土的物理性质与工程分类省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

土物理性质在一定程度上决定了它力学性质，其指标在工程计算中常被直接应用。对种类繁多、性质各异土，按一定标准，进行分门别类，给出适当名称，能够概略评价土工程性质。第一节土基本物理性质第二节粘性土稠度与可塑性第三节土透水性第四节土工程分类第三章土物理性质与工程分类第1页本章教学目标11.了解并记住土基本物理性质指标名称、表示符号、定义、表示式和惯用单位，熟悉其取值范围；2.掌握3个实测指标测定方法；3.掌握6个换算指标与3个实测指标间换算方法；第2页4.了解粘性土三种稠度状态；5.了解液限和塑限定义，记住其表示符号和测定方法；6.了解并记住液性指数、塑性指数表示符号、计算方法和物理意义；7.掌握达西定律；8.熟悉土工程分类普通标准和分类及建设部土质分类标准。第3页第一节土基本物理性质土物理性质是指三相质量与体积之间相互百分比关系及固、液二相相互作用表现出来性质。前者称为土基本物理性质，主要研究土密实程度和干湿情况；后者主要研究粘性土可塑性、胀缩性及透水性等。第4页土三相示意图气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVvma第5页一、土粒密度定义：土粒密度ρs是指固体颗粒质量与其体积之比，即单位体积土粒质量。表示式：取值范围：它数值普通在2.60~2.80g/cm3之间土粒比重Gs

土粒质量与同体积纯蒸馏水在4°C时质量之比。无量纲。表示式：测定方法：比重瓶法第6页二、土密度与重度土密度是指土总质量与总体积之比，即单位体积土质量，其单位是g/cm3。1、天然密度定义：天然状态下单位体积土质量，称天然密度，表示式：（g/cm3）取值范围：天然密度常见值为1.6~2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一个实测指标。测定方法：环刀法第7页2、干密度定义：土孔隙中完全没有水时密度，称土干密度，指单位体积干土质量。表示式：（g/cm3）取值范围：干密度与土中含水多少无关，只取决于土矿物成份和孔隙性。土干密度普通在1.4~1.7g/cm3之间。3、饱和密度定义：土孔隙完全被水充满时密度称为饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时单位体积土质量表示式：取值范围：1.8-2.3g/cm3第8页工程上惯用重度指标，它指单位体积土重量，kN/m3。天然重度γ、干重度γd及饱和重度γsat另外，处于地水位以下有效重度常特称为土浮重度γ′，等于土饱和重度减去水重度（γw），即：对于同一个土来讲，土天然重度、干重度、饱和重度、浮重度在数值上有以下关系：4、重度第9页三、土含水性1、含水量定义：含水量指土中所含水分质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土含水率。表示式：普通所说含水量指是天然含水量。土孔隙中全被水充满时含水量，称为饱和含水量wsat。饱和含水量既能反应土孔隙中全部充满水时含水多少。又能反应土孔隙率大小。测定方法：烘干法第10页2、饱和度定义：土孔隙中所含水体积与土中孔隙体积比值称为土饱和度，以百分数表示。表示式：或天然含水量与饱和含水量之比：取值饱和度能够说明土孔隙中充水程度，其数值为0~100%。干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。工程实际中，按饱和度大小常将砂类土划分为以下三种含水情况：Sr<50%稍湿50%≤Sr≤80%很湿Sr>80%饱和第11页四、土孔隙性土中孔隙大小、形状、分布特征、连通情况与总体积等，称为土孔隙性。其主要取决于土颗粒级配与土粒排列疏密程度。1、孔隙度定义：孔隙度又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土总体积之比，用百分数表示。表示式：土孔隙度取决于土结构状态，砂类土孔隙度常小于粘性土孔隙度。取值范围：土孔隙度普通为27~52%。新沉积淤泥，孔隙度可达80%。

第12页2、孔隙比定义：孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积比值，用小数表示表示式：土孔隙比说明土密实程度，按其大小可对砂土或粉土进行密实度分类。在《岩土工勘察规范》（GB50021-94）中，用天然孔隙比来确定粉土密实度。e<0.75密实0.75≤e≤0.9中密e>0.9稍密孔隙度与孔隙比关系为第13页3、砂土相对密度砂土密实程度还可用相对密度（Dr）来表示。Dr=0时，土处于最疏松状态；Dr=1时，土处于最密实状态。第14页标准贯入试验锤击数N63.5密实度N63.5≤10涣散10<N63.5≤15稍密15<N63.5≤30中密N63.5>30密实天然状态砂土密实度了解：第15页五、土基本物理性质指标之间关系土粒密度、天然密度、含水量是三个基本实测指标、即经过试验直接测定。六个换算指标换算方法：1、数学演算法由实测指标换算求取六个导出指标可直接用简单数学演算方法，如：第16页1）绘制三相草图，令Vs=12）依据实测指标确定三相体积与质量3）按定义求其它指标例题12、三相草图法第17页一、粘性土稠度状态稠度：粘性土因含水多少而表现出稀稠软硬程度；稠度状态：因含水多少而展现出不一样物理状态。第二节粘性土稠度与可塑性粘性土稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出来物理性质。第18页固态：含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢靠，土质坚硬，力学强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。三种稠度状态第19页塑态：含水量较固态为大，粒间主要为弱结合水连结，在外力作用下轻易产生变形，可揉塑成任意形状不破裂、无裂纹，去掉外力后不能恢复原状。第20页流态：含水量继续增加，粒间主要为液态水占据，连接极微弱，几乎丧失抵抗外力能力，强度极低，不能维持一定形状，土体呈泥浆状，受重力作用即可流动。第21页0固态塑态流态ω怎样定量判断粘性土稠度状态？第22页二、界限含水量——稠度界限土从某种稠度状态转变为另一个状态时界限含水量称为稠度界限，又称为Atterberg界限。工程上惯用有塑限ωP和液限ωL塑限：土从固态转变为塑态时界限含水量，简称塑限ωP液限：土从塑态转变为液态时界限含水量，简称液限ωL

0固态塑态液态ω塑限ωP液限ωL第23页搓条法测定塑限将粘性土在毛玻璃上用手搓成直径为3mm土条时若恰好开始出现裂缝，此时含水量就是塑限。第24页锥式液限仪法测定液限0.75N，锥角30°，锥体下沉深度为10mm，所对应含水量为粘性土液限（放锥15秒）第25页联合测定仪法测定液限和塑限第26页液性指数IL：反应土天然含水量与液限、塑限之间关系，工程上用来表示土稠度状态。ωpωωL0

ω-ωpωL-ωp稠度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＞1三、液性指数第27页四、粘性土可塑性当粘性土含水量在某范围内时，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并在外力移去时能保持既得形状，土这种性能叫可塑性。粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时，土处于可塑状态，含有可塑性，这是粘性土独特征能。第28页塑性指数IPωL和ωP差值能够反应可塑性大小，工程上定义为塑性指数IPIP=ωL-ωP计算结果中百分号省略1994年国家标准《岩土工程勘察规范》按塑性指数IP将粘性土分为：

IP>17为粘土17≥IP>10为粉质粘土

IP≤10为粉土或砂类土。第29页从某地基取原状土样，测得土液限ωL=47%，塑限ωP=18%，天然含水量ω=40%，问地基土是什么土，处于什么状态？解：求塑性指数：求液性指数：Ip>17，该地基土为粘土；查表3-4，1.0>IL>0.75，得土处于软塑状态。例题2：第30页第三节土透水性水在土体孔隙中流动现象称为渗流土含有被水等液体透过性质称为土渗透性工程意义：计算基坑涌水量、水库与渠道渗漏量、评价土体渗透变形、分析饱和粘性土在建筑荷载作用下地基变形与时间关系。第31页一、土渗透规律砂土、粉土渗透符合Darcy定律（1856）在层流状态下，土中水渗流速度与能量损失之间服从线性渗流规律。渗透系数k是反应土透水性能百分比系数，是水力梯度为1时渗透速度，其量纲与渗透速度相同。第32页Darcy定律第33页第四节土工程分类一、工程分类普通标准和类型基本标准：所划分土类能反应土性质改变规律。土工程分类总起来能够归纳为三级分类土第一级分类是成因类型分类如《岩土工程勘察规范》将土按堆积年代划分为三类：1.老堆积土；2.普通堆积土；3.新近堆积土。土第二级分类是土质类型分类土第三级分类是工程建筑类型分类第34页建设部分类法土按颗粒级配分类表土名称颗粒级配大类类粗粒土碎石土粒径大于2mm颗粒超出总质量50%砂类土粒径大于0.075mm颗粒超出总质量50%细粒土粉土粒径小于0.005mm颗粒超出总质量10%粘性土粒径小于0.005mm颗粒质量大于总质量30%二、土质分类介绍第35页在实际工程应用中要求，土中粒径d>0.075mm（有规范用0.1mm）土粒质量大于全部土粒质量50%时称为粗粒土，小于50%时称为细粒土。粗粒土能够按颗粒级配深入细分。细粒土多用塑性指数Ip或液限ωL加塑性指数Ip进行细分。第36页1、碎石类土

碎石类土是粒径大于2mm颗粒含量超出50%土土名称颗粒级配及形状碎石土漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm颗粒超出总质量50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm颗粒超出总质量50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于2mm颗粒超出总质量50%角砾棱角形为主第37页土名称颗粒级配砂类土砾砂粒径大于2mm颗粒占总质量25~50%粗砂粒径大于0.5mm颗粒超出总质量50%中砂粒径大于0.25mm颗粒超出总质量50%细砂粒径大于0.075mm颗粒超出总质量85%粉砂粒径大于0.075mm颗粒超出总质量50%2、砂类土

砂类土是粒径大于2mm颗粒含量不超出50%，粒径大于0.075mm颗粒含量超出50%土。第38页粉土砂质粉土粒径小于0.005mm颗粒不超出总质量10%粘质粉土粒径小于0.005mm颗粒超出总质量10%3、粉土

粉土是粒径大于0.075mm颗粒含量不超出50%，塑性指数Ip小于或等于10土。第39页4、粘性土

粘性土是粒径大于0.075mm颗粒含