土的组成及基本物理指标

§1土的组成§2土的结构与构造§3土的物理力学性质及其指标§4土的工程分类§5土的成因类型特征§6特殊土的主要工程性质土的组成及基本物理指标1.土的三相图一、土的三相及三相比例指标2.直接指标(1)土的密度ρ：单位体积土的质量

工程中常用重度

来表示单位体积土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

(2)土粒相对密度ds（土粒比重）：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比

土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv一、土的三相及三相比例指标2.直接指标气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V(3)土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法

一、土的三相及三相比例指标3.导出指标气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V(1)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)土的饱和度Sr：土中孔隙水的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满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根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%饱和一、土的三相及三相比例指标3.导出指标(3)不同状态下土的密度和重度饱和密度ρsat

：土体中孔隙完全被水充满时的土的密度干密度ρd

：单位体积中固体颗粒部分的质量浮密度(有效密度)ρ

：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的天然密度ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，有效密度ρ

(kg/m3),相应的重度指标也有4个，土的天然重度

，饱和重度

sat，干重度

d，有效重度

(kN/m3)气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V饱和密度>天然密度>干密度>浮密度一、土的三相及三相比例指标4.导出指标气水土粒dsρw

Vs＝11+e质量m体积V土的三相指标中，土粒比重ds

，含水量ω和密度ρ是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标Vv=eωdsρw

ds（1＋ω）ρw

推导：换算关系式：一、土的三相及三相比例指标5.例题分析【例1】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。若土粒的相对密度ds为2.66，求该土样的含水量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】一、土的三相及三相比例指标土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系。1.孔隙比e孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，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的孔隙比砂土在最松散状态时的孔隙比二、土的密实度当Dr=0时，e=emax，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时，e=emin，表示土体处于最密实状态3.按动力触探确定无粘性土的密实度Dr≤0.2松散状态0.33＜Dr≤0.67中密状态0.67＜Dr≤1密实状态天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002)密实度按N评定砂石密实度按N63.5评定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未修正修正后0.2＜Dr≤0.33稍密状态二、土的密实度单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级1.粘性土的稠度状态土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征

0半固态可塑状态流动状态ω塑限ωP液限ωL粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限缩限ωs固态液、塑限的测定测定液限的方法：锥式液限仪、碟式液限仪和液塑限联合测定仪。测定塑限的方法：搓条法和液塑限联合测定仪。测定缩限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。三、粘性土的物理特征1.粘性土的稠度状态液塑限联合测定法下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限，下沉深度为10mm所对应含水量为10mm液限

液塑限测定根据《土工试验方法标准》(GB/T50123-1999)规定，采用液塑限联合测定仪进行测定。三、粘性土的物理特征2.粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高

说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。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。根据IL值可以直接判定土的软硬状态

液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的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＞110mm液限三、粘性土的物理特征3.例题分析【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度ds=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂样干燥状态下最密实状态时密度为

dmax=1.62g/cm3,最疏松状态密度

dmin=1.45g/cm3。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态【解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度∈（0.33,0.67]中密状态三、粘性土的物理特征1.压缩性压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程⑴基本概念四、土的力学性质1.压缩性刚性护环加压活塞透水石环刀底座透水石土样荷载注意：土样在竖直压力作用下，由于环刀和刚性护环的限制，只产生竖向压缩，不产生侧向变形⑵室内压缩试验四、土的力学性质1.压缩性e0eppee-p曲线曲线A曲线B曲线A压缩性＞曲线B压缩性根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制e-p曲线，为压缩曲线⑶e-p曲线四、土的力学性质1.压缩性压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高根据压缩曲线可以得到三个压缩性指标1.压缩系数a2.压缩模量Es

3.变形模量E0⑷压缩指标四、土的力学性质1.压缩性土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应力增量的比值p1p2e1e2M1M2e0epe-p曲线△p△e利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压缩性高低在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压缩性《规范》用p1＝100kPa、p2＝200kPa对应的压缩系数a1-2评价土的压缩性a1-2＜0.1MPa-1低压缩性土0.1MPa-1≤a1-2＜0.5MPa-1中压缩性土

a1-2≥0.5MPa-1高压缩性土①压缩系数a四、土的力学性质1.压缩性土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量说明：土的压缩模量Es与土的的压缩系数a成反比，Es愈大，a愈小，土的压缩性愈低③变形模量E0土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。变形模量与压缩模量之间关系其中土的泊松比，一般0~0.5之间②压缩模量Es四、土的力学性质2.土的抗剪强度⑴土的强度破坏类型基础滑动面滑动面滑动面挡土墙四、土的力学性质2