土力学-土的组成性质及工程分类

1、第二章：土的组成性质和工程分类第二章：土的组成性质和工程分类2.1 概述概述(summary)1、 土的生成和演变土的生成和演变 矿物和岩石矿物和岩石(mineral and rock)矿物的种类:原生矿物原生矿物：通常由岩浆冷凝而成，如石英、长石、角闪石、辉石、云母等。 次生矿物次生矿物：通常由原生矿物风化产生，如长石风化产生高岭石；辉石或角闪石. 主要造岩矿物主要造岩矿物(main making rock mineral) 岩石的类型和性质岩石的类型和性质(types and qualities of rock) 第四纪沉积层第四纪沉积层(Quaternary deposit format

2、ion)地表的岩石经风化，剥蚀成岩屑，又经搬运，沉积而成的沉积物。这类沉积物,年代不长,未经压紧硬结成岩石之前，呈松散状态，称第四纪沉积物，即称第四纪沉积物，即“土土”。根据搬运和沉积的情况不同，第四纪沉积层分以下几种类型：“ 残积层残积层(eluvium) 坡积层坡积层(slope wash) 洪积层洪积层(diluvium; pluvium; proluvium) 冲积层冲积层(alluvium) 海湖沉积层海湖沉积层(marine deposit)2 不良地质条件不良地质条件:断层断层 、 节理发育节理发育、 山坡滑动等山坡滑动等3 地下水地下水(underground water) 地

3、下水对工程的影响地下水对工程的影响 地下水的分类地下水的分类 地下水位地下水位:地下水位面通常指地下水位面通常指潜水位面潜水位面 4 地下水的运动地下水的运动 达西定律达西定律(Darcys law) 基本表达式：v=k i 式中： i 代表水头梯度或水力坡降; k代表土的渗透渗透系数，系数，cm/s ,不同土质，k值不同。对比如下:如: 卵石卵石 (1-6) 10-1 细砂细砂 (1-6) 10-3 粘土粘土1.0)湿陷性。湿陷性：指黄土在天然湿度下，有很大的硬度和强度；但由于黄土中含有较多可溶性的盐类，故而受水浸蚀损，发生崩解，造成黄土产生很大的变形，引起地基的不均匀沉降，导致建筑物的破坏

4、.2.2.3 土的沉积与成岩作用（自学）土的沉积与成岩作用（自学）2.3 土的物质组成土的物质组成2.3.1 三相体的概念三相体的概念三相体的定义：三相体的定义：土是由固体颗粒、液体水和气体三部分组成的，这就是三相体的概念；有的时候，土只有二相：如饱和土：只有固相和液相（孔隙完全充满水）。干土：只有固相和气相（液体蒸发，孔隙中充满气体）。影响因素影响因素：土是天然产物，必然会遭到自然环境的影响。例如：天气和晴雨、季节的变化（温度高低）、地下水位的升降等等。三相组成改变，土的工程性质必然改变。三相组成与工程性质的关系三相组成与工程性质的关系干粘土：坚硬；干砂：松散；湿粘土：具有可塑性；饱和细砂：

5、受振动荷载后可产生液化,厂房地基、地震区地基应避免采用这种地基，因这种地基的承载力可能会突然丧失（第十一章）饱和粘土：这种地基完成固结沉降需要的时间很长，因排水期长。由此可见，土的三相组成不同，其工程性质差异很大。因此研究土的工种性质应从土的最基本的三相组成开始。研究土的工种性质应从土的最基本的三相组成开始。2.3.2 土的固体颗粒土的固体颗粒(Solid grain)1.土粒的矿物成份土粒的矿物成份(mineralogical ingredients)在土的三相组成中，土的矿物成份是决定土的工程性质的主要因素。 原生矿物原生矿物(primary minerals)：由岩石经过物理风化作用而成

6、，其成份和母岩相同，存在于粗颗粒土中，如石英、云母、长石等。 次生矿物次生矿物(secondary minerals)：经物理风化的岩屑又经化学风化，形成次生矿物，其成份不同于母岩，是一种新矿物，颗粒细微。存在于细粒土中。如：蒙脱石、伊利石、高岭石等。 有机质有机质(organic matter)：动植物的残骸溶于水中，成为土颗粒的一部分，使土的压缩性增强。 原因：原因：（这种物质溶于水中会减弱电分子之间的吸引力，使土粒在外力作用下易于移动，因而增大了土的压缩性）例：淤泥、淤泥质土淤泥、淤泥质土便是含在大量有机质的土，工程上最忌讳用这种土做地基，因为其强度很低、透水性极差、压缩性很大。压实地基

7、时所用的回填土，对其含量严格限制（35）2.粒度成份：粒度成份：(granularity ingredients) 宏观上讲：土的颗粒有大有小，大的可以达到d200mm的溧石，小的可以小到d0.005mm的粘粒。土的颗粒大小不同，其工程性质也各不相同，为了研究方便，人们人为的将土按颗粒大小分为人们人为的将土按颗粒大小分为六组六组，称为称为粒组粒组(fraction)，而在每个粒组内，工程性质是，而在每个粒组内，工程性质是相似的。相似的。 天然土往往是由几种粒组组成的混合物混合物，颗粒有粗有细。 土颗粒大小和土的工程性质的关系：土颗粒愈粗，土的压缩性愈小，强度愈高，透水性愈好，工程性质优良；土颗

8、粒愈细，土的压缩性愈大，强度愈低，孔隙愈小，透水性愈差，不良地基。3.颗粒级配颗粒级配(grain gradation; grain grading)1 定义：定义：用土中各粒组的相对含量占总重量的百用土中各粒组的相对含量占总重量的百分数表示颗粒的含量多少。分数表示颗粒的含量多少。是无粘性土分类定是无粘性土分类定名的标准。名的标准。那么，一个天然土样，如何知道各那么，一个天然土样，如何知道各粒组的相对含量大小呢？粒组的相对含量大小呢？2 测定方法：测定方法： 筛分法（主要用于粗粒土）：筛分法（主要用于粗粒土）：适用于适用于d0.0750.075mm的土，用一套标准筛，对粗粒的土，用一套标准筛，

9、对粗粒土进行筛分，原理很直观；（入料、振动、土进行筛分，原理很直观；（入料、振动、秤重）秤重） 比重计法（主要用于细粒土）：比重计法（主要用于细粒土）：又叫水分又叫水分法，适用于法，适用于d0.075mm的土；的土； 原理原理：根据土颗粒直径大小不同，在水中沉：根据土颗粒直径大小不同，在水中沉降的速度也不同的特性，用一种特定的比降的速度也不同的特性，用一种特定的比重瓶测定土颗粒含量；重瓶测定土颗粒含量； 对于实际工程中的土样，配合使用这两种对于实际工程中的土样，配合使用这两种方法，就可以测出土的颗粒级配，从而对方法，就可以测出土的颗粒级配，从而对土分类、定名。土分类、定名。(d0.0750.0

10、75mm的筛分；的筛分；d0.075mm的水分的水分4.级配曲级级配曲级(gradation curve) 定义：以土粒直径定义：以土粒直径d为横坐标为横坐标,以小于某粒径的土的重以小于某粒径的土的重量占全重的百分数为纵坐标量占全重的百分数为纵坐标,绘制的表示土颗粒含量的绘制的表示土颗粒含量的曲级。一般用半对数尺寸曲级。一般用半对数尺寸log d表示横坐标表示横坐标(特点：特点：log200-log2; log20-log2; log2-log0.02相同相同)限定粒径限定粒径(Constrained diameter)：与曲线上纵坐标为60所对应的粒径称为限定粒径，用d60表示。有效粒径有效

11、粒径(有效粒径，用d10 表示。 d60和d10的比值称为土的不均匀系数Cu,曲率系数Cc为表示土颗粒组成的又一特征。不均匀系数不均匀系数Cu(coefficient of uniformity) Cu5且Cc=13为级配良好；不同时满足上述要求，为级配不良。（老标准老标准：当Cu10时（本质： d60和d10相差较远 ），曲线平缓，表示土质不均匀，级配良好，工程性质优良。）6010udCd2306010cdCdd例：用筛分法确定土的颗粒级配并绘级配曲线例：用筛分法确定土的颗粒级配并绘级配曲线W1000g的土全部通过筛孔的土全部通过筛孔10mm的筛子；留在筛孔的筛子；留在筛孔5mm筛子筛子上的

12、颗粒上的颗粒50g；留在筛孔；留在筛孔1.0mm的筛子上的颗粒重量的筛子上的颗粒重量400g；留；留在筛孔在筛孔0.5mm筛子上的重量筛子上的重量100g，留在筛孔，留在筛孔0.25mm筛孔上的筛孔上的重量为重量为150g，留在筛孔，留在筛孔0.075mm筛子上的重量为筛子上的重量为130g。 解：d10mm的土重量1000g，占全重100%，试验点 A(10mm,100%) d5mm的土重量950g，占全重95%，试验点B(5mm,95%) d2mm的土重量800g，占全重80%，试验点C(2mm,80%) d1mm的土重量400g，占全重40%，试验点D(1mm,40%) d0.5mm的土

13、重量300g，占全重30%，试验点E(0.5mm,30%) d0.25mm的土重量150g，占全重15%，试验点F(0.25mm,15%) d0.075mm的土重量30g，占全重3%，试验点G(0.075mm,3%)可绘出级配曲线P10-P13例2.1、2.2 前面重要概念前面重要概念土的生成过程土的生成过程 三大风化作用三大风化作用 土的六大特性土的六大特性 三相体的概念三相体的概念固相固相-由各种矿物组成的土颗粒部分由各种矿物组成的土颗粒部分:粒组粒组 颗粒级配颗粒级配 级配曲线级配曲线 限定粒径限定粒径 有效粒径有效粒径 不均匀系数不均匀系数 曲率系数曲率系数 2.3.3 土中水土中水(

14、water in soil)土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液态水对其性质影响最大。态水对其性质影响最大。液态水主要有结合水和自由水二种形式液态水主要有结合水和自由水二种形式1.结合水结合水:解释结合水膜的概念解释结合水膜的概念 包括强结合水和弱结合水：包括强结合水和弱结合水：强结合水强结合水(strong boun

15、d water) (吸着水：吸着水：absorbed water):紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约1000个大气压，厚度个大气压，厚度0.003m (1m=10-3mm)大约几个水分子层厚，大约几个水分子层厚，特性特性：显示固体的性质，显示固体的性质，极大的粘滞性、弹性和抗剪强度极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不不传递静水压力。冰点很低，传递静水压力。冰点很低，00C不冻结，不冻结，1000C不蒸发，不能不蒸发，不能溶解盐类；溶解盐类；粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含量极少量极少,仅含强

16、结合水的砂土呈散粒状态；仅含强结合水的砂土呈散粒状态；参见参见P19土中水矿物中的结合水土孔隙中的水土粒表面结合水非结合水强结合水弱结合水液态水气态水(水蒸气)固态水(冰)重力水或自由水毛细水弱结合水弱结合水(weak bound water) (又称薄膜水又称薄膜水:film water,pellicular water):紧靠紧靠强结合水的外侧强结合水的外侧，吸附力稍低，厚度稍大，吸附力稍低，厚度稍大，0.5m.特性：特性：呈粘滞状态，不传递静水压力，不能自由流动，呈粘滞状态，不传递静水压力，不能自由流动，但有但有一定的活动能力一定的活动能力。在较强的外电场作用下，薄膜。在较强的外电场作用

17、下，薄膜水可以缓慢流动，自厚的部位向薄的部位作被充移动，水可以缓慢流动，自厚的部位向薄的部位作被充移动，弱结合水对粘性土的性质影响最大弱结合水对粘性土的性质影响最大.弱结合水使湿粘土具有可塑性，并减小其抗剪强度；粘弱结合水使湿粘土具有可塑性，并减小其抗剪强度；粘性土的一系列物理、力学性质都与弱结合水有关；砂性土的一系列物理、力学性质都与弱结合水有关；砂性土由于矿物成份不同及土粒比表面积较小，吸着力性土由于矿物成份不同及土粒比表面积较小，吸着力差，故可认为差，故可认为砂土不含弱结合水砂土不含弱结合水。2.自由水自由水在土粒表面电场的影响范围之外，服从重力规律的土中孔隙水，称自由水。在土粒表面电场

18、的影响范围之外，服从重力规律的土中孔隙水，称自由水。特性：不能抗剪，能传递静水压力，在重力作用下能在土体孔隙中由高处特性：不能抗剪，能传递静水压力，在重力作用下能在土体孔隙中由高处向低处自由流动，具有溶解盐类的能力，自由水按移动时受力不同分向低处自由流动，具有溶解盐类的能力，自由水按移动时受力不同分:重力水重力水(gravitational water):指在土孔隙中受重力作用而自由流动的水。存在于地下水位面以下的透水指在土孔隙中受重力作用而自由流动的水。存在于地下水位面以下的透水中。特性：具有溶解和潜蚀作用。（潜蚀：水流把土体粗粒孔隙中充填中。特性：具有溶解和潜蚀作用。（潜蚀：水流把土体粗粒

19、孔隙中充填的细粒土带走，破坏土的结构，形成地表塌陷、陶空）的细粒土带走，破坏土的结构，形成地表塌陷、陶空）1.传递静水压力并具有浮力传递静水压力并具有浮力2.运动时服从流体力学规律运动时服从流体力学规律3.对土的物理、力学性质影响较大，尤其对于粘性土，重力水会使对土的物理、力学性质影响较大，尤其对于粘性土，重力水会使其强度降低，压缩性增大。其强度降低，压缩性增大。对工程性质的影响：对工程性质的影响：1.使土中应力状态发生变化使土中应力状态发生变化2.引起建筑物附加沉降（当水位面下降的时候）引起建筑物附加沉降（当水位面下降的时候）3.对基坑开挖产生很大影响对基坑开挖产生很大影响毛细水毛细水(ca

20、pillary water):指同时受到表面张力和重力作用而指同时受到表面张力和重力作用而移动的自由水。存在于水位面以上的透水层中（原因：土移动的自由水。存在于水位面以上的透水层中（原因：土中孔隙形成的对水的表面张力往往大于重力），也存在于中孔隙形成的对水的表面张力往往大于重力），也存在于不饱和土的较大孔隙中。不具有浮力作用不饱和土的较大孔隙中。不具有浮力作用.毛细作用毛细作用(capillarity): 土粒和土粒接触点上水对土粒的润湿作用形成环状弯液面。土粒对水形成所谓土粒和土粒接触点上水对土粒的润湿作用形成环状弯液面。土粒对水形成所谓表面张力，这种张力反作用于土粒，使土粒之间由于这种作用

21、（毛细压力）而表面张力，这种张力反作用于土粒，使土粒之间由于这种作用（毛细压力）而挤紧，水与土粒之间的这种相互作用称毛细作用。挤紧，水与土粒之间的这种相互作用称毛细作用。张力的概念：张力的概念：液体和气体接触面上存在的一种有使液体离开趋势的力，这种液体和气体接触面上存在的一种有使液体离开趋势的力，这种力就是张力，其作用使液表面发生弯曲。力就是张力，其作用使液表面发生弯曲。土粒之间的孔隙相互贯通，形成无数不规则的毛细管，在表面张土粒之间的孔隙相互贯通，形成无数不规则的毛细管，在表面张力的作用下，毛细水沿着不规则的毛细管上升，形成毛细上升力的作用下，毛细水沿着不规则的毛细管上升，形成毛细上升带。在

22、工程中，应注意毛细水上升的速度和高度，这对建筑物带。在工程中，应注意毛细水上升的速度和高度，这对建筑物的底层防潮，及地基土的浸湿、冻胀都有重要影响。的底层防潮，及地基土的浸湿、冻胀都有重要影响。2.3.4 土中气土中气(air in soil)土的孔隙中未被水占据的部分都是气体。土的孔隙中未被水占据的部分都是气体。包括：1)自由气体自由气体(free air)：指土的孔隙中与大气相连通的气体，指土的孔隙中与大气相连通的气体，当土体压缩时，自由气体逸出，对工程无很大影响。当土体压缩时，自由气体逸出，对工程无很大影响。2)封闭气体封闭气体(entrapped air)：:这部分气体与大气隔绝，以这

23、部分气体与大气隔绝，以封闭气泡的形式存在于粘性土中，当土体压缩时，封闭封闭气泡的形式存在于粘性土中，当土体压缩时，封闭气泡被压小。封闭气泡愈多，土的压缩性就愈大，工程气泡被压小。封闭气泡愈多，土的压缩性就愈大，工程性质越差；而且封闭气泡愈多，土的透水性也会变差。性质越差；而且封闭气泡愈多，土的透水性也会变差。问题问题： 测定无粘性土颗粒级配的方法？测定无粘性土颗粒级配的方法？ 土体压缩的本质？土体压缩的本质？ 如何用如何用Cu,Cc评价土的工程性质？评价土的工程性质？ 土的工程性质与颗粒级配之间的关系？土的工程性质与颗粒级配之间的关系？ 弱结合水对粘性土的工程性质影响如何弱结合水对粘性土的工程

24、性质影响如何?2.4 土土-水水-电解质系统及其相互作用（自学）电解质系统及其相互作用（自学） 1、土的触变性与陈化、土的触变性与陈化 2.5 土的结构（参见土的结构（参见P31、自学）、自学） 1、土的微观结构；、土的微观结构； 2、土的宏观结构、土的宏观结构2.6.1 土的三相草图土的三相草图土的物理性质指标土的物理性质指标(physical character indexes of soil) 在地基基础设计中，确定地基承载力在地基基础设计中，确定地基承载力f是依据土的物是依据土的物理性质。前面又提到，土是固、液、气组成的三相体。理性质。前面又提到，土是固、液、气组成的三相体。这三相在体

25、积和重量上的比例关系反映着土的干燥和这三相在体积和重量上的比例关系反映着土的干燥和湿润、坚硬和软弱、密实与松散等等性质，是评价土湿润、坚硬和软弱、密实与松散等等性质，是评价土的工程性质的的工程性质的最基本的性能指标最基本的性能指标。所以所以土的三相在体积和重量上的比例关系称为土的三土的三相在体积和重量上的比例关系称为土的三相物理指标相物理指标。为了方便于研究，人们人为的将土体中为了方便于研究，人们人为的将土体中实际上是均匀分散的三个相体理想化的各自集合起来，实际上是均匀分散的三个相体理想化的各自集合起来，画成三相草图，以便讨论土体三相之间的画成三相草图，以便讨论土体三相之间的定量关系定量关系。

26、2.6土的物理性质指标土的物理性质指标(physical character indexes of soil)m：土的总质量土的总质量 mW：土中水的质量：土中水的质量 ma：土中气体的质量、：土中气体的质量、可忽略可忽略ms：土中固体颗粒质：土中固体颗粒质量量 v：土的总体积：土的总体积 va：土中气体的体积：土中气体的体积 vw：土中水的体积：土中水的体积 vs：中固体颗粒的体：中固体颗粒的体积积vv：土中孔隙的体积：土中孔隙的体积 vvvwvs 2.6.2三相基本物理指标三相基本物理指标(三个三个)1容重容重(unit weight)：实测指标实测指标 (密度密度: : 实测指标实测指标

27、)物理意义：表示土的松密程度：物理意义：表示土的松密程度：单位体积土的重量单位体积土的重量：单位体积土的质量单位体积土的质量常见值：常见值：=(1.6=(1.62.2)g/cm2.2)g/cm3 3,=(16,=(1622)kn22)kn/m/m3 3测定方法：测定方法：粘性土采用粘性土采用环刀法环刀法1)设计中：取土样设计中：取土样,在施工现场钻机开孔取一土柱体，放入铅在施工现场钻机开孔取一土柱体，放入铅盒，用布包好，并用蜡封好，带回试验室，并避免扰动，盒，用布包好，并用蜡封好，带回试验室，并避免扰动，用环刀法测定。用环刀法测定。2)教学上：教学上：试验室采用重塑土样（老师事先制好放在一个大

28、试验室采用重塑土样（老师事先制好放在一个大玻璃皿中），用环刀切下去，并用削土刀把上下抹平，秤玻璃皿中），用环刀切下去，并用削土刀把上下抹平，秤重。重。土体积环刀体积；土样重量（环刀土样重）土体积环刀体积；土样重量（环刀土样重）- 环刀重环刀重土样重量土样体积土样重量土样体积 取取3 3次平均值即为所求。次平均值即为所求。3)现场条件下的粗粒土（有时施工现场急于了解土的重度时）现场条件下的粗粒土（有时施工现场急于了解土的重度时） 灌砂法或灌水法灌砂法或灌水法3/(/)MW gkg mVV2.天然含水量天然含水量w (natural moisture content) ：实测指标实测指标 物理意义

29、：表示土中含水的多少，物理意义：表示土中含水的多少，反映土的湿度。反映土的湿度。表达式：表达式：常见值：砂土：常见值：砂土：040%；粘性土：；粘性土：(2060)%土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。测定方法：测定方法：烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土）烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土） 取代表性试样取代表性试样1520g放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控制放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控制105-110，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。（湿土盒重）（干土盒重）水重（湿土盒

30、重）（干土盒重）水重（mw）（干土盒重）（干土盒重） 盒重盒重 干土重（干土重（ms）.酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此法）法）试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针将试样调拌均匀，重复将试样调拌均匀，重复3次，可认为土中水全部挥发，求解次，可认为土中水全部挥发，求解mw , ms 及及w.铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样35kg，称重，称重后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算

31、后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算mW , ms 及及w，原理直观。原理直观。100%WWSSWMwWM3.土粒比重土粒比重G(dS) (specific gravity of solid particles)： 实测指标实测指标物理意义：土中固体矿物的质量物理意义：土中固体矿物的质量与同体积纯水的质量的比值。与同体积纯水的质量的比值。表达式：表达式： ds mS / vs *W W ds mS /（ mS +m1- m2）*W W式中：式中：mS ：干土的质量；（：干土的质量；（ mS +m1- m2）：表示与干土同体积的）：表示与干土同体积的纯水的质量。纯水的质量。m1：瓶与水

32、的总质量；：瓶与水的总质量； m2瓶、水、土的总质量；瓶、水、土的总质量；W W：4C纯水的密度；纯水的密度； 常见值：常见值：砂土：砂土：2.652.69;粘性土：粘性土：2.722.75;2.75;粉土：粉土：2.702.702.712.71土粒比重土粒比重G的大小，取决于土的矿物成份的大小，取决于土的矿物成份。测定方法：测定方法：比重瓶法比重瓶法（工程上（工程上G均采用实测数值）均采用实测数值） 100ml玻璃制的比重瓶，将烘干玻璃制的比重瓶，将烘干15g的试样放入瓶中，并用的试样放入瓶中，并用11000精度的天平称瓶加干土质量。注入半瓶纯水后煮沸小时左精度的天平称瓶加干土质量。注入半瓶

33、纯水后煮沸小时左右以排除土中气体，冷却后将纯水注满比重瓶，再称总质量和右以排除土中气体，冷却后将纯水注满比重瓶，再称总质量和瓶内水温计算而得。瓶内水温计算而得。* *：经验法；因各种土的土粒比重值相差不大，仅小数点后第二位不同。若：经验法；因各种土的土粒比重值相差不大，仅小数点后第二位不同。若当地已进行了大量土粒比重试验，则往往采用经验值。但新到一地区则当地已进行了大量土粒比重试验，则往往采用经验值。但新到一地区则必须采用试验实测值必须采用试验实测值。SssswwWMGVM2.6.3 反映土中含水程度的指标（换算指标）反映土中含水程度的指标（换算指标）1)含水量（略）含水量（略）2)土的饱和度

34、土的饱和度Sr(degree of saturation)物理意义：物理意义：土的饱和度土的饱和度表示孔隙被水充满的表示孔隙被水充满的程度。程度。常见值：常见值：Sr=0100%确定方法：确定方法：由由(),w,G计算而得。计算而得。工程应用：工程应用：砂土和粉土砂土和粉土以其作为其湿度的划以其作为其湿度的划分标准。分标准。100%WWSSWMwWMwrvVSV2.6.4 特定条件下土的重度（密度）特定条件下土的重度（密度）1)土的干重度土的干重度d d（d d干密度）干密度）(dry unit weight)物理意义：单位体积的土，水分烘干后的重量物理意义：单位体积的土，水分烘干后的重量（质

35、量）。常见值：（质量）。常见值：d d= (1320)kn/m3,d d= (1320)g/cm3工程应用：工程应用：d d土体压实质量控制标准。土体压实质量控制标准。d d，土体压实质量愈高土体压实质量愈高测定方法：测定方法：a.大环刀法大环刀法 环刀容积环刀容积500cm3,其余其余同环刀法同环刀法. b.放射性同位素法放射性同位素法(可代替环刀法可代替环刀法,提高效率提高效率20倍倍)2)土的饱和重度土的饱和重度sat(饱和密度饱和密度satsat) )物理意义：孔隙中全部充满水时，单位体积土的重量物理意义：孔隙中全部充满水时，单位体积土的重量（质量）（质量）常见值：常见值：satsat

36、= =（2.3）g/cmg/cm3 3; ; sat=(1823)kn/m33)土的有效重度土的有效重度（）物理意义：指地下水位面以下，土体受水的浮力作用时，物理意义：指地下水位面以下，土体受水的浮力作用时，单位体积土的重量（质量）。单位体积土的重量（质量）。常见值：常见值：=(8=(813)kn13)kn/m/m3 3, , =(0.8=(0.81.3)g/cm1.3)g/cm3 3sdWVSvwsatWVVsatw2.6.5 反映土的松密程度的指标反映土的松密程度的指标1)孔隙比孔隙比e (void ratio) 物理意义：土中孔隙体积与固体颗粒的物理意义：土中孔隙体积与

37、固体颗粒的体积之比体积之比 常见值：砂土：常见值：砂土：e = 0.5-1.0，当，当e1.0时，软时，软弱地基。弱地基。 确定方法：由确定方法：由, G及及w实测值计算而得，实测值计算而得，建筑工程中应用很广，是确定地基承载建筑工程中应用很广，是确定地基承载力的重要指标（第七章讲述）力的重要指标（第七章讲述）2)孔隙度（率）孔隙度（率）n (porosity) 物理意义：表示土中孔隙大小的程度，物理意义：表示土中孔隙大小的程度，为土中孔隙体积占总体积的百分比。为土中孔隙体积占总体积的百分比。 常见值：常见值：n = (3050)% 确定方法：由确定方法：由,G, w 换算而得，与换算而得，与

38、e相相比，比，n在工程上应用较少。在工程上应用较少。vsVeV100%vVnV小 结 共共9 9个个物理性质物理性质指标指标: : 3 3个实测指标个实测指标（独立指标），也称为三个基本指（独立指标），也称为三个基本指标，标，: : w G(dS) 6 6个换算指标个换算指标: :e n se n sr r d d sat 均可由上述均可由上述3 3个个指标换算而得，指标换算而得， 9 9指标中只有指标中只有3 3个是独立的。换算的媒介是三相草图。个是独立的。换算的媒介是三相草图。 各指标换算关系参见表各指标换算关系参见表2.82.8m：土的总质量土的总质量 mW：土中水的质量：土中水的质量

39、ma：土中气体的质量、：土中气体的质量、可忽略可忽略ms：土中固体颗粒质量：土中固体颗粒质量 v：土的总体积：土的总体积 va：土中气体的体积：土中气体的体积 vw：土中水的体积：土中水的体积 vs：中固体颗粒的体积：中固体颗粒的体积vv：土中孔隙的体积：土中孔隙的体积 vvvwvs 指标换算（最基本的技能之一，要求熟练掌握）指标换算（最基本的技能之一，要求熟练掌握）首先绘制三相草图，而后根据三个已知指标数值和各未知首先绘制三相草图，而后根据三个已知指标数值和各未知物理指标的定义式物理指标的定义式列出方程列出方程，把三相草图左侧质量和右侧，把三相草图左侧质量和右侧的体积一共的体积一共8 8个未

40、知量个未知量，逐个计算出来并，逐个计算出来并填入草图填入草图，再由，再由各 未 知 指 标 的 定 义 式各 未 知 指 标 的 定 义 式 求 解 未 知 指 标 。求 解 未 知 指 标 。问题的提出问题的提出: : 已知已知,w, ds三个实测指标三个实测指标, ,求解其它六个指求解其它六个指标标. .1.求未知数求未知数m, ms, mw, Va, Vs, Vv , Vw, V(共共8个个)据定义式列方程：据定义式列方程：= m/v= m/v(1) mw= Vww w (7 )ds=ms/vs/w. (2 ) m = ms+mw ( 4 )w =mw/ms . (3 ) Vv = Va

41、+ Vw. ( 6 )V = Va+ Vw+ Vs( 5) V = 1(补充补充) ( 8 )列出列出8个独立方程，下面求解各未知量。个独立方程，下面求解各未知量。例题1 (参见P48)例例2：已知：已知 1,(,)sswVGw g已知已知?WwavWVVVeS求:W: (1):SsswWGV解已知ssswWGVswG(2):WSWwW已知wSWwWswwG(3):WwwWV已知swwwGswG(4):WV已知1SWWWe1s ws wGwGe(1)1sww Ge(1)1sww Geg (5):vsVeV已知1vVVsvVVV1e avwVVVsewG 解：解：3.:1dw例求证1(1)WwV

42、w(1)SWWWVw(1)(1)WSWwWSWwVwSWVdsrG wSe作业:求证2.7土的物理状态指标土的物理状态指标(physical state indexes of soil)2.7.1 无粘性土的密实度无粘性土的密实度(compactness) 无粘性土主要指砂土和碎石土，这类土由于缺乏粘土矿物，无粘性土主要指砂土和碎石土，这类土由于缺乏粘土矿物，呈呈单粒结构，它们最主要的物理状态指标是单粒结构，它们最主要的物理状态指标是密实度密实度，密实度划分，密实度划分的的标准如下：标准如下： 优缺点分析：优缺点分析：优点：优点：应用方便（用一个单值参数应用方便（用一个单值参数e）同一种土，密

43、砂的孔隙比）同一种土，密砂的孔隙比e，松砂的孔，松砂的孔隙比隙比e小，则必然小，则必然ee，即密砂的孔隙比反而大于松砂的孔隙比。，即密砂的孔隙比反而大于松砂的孔隙比。结论：结论：同一种土，可用同一种土，可用e衡量其密实度，但不同种的土，不能用衡量其密实度，但不同种的土，不能用e衡量。衡量。 密 实 度 土 的 名 称 密 实 中 密 稍 密 松 散 砾 砂 、 粗 砂 、 中 砂 e 0 .6 0 0 .6 0 e 0 .7 5 0 .7 5 0 .8 5 细 砂 、 粉 砂 e 0 .7 0 0 .7 0 e 0 .8 5 0 .8 5 0 .9 5 2)相对密度相对密度Dr标准标准e：土在

44、天然状态下的孔隙比。：土在天然状态下的孔隙比。 emin(emax)：土在最密实（最松散）：土在最密实（最松散）状态下的孔隙比。均由试验测出。状态下的孔隙比。均由试验测出。一般：一般：Dr愈大，土愈密实；反之，土愈松散。愈大，土愈密实；反之，土愈松散。P48中部中部 给出了用给出了用Dr衡量砂土密实度的标准。衡量砂土密实度的标准。优缺点分析：优缺点分析：优点：优点：理论上较完善，能反映土的粒径级配；理论上较完善，能反映土的粒径级配；（原因：不同矿物成份，不同颗粒级配，不同粒度成份（原因：不同矿物成份，不同颗粒级配，不同粒度成份的砂土，其的砂土，其emax 、emin均不相同，所以均不相同，所以

45、Dr比比e能全面反能全面反映上述各种因素）映上述各种因素）缺点：缺点：测定测定emax 、emin的方法不够完善，存在较大主观的方法不够完善，存在较大主观性，因此导致用衡量无粘性土密实度的方法并不普遍。性，因此导致用衡量无粘性土密实度的方法并不普遍。换句话讲，换句话讲，Dr本身的表达式没什么问题，但测定本身的表达式没什么问题，但测定emax 、emin的方法有待进一步的改善，使其更加科学。的方法有待进一步的改善，使其更加科学。maxmaxminreeDee 评价：评价： 优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善 缺点：缺点：emax和和emin难

46、以准确测定难以准确测定0.671rD密实0.330.67rD中密00.33rD松散3) 标准贯如入试验标准贯如入试验（标贯锤击数（标贯锤击数(N63.5) (Standard Penetration TestSPT):一种一种原位测试原位测试，起源于美国：用锤重，起源于美国：用锤重140磅磅(63.5kg)，落距，落距30寸寸(76.2cm)，将一标贯器，将一标贯器打入土中打入土中1尺尺(30.48cm)，并记录所需锤击数，并记录所需锤击数(N63.5)。一般：一般： N63.5，说明土体愈密实，说明土体愈密实 N63.5，说明土体愈松散，说明土体愈松散因此，因此， N63.5的大小反映了土的

47、贯入阻力的的大小反映了土的贯入阻力的大小，也即反映了土密实度的大小。大小，也即反映了土密实度的大小。特点：特点：SPT快速、准确、原位测试，应用很快速、准确、原位测试，应用很广泛广泛。总结：以上即是总结：以上即是无粘性土的物理状态指标无粘性土的物理状态指标：天然孔隙比天然孔隙比e e，相对密度，相对密度Dr, SPT的的 N63.5 建筑地基基础规范建筑地基基础规范规定：规定： 63.5kg锤，升到锤，升到76cm高，自由落下，使标准贯入器入土深高，自由落下，使标准贯入器入土深度度30cm，所需锤数为，所需锤数为N63.563.510N松散63.51015N稍密63.51530N中密63.53

48、0N密实2.7.2. 粘性土的物理特征粘性土的物理特征(physical characters of cohesive soil) 如果说如果说密实度密实度体现了体现了无粘性土无粘性土的物理状态，那么的物理状态，那么稠度稠度则体则体现了现了粘性土粘性土的物理特征。具体如下的物理特征。具体如下: 1 .界限含水量界限含水量(bounding moisture content) 粘性土由某一状态转入另一状态的分界含水量，称为土的粘性土由某一状态转入另一状态的分界含水量，称为土的界限含水量界限含水量。SPLWWWw固 态半 固 态可 塑 态流 态2)液限液限(Liquid Limit LL)- W

49、WL L粘性土由液态变化到塑态的界限含水量用表示粘性土由液态变化到塑态的界限含水量用表示Wl测定方法：国外（欧美、日本）用蝶式液限仪；测定方法：国外（欧美、日本）用蝶式液限仪； 过去国内：过去国内：锥式液限仪锥式液限仪。操作步骤：（锥式液限仪重操作步骤：（锥式液限仪重76g）先制备糊状土样，如图所示备好）先制备糊状土样，如图所示备好1)手持液限仪顶部的小柄，将圆锥体的锥尖置于土样中部表面，松手持液限仪顶部的小柄，将圆锥体的锥尖置于土样中部表面，松手，让其自由下落，并沉入土中；（一般手，让其自由下落，并沉入土中；（一般15s）2)若液限仪沉入土中，锥尖刻度（在离锥尖若液限仪沉入土中，锥尖刻度（在

50、离锥尖10mm处有一刻度）恰处有一刻度）恰好与土样表面齐平，则此土样的含水量即为液限。若好与土样表面齐平，则此土样的含水量即为液限。若15s内锥尖入内锥尖入土样深度低于土样深度低于10mm或大于或大于10mm，即停止下沉，说明土样含水量，即停止下沉，说明土样含水量小于液限或大于液限。应挖出土糊重新制备土样，直到达到要求小于液限或大于液限。应挖出土糊重新制备土样，直到达到要求为止，而后测其此时含水量即可。为止，而后测其此时含水量即可。蝶式液限仪：蝶式液限仪：土工试验方法标准土工试验方法标准(GBJ12388)规定使用蝶式液限仪测定液限。规定使用蝶式液限仪测定液限。方法如下：将调制成浓糊状的试样放

51、入铜蝶内，刮平表面，用开方法如下：将调制成浓糊状的试样放入铜蝶内，刮平表面，用开槽器挖出槽器挖出V型小槽，转动摇柄，试样受振动而合拢长型小槽，转动摇柄，试样受振动而合拢长13mm时为止，时为止，这时的含水量即是液限。（不同的人，不同的方法测出的结果有这时的含水量即是液限。（不同的人，不同的方法测出的结果有误差，这有人为因素，也有试验方法中的因素）误差，这有人为因素，也有试验方法中的因素）3)塑限塑限(plastic limit PL)- W WP P土由塑态变化为半固态的界限含水量用土由塑态变化为半固态的界限含水量用Wp表示表示测定方法：测定方法：搓条法搓条法操作方法：取塑态的土重塑均匀后，用

52、手掌在毛玻璃操作方法：取塑态的土重塑均匀后，用手掌在毛玻璃板上沿着一个方向轻轻滚搓，边搓边捏，以免中空，板上沿着一个方向轻轻滚搓，边搓边捏，以免中空，当搓至土条直径恰为当搓至土条直径恰为3mm时，如果土条表面出现均时，如果土条表面出现均匀裂纹，并自动断裂，此时土条的含水量就是塑限。匀裂纹，并自动断裂，此时土条的含水量就是塑限。如果土条搓至直径如果土条搓至直径3mm时仍不裂不断，说明太湿时仍不裂不断，说明太湿( (WWp)，用电吹风烤一烤或用干布包一包，用电吹风烤一烤或用干布包一包,重搓重搓.如果土条尚未搓至如果土条尚未搓至3 mm，即裂即断，说明太干，即裂即断，说明太干( (W2mm的颗粒含量

53、超过全重的颗粒含量超过全重50%的土。的土。分类依据：分类依据：各粒组的相对含量、颗粒形状。各粒组的相对含量、颗粒形状。定名：定名：颗粒形状以圆形为主的土，由大到小依次为：溧石，卵石、圆砾；颗粒形状以圆形为主的土，由大到小依次为：溧石，卵石、圆砾；颗粒形状以棱角状为主的土，相应分：块石、碎石、角砾颗粒形状以棱角状为主的土，相应分：块石、碎石、角砾3种。种。 漂石（块石）：漂石（块石）：boulder(chunk stone,block tone) ：d200mm的含量的含量50% 卵石（碎石）：卵石（碎石）：cobble(crushed stone) ：d20mm的含量的含量50% 圆砾（角砾

54、）：圆砾（角砾）：round grarel：d2mm的含量的含量50%注：定名时应根据粒组含量由大到小，以最先符合者确定注：定名时应根据粒组含量由大到小，以最先符合者确定例：一地基土，经筛分知：例：一地基土，经筛分知：d200mm的含量占全重的的含量占全重的38%，200mmd20mm的含量占全重的的含量占全重的25，试为此地基土定名。试为此地基土定名。解：解： d20mm的含量占全重的的含量占全重的38256350 定义为卵石定义为卵石（碎石（碎石)d2mm的含量占全重的的含量占全重的3825208350 定义为圆定义为圆砾（角砾）砾（角砾）此土定名为卵石（碎石）。此土定名为卵石（碎石）。工程性质：工程性质：常见的碎石土，强度大、压缩性小，渗透性好，优良地基。常见的碎石土，强度大、压缩性小，渗透性好，优良地基。3 砂类土砂类土(sandy soil)定义：定义：粒径粒径d2mm的颗粒含量的颗粒含量50%且且d0.075mm的颗的颗粒含量粒含量50%的土。的土。分类依据：粒组含量。分类依据：粒组含量。定名：定名：P52。工程性质：工程性质：砾砂、粗砂、中砂为良好的天然地基砾砂、粗砂、中砂为良好的天然地基粉砂：密实时，性质良好；饱和、疏松态时，不良地基。粉砂：密实时，性质良好；饱和、疏松态时，