土的物理性质及工程分类2

1、1.4 土的物理性质指标三相组成的定性分析，进一步对土的三相组成作定量上的分析，即三相组成的定性分析，进一步对土的三相组成作定量上的分析，即分析土三相组成部分的质量和体积之间的比例关系。分析土三相组成部分的质量和体积之间的比例关系。 土的物理性质指标土的物理性质指标表示土中三相比例关系的一些物理量，表示土中三相比例关系的一些物理量，可分为如下两类：可分为如下两类：为了便于计算，用图所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间为了便于计算，用图所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系。的数量关系。必须通过实验测定的指标必须通过实验测定的指标即：密度、土粒比重（土粒相对密度）、含水量即：密度

2、、土粒比重（土粒相对密度）、含水量可根据已测指标推算的指标可根据已测指标推算的指标如如: :孔隙比、孔隙率、饱和度等孔隙比、孔隙率、饱和度等物理性质指标物理性质指标土的三相组成示意图 mw：土中水质量：土中水质量m：土的总质量，：土的总质量， m=ms +mwVw：土中水体积：土中水体积mma=0mwms质量质量体积体积气气水水土粒土粒VaVwVsVvVms：土粒质量：土粒质量ma：土中气质量：土中气质量Vs：土粒体积：土粒体积Va：土中气体积：土中气体积V：土的总体积：土的总体积 V= Vv+ VsVv：土中孔隙体积：土中孔隙体积 Vv= Va+ Vw 天然状态下土单位体积的质量，天然状态下

3、土单位体积的质量，g/cm3或或t/m3 粘性土：粘性土： ；砂土：；砂土： ；腐质土：腐质土： 。 一般用一般用 “环刀法环刀法” 测定。测定。Vm30 . 26 . 1cmg30 . 28 . 1cmg37 . 15 . 1cmg 1.4.1直接测定的物理性质指标直接测定的物理性质指标 1.土的密度（又称天然密度）土粒比重Gs （土粒相对密度）（土粒相对密度） 土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4时纯水的质量之比，即：时纯水的质量之比，即： 其中：其中： 土粒密度，土粒密度，g/cm3； 4时纯水的密度，时纯水的密度，1 g/cm3或或1 t/m3； 天然水密度，天然水密度， 1g/cm

4、3。 土粒比重取决于矿物成分。一般土：土粒比重取决于矿物成分。一般土：2.62.8；有机质土：；有机质土：2.42.5；泥炭土：；泥炭土：1.51.8。sssVmsssssVmG111土粒比重Gs测定方法： 比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重21mmmmGsss土的含水率 含水率：含水率： 土中水的质量与土粒质量之比，以百土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示分数表示 表达式：表达式： %100swmmw一般，土的含水量越大，其强度越低。粗砂的含水量接一般，土的含水量越大，其强

5、度越低。粗砂的含水量接近于零，淤泥可达近于零，淤泥可达60。一般用。一般用“烘干法烘干法”测定。测定。土的含水率测定方法：测定方法： 烘干法。先称出天然湿土的质量，烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在然后放在烘箱里，在100105下下烘干，称干土的质量烘干，称干土的质量。 1.4.2间接换算的物理性质指标间接换算的物理性质指标 土的孔隙比e定义：定义： 土中孔隙的体积与土粒的体积之土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示比，以小数表示表达式表达式： svVVe 用于评价土的密实度和压缩性：用于评价土的密实度和压缩性：e 1.0疏松、高压缩性。疏松、高压缩性。土中孔隙率n定义： 土

6、中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示表达式： %100VVnv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： %100vwrVVS干土干土Sr = 0；饱和土；饱和土Sr = 100%。4. 土的干密度d 、饱和密度 rat、浮密度干密度干密度： ，土单位体积中固体颗粒部分的质量。（工程，土单位体积中固体颗粒部分的质量。（工程上用作评定土体密实度，控制填土工程的施工质量）上用作评定土体密实度，控制填土工程的施工质量）饱和密度饱和密度： ，土孔隙中充满水时土体的单位体积，土孔隙中充满水时土体的单位体积质量。质量。 浮密度浮密度： ，单位，单位土体中土粒的有效质

7、量（在地下水位以下，扣除浮力后单位土体土体中土粒的有效质量（在地下水位以下，扣除浮力后单位土体积中土粒的质量）。积中土粒的质量）。VVmwvssatVmsddsatsatVsssVVVmVVm1.4.3物理性质指标间的换算物理性质指标间的换算孔隙比与孔隙率的关系eeVVnv1nne1干密度与天然密度的关系气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积VVv=eGsw Gs（1）w emVms1)1 (emVmssd11d孔隙比和干密度的关系 eVmssd111dwsdsGessssmVm饱和度与含水率和孔隙比的关系 ewGeVVSswvwrws当土饱和时，即为Sr=100则 swG

8、emin理论minmax1 esd理论浮密度和孔隙比的关系 eGeeGwswwswsat1) 1(1)(eGeVVmwswswss111eeGVVmwswVssat1)(例题分析例题分析 n【例】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为湿土质量为187g，烘干后，干土质量为烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度若土粒的相对密度Gs为为2.66，求该土样的含水量，求该土样的含水量、密度密度、重度重度 、干重度干重度d 、孔隙比、孔隙比e、饱和重度、饱和重度sat和有效重度和有效重度 【解答】解答】%98.11167167187%100smm3/87. 11001

9、87cmgVm3/7 .181087. 1mkNg3/7 .1610100167mkNgdd593. 0187. 1)1198. 01 (66. 21)1 (sGe%7 .53593. 066. 21198. 0eGSsr3/4 .2010593. 01593. 066. 21mkNeeGssat3/4 .10104 .20mkNwsatl无粘性土无粘性土密实度密实度l粘性土的物理特征粘性土的物理特征含水量含水量1.5 土的物理状态指标土的物理状态指标1.5.1 无粘性土的密实度划分标准无粘性土的密实度划分标准（1）孔隙比）孔隙比e(砾，粗、中砂砾，粗、中砂)优点：简单方便优点：简单方便缺点：

10、无法反映土的级配因素缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散松散中密中密密实密实稍密稍密（2）相对密度）相对密度Dr 定义：定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且缺点：天然孔隙比难以获取，且e emaxmax, ,e eminmin 的测定受人为的影响较大。的测定受人为的影响较大。ddddddreeeeD)()(minmaxmaxminminmaxmax 判别标准：判别标准： Dr = 1 , 最密状态最密状态 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

11、实状态密实状态3. 3. 根据原位标准贯入试验判别根据原位标准贯入试验判别按标准贯入锤击数按标准贯入锤击数N密实度密实度N10松散松散10N15稍密稍密15N30中密中密N 30 密实密实按标准贯入锤击数按标准贯入锤击数N判别砂土密实度判别砂土密实度 锤 重：63.5kg 标准贯入数 N63.5 落 距：760mm 打入深度：300mm 标准贯入试验（Standard Penetration Test）1.5.2 粘性土的物理特征粘性土的物理特征液限、塑限、缩限液限、塑限、缩限塑性指数塑性指数液性指数液性指数v液限、塑限、缩限液限、塑限、缩限 一、定义 液限液限L、塑限塑限p、缩限缩限s 二、

12、测定方法 wSWpWL液态液态固态固态塑态塑态半固态半固态0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：碟式仪法和液、塑限联合测定法。10mm液限：我国标准，过渡时期的液限。17mm液限：国际通用标准。土工试验方法标准液塑限联合测定法液塑限联合测定法25击合拢长度13mm时含水率为液限。碟式仪法粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数塑性指数IP表示土处于可塑状态的含水量变化范围。表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 IP = wL - wP（省去（省去%） IP 越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。 土颗粒越细，粘粒含量越高，土能吸附的结

13、合水量越多，土颗粒越细，粘粒含量越高，土能吸附的结合水量越多，则则IP 越大。越大。 IP 在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种主要因在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种主要因素，故常用于对粘性土进行分类。素，故常用于对粘性土进行分类。液性指数液性指数IL表示粘性土软硬程度的一个指标。表示粘性土软硬程度的一个指标。pppLpLIwwwwwwI评判土的软硬程度由此可见：当由此可见：当0 w wP，IL 0，土处于固态或半固态，土处于固态或半固态 当当wP w wL，0 wL ， IL 1，土处于流态，土处于流态故可根据故可根据 IL的大小评判土的软硬程度，分为如下的大小评判土的软硬程

14、度，分为如下5种：种：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IL 00IL0.250.25IL0.750.75 1.0表表 粘性土软硬状态的划分粘性土软硬状态的划分1.5.3 土的压实性在建造路堤、土坝等时，常需要填土。为增强土的密实在建造路堤、土坝等时，常需要填土。为增强土的密实度，降低其透水性和压缩性，常采用分层压实的办法度，降低其透水性和压缩性，常采用分层压实的办法来加以处理。来加以处理。 压实性压实性土体在外部压实能量作用下，土颗粒土体在外部压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生相对位移，使土中的孔隙减少，克服粒间阻力，产生相对位移，使土中的孔隙减少，密度增

15、加，强度提高的特性。密度增加，强度提高的特性。 实践表明：细粒土和粗粒土的压实性不同。压实实践表明：细粒土和粗粒土的压实性不同。压实细粒土宜用夯击或碾压机具；压实粗粒土宜用振动机细粒土宜用夯击或碾压机具；压实粗粒土宜用振动机具。具。最优含水率土过湿过干都难以充分压实。过湿，则土中自由水过多，夯实或碾压土过湿过干都难以充分压实。过湿，则土中自由水过多，夯实或碾压时水难以从孔隙中排出，阻止颗粒的靠拢，从而会出现软弹现象时水难以从孔隙中排出，阻止颗粒的靠拢，从而会出现软弹现象（俗称橡皮土）。过干，则土中主要是强结合水，颗粒间引力大，（俗称橡皮土）。过干，则土中主要是强结合水，颗粒间引力大，阻止颗粒的

16、移动。阻止颗粒的移动。 只有当含水量适当时，压实效果才会好。常用室内击实试验确只有当含水量适当时，压实效果才会好。常用室内击实试验确定定最优含水量最优含水量。最优含水量最优含水量（wop）：一定的压实能量下使土最容易压实且能达到最）：一定的压实能量下使土最容易压实且能达到最大密实度时的含水量。由室内击实试验测得。大密实度时的含水量。由室内击实试验测得。最大干密度最大干密度（dmax）：与）：与wop 相应的干密度。相应的干密度。dmax 越大，越大，e 越小。越小。击实试验与击实曲线击实试验击实试验：对同一种土配：对同一种土配制若干份不同含水量的制若干份不同含水量的试样，用同样的压实能试样，用

17、同样的压实能量分别对每一份试样进量分别对每一份试样进行击实，测定各试样相行击实，测定各试样相应的含水量应的含水量w和干密度和干密度d，然后绘制含水量与，然后绘制含水量与干密度关系曲线，即得干密度关系曲线，即得击实曲线击实曲线，曲线峰值点，曲线峰值点对应的即为最优含水量对应的即为最优含水量wop和最大干密度和最大干密度dmax 。图图2-13 含水量干密度曲线含水量干密度曲线击实功：击实功：击实功越击实功越大，最大干密度越大，最大干密度越大，最优含水率越大，最优含水率越小；小；粘粒含量：粘粒含量：粘粒含粘粒含量越少，最大干密量越少，最大干密度越大；度越大；颗粒级配：颗粒级配：颗粒级颗粒级配越均匀

18、，击实效配越均匀，击实效果越差。果越差。0d击数击数403020饱和线饱和线压实效果压实度 为便于工地现场压实质量控制，工程上常采用压实度为便于工地现场压实质量控制，工程上常采用压实度Dc 来控制：来控制： Dc 值越接近值越接近1，则表示对压实质量要求越高。对高速公，则表示对压实质量要求越高。对高速公路主要受力层，要求路主要受力层，要求Dc 值达值达0.95；对；对I、II级土石坝，级土石坝，Dc 值值应达应达0.95 0.98。 maxddcD理论饱和曲线定义：土处于饱和状态下的干密度定义：土处于饱和状态下的干密度d与含水量与含水量w的关系的关系曲线。由曲线。由Sr = 100%，e =

19、wGs，可得，可得理论饱和曲线理论饱和曲线方方程为：程为： 土压实到土压实到dmax时，其饱和度一般为时，其饱和度一般为80。因此，因此，压实曲线只能位于理论饱和曲线的下方，不可能与压实曲线只能位于理论饱和曲线的下方，不可能与之相交。之相交。 采用采用室内击实试验室内击实试验来模拟来模拟现场压实现场压实是半经验法。是半经验法。sssdwGe11理论ewGeVVSswvwrws1.6 土的工程分类一、分类的目的和原则一、分类的目的和原则 土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在成一定的类别，目的在于通

20、过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。验的交流。分类原则：分类原则：1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便测定方法简单，使用方便2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性工程用土的不同特性二、分类体系与方法二、分类体系与方法 分类体系：分类体系：2.建筑工程系统分类体系建筑工程系统分类体系1.工程材料系统分类体系工程材料系统分类体系侧重把土作为建

21、筑地基和环境，研究对象为侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土原状土，例如：建筑地基基础设计规范例如：建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)地地基土分类方法基土分类方法侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为工程。研究对象为扰动土扰动土，例如：土的分类标准，例如：土的分类标准(GBJ145-90)工程用土的分类和公路土工试验规程工程用土的分类和公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类土的工程分类三、三、土的分类标准土的分类标准(GBJ14590) 根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、根据各粒

22、组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类粗粒土和细粒土四大类a.巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土的分类 巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于区分。若土中巨粒含量多于50%, ,属于巨粒土；若土中巨属于巨粒土；若土中巨粒含量在粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土之间，属于含巨粒土b.粗粒土的分类粗粒土的分类 巨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。粗粒，属于粗粒土。粗粒土分为砾

23、类土和砂类土两类，砾粒组质量多于总质量土分为砾类土和砂类土两类，砾粒组质量多于总质量50%50%的土称为砾类土的土称为砾类土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的细粒含量多于或等于的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。的土属于细粒土。图中液限为图中液限为17mm液限液限细粒土按塑性图进行细分细粒土按塑性图进行细分2.建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002) 粉土粉土：d 0.075mm的颗粒含量小于等于的颗粒含量小于等于50全重且全重且IP10的土，的土，分 为 砂 质 粉 土 （分 为 砂 质

24、粉 土 （ d 0 . 0 0 5 m m 1 0 % ） 、 粘 质 粉 土） 、 粘 质 粉 土（ d10%）地基土地基土工程分类工程分类碎石土碎石土：粒径大于：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50的土的土 分为：分为：漂、块石；卵、砾石；圆、角砾（表漂、块石；卵、砾石；圆、角砾（表1-15）。粒组含量由大）。粒组含量由大至小以最先符合者确定至小以最先符合者确定砂土砂土：粒径大于：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50且粒径大且粒径大于于0.075mm的的 颗粒超过全重颗粒超过全重50的土的土 分为砾砂、粗、中、分为砾砂、粗、中、细细砂、粉砂（表砂、粉砂（表1-16）粘性土粘性土：IP10的土的土,按按IP分为：粉质粘土（分为：粉质粘土（1017) 表表1-17土的名称土的名称漂石漂石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