土质学与土力学土的物理性质与工程分类

土质学与土力学主讲：王林峰博士副教授

土力学体系一、土的三相理论二、土的渗透理论三、土的强度理论四、土的变形理论土的物理性质与工程分类第一章对土的特点进行详细解释和定量描述本章特点:看起来零散学习要点:

理清各节间联系各节内层次§1土的物性与分类§1.1土的三相组成§1.2土的物理状态§1.3土的工程分类第1节土的组成土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称为三相系。固相:土的颗粒，构成土的骨架；液相:土体孔隙中的水及其溶解物；气相:孔隙中的空气固相气相液相一.固体颗粒物理状态力学特性粒径级配§1土的物性与分类§1.2土的三相组成矿物成分颗粒形状1.粒径级配一.固体颗粒§1土的物性与分类§1.2土的三相组成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颗粒逮大小粒组按粗剥细进乓行分今组，遗将粒灵径接递近的逢归成遵一类界限隆粒径P1垫3一.棕固俗体颗兵粒0.075dmm卵石砾石砂粒粉粒粘粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

细粗

中

细

极细粗粒土细粒土§1土的挖物性腾与分安类§1结.2土的术三相偷组成土的酱分类纷标准粒径系级配确定党方法筛分吩法：适启用于联粗粒望土贪(>0左.07映5mm衣)水分盈法：适呼用于扫细粒环土姿(<0图.07油5mm形)——各粒踢组的队相对华含量承，用隔质量灾百分化数来伸表示表述殃方法粒径革级配禾累积剪曲线、列受表法§1土的拜物性迎与分圣类一.提固鸦体颗跨粒§1残.2土的穿三相辜组成一.奇固券体颗丢粒§1土的舟物性蝇与分乐类105.呈02.详01.喂00.禽50.纵250.果120邮0g101618242238721009080706050403020100小于猴某粒衰径之为土质甩量百甜分数P（％处）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(m矛m)§1睡.2土的愈三相煮组成P%958778665536土的罗粒径毫级配朴累积港曲线水分互法粒径(mm)0.0750.010.005百分数P(%)2613.510一.搂固北体颗素粒§1土的益物性瓜与分遵类§1取.2土的横三相贤组成1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征选粒径品:d50:平均粒径d60:限定粒径d10:有效粒径d30;不均播匀程骂度：Cu=d60/容d10连续娇程度:Cc=d302/(d60×d10)—曲率腔系数—不均顷匀系照数Cu≥5,级配里不均朴匀粗细杜程度：用d50表示一.弓固盟体颗耗粒§1土的疯物性彼与分锦类§1嘴.2土的织三相俯组成1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒倒径范闷围内擦颗粒贸的含莲量陡—相应电粒组达质量绿集中缓--相应券粒组借含量绢少平台--相应建粒组创缺乏连续备程度买:Cc=d302/(d60×d10)—曲率照系数较大欣颗粒强缺少Cc减小较小越颗粒说缺少Cc增大Cc=1~3,级配尖连续蠢性好粒径才级配粒径筝级配藏累积梁曲线框及指难标的阁用途：1）粒组最含量渣用于怖土的阳分类揭定名；2）不均棍匀系寸数Cu用于礼判定娃土的福不均铃匀程茶度：Cu≥5,不均转匀土；Cu<庆5,均匀价土3）曲率厅系数Cc用于吐判定稍土的倚连续笔程度却：Cc=1~3,级配否连续鸽土；Cc>霉3或Cc<茫1,级配悟不连幻玉续土4）不均棍匀系铜数Cu和曲率健系数Cc用于圾判定甜土的盖级配乱优劣四：如果Cu≥5且Cc=1~3健，级配逢良远好的外土；如果Cu<及5或Cc>悲3或Cc<负1,级配央不读良的挽土§1土的牲物性馆与分酷类一.筝固雕体颗柴粒§1樱.2土的辩三相染组成结晶寒水矿物败内部龟的水结合体水面吸珠附在象土颗铁粒表氧面的慰水自由聪水搁电扮场引的力作秒用范语围之功外的巧水土中佛冰容由援自由职水冻怀成，患冻胀胡融陷§1土的含物性桥与分拨类§1庸.2土的读三相历组成二.造土怀中水（液相）§1土的挺物性妨与分挥类§1腥.2土的菌三相辫组成二.哨土左中水结合秀水排列知致密薯、定云向性淘强密度络>1g/这cm3(1韵.5洁-1矩.8坛)冰点棋处于弊零下返几十塘度具有味固体蜜的的厉特性温度苗高于杀10羡0°C时可福蒸发强结竭合水位于辣强结驳合水言之外蛾，电披场引力作剥用范诉围之窑内外力眨作用评下可拴以移肢动不因浙重力疏而移晚动，荐有粘问滞性弱结辰合水自由烟水重力射水毛细卫水在重婚力作努用下搏可在艺土中屋自由目流动存在柏于固飘气之挥间在重羊力与劳表面银张力尽作用怜下可在陆土粒旺间空油隙中写自由上移动§1土的虑物性撇与分限类§1德.2土的疗三相体组成二.令土帽中水§1土的辫物性膊与分拔类§1秘.2土的预三相幕组成二.检土讽中水土中争毛细准现象上升肝高度:πr2hcγw=2πrT支co玩sα毛细战水分布村在土灶粒内约部相摸互贯友通的糖孔隙办可以崖看成首许多暖形状侵不一米、直衣径互偏异、幼彼此不连通咳的毛关细管毛细覆升高润与孔贱径成橡反比粘土粉土砂土砾石分析代对象:水柱三.土中片气体自由伏气体词：与大掘气连慎通，很对土僚的性浑质影业响不叶大封闭狭气体矿：增加违土的的弹性冻；阻列塞渗对流通兰道§1土的根物性音与分酷类§1叶.2土的庸三相振组成土有茄三个元组成蜡部分芝：固葛相、伟液相左和气扬相小结1.固体狐颗粒2.叙土中讲水3.杯土中现气体粒径蝇级配矿物炒成分颗粒王形状结合店水河(魂强结科合水的、弱崇结合药水)自由善水樱(填重力怪水、棒毛细趋水)自由堵气体封闭炮气体§1土的暖物性来与分涉类§1逐.2土的认三相览组成§1尚.3土的务物理绳状态土的慌物理并状态粗粒族土的楚松密佛程度粘性兽土的绳软硬止状态§1土的丽物性缝与分帆类土的歇物理凑性质凯指标(三相湖间的称比例衰关系)力学突特性影响表示一.巨物两理性赤质指氧标土的滑三个铁组成钥相的拉体积众和质棒量上染的比促例关念系§1土的开物性廉与分摆类§1闪.3土的划物理寇状态密实鲜程度干湿幻玉程度……特点:指标甲概念智简单丝式，数鬼量很锐多要点岗：名称摘、概谊念或宇定义姿、符丑号、腥表达字式、单位据或量竿纲、夸常见倾值或舟范围幕、联章系与醋区别定义基本信方法:三相宣草图犁法1.三相链草图§1土的筑物性卡与分球类一.给物蜜理性继质指贞标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积§1告.3土的扁物理贡状态三相熔草图§1土的忠物性贿与分薪类一.撑物翼理性拳质指满标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积已知研关系姜五个:共有查九个芽参数:V衬VvVsVaVω/msmωmam剩下殖三个糠独立肠变量三相继草图杂法物性璃指标掏是比嗽例关嚼系:可假抽设任美一参帅数为1对于粘饱和调土,极Va=0剩下映两个里独立壮变量实验插室测哲定其它嫩指标是一笛种简锣单而呆实用比的方浮法§1唐.3土的帐物理昨状态§1土的何物性风与分御类一.雷物消理性想质指番标2.室内学测定势的三堂个物咏理性贸质指滑标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积--惩--土的析密度泛、土血粒的日比重樱、土誉的含来水量土的学密度土的未容重γ=ρg工程鉴上更孙常用,用于例计算灰土的沿自重握应力单位:kg利/m3或g/折cm3单位:kN驰/m3一般换范围:1.算60—2.炼20g/罪cm3定义:土单接位体贫积的务质量有时晃也称土的防天然素密度§1将.3土的蝴物理丧状态表达艺式:相关数指标:§1土的淘物性裹与分辜类一.评物孙理性菌质指拍标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土粒蜻比重

s:土粒为的密祸度，闪单位罩体积森土粒辆的质榜量单位:无量列纲土粒衫比重已一般很范围:粘性比土2.脾70—2.抗75砂取土2.谁654˚东C时纯爷蒸馏溉水的法密度=1.0g/cm3土粒基比重华在数先值上凭等于误土粒取的密穴度定义:土粒缺的密姻度与4˚附C时纯建蒸馏盟水的遥密度绣的比扭值§1鼻.3土的何物理关状态表达说式:土粒坡比重哈常用比重求瓶法测定卧，事续先将做比重恐瓶注披满纯既水，路称瓶期加水头的质言量。妈然后览把烘景干土下若干逝克装敏入该他空比瞧重瓶蒜内，迁再加嘉纯水防至满事，称添瓶加枝土加惩水的崇质量忘，按确下式执计算网土粒舌比重绩：式中烫：m1——瓶加扰水的踢质量勇；m2——瓶加晴土加忌水的桂质量蜜；ms——烘干针土的亭质量翠。§1土的超物性艘与分强类一.腥物臂理性近质指缓标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的席含水羡量定义:土中帆水的曲质量椅与土秧粒质摧量之相比,用百搂分数宫表示注意:其实深是含光水比,可达化到或需超过10尤0％§1膏.3土的秘物理体状态表达凳式:一.素物楼理性违质指帜标表示妹土中羞孔隙皇含量慌的指栗标孔隙胸比孔隙株率(孔隙退度)§1土的勒物性辨与分东类３.其它更常用素的物参理性毯质指盈标关系:在某萍种程核度上充反映砌土的停松密砂类渠土：28昼-3绘5%粘性宇土：30首-5漏0%有的帖可达60喘-7歼0%§1赞.3土的走物理顺状态定义:土中亦孔隙塌体积招与固拿体颗除粒体烂积之最比,无量扒纲表达泪式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积定义:土中英孔隙敏体积扇与总进体积支之比,用百称分数摆表示表达魄式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积三相秒草图赴可用弊于确音定物谋性指告标之胖间的战关系一.保物仰理性市质指较标表示坛土中言含水榴程度华的指仁标§1土的遗物性场与分好类含水祸量饱和胞度§1耐.3土的膝物理蚁状态WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积表达潮式:定义:土中询水的宿体积织与孔刘隙体手积的描比值饱和厨度表贩示孔隙怠中充羽满水妖的程不度Sr=0蠢:干土Sr=1萍:饱和罪土§1土的碗物性喇与分瓜类一.孩物净理性桶质指稳标表示愉土中密度亏和容滔重的指赛标天然贞密度干密砌度饱和烦密度天然呀容重干容叙重浮容毅重浮密挑度有效壶容重饱和昆容重§1烧.3土的蹈物理爷状态WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位:kg难/m3或g/昏cm3单位:kN姨/m3定义:土被攻完全急烘干舌时的雷密度,等于单位笼体积气内土面粒的找质量表达框式:各种兰密度只容重轻之间型的大纯小关漏系：§1土的砍物性嫩与分麦类一.劝物钳理性魄质指彼标§1橡.3土的矮物理判状态天然鸦密度干密莲度饱和胞密度天然遥容重干容在重浮容薄重饱和天容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积§1土的鬼物性金与分迁类二.土的们物理练状态浑指标§1提.3土的件物理脆状态土的派物理历状态粗粒抽土的偏松密某程度粘性额土的惜软硬凭状态土的持物理峡性质虽指标(三相乌间的傲比例余关系)力学柱特性影响表示ema踩x与emi梳n：最大什与最腐小孔抛隙比1.粗粒咏土的旗密实捡状态§1土的酸物性帐与分铁类二.尝物苗理状晋态指侨标密实砍度如何抢衡量?单位绪体积辫中固幅体颗叠粒含记量的杀多少优点霉：简单遥方便缺点匀：不能镇反映斥级配珍的影挖响只能辱用于台同一胸种土对策2、相出对密敲度§1鄙.3土的含物理棵状态1、孔贿隙比e或孔赢隙率nemi狠n=武0.拍35emi得n=颜0.招20粗粒遗土的闪密实客状态贺指标判别愚标准柏：Dr=爽1达,最密归状态Dr=币0刻,最松溉状态Dr≤1/泪3捕,疏松宫状态1/席3<Dr≤2/子3即,中密察状态Dr>2/振3太,密实版状态§1土的放物性浮与分竭类二.逢物上理状住态指羽标§1午.3土的况物理拒状态相对待密度3、标蜡准贯尸入锤绘击数N2.粘性管土的碗软硬对状态§1土的士物性招与分墙类二.旗物躬理状肌态指范标也称稠度餐状态§1堪.3土的巴物理熔状态稠度言状态艰与含凝水量烧有关粘性描土含水漠量较硬变软流动塑限ωp液限ωl§1土的拳物性异与分锁类二.斥物禾理状内态指踩标§1旋.3土的腿物理灿状态缩限ωs测定塑限的方爱法：泄搓滚赶法和番液塑夏限联玻合测纽奉定法胳。测定液限的方断法：汉液限盒仪法没和液歉塑限暗联合链测定酸法测定缩限的方窑法：待收缩合皿法宋，把目土料康的含仁水率究调制才到大琴于土凳的液肢限，愈然后喷将试侄样分吃层填境入收丝式缩皿兵中，携刮平聪表面权，烘旁干，魄测出坛干试浩样的添体积挖并称奴量准袋确至0.傍1g后，搬按下僻式计芬算式中粒：ws—土的耀缩限盼；w—制备牵时的疫含水需率；V1厦—湿试饥样的屯体积愤；V2辣——干试跨样的炒体积漂。液限ωL通常漫采用喊平衡救锥式垮液限炊仪测扁定平衡抽锥重76钳g，锥队角为30择°，试你验时抗使平叔衡锥驳在自序重作且用下俯沉入终土样范中，魂当达厦到沉老入深断度（务公路鄙标准17贤mm）时乞土样稠含水锈量即蹦为液循限ωL.塑液限联合测定仪砂类土细粒土——冈吸附缩慧结合尽水的叹能力韵；粘四性大乒小；歌大致危反映钢粘土否颗粒恢含量§1土的蹄物性罚与分竿类二.渐物碍理状夺态指跨标§1肉.3土的染物理务状态塑性纪指数相对录稠度§1土的夫物性痰与分伪类二.铃物雅理状举态指克标§1荐.3土的砌物理竟状态对于不同鸟的粘肚土，渴含水口量相杨同，稠度俊可能堪不同液性爬指数不同姥的粘亿土，ωp、ωl大小绸不同定义指：wpwwlIL<0IL=0贷–续1IL>1坚硬长状态可塑候状态流计态0.大00鞠–陈0罗.2激50.烤25晋-砍0现.7凝50.红75察–蝇1贱.0僻0硬塑可塑软塑§1土的纯物性业与分享类§1柿.1土的蝇形成§1袖.2土的他三相胖组成§1沫.3土的肃物理险状态§1常.4土的祝工程营分类第5节窑土的粥工程况分类粗粒劲土按睛颗粒乞组成抬进行俩分类粘性胆土按翻塑性撇指数霞分类葵