第二章土的物理性质及工程分类公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

第二章土物理性质及工程分类第1页第1页§2.1土物理性质指标一、土三相图气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V二、直接测定指标1.土密度ρ：单位体积土质量

工程中惯用重度来表示单位体积土重力

重力加速度，近似取10m/s2

2.土粒相对密度Gs（土粒比重）：土粒质量与同体积4℃时纯水质量之比土粒相对密度改变范围不大：细粒土（粘性土）普通2.70～2.75；砂土普通为2.65左右。土中有机质含量增长，土粒相对密度减小Vv第2页第2页气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V3.土含水量ω：土中水质量与土粒质量之比，以百分数表示土含水量是标志土含水程度一个主要物理指标。天然土层含水量改变范围较大，与土种类、埋藏条件及其所处自然地理环境等相关。

测定办法：通惯用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法

第3页第3页三、换算指标

气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙体积与土粒体积之比

2.土饱和度Sr：土中孔隙水体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充斥程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土依据饱和度分为三种状态:孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示

Sr≤50%稍湿；50％＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和第4页第4页3.不同状态下土密度和重度饱和密度ρsat：土体中孔隙完全被水充斥时土密度

干密度ρd：单位体积中固体颗粒部分质量

浮密度ρ：土单位体积内土粒质量与同体积水质量之差

土三相百分比指标中质量密度指标共有4个，土密度ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ

(kg/m3),相应重度指标也有4个，土重度，饱和重度sat，干重度d，浮重度

(kN/m3)气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V第5页第5页四、指标间换算气水土粒Gsρw

Vs＝11+e质量m体积V土三相指标中，土粒比重Gs

，含水量ω和密度ρ是通过试验测定，能够依据三个基本指标换算出其余各指标Vv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

推导：换算关系式：第6页第6页五、例题分析【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒相对密度Gs为2.66，求该土样含水量ω、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度

【解答】第7页第7页§2.2土物理状态指标一、无粘性土密实度土密实度指单位体积土中固体颗粒含量。依据土颗粒含量多少，天然状态下砂、碎石等处于从紧密到涣散不同物理状态。无粘性土密实度与其工程性质有着密切关系1.孔隙比e孔隙比e能够用来表示砂土密实度。对于同一个土，当孔隙比小于某一程度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散

2.相对密实度Dr砂土在天然状态下孔隙比砂土在最密实状态时孔隙比砂土在最松散状态时孔隙比第8页第8页emax与emin：最大与最小孔隙比1.粗粒土密实状态密实度如何衡量?单位体积中固体颗粒含量多少或孔隙含量多少长处：简朴以便缺点：不能反应级配影响只能用于同一个土对策相对密度干容重d或孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20第9页第9页当Dr=0时，e=emin，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时，e=emax，表示土体处于最密实状态3.按动力触探拟定无粘性土密实度Dr≤1/3疏松状态1/3＜Dr≤2/3中密状态2/3＜Dr≤1密实状态天然砂土密实度，可按原位原则贯入试验锤击数N进行评估。天然碎石土密实度，可按原位重型圆锥动力触探锤击数N63.5进行评估(GB50007-)

密实度按N评估砂石密实度按N63.5评估碎石土密实度松散稍密中密密实N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20第10页第10页粗粒土密实状态指标

判别原则：

Dr

=1

,最密状态

Dr

=0

,最松状态

Dr≤1/3,

疏松状态1/3<

Dr≤

2/3,中密状态

Dr>2/3

,密实状态相对密度第11页第11页emax:最大孔隙比；将松散风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土最小干密度再经换算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比；将松散风干土样装入金属容器内，按要求办法振动和锤击，直至密度不再提升，求得土最大干密度再经换算得到最小孔隙比emax与emin：最大与最小孔隙比注意：室内测得理论上最大与最小孔隙比有时很困难第12页第12页2.动力触探

动力触探是将一定质量穿心锤，以一定高度自由下落，将探头贯入土中，然后统计贯入一定深度锤击次数，以此判别土性质。下面简介原则贯入试验和轻便触探两种动力触探办法。（1）原则贯入试验

原则贯入试验应与钻探工作相配合。其设备是在钻机钻杆下端联结原则贯入器，将质量为63.5kg穿心锤套在钻杆上端。试验时，穿心锤以76cm落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中15cm（此时不计锤击数），随后打入土层30cm锤击数，即为实测锤击数。

9.2地基勘察办法第13页第13页当钻杆长度不小于3m时，锤击数应按下式校正：按N大小,拟定土承载力、预计土抗剪强度和粘性土变形指标、判别粘性土稠度和砂土密实度以及预计砂土液化也许性。穿心锤贯入器

9.2地基勘察办法第14页第14页二、粘性土稠度

1.粘性土稠度状态稠度是指土软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏抵抗能力,是粘性土最主要物理状态特性

0固态或半固态可塑状态流动状态ω塑限ωP液限ωL粘性土由某一个状态过渡到另一状态界线含水量称为土稠度界线液塑限测定依据《土工试验规程》(SL237-007-1999)要求，采用液塑限联合测定仪进行测定。第15页第15页塑限wp液限wl稠度界线粘性土稠度反应土中水形态固态或半固态塑态

流态

强结合水膜最大出现自由水强结合水弱结合水自由水稠度状态含水量土中水形态w土颗粒强结合水弱结合水土颗粒强结合水土颗粒自由水弱结合水强结合水吸附弱结合水能力塑性指数第16页第16页液塑限联合测定仪下沉深度为17mm所相应含水量为液限;下沉深度为2mm处所相应含水量为塑限第17页第17页2.粘性土塑性指数和液性指数塑性指数IP是液限和塑限差值(省去%)，即土处于可塑状态含水量改变范围阐明：塑性指数大小取决于土颗粒吸附结合水能力,即与土中粘粒含量相关。粘粒含量越多,塑性指数就越高

阐明：液性指数表征土天然含水量与界线含水量间相对关系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动状态。依据IL值能够直接鉴定土软硬状态

液性指数IL是粘性土天然含水量和塑限差值与塑性指数之比

状态液性指数坚硬硬塑可塑软塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1第18页第18页相对稠度问题：仅适合用于重塑土即使含水量相同，稠度可能不同液性指数对不同粘土，wp、wl大小不同定义：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1坚硬状态可塑状态流态0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑软塑对同一个粘土，含水量可反应其稠度问题：第19页第19页——吸附弱结合水能力；大体反应粘土颗粒含量、粘性大小塑性指数常作为细粒土工程分类依据缺点不能充足反应粘土颗粒含量

不同粘土矿物结合水能力不同活性指数p0.002:粒径小于0.002mm颗粒质量占总土总质量百分比A<0.75A=075–1.25A>1.25非活性粘土正常粘土活性粘土第20页第20页三、例题分析【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土相对密度Dr,并判断砂土所处密实状态【解答】砂土在天然状态下孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度∈（1/3,2/3]中密状态第21页第21页§1.4土（岩）工程分类一、分类目的和原则土分类体系就是依据土工程性质差异将土划分成一定类别，目标在于经过通用判别标准，便于在不同土类间作有价值比较、评价、积累以及学术与经验交流分类原则：1.分类要简明，既要能综合反应土主要工程性质，又要测定办法简朴，使用以便2.土分类体系所采取指标要在一定程度上反应不同类工程用土不同特性第22页第22页二、分类体系与办法分类体系：1.建筑工程系统分类体系2.工程材料系统分类体系侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，比如：《建筑地基基础设计规范》(GB50007-)地基土分类办法侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土，比如：《土分类原则》(GBJ145-90)工程用土分类和《公路土工试验规程》(JTJ051-93)土工程分类第23页第23页分类办法：1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－)依据土粒大小、粒组土粒含量或土塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类a.岩石分类颗粒间牢固粘结,呈整体或含有节理隙岩体称为岩石，坚硬程度可依据岩块饱和单轴抗压强度frk分类坚硬程度类别饱和单轴抗压强度frk(Mpa)坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤5b.碎石土分类粒径不小于2mm颗粒含量超出全重50%土称为碎石土第24页第24页c.砂土分类粒径不小于2mm颗粒含量不超出全重50%土，且粒径不小于0.075mm颗粒含量超出全重50%土称为砂土

土名称漂石块石卵石碎石圆砾角砾颗粒形状圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主颗粒级配粒径不小于200mm颗粒含量超出全重50％粒径不小于20mm颗粒含量超出全重50％粒径不小于2mm颗粒含量超出全重50％注：定名时应依据颗粒级配由大到小以最先符合者拟定碎石土分类第25页第25页d.粉土分类

粒径不小于0.075mm颗粒含量超出全重50%，塑性指数IP≤10土称为粉土土名称砾砂粗砂中砂细砂粉砂颗粒级配粒径不小于2mm颗粒含量占全重25％～50％注：定名时应依据颗粒级配由大到小以最先符合者拟定粒径不小于0.5mm颗粒含量超出全重50％粒径不小于0.25mm颗粒含量超出全重50％粒径不小于0.075mm颗粒含量超出全重85％粒径不小于0.075mm颗粒含量超出全重50％砂土分类e.粘性土分类粒径不小于0.075mm颗粒含量不超出全重50%，塑性指数IP＞10土称为粘性土，粘性土依据塑性指数细分土名称粘土粉质粘土塑性指数注：塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10mm测定液限计算而得

IP＞1710＜IP≤17第26页第26页f.人工填土分类由于人类活动而形成堆积物称为人工填土。物质成份较杂乱,均匀性较差，依据其物质构成和成因,可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土2.《土分类原则》(GBJ145－90)依据各粒组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a.巨粒土和含巨粒土分类巨粒土和含巨粒土按土中粒径不小于60mm巨粒含量区别。若土中巨粒含量多于50%,属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%～50%之间，属于含巨粒土b.粗粒土分类巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径不小于0.075mm粗粒含量多于余土50%，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类第27页第27页c.细粒土分类土中粒径小于0.075mm细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%土属于细粒土。图中液限为17mm液限细粒土按塑性图进行细分第28页第28页三、例题分析【例】下图为某三种土A、B、C颗粒级配曲线,试按《地基规范》分类法拟定三种土名称

第29页第29页【解答】A土:从A土级配曲线查得,粒径小于2mm占总土质量67%、粒径小于0.075mm占总土质量21%,满足粒径不小于2mm不超出50%,粒径不小于0.075mm超出50%要求,该土属于砂土；又由于粒径不小于2mm占总土质量33%,满足粒径不小于2mm占总土质量25%～50%要求,故此土应命名为砾土B土:粒径不小于2mm没有,粒径不小于0.075mm占总土质量52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为粉砂C土:粒径不小于2mm占总土质量67%,粒径不小于20mm占总土质量13%,按碎石土分类表可得,该土应命名为圆砾或角砾第30页第30页§1.5土压实性一、土击实试验在试验室内通过击实试验研究土压实性。击实试验有轻型和重型两种。击实筒护筒击锤导筒轻型击实试验适合用于粒径小于5mm土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水量土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm

重型击实试验适合用于粒径小于40mm土，击实筒容积为2104cm3，击锤质量为4.5kg，击锤落高为45.7cm

。分五层击实，每层56击