第2章土的物理性质及分类.pptx

1、第二章 土的物理性质及分类,2.1 概述 2.2 土的三相比例指标 2.3 粘性土的物理特征 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粉土的密实度和湿度 (略) 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 (自学了解) 2.7 土的分类,主要内容,第二章 土的物理性质及分类,2.1 概述,渗透特性 变形特性 强度特性,土的三相组成 土的物理性质 土的物理状态 土的结构,决定,影响,土的形成,2.2 土的三相比例指标,2.2.1 土的三相比例指标 为便于说明这些物理性质指标的定义和它们的换算关系，常用三相图表示土体内三相的相对含量。,2.2.2 指标的定义,一、 三个基本物理性质指标 土粒相对密度(比重)ds

2、; 土的含水量; 土的密度,(1)土粒相对密度(土粒比重)ds,定义：土粒的质量与同体积的4时纯水的质量之比（无量纲） 表达式 ： w14时纯水的密度,等于1g/cm3; s土粒密度，即土粒单位体积的质量，g/cm3 一般情况下，土粒相对密度ds在数值上等于土粒密度s，但两者的含义不同。, 土粒相对密度变化不大，一般从2.652.76，土粒越细，ds越大。见P32表2-1 特殊情况：有机质土 2.42.5 泥炭土 1.51.8 土粒比重可在实验室用“比重瓶法”测定。（扰动样）,土的相对密度ds,（2）土的含水量（含水率）,土的含水量： 土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 表达式：,含水量

3、是衡量土的含水程度（湿度）的一个重要指标，小则土干， 大则土湿。 坚硬的粘性土可小于30%，饱和软粘土可达60%。 含水量一般用“烘干法”测定,土的含水量,测定方法： 烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100105下烘干，称干土的质量。,（3）土（体）的密度,天然状态下的变化范围较大 粘性土 =1.82.0 g/cm3 砂 土 =1.62.0 g/cm3 腐质土 =1.51.7 g/cm3 土的密度一般用“环刀法”测定。（原状土）,土的密度,测定方法：环刀法,二、特殊条件下土的密度,定义：单位土体积内土粒的质量 表达式：,（1）土的干密度d,一般 d=1.31.8 g/cm3,干

4、密度d,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是评价土密实程度的指标，干密度或干重度越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。,（2）饱和密度sat,定义： 土中孔隙被充满水时，单位土体积的质量 表达式：,w w1=1g/cm3 sat=1.82.3 g/cm3,（3）土的浮密度（有效密度）,定义： 地下水位以下，土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差 表达式：,土的质量密度共有4个即 ;d ;sat ;,在后面计算土的自重应力时要用重力密度,简称重度(kN/m3)。它们的换算关系是： = g d = dg sat = sat g =

5、g 1 g = 9.807 m/s2 10 m/s2 ； 1N = 1 kg.m/s2 例如： =g=1t/m310 m/s2 =10103 (kg.m/s2)/m3=10KN/m3,各种密度、重度之间的比较,三、描述土的孔隙体积相对含量的指标,（1）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 表达式：,孔隙比是一个重要的物理力学指标，可用来评价天然土层的密实程度。 e0.6 是密实的低压缩性土 e1.0 是疏松的高压缩性土,（2）土的孔隙率n,定义： 土中孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示 表达式：, e、n 越大，土中孔隙越多，土越疏松，压缩性越大。,（3）土的

6、饱和度Sr,定义： 土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示 表达式：, Sr 反映了土中孔隙水充满的程度，理论上如果Sr =100%是完全饱和的； Sr =0是干土。, 通常可根据饱和度的大小将细砂、粉砂划分为稍湿、很湿、饱和三种状态。,土中粘粒成分越多，Sr可以达到越高的值。,土的饱和度Sr,2.2.3 指标间换算 (自学P3336),常用的物理性质指标共有9个，一般说，已知其中任意3个，通过换算，可以求其余6个。,作业:P61 2-2; 2-3,2.3 粘性土的物理特征,粘性土的软硬状态,也称稠度状态,稠度状态与含水量有关,粘性土,含水量,较硬,变软,流动,可塑性：粘性土在一定含水

7、量范围内可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，当外力移去后仍然保持原形的特性。 阿太堡界限：粘性土由一种状态转移到另一种状态的界限含水量。,2.3 粘性土的物理特征,2.3.1 粘性土的可塑性及界限含水量,缩限 塑限 液限,塑限p,液限l,稠度界限,粘性土的稠度反映土中水的形态,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,土中水的形态,w,液限 (L) 流动状态与可塑状态的界限含水量，可塑状态的 上限含水量,塑限(p) 可塑状态与半固体状态的界限含水量，可塑状态的下限含水量,缩限 (s) 半固体状态与固体状态的界限含水量，即粘性土随着含水量的

8、减小而体积开始不变的含水量。,粘性土的界限含水量,粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的试验方法测定这些界限含水量(阿太堡界限)。,液、塑限测定方法：,塑限测定（搓条）：调制均匀的湿土样，在毛玻璃上搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻恰好出现横向裂缝，就把土条的含水率定为塑限 液限测定（锥式液限仪）：取代表性试样，加入纯水调制试样，用电磁落锥测定76g的圆锥从试样表面在自重作用下经5秒恰好沉入试样10mm的深度。这时杯内土样的含水量为塑限。,2.3.2 粘性土的物理状态指标,液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）成为塑性指数,塑性指数表示：塑

9、态时含水量变化范围；结合水含量多少；土粒的细度；土中水的离子成分浓度；粘土的矿物成分。 IP工程上用来对粘性土分类。,（1）塑性指数IP,粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样的状态，粘性土的状态用液性指数来判别。 液性指数表征了土的天然含水量与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。,（2）液性指数 IL,粘性土的状态指标,判定,土处于坚硬状态,土处于可塑状态,土处于流动状态,IL是反映土的稠度状态的指标， IL越小，土越硬， IL越大，土越软。 建筑地基基础设计规范GB50007规定：,坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑,其他行业规定请参考相应规范如JTJ024-85等 交通部公路

10、桥涵地基与基础设计规范,塑态,（3） 天然稠度 (交通部门),土的天然稠度是指原状土样测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比。 用符号c表示，即： （2-12） 用烘干法； L、p 用联合测定法； 实测 路床表面以下80cm深度内的平均稠度，再按表2-5确定（P39）,c=（L-）/（Ip）,m0.002: 粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比,（1）粘性土的活动度 定义:能反映粘性土中所含矿物的活动性的指标.,2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性,皂土 A=1.11 高岭土 A=0.29,指与水的亲和能力,以蒙脱石为主的土,Ip相近时,此小节仅要求了解认识,（2）粘

11、性土的灵敏度 土的结构对土强度影响的灵敏程度,2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性,1.0 St 2.0 低灵敏土 2.0 St 4.0 中灵敏土 St 4.0 高灵敏土,低灵敏土,中灵敏土,高灵敏土,1 2 4 St,（3）粘性土的触变性 触变性：饱和粘性土受到扰动后，结构破坏，强度降低，当静置一段时间后，土的强度又随时间部分恢复的现象。,2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性,搅拌、揉搓、压实、振动等,恢复的原因： 土颗粒重新排列 胶体重新凝聚 结合水膜重新调整,土颗粒间的联结被破坏后，触变效应只能靠土粒间的电分子引力恢复强度，因此只能部分恢复。,无粘性土：一般指砂（类）土和碎石

12、（类）土。 无粘性土的特征： （1）粘粒含量甚少 （2）无可塑性 （3）单粒结构 对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。 土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好；密实的无粘性土是良好的天然地基。 土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。密实度低的饱和粉、细砂在振动荷载下极易液化。,2 .4 无粘性土的密实度,1964年日本新泻地震地基的大面积液化,注意结构本身没有发生明显破坏，但因地基破坏建筑物整体倾斜甚至倒下。,2 .4 无粘性土的密实度,2.4.1 砂土的相对密实度,相对密实度Dr,定义（理论表达式）,emax: 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒

13、入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比,emin: 最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比,定义（实用表达式）,无粘性土处于最密实的状态,无粘性土处于最疏松的状态,按Dr对砂土密实度的划分 公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485）,疏松 中密 密实,1/3 2/3,按Dr对砂土的其他分类请参见相应行业规范,2.4.1 无粘性土密实度划分的其他方法 (略),2.5 粉土的密实度和湿度 (略),2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 (自学了解),标贯击数（砂）、重型动力触探（砾）、碎石

14、土野外鉴定,（GB50021-2001）中规定，粉土密实度和湿度分别根据e和划分。P46表2-14，2-15,2.7 土的分类,2.7.1 土的分类原则和标准 原则： 简明的原则 工程特性差异的原则,建筑地基基础设计规范(GB50007-2011),公路土工试验规程（JTJ051-93）,土的分类标准(GBJ 145-90),公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85),水电部SD128-48分类法,.碎石土 2mm的 50% .砂土 0.075mm的 50% .粉土 0.075mm的 50% Ip10 .粘性土 Ip10 特殊土（其他） 表2-25,2.7 土的分类,2.7.2 建筑地基

15、土的分类,(有机质土、泥炭质土、泥炭),淤泥质土 淤泥,l,1.0e1.5 e1.5,建筑地基基础设计规范(GB50007-2002),作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。 碎石土为粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土。分类见下表：,2.7 土的分类,2.7.2 建筑地基土的分类,建筑地基基础设计规范(GB50007-2011),表4.1.5 碎石土的分类,砂土为粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土。,2.7 土的分类,2.7.2 建筑地基土的分类,建筑地基基础设计规范(GB50007-2011),砂土的密实度，可按表4.1.8分为松散、稍密、中密、密实。,2.7 土的分类,2.7.2 建筑地基土的分类,建筑地基基础设计规范(GB50007-2011),静力触探机正在作业,2.7 土的分类,2.7