土的物理性质指标与分类.ppt

1、简介土力学概念,中铁上海工程局有限公司 技术中心 高冰,第一节 土的颗粒级配,颗粒大小,粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径,颗粒大小分析试验 测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。 常用的方法：筛分法：粒径0.075mm 密度计法：粒径0.075mm,土的级配曲线,颗粒分析试验曲线,颗粒分析试验曲线的主要用途 按粒径分布曲线可求得： （1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程性质； （2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。 根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数Cu和曲

2、率系数Cc，它们的定义为：,式中：d10，d30和d60为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10，30和60时所对应的粒径。d10称为有效粒径； d60称为限制粒径。,土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。 Cu小，曲线陡； Cu大，易压密；Cc过大，台阶在d10d30间； Cc过小，台阶在d30d60间； 规范：纯净砾、砂，Cu=5，且Cc=13时，级配良好，否则，不良。,第二节 土的物理指标,两类物理指标： 一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标； 另一类是根据直接指标换

3、算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。,土的三相图,试验直接测定的物理性质指标 （一）土的密度与重度 土的密度定义为单位体积土的质量，用表示，单位为Mg/m3(或g/cm3)。 表达式如下： 对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。,土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用表示，单位为kN/m3。表达式如下： 式中：W土的重量，单位为kN； g重力加速度。,（二）土粒比重Gs 土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积4时纯水的质量（或重量）之比（无因次），其表达式为： 或 式中： 土粒的密度，即土粒单位体积的质量； 4时纯水的密度，1.0g/cm3 4时纯水的重度。,土粒比重在数

4、值上等于土粒的密度,土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比重： （1-8） 式中：m1瓶+水的质量； m2瓶+土+水的质量； ms烘干土的质量； t C时蒸馏水的比重。,m0 ms m1 m2 空瓶质量 烘干土的质量 瓶+水的质量 瓶+土+水的质量 m1+ms瓶+水（满）的质量+干土的质量； m1+ms-m2与土粒体积相同的水的质量。,比重瓶法,（三）土的含水率w 土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示，其表达式为： 测定含水率常用的方法是烘干法，

5、先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。,二、间接换算得物理性质指标 （一）土的孔隙比e 定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，其表达式为： （二）土的孔隙率n 定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：,（三）土的饱和度Sr 定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，其表达式为：,土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为： 土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。,（四）

6、干密度d与干重度d 土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：,（五）饱和密度sat与饱和重度sat 饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的质量。表达式为：,在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：,（六）浮密度与浮重度（有效重度） 土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表达式为：,与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为： 或 从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度在数值上有如下关系：,二、粘性土的稠度 （一）粘性土的稠度状态 稠度指粘性

7、土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。 流动、软、可塑、硬等描述 四种状态 可塑性：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸除厚仍能保持已有的形状。,粘性土,较硬,变软,流动,（二）界限含水率及其测定 1.界限含水率 粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限 (Atterberg limits )。 液限（wL）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率； 塑限（ wp ）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率； 缩限

8、（ ws ）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。,2.液、塑限的测定 测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测 定法。 测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联 合测定法 锥式液限仪测定法。,液、塑限联合测定法： 塑限5秒入土2mm时的含水率 10mm液限 5秒入土10mm时的含水率 17mm液限 5秒入土17mm时的含水率,（三）塑性指数和液性指数 1.塑性指数 塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。 用Ip表示，取整数，即： 塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。,注:塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10

9、mm时测定的液限计算而得。,粘 性 土 的 分 类 建筑地基基础设计规范 GB50007-2002,2.液性指数 粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为： （1-31） 式中：IL液性指数，以小数表示； w土的天然含水率。 液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。,IL1,坚硬状态 可塑状态 流 态,0.00 0.25 0.25 - 0.75 0.75 1.00,硬塑 可塑 软塑,第三节 渗透系数,渗透：由于土体本身具有连续的孔隙，如果存在水位差的作用时，水就会透过土体孔隙而发生孔隙内的流动。 土具有被水透过的性能称为土的渗透性。 土的渗透性问题是指由

10、于水的渗透引起土体内部应力状态的变化或土体、地基本身的结构、强度等状态的变化，从而影响建筑物或地基的稳定性或产生有害变形的问题。,达西渗透定律,一、达西渗透定律 由于土体中的孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大、流速缓慢，因此，其流动状态大多属于层流 著名的达西渗透定律： 渗透速度： 或渗流量为：,渗透系数的测定,渗透系数的大小是直接衡量土的透水性强弱的一个重要的力学性质指标。 一、实验室内测定渗透系数 就原理而言，可分为：常水头试验和变水头试验。 （一）常水头法 是在整个试验过程中，水头保持不变。此法适用于透水性强的无粘性土。,常水头试验装置,（二）变水头法 在整个试验过程中，水

11、头是随着时间而变化的。适用于透水性弱的粘性土。,成层土的渗透系数,天然沉积土往往由渗透性不同的土层所组成。对于与土层层面平行和垂直的简单渗流情况，当各土层的渗透系数和厚度为已知时，我们可求出整个土层与层面平行和垂直的平均渗透系数，作为进行渗流计算的依据。,整个土层与层面平行的平均渗透系数kx为,整个土层与层面垂直的平均渗透系数ky为,对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层向平行的平均渗透系数kx将取决于最透水土层的厚度和渗透性，而与层面垂直的平均渗透系数ky将取决于最不透水土层的厚度和渗透性。,思考题,临界水力梯度的试验资料 （1）临界水力梯度与不均匀系数的关系： 不

12、均匀系数越大，临界水力梯度越小。 （2）临界水力梯度与细料含量的关系 细料含量越高，临界水力梯度越大。 （3）临界水力梯度与渗透系数的关系 渗透系数越大，临界水力梯度越小。 如果透水性强，抵抗渗透变形的能力就差。,第四节 压缩系数压缩指数,土的压缩系数和压缩指数,土的压缩曲线越陡，其压缩性越高。 故可用e-p曲线的切线斜率来表征土的压缩性，该斜率就称为土的压缩系数，定义为： 显然e-p曲线上各点的斜率不同，故土的压缩系数不是常数。a越大，土压缩性越高。 实用上，可以采用割线斜率来代替切线斜率。,压缩曲线的绘制方式,e - 曲线,e - lg曲线,e - 曲线,二、压缩性指标,，KPa-1或MPa-1,1、压缩系数：,压缩曲线上任一点的切线斜率a的值，称为土的压缩系数。,实际工程中，往往用割线斜率表示：,a1-2常用作比较土的压缩性大小,3、压缩模量Es：,土在完全侧限条件下竖向应力与相应的应变增量的比值。,侧限压缩模量单位：Kpa ,Mpa,压缩模量,完全侧限时，土的应力与应变之比。,体积压缩系数:土在完全侧限条件下体积应变增量与压力增量之