的潮湿程度。土的饱和度反映土的潮湿程度。v 如果如果Sr=100%，表明土孔隙中充满水，土是完全饱和的；，表明土孔隙中充满水，土是完全饱和的；v Sr=0，则土是完全干燥的。，则土是完全干燥的。v 通常可根据饱和度的大小将砂土划分为稍湿、很湿和饱和三种状态：通常可根据饱和度的大小将砂土划分为稍湿、很湿和饱和三种状态： Sr50% ，稍湿；，稍湿； 5

11、0%Sr80% ，很湿；，很湿； Sr80% ， 饱和。饱和。%100VWrVVSl 上面重点讲了试验指标和换算指标，其中试验指标有上面重点讲了试验指标和换算指标，其中试验指标有3个，个，它们是它们是土的密度土的密度，土粒比重土粒比重和和土的含水量土的含水量。l 这三个试验指标必须通过试验才能确定，土的密度用这三个试验指标必须通过试验才能确定，土的密度用“环环刀法刀法”测定，土粒比重用测定，土粒比重用“比重瓶法比重瓶法”测定，土的含水量测定，土的含水量用用“烘干法烘干法”测定。测定。l 在测定出这在测定出这3个基本指标后，其余换算指标可根据这三个试个基本指标后，其余换算指标可根据这三个试验指标计算出来。验指标计算出来。l 下面重点介绍一下换算指标与试验指标间的关系。下面重点介绍一下换算指标与试验指标间的关系。三、指标间的关系三、指标间的关系设土粒体积设土粒体积Vs1，则根据孔隙比定义可得：，则根据孔隙比定义可得： Vv=eV