土力学 第一章 土的组成和土的性质

1、土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun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三相组成土的物理状态土的结构土的工程分类土的压实性 决定影响如何获得较好的土便于研究和应用土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1.1 土的形成1.2 土的三相组成1.3 土的结构1.4 土的物理状态1.5 土的工程分类1.6 土的压实性Chapter 0 Chapter 0 introductionintroduction土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun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搬

2、运、沉积搬运、沉积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 风化风化土土地球影响岩石岩石地球土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun 岩石和土的粗颗粒受各种气岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生裂缝, ,或在运动过或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化 矿物成分与母岩相同，称原矿物成分与母岩相同，称原生矿物生矿物 产生无黏性土产生无黏性土一. 风化 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun

3、母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物 颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化 矿物成分与母岩不同，称次矿物成分与母岩不同，称次生矿物生矿物 形成十分细微的土颗粒，最形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗粒及可溶盐类主要为粘性颗粒及可溶盐类 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动一. 风化土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun 包括植物、动物和土壤微包括植物、动物和土壤微生物的作用生物的作用 可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物构成土中

4、有机质和营养物质的生物循环质的生物循环 导致腐殖质的形成，改变导致腐殖质的形成，改变土壤的结构土壤的结构一. 风化 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun残积土残积土 无搬运无搬运运积土运积土 有搬运有搬运母岩表层经风化作用破碎成母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物运残留在原地的堆积物 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明显层理无明显层理二. 搬运与沉积土的物理性质土的物理性质土力学土力学

5、WangXun风化所形成的土颗粒，受自然力的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作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物 坡积土：坡积土：土粒粗细不同，性质不均土粒粗细不同，性质不均 洪积土：洪积土：有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细 冲积土：冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差 海相沉积物：海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差 冰积土：冰积土：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 风积土：风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理

6、颗粒均匀，层厚而不具层理二. 搬运与沉积残积土残积土 无搬运无搬运运积土运积土 有搬运有搬运土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun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土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun一. 固体颗粒物理状态力学特性粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1. 1. 粒径级配粒径级配颗粒大小各粒径成分在土中占的比例粒径级配影响土性的主因土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun颗粒大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按

7、粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径（土的分类标准 GBJ 145-90）d (mm)砾粒砾粒砂粒砂粒粉粒粉粒黏粒黏粒6020.0050.250.5520粗 中 细 粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒200巨粒巨粒卵卵(碎碎)石石漂漂(块块)石石20建筑、铁路部门0.002公路部门土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun粒径级配确定方法确定方法 筛分法筛分法：适用于粗粒土适用于粗粒土 ( (0.0750.075 mm) mm) 水分法水分法：适用于细粒土适用于细粒土 ( (0.0750.075 mm)粒径级配确定方法粒径级配确

8、定方法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量于某粒径的土粒含量细粒土细粒土 (0.075 mm)粒径级配确定方法粒径级配确定方法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun105.02.01.075200g101618242238721009080706050403020100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（）（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536土的粒

9、径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线水分法水分法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲土的粒径级配累积曲线线d60d50d10d30特征粒径特征粒径: : d50 : 平均平均粒径粒径d60 : 控制控制粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径d30 不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10 连续程度连续程度: : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数 不

10、均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀粗细程度粗细程度： 用用d50 表示 土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲土的粒径级配累积曲线线d60d10d30斜率斜率: :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连续程度连续程度: : Cc = d302 / (d60 d10

11、) 曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大Cc = 1 3, 级配连续性好级配连续性好土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土不均匀土； Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣： 如果如果 Cu 5且且 C c =

12、 1 3 ， 级配级配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 1g/cm1g/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度高于温度高于100100C C时才可蒸发时才可蒸发- - 弱结合水：弱结合水： 受电场引力作用，为粘滞水膜受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +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n 结合水：

13、结合水：受颗粒表面电场作用力受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水压力，不能任意流动的水土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun强结合水强结合水弱结合水弱结合水n 双电层双电层固定层固定层扩散层扩散层内电层内电层外外电电层层厚度的变化可厚度的变化可改变黏性土的改变黏性土的工程性质工程性质通过“离子交换”来实现（P18）土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun- 毛细水：毛细水：由于土体孔隙的毛细由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的毛细水承受表面张力

14、和重力的作用作用- 重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流动中自由流动n 自由水：自由水：不受颗粒电场引不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水h hc c毛细水毛细水重力水重力水土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun毛管中流体的界面效应毛管中流体的界面效应Tdk w空气空气固体固体 = =湿润角湿润角水水 aT =T =界面张力界面张力D Dk k= =毛管直径毛管直径ua-uwu ua a-u-uw w = =压力差压力差土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun毛毛细细管管hc土中毛细水上升高

15、度土中毛细水上升高度T2rrThccos2上升高度上升高度 r2hc w=2 rTcos 毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘粘土土粉粉土土砂砂土土砾砾石石土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun张力张力TTuc 水水hc2ruc= -hc w水压水压 +-TT则毛细压力：则毛细压力：2rTcos+ucr2 = 0cchu 毛细管中的毛细管中的负静水压力负静水压力毛细水压力毛细水压力土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun土颗粒缝隙处的弯液面土颗粒缝隙处的弯液面r空气空气 水水 固体颗粒固体颗粒弯液面弯液面 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

16、多集中有水和气，此时水多集中于颗粒间的缝隙处，称毛于颗粒间的缝隙处，称毛细角边水。细角边水。 由于毛细张力的作用，会由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，形成如图所示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，使毛细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。颗粒则受正压力。 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的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun自由气体：自由气体：与大气连通连通的气体与大气连通连通的气体对土的性质影响不大对土的性质影响不大封闭气体：封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体被土颗粒和水封闭的气体阻塞渗流通道，使土的渗透性减小；阻塞渗流通道，使土

17、的渗透性减小；弹性增大和延长土体受力后变形达到弹性增大和延长土体受力后变形达到 稳定的历时；稳定的历时； 可能造成突然沉陷。可能造成突然沉陷。溶解在水中的气体溶解在水中的气体吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun土体有三个组成部分：土体有三个组成部分：固相固相、液相液相和和气相气相F固体颗粒固体颗粒F土中水土中水F土中气体土中气体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土的物理性质土的物理性质土力学

18、土力学WangXun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土的结构性指标土的结构性指标力学特性力学特性土的结构影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黏性土黏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原状土的无侧限抗压强原状土的无侧限抗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土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun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

19、的现象，称又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为为触变性触变性。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。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。2 2、黏性土的触变性、黏性土的触变性 四、反映黏性土结构性的指标四、反映黏性土结构性的指标土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun在外力作用下黏性土的结构会发生土粒沿某一在外力作用下黏性土的结构会发生土粒沿某一方向重新排列的现象。方向重新排列的现象。3 3、黏性土颗粒的定向性作用、黏性

20、土颗粒的定向性作用 四、反映黏性土结构性的指标四、反映黏性土结构性的指标土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun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黏性土的软硬状态黏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土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun一一. . 物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上的比例关系松密程度松密程度干湿程度干湿程度轻重程度轻重程度特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符

21、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、联系与区别定义定义基本方法:三相草图法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1 1、三相草图、三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1 1、三相草图、三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积sawvawVVVVVVVswaawwwmmmmm0mV 已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: : V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m剩下三个独立变

22、量剩下三个独立变量三相草图法计算三相草图法计算物性指标是比例关系物性指标是比例关系: :可假设任一参数为可假设任一参数为1 1对于饱和土对于饱和土, V, Va a=0=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验来测定三个物理行三个基本的物理性质试验来测定三个物理性质指标：性质指标：土的密度试验土的密度试验 - - 土的密度土的密度土粒比重试验土粒比重试验 - - 土粒比重土粒比重土的含水率

23、试验土的含水率试验 - - 土的含水率土的含水率称为基本指标称为基本指标2 2、室内测定的三个物理性质指标、室内测定的三个物理性质指标土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunWaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的密度土的密度awswsVVVmmVm 土的容重土的容重= =g g工程上更常用工程上更常用, , 用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位: : kg/mkg/m3 3 或或 g/cmg/cm3 3单位单位: : kN/mkN/m3 3 一般范围一般范围: : 1.601.602.20 g/cm2.20 g/cm3 3定义定

24、义: : 单位体积土的质量单位体积土的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度表达式表达式: :相关指标相关指标: :三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念测定方法测定方法: : 环刀法环刀法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunWaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s s: : 土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量sssVm单位单位: : 无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围: : 黏性土黏性土 2.70

25、2.702.752.75 砂砂 土土 2.652.65C4w C4wssG 4 4C C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义: : 土粒的密度与土粒的密度与4 4C C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值表达式表达式: :sssVgm测定方法测定方法: : 比重瓶法比重瓶法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1、先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1；2、然后称烘干土的质量ms；3、把烘干土装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量m2。4、按下式计算土粒比重：21mmmm

26、Gsss土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunWaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水率土的含水率ssswmmmmm(%)w 定义定义: : 土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, , 用百分数表示用百分数表示注意注意: : 可达到或超过可达到或超过100100表达式表达式: :单位单位: : 无量纲无量纲一般范围一般范围: : 变化很大变化很大测定方法测定方法: : 烘干法烘干法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunv表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的

27、指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度) )svVVe 、其它常用的物理性质指标、其它常用的物理性质指标VV(%)nv 关系关系: :e1en n1ne 砂类土：砂类土：28-35%28-35%黏性土：黏性土：30-50%30-50%有的可达有的可达60-70%60-70%定义定义: :土中孔隙体积与固体颗土中孔隙体积与固体颗粒体积之比粒体积之比, , 无量纲无量纲表达式表达式: :WaterAirSolidVaVwVsVvV体积体积定义定义: :土中孔隙体积与总体积土中孔隙体积与总体积之比之比, , 用百分数表示用百分数表示表达式表达式: :Vs=1Vv=eV=1+eWaterAir

28、Solid体积体积三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系砂类土：砂类土：0.5-0.80.5-0.8黏性土：黏性土：0.6-1.20.6-1.2，一般小，一般小 于于4 4，有的可达，有的可达2525土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunv表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标swmm(%)w 含水量含水量饱和度饱和度vwrVVS WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式: :定义定义: : 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饱和度表示孔隙中充满水的程度饱和度表示孔隙中充

29、满水的程度S Sr r=0 : =0 : 干土干土S Sr r=1 : =1 : 饱和土饱和土、其它常用的物理性质指标、其它常用的物理性质指标土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunv表示土的密度和容重的指标表示土的密度和容重的指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度awswsVVVmmVm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 饱和容重饱和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 定义定义: :土被完全

30、烘干时的密度土被完全烘干时的密度, , 等于单位体积内土粒的质量等于单位体积内土粒的质量表达式表达式: :、其它常用的物理性质指标、其它常用的物理性质指标土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun各种密度容重之间的大小关系：各种密度容重之间的大小关系：dsatdsat天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度Vm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 饱和容重饱和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun设土体的体积设土体的体

31、积V V为为1 1，则，则d d = m = ms s /V /V，土体内土粒的质量，土体内土粒的质量m ms s为为d d，由，由w= mw= mw w / m / ms s水的质量水的质量m mw w为为w w d d。于是，。于是，)1 (1wwVmdddwd14 4、物理性质指标间的换算关系、物理性质指标间的换算关系干密度与湿密度和含水率的关系干密度与湿密度和含水率的关系土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun孔隙比与比重和干密度的关系孔隙比与比重和干密度的关系eVmssd11dwsGe设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1 1，则按，则按e=Ve=Vv v/V/V，孔隙

32、的体积，孔隙的体积v vv v为为e e；由由s s m ms s / V / Vs s得土粒的质量得土粒的质量m ms s为为s s。于是，按。于是，按d d的定的定义可得：义可得：4 4、物理性质指标间的换算关系、物理性质指标间的换算关系4swsG又又得得土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun设土体内土粒的体积为设土体内土粒的体积为1 1，则按，则按e=Ve=Vv v/V/V得体积得体积v vv v=e=e；由；由s s m ms s/V/Vs s得土粒的质量得土粒的质量m ms s=s s。按。按w= mw= mw w / m / ms s ，水的质量，水的质量m mw w=

33、w=ws s，则水得体积，则水得体积v vw w= m= mw w / /w w =w=ws s/w w。于是，由。于是，由SrSr定定义可得：义可得：ewGewVVSswsvwrssatGwe 4 4、物理性质指标间的换算关系、物理性质指标间的换算关系饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系当土饱和时，即当土饱和时，即SrSr为为100100，则：，则：土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun设土体内土粒体积为设土体内土粒体积为1 1，则按，则按e=Ve=Vv v/V /V ，孔隙的体积，孔隙的体积V Vv v为为e e；由；由s sm ms s/V/V

34、s s得土粒的质量得土粒的质量m ms s为为s s，饱和水的质量，饱和水的质量m mw w=w* *e e 。于是，于是，eGeeeewswwswswwswsat1111114 4、物理性质指标间的换算关系、物理性质指标间的换算关系浮密度与比重和孔隙比得关系浮密度与比重和孔隙比得关系土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun小结小结土的三个组成相的体积和质量上的比例关系土的三个组成相的体积和质量上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：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、单位或量纲、常见值

35、或范围、 联系与区别联系与区别基本方法基本方法: :三相草图法三相草图法室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个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有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念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表示土的密度和容重的指标表示土的密度和容重的指标三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系三相草图法是求取物三相草图法是求取物理性质指标的简单而理性质指标的简单而有效的方法

36、有效的方法土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun二二. .土的物理状态指标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度土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXune emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比1 1、粗粒土的密实状态、粗粒土的密实状态密实度密实度如何衡量如何衡量? ?单位体积中固体颗粒含量的多少单位体积中固体颗粒含量的多少或或 孔隙含量的多少孔

37、隙含量的多少优点：优点：简单方便简单方便( (对于同一种土对于同一种土) )缺点：缺点：不能反映级配的影响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对对策策相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD 干容重干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin = 0.35emin = 0.20土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXune emaxmax: : 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻最大孔隙比；将松散的风干土样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

38、换算得到最大孔隙比e eminmin: : 最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，最小孔隙比；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，直至密度不再提高，求得土的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孔隙比最大干密度再经换算得到最小孔隙比e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难1 1、粗粒土的密实状态、粗粒土的密实状态土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标判

39、别标准：判别标准： D Dr r = 1 , = 1 , 最密状态最密状态 D Dr r = 0 , = 0 , 最松状态最松状态 D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 , 2/3 , 密实状态密实状态相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 1 1、粗粒土的密实状态、粗粒土的密实状态emaxeemin松松紧紧土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun标准贯入试验标准贯入试验1 1、粗粒土的密实状态、粗粒土的密实状态最大与最小孔隙比室内测试方法不完善最大与最小孔隙比室内测试方法不完善砂土原

40、状土难取砂土原状土难取 天然孔隙比测不准天然孔隙比测不准现现场场密实度密实度按按N63.5评定砂石密实度评定砂石密实度 按按N63.5评定碎石土密实度评定碎石土密实度 松散松散稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520锤重：锤重：63.5kg63.5kg落距：落距：760mm760mm打入深度：打入深度：300mm300mm土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun2 2、黏性土的软硬状态、黏性土的软硬状态也称也称稠度状态稠度状态，反映土受外力作，反映土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力用所引起变形或破坏的抵抗

41、能力, ,是粘性土最主要的物理状态特征是粘性土最主要的物理状态特征。稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关黏性黏性土土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的土的稠度界限稠度界限。固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态0土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun塑限塑限w wp p液限液限w wl l稠度界限稠度界限黏性土的稠度反映土中水的形态黏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塑态塑态 流态流态 强结合水膜最

42、大强结合水膜最大出现自由水出现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plpIww吸附弱结合吸附弱结合水的能力水的能力塑性指数塑性指数土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun液、塑限的测定液、塑限的测定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法测定液限的方法：锥式仪法、碟式仪法和液、塑限联合测定法测定液限的方法：锥式仪法、碟式仪法和液、塑限联合测定法土的

43、物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun相对稠度相对稠度pLlpwwIww 问题：仅适用于问题：仅适用于重塑土重塑土即使即使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指数液性指数对不同的粘土，对不同的粘土，w wp p、w wl l 大小不同大小不同定义：定义：wpwwlIL1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对同一种粘土，含水量可反映其稠度对同一种粘土，含水量可反映其稠度问题：问题：土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunplpIww吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小吸附弱

44、结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小塑性指数塑性指数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缺点缺点不能充分反映粘土颗粒含量不能充分反映粘土颗粒含量 不同的粘土矿物结合水的能力不同不同的粘土矿物结合水的能力不同活性指数活性指数002. 0pIApp p0.0020.002: : 粒径小于粒径小于0.002mm0.002mm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 0.75A 1.25A 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土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun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

45、对密度DrDr 小结小结黏性土的稠度状态指标黏性土的稠度状态指标: : 液性指数液性指数I IL L引入引入定义定义判别标准判别标准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塑性指数塑性指数液性指数液性指数引入引入定义定义判别标准判别标准粗粒土与黏性土为何采用粗粒土与黏性土为何采用不同的物理状态指标？不同的物理状态指标？反映土的细观特点反映土的细观特点与力学特性有更直接的联系与力学特性有更直接的联系便于量测便于量测土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类目的：目的：依据：依据：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范G

46、B50007-2011GB50007-2011水利部土工试验规程水利部土工试验规程SL237-001-1999SL237-001-1999便于研究、交流及应用便于研究、交流及应用能反映土的物理力学性质能反映土的物理力学性质土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构是将工程性质相近的是将工程性质相近的土归为一类土归为一类土的工程分类标准土的工程分类标准 GB/T50145-2007GB/T50145-2007铁路工程岩土分类标准铁路工程岩土分类标准TB10077-2001TB10077-2001公路土工试验规程公路土工试验规程 JTJ E40JTJ E40 20072007土的物理性质土的

47、物理性质土力学土力学WangXun分类原则和特点分类原则和特点：1 1、 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 (GB50007(GB50007 2011)2011)l对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；l对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；l给出岩石的分类标准；给出岩石的分类标准；l将天然土分为将天然土分为6 6大类：岩石、碎石土、砂类土、大类：岩石、碎石土、砂类土、粉土、粘性土和人工填土。粉土、粘性土和人工填土。1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXuna. 岩石的分类岩石的

48、分类颗粒间牢固粘结颗粒间牢固粘结, ,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类分类 坚硬程度类别坚硬程度类别饱和单轴抗压饱和单轴抗压强度强度frk(Mpa)坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩30frk60frk6015frk305frk15frk51 1、 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 (GB50007(GB50007 2011)2011)1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun土的名称土的名称漂石漂石

49、块石块石卵石卵石碎石碎石圆砾圆砾角砾角砾颗粒形状颗粒形状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颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于200mm的颗的颗粒含量超过全重粒含量超过全重50粒径大于粒径大于20mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50粒径大于粒径大于2mm的颗粒的颗粒含量超过全重含量超过全重50注：注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定碎石土的分类碎石土的分类b.b.碎石土的分类碎石土的分类粒径大于粒径大于2mm的颗粒

50、含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土。的土称为碎石土。1 1、 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 (GB50007(GB50007 2011)2011)1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun土的名称土的名称砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂颗粒级配颗粒级配粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量占全重的颗粒含量占全重2550注：注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒含量超

51、过全重的颗粒含量超过全重50粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重85粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50砂土的分类砂土的分类c.c.砂土的分类砂土的分类粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径的土，且粒径大于大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土的土称为砂土 1 1、 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 (GB50007(GB50007 2011)2011)土的工程分类土的工程分类土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXund.d.粉土的分类粉土

52、的分类粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过的颗粒含量不超过全重全重50%，塑性指数，塑性指数IP10的土称为粉的土称为粉土。土。e.e.粘性土的分类粘性土的分类粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过的颗粒含量不超过全重全重50%，塑性指数，塑性指数IP10的土称为的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分。粘性土，粘性土根据塑性指数细分。土的名称土的名称粘土粘土粉质粘土粉质粘土塑性指数塑性指数注：注：塑性指数由相应于塑性指数由相应于76g圆圆锥体沉入土样中深度为锥体沉入土样中深度为10mm测定的液限计算而得测定的液限计算而得 IP1710IP171 1、 建筑地基基础设计规范建筑

53、地基基础设计规范 (GB50007(GB50007 2011)2011)f.f.人工填土的分类人工填土的分类由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱较杂乱, ,均匀性较差，根据其物质组成和成因均匀性较差，根据其物质组成和成因, ,可分为素可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。填土、压实填土、杂填土和冲填土。土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun分类原则和特点：分类原则和特点：土的分类标准土的分类标准(GB/T50145-2007)(GB/T50145-2007)l考虑了土的有机质含量、颗粒组成特征以及土的塑性指标。l先

54、判断该土属于有机土还是无机土。l若属于无机土，则可先划分其粒组。l根据土内各粒组的相对含量，将土分为：巨粒土粗粒土细粒土1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXuna.a.巨粒土巨粒土 巨粒土按土中粒径大于巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。若土的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于中巨粒含量多于75%, ,属于巨粒土；若土中巨粒含量在属于巨粒土；若土中巨粒含量在50%75%之间，属于混合巨粒土；若土中巨粒含量在之间，属于混合巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒混合土。之间，属于含巨粒混合土。b.b.粗粒土的分类粗粒土的分类 巨

55、粒含量少于巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径大于，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于余土的的粗粒含量多于余土的50%，属于粗粒土。粗，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类。粒土分为砾类土和砂类土两类。土的分类标准（土的分类标准（GB/T50145-2007GB/T50145-2007）1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXunc.c.细粒土的分类细粒土的分类 土中粒径小于土中粒径小于0.075mm的细粒含量不小等于的细粒含量不小等于50%的土。的土。 粗粒含量不大于粗粒含量不大于25%的土属于细粒土。的土属于细粒土

56、。 粗粒含量在粗粒含量在25%50%之间，含粗粒的细粒土。之间，含粗粒的细粒土。 有机质含量小于有机质含量小于10%10%且不小于且不小于5%5%的，有机质土的，有机质土土的分类标准土的分类标准(GB/T50145-2007)(GB/T50145-2007)1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun压实：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压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性研究击实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度 击实方法： 室内击实试验现场试验: 夯打、振动、碾压土的物理性质

57、土的物理性质土力学土力学WangXun一. 室内击实试验 二. 细粒土的压实性 三. 粗粒土的压实性 土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun一. 室内击实试验 试验设备试验设备 击实筒击实筒V=V=1000cm1000cm3 3；击实锤；击实锤w=25w=25牛顿牛顿 试验条件试验条件 土样分层土样分层n=3n=3层；落高层；落高d=30cmd=30cm；击数；击数N=27N=27/ /层层 击实能量击实能量 3m/mKN5 .607VwdNnE 试验方法试验方法 对对=cosnst=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、，算定，算定d d 注

58、意：注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪寸的击实仪土土土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun二. 细粒土的压实性1.1.击实曲线击实曲线2.2.理论分析理论分析 3.3.影响因素影响因素4.4.压实标准压实标准土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun1.1.击实曲线击实曲线 特点：特点：具有峰值具有峰值位于饱和曲线之下位于饱和曲线之下 黏性土渗透系数很小，黏性土渗透系数很小，压实过程中含水量几乎压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和不变，要想击实到饱和状态是不可能的状态是不可能的。satdd)( 0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)2.0干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86wop=12.1rswsdS/wG1G wG1G)(swssatd 1Sr 最大干密度最优含水量土的物理性质土的物理性质土力学土力学WangXun2. 2. 理论分析理论分析 压实机理：压实机理： 颗粒被击碎，土粒定向排列颗粒被击碎，土粒定向排列; ; 粒团破碎，粒间联结力被破粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小坏而发生孔隙体积减小; ; 空