土的物理力学性质

1、 防灾科技学院防灾科技学院 土土岩石岩石 风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积 地质成岩作用地质成岩作用 土的组成、结构土的组成、结构 和物理力学性质和物理力学性质 过程、条件过程、条件 2.1概述概述 防灾科技学院防灾科技学院 土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用 固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架起决构成土体骨架起决 定作用，定作用，大小和形状、矿物成分及其组成是决大小和形状、矿物成分及其组成是决 定土的物理力学性质的重要因素。定土的物理力学性质的重要因素。 饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满 干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满 非饱

2、和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在 土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响 气相固相液相 + + + 土体 2.1概述概述 防灾科技学院防灾科技学院 固固 体体 颗颗 粒粒 有机质 无定形氧化物胶体 等、可溶盐： 利石、高岭石等粘土矿物：蒙脱石、伊 次生矿物 、云母等原生矿物：石英、长石 矿物质 3 CaCONaCl 1.土粒的矿物成分土粒的矿物成分 原生矿物原生矿物:母岩经物理风化而成母岩经物理风化而成,如石英、云母、长石；如石英、云母、长石； 次生矿物次生矿物：母岩经化学风化而成，如粘土矿物、铝铁氧化：母岩经化学风化而成，如粘土矿物、铝铁氧化 物、氢氧化物等。常见的物、

3、氢氧化物等。常见的粘土矿物粘土矿物有蒙脱石、伊里石、高有蒙脱石、伊里石、高 岭石；由于粘土矿物颗粒很细，比表面积很大，所以颗粒岭石；由于粘土矿物颗粒很细，比表面积很大，所以颗粒 表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物表面具有很强的与水作用的能力，因此，土中含粘土矿物 愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。愈多，则土的粘性、塑性和胀缩性也愈大。 2.1概述概述 防灾科技学院防灾科技学院 2.土粒粒度与粒组土粒粒度与粒组 在自然界中存在的土在自然界中存在的土,都是由大小不同的土粒组成的，土都是由大小不同的土粒组成的，土 的粒径由粗到细逐渐变化时的粒径由粗到细逐渐变化时,土的性质相应地发

4、生变化。土粒土的性质相应地发生变化。土粒 的大小称为的大小称为粒度粒度，用，用粒径粒径表示。将大小相近，性质相似的颗表示。将大小相近，性质相似的颗 粒划归为一组，称为粒划归为一组，称为粒组粒组，划分粒组的分界尺寸称为，划分粒组的分界尺寸称为界限粒界限粒 径径。常用。常用200、20、2、0.075、0.005mm把土粒分为六大粒组把土粒分为六大粒组: 漂石漂石(块石块石)颗粒颗粒、卵石卵石(碎石碎石)颗粒颗粒、圆砾（角砾）颗粒圆砾（角砾）颗粒、砂砂 粒粒、粉粒及粘粒粉粒及粘粒。 2.1概述概述 防灾科技学院防灾科技学院 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 小于某粒

5、径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001 粒径粒径(mm) 土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线 2.1概述概述 防灾科技学院防灾科技学院 结合水结合水 土中水土中水 液态水液态水 固态水：矿物晶体内的结合水（结晶水），矿物的一部分，呈固态。固态水：矿物晶体内的结合水（结晶水），矿物的一部分，呈固态。 自由水自由水 强结合水：紧靠土颗粒表面强结合水：紧靠土颗粒表面 弱结合水：紧靠强结合水外围弱结合水：紧靠强结合水外围 重力水：能形成水压力并能在土中流动的水，位重力水：能形成水压力并能在土中流动的水

6、，位 于地下水位以下于地下水位以下 毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自 由水，存在于地下水位以上的透水层中。由水，存在于地下水位以上的透水层中。 气态水：土中气的一部分气态水：土中气的一部分 由于电分子引力由于电分子引力 作用而紧密吸附作用而紧密吸附 于土粒表面的水于土粒表面的水 土中的水：土中的水： 2.1概述概述 土中的水与粘粒有着土中的水与粘粒有着 复杂的相互作用复杂的相互作用 产生细粒土的产生细粒土的 可塑性、结构性、触可塑性、结构性、触 变性、胀缩性、湿陷变性、胀缩性、湿陷 性、冻胀性等。性、冻胀性等。 防灾科技学院防灾科技学院

7、2.1概述概述 土土 固相固相 液相液相 气相气相 三相组成物质的三相组成物质的 性质和三相比例性质和三相比例 指标的大小。指标的大小。 三相组成物质的性质三相组成物质的性质 和三相比例指标的大和三相比例指标的大 小，必然在土的轻重、小，必然在土的轻重、 松密、干湿、软硬等松密、干湿、软硬等 一系列物理性质有不一系列物理性质有不 同的反映。同的反映。 在一定程度上在一定程度上 决定了土力学决定了土力学 性质。性质。 防灾科技学院防灾科技学院 土的物理状态土的物理状态 粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态 土的物理性质指标土的物理性质指标 ( (三相间的比例关系三相

8、间的比例关系) ) 力学特性力学特性 影响影响 表表 示示 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例三相比例 指标指标,包括土粒比重、含水量，密度、孔隙比、孔隙率和包括土粒比重、含水量，密度、孔隙比、孔隙率和 饱和度等。三项成分的体积和质量间的比例关系也决定着饱和度等。三项成分的体积和质量间的比例关系也决定着 土的物理、力学性质。土的物理、力学性质。 物理性质是土的最基本的工程特性。物理性质是土的最基本的工程特性。 防灾科技学院防灾科技学院 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 2.2.1 土的三相简

9、图土的三相简图 Water Air Soil Va Vw Vs Vv V ma=0 mw ms m 质量质量体积体积 防灾科技学院防灾科技学院 九个物理量九个物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m 物性指标是比物性指标是比 例关系例关系: 可假设可假设 任一参数为任一参数为1 wav was VVV VVVV www a aws Vm 0m mmmm 物理量关系物理量关系: 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 其它指标：其它指标： 三相草图法计算三相草图法计算 实验室实验室 直接测定直接测定 土粒相对密度土粒

10、相对密度ds 土的含水量土的含水量w 土的密度土的密度 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 定义：土粒的密度与定义：土粒的密度与4C时时 纯蒸馏水密度的比值纯蒸馏水密度的比值 表达式：表达式： 单单 位位: 无量纲无量纲 C w s s d 4 C4 w =1.0 g/cm3 土粒相对密度在数值上土粒相对密度在数值上=土粒的密度土粒的密度 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 1.土粒相对密度土粒相对密度 s d 测定：比重瓶法测定。测定：比重瓶法测定。变化幅度很变化幅度很 小，通常按经验值选用。小，

11、通常按经验值选用。 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 定义：土中水的质量与土粒质定义：土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示量之比，用百分数表示 表达式：表达式： 单单 位位: 无量纲无量纲 一般范围：变化范围大一般范围：变化范围大 s s s w m mm m m (%)w 2.土的含水量土的含水量W 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 注意注意: 其实是含水比其实是含水比, 可达到或超过可达到或超过100 测定测定: 烘干法烘干法 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾

12、科技学院 定义：土单位体积的质量定义：土单位体积的质量 表达式：表达式： 单单 位位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3 aws ws VVV mm V m 3.土的密度土的密度 和天然重度和天然重度 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 相关指标相关指标: : 土的重度土的重度 = g 单位单位: kN/m3 工程上更常用工程上更常用, 用于计算土的用于计算土的 自重应力自重应力 土的密度土的密度 用用环刀法环刀法测定测定: 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科

13、技学院 土的孔隙比土的孔隙比e e和孔隙率和孔隙率n n是反映是反映土密实程度的重要物理土密实程度的重要物理 性质指标，性质指标，e或或n越大，土越疏松，反之土越密实。一越大，土越疏松，反之土越密实。一 般般e1.0的土是疏松的土是疏松 的高压缩性土。的高压缩性土。 1.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n s V V V e %100 V V n V 2.2.2 土的其他物理性质指标土的其他物理性质指标 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 砂类土：砂类土：28-35% 粘性土：粘性土：30-50%，有的可达，有的可达60-70% e

14、1 e n 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 2.土的饱和度土的饱和度Sr %100 V W r V V s 砂土根据饱和度的指标值分为稍湿、很湿与饱和三砂土根据饱和度的指标值分为稍湿、很湿与饱和三 种湿度状态。种湿度状态。 Sr 0.8饱和。饱和。 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与孔隙体积的比值 饱和度表示孔隙中充满水的程度：饱和度表示孔隙中充满水的程度： 对干土：对干土：Sr=0 对饱和土：对饱和土：Sr=1 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指

15、标 防灾科技学院防灾科技学院 n 干密度：干密度：土被烘干时的密度，土被烘干时的密度， 干容重：干容重：g dd V/ms d n 天然密度天然密度 天然容重天然容重 aws ws VVV mm V m g n 饱和密度：饱和密度：土饱和时的密度，土饱和时的密度， 饱和容重：饱和容重： V Vm vws sat g satsat wsat n 有效重度有效重度(浮容重：浮容重：) 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 3.干密度干密度 、饱和密度、饱和密度 、有效密度、有效密度 sat d V Vm ss 有效密度有效密度: 2.2

16、 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 dsat n 天然密度天然密度 n 干密度干密度 n 饱和密度饱和密度 n 有效密度有效密度 V mm V m ws V Vm vws sat V/ms d n 天然容重天然容重 n 干容重干容重 n 饱和容重饱和容重 n 浮容重浮容重 g dd g g satsat wsat 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 各种密度容重间的大小关系各种密度容重间的大小关系: dsat V Vm ss 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 令令Vs=1

17、 ， s V V V e swsswsss dVdVm wssW dmm ws dm)1 ( 2.2.3 指标间的换算指标间的换算 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 气气 水水 土粒土粒 dsw Vs1 1+1+e 质量质量m 体积体积V Vv=e dsw ds（1）w 所以所以VV=e,V=1+e 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 e d V m Ws 1 1 由上式：由上式： 11e d V m Wss 1 d Ws d e 1 1 Ws d 气气 水水 土粒土粒 dsw Vs1 1+1+e

18、 质量质量m 体积体积V Vv=e dsw ds（1）w d 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 w s e ed 1 气气 水水 土粒土粒 dsw Vs1 1+1+e 质量质量m 体积体积V Vv=e dsw ds（1）w sat w vs vsswvwsswvs VV VdV V VdV V Vm 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 e d Ws 1 1 V VVm WVs V VVm WWVs 气气 水水 土粒土粒 dsw Vs1 1+1+e 质量质量m 体积体积V Vv=e dsw ds（1）w Wsat V Vm Wss

19、 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 vs WsWss VV VdV 防灾科技学院防灾科技学院 e e V V n V 1 气气 水水 土粒土粒 dsw Vs1 1+1+e 质量质量m 体积体积V Vv=e dsw ds（1）w e d VdV mm V m V V s s sWsWV sW WV W V W r / / 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 气气 水水 土粒土粒 ms= Vs V=V= 质量质量m 体积体积V Vv= mw= m= 三相草图三相草图 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 2.2 土的三相比例指标

20、土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 无粘性土无粘性土 砂砂(类类)土土 碎石碎石(类类)土土 无粘性土的物理性质主要决定于土的密实程度。无粘性土的物理性质主要决定于土的密实程度。 防灾科技学院防灾科技学院 密实密实 中密中密 稍密稍密松散松散 砾砂、粗砂、砾砂、粗砂、 中砂中砂 e0.6 0.6 e 0.75 0.75 e 0.85 e 0.85 细砂细砂 e0.7 0.7 e 0.85 0.85 2/

21、3 密实密实 2/3 Dr1/3 中密中密 1/3 Dr 松散松散 Dr=0 最松散状态最松散状态 Dr=1 最密实状态最密实状态 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 防灾科技学院防灾科技学院 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 砂砂 土土 的的 密密 实实 度度(GB50007-2002)(GB50007-2002) 注：表中注：表中N为实测平均值。为实测平均值。 密实度密实度密实密实中密中密稍密稍密松散松散 标贯击数标贯击数N N30 30N1515 N10N10 按实测平均按实测平均N N划分砂土的密实度划分

22、砂土的密实度(JTJ024-85)(JTJ024-85) 密实度密实度密实密实中密中密稍密稍密松散松散 标贯击数标贯击数N50-3029-109-55 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 2.碎石土的密实度碎石土的密实度 碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器碎石土更不宜取得原状土样，也难于将贯入器 击入其中。对这类土可在现场进行观察击入其中。对这类土可在现场进行观察,根据其骨架根据其骨架 颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分颗粒含量、排列、可挖性及可钻性鉴别。将碎石土分 为密实、中密、稍密和松散四种。为密实、中密、稍密和松散四种。 碎石土密

23、实度野外鉴别方法（碎石土密实度野外鉴别方法（GB50007-2002）：）： 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 密实 度 骨架颗粒含量 和排列 可挖性可钻性 密实 骨架颗粒含量大于总 重的70%，呈交错排 列，连续接触 锹镐挖掘困难，用 撬棍才能松动；井 壁一般较稳定 钻进极困难；冲击钻 探时，钻杆、吊锤跳 动剧烈；孔壁较稳定 中密 骨架颗粒含量等于总 量的60%70%，呈交 错排列，大部分接触 锹镐可挖掘；井壁 有掉块现象；从井 壁取出大颗粒处能 保持颗粒凹面形状 钻进较困难；冲击钻 探时，钻杆、吊锤跳 动剧烈；孔壁有坍塌 现象 稍密 骨架颗粒含量等

24、于总 重的55%60%，排列 混乱，大部分不接触 锹可以挖掘；井壁 易坍塌；从井壁取 出大颗粒后，砂土 立即坍落 钻进较容易；冲击钻 探时，钻杆稍有跳动； 孔壁易坍塌 松散 骨架颗粒含量小于总 重的55%，排列十分 混乱，绝大部分不接 触 锹易挖掘；井壁极 易坍塌 钻进很容易；冲击钻 探时，钻杆无跳动； 孔壁极易坍塌 碎石土密实度野外鉴别方法 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 密实度密实度密实密实中密中密稍密稍密松散松散 重型圆锥重型圆锥 动力触探动力触探 锤击数锤击数 5 .63 N 规范规范采用采用重型圆锥动力触探重型圆锥动力触探锤击数锤击数 来划

25、分碎石来划分碎石 土的密实度。土的密实度。 5 .63 N 20 5 . 63 N 2010 5 .63 N105 5 .63 N 5 5 .63 N 碎石土的密实度碎石土的密实度GB50021-2001 (贯入深度贯入深度 10cm） 5 .6315 .63 NN 杆长修正系数。杆长修正系数。 1 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 穿心锤穿心锤 触探杆触探杆 尖锥头尖锥头 锤垫锤垫 42 74 重型圆锥动力触探重型圆锥动力触探 2.3 2.3 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 圆锥动力触探类型圆锥动力触探类型 2.3 2.3

26、 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 防灾科技学院防灾科技学院 作作 业：业： 课本课本 2-1、2-2、2-4； 防灾科技学院防灾科技学院 例例2 某一施工现场需要填土，基坑的体积为某一施工现场需要填土，基坑的体积为2000 m3，土方来源是，土方来源是 从附近土丘开挖，经勘察土的土粒相对密度为从附近土丘开挖，经勘察土的土粒相对密度为2.70,含水量为含水量为15%, 孔隙比为孔隙比为0.60。要求填土的含水量为。要求填土的含水量为17%,干密度为干密度为1.76 g/cm3 , 问问:(1) 取土场的土重度、干重度和饱和度是多少？取土场的土重度、干重度和饱和度是多少？(2) 应从取土场应从取

27、土场 开采多少方土开采多少方土?(3) 碾压时应洒多少水碾压时应洒多少水?填土的孔隙比是多少填土的孔隙比是多少? tVm ds 3520200076. 1（）填土场（）填土场 取土场取土场 3 8 .2082 69.1 3520 m m V d s （）（）洒多少水洒多少水tmm s 4 .7015.017.03520 534. 01 76. 1 7 . 2 1 d Ws d e 解解（）（）%5 .67,88.16,4 .19 33 rd SmkNmkN 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 防灾科技学院防灾科技学院 第第 二二 讲讲 防灾科技学院防灾科技学院 第第 二二 章章 防灾科技

28、学院防灾科技学院 一般土的物理指标中一般土的物理指标中 独立变量有哪几个？独立变量有哪几个？ 其它指标还有哪些？其它指标还有哪些？ 它们是怎样得到的？它们是怎样得到的？ 空气空气 水水 固体固体 ma=0 mw ms m 质量质量 Va Vw Vs Vv V 体积体积 提问提问-1 土的密度土的密度 土粒比重（土粒相对密度）土粒比重（土粒相对密度） 土的含水量土的含水量 实验室测定实验室测定 孔隙比和孔隙率孔隙比和孔隙率 土的饱和度土的饱和度 干密度、饱和密度、有效密度干密度、饱和密度、有效密度 三项草图法计算三项草图法计算 防灾科技学院防灾科技学院 提问提问-2 无粘性土的物理性质主要决定于

29、土的密实程无粘性土的物理性质主要决定于土的密实程 度，那么对于砂土的密实程度一般可用哪些指标度，那么对于砂土的密实程度一般可用哪些指标 或参数来判别？或参数来判别？ 天然孔隙比天然孔隙比e 相对密实度相对密实度Dr 标贯试验的锤击数标贯试验的锤击数N 防灾科技学院防灾科技学院 2.4.1 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量 同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固 态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分 界含水量，叫界含水量，叫界限含水量，总称为阿太堡界限界限含水

30、量，总称为阿太堡界限。 界限含水量的测定方法界限含水量的测定方法： 塑限塑限 ：搓条法；：搓条法； 液限液限 ：锥式液限仪（如下图）。：锥式液限仪（如下图）。 p l s p l 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 界限含水量的测定方法界限含水量的测定方法： 塑限塑限 ：搓条法；：搓条法； 液限液限 ：锥式液限仪。：锥式液限仪。 p l 塑限试验塑限试验 锥式液限仪锥式液限仪 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 上述测定塑限、液限的方法存在的主要上述测定塑限、液限的方法存在的主要缺点缺点是手工操是手工操 作，受人为影响大，

31、结果不稳定。作，受人为影响大，结果不稳定。土工试验方法标土工试验方法标 准准（GB501231999）（以下简称标准）介绍了塑）（以下简称标准）介绍了塑 限、液限联合测定方法。限、液限联合测定方法。 p w L w 1 2 10 8 3 圆锥入土深圆锥入土深 度度 mm %w 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 2.4.2 粘性土的塑性指数和液性指数粘性土的塑性指数和液性指数 （ 1）塑性指数）塑性指数IP： PLp I （省去（省去%） IP表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗粒表示土处于可塑状态的含水量范围大小。它与颗粒 粗细、矿物成分和水中离子成

32、分的浓度有关。粗细、矿物成分和水中离子成分的浓度有关。 土颗粒土颗粒越细越细，则比表面越大，土的结合水含量越高，则比表面越大，土的结合水含量越高， IP越大越大。当水中。当水中高价阳离子浓度增加高价阳离子浓度增加时，土粒表面吸附的时，土粒表面吸附的 反离子层厚度变薄反离子层厚度变薄,结合水含量相应减少，结合水含量相应减少， IP也小也小；反之，；反之， IP变大。变大。 IP与矿物成分的关系（如下图）。与矿物成分的关系（如下图）。 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 IP 粘粒含量粘粒含量 蒙脱石蒙脱石 高岭石高岭石 伊利石伊利石 蒙脱石蒙脱石 粘粒含量粘粒

33、含量 IP IP与矿物成分的关系与矿物成分的关系 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 由于由于Ip能反映土的塑性大小和反映影响粘性土特能反映土的塑性大小和反映影响粘性土特 征的各种重要因素征的各种重要因素,因此因此,工程上常用它对粘性土进行工程上常用它对粘性土进行 分类分类: 塑性指数塑性指数Ip土的名称土的名称 Ip 17粘土粘土 10Ip 17粉质粘土粉质粘土 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 P P PL P L I I 是反映粘性土软硬状态的指标。是反映粘性土软硬状态的指标。 1 LL I 10 LPL I 0

34、LP I 流动状态流动状态; 可塑状态可塑状态; 固态。固态。 s p l 流塑状态流塑状态 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 粘性土软硬状态的划分（粘性土软硬状态的划分（GB50007-2002） 状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑 L I0 L I25. 00 L I75. 025. 0 L I175. 0 L I1 L I 粘性土软硬状态的划分（粘性土软硬状态的划分（JTJ024-85） 分级分级坚硬、半坚坚硬、半坚 硬状态硬状态 可塑状态可塑状态流塑状态流塑状态 硬塑硬塑软塑软塑 液性液性 指数指数 L I 0 L I25. 00 L

35、 I0 . 15 . 0 L I1 L I 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 PL L c （公路土工规程）（公路土工规程） 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 2.4.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性粘性土的活动度、灵敏度和触变性 n 活动度：活动度： m I A p 粒径小于粒径小于0.002mm0.002mm颗粒的质量颗粒的质量 占总土总质量的百分比占总土总质量的百分比 A 1.25活性粘土活性粘土 1、粘性土的活动度：反应粘性土中所含矿物的活动性。、粘性土的活动度：反应粘性土中所含矿物的活动性。 2.42.4粘

36、性土的物理特征粘性土的物理特征 防灾科技学院防灾科技学院 )42( t S)4( t S 2、 粘性土的灵敏度和触变性粘性土的灵敏度和触变性 天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压天然状态的粘性土当受扰动后，其强度降低、压 缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，可用灵敏 度度 衡量：衡量： uut qqS t S 根据灵敏度将饱和粘性土分为：根据灵敏度将饱和粘性土分为： 低灵敏低灵敏),21 ( t S 中灵敏中灵敏和和高灵敏高灵敏三类。三类。 饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但饱和粘性土当受扰动后，其强度降低，但 当扰动停止后，强度又随时间

37、增大，这种特性称为当扰动停止后，强度又随时间增大，这种特性称为 触变性触变性。 触变性触变性： 2.42.4粘性土的物理特征粘性土的物理特征 重塑 原状无侧抗压 u u q q 防灾科技学院防灾科技学院 2.5 2.5 粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度 1、粉土粉土：介于砂土和黏性土之间，粒径大于：介于砂土和黏性土之间，粒径大于 0.075mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50%，且塑性指，且塑性指 数数Ip 10的土。的土。 2、粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度(GB50021-2001) 密实度密实度密实密实中密中密稍密稍密 孔隙比孔隙比ee 0.750.75 e 0

38、.90e0.90 湿度湿度稍湿稍湿湿湿很湿很湿 含水量含水量 2020 30 30 防灾科技学院防灾科技学院 pp 0 h -h = s h 一、土的胀缩性一、土的胀缩性 粘性土粘性土吸水膨胀吸水膨胀失水收缩失水收缩 自由膨胀率自由膨胀率 ef： 二、土的湿陷性二、土的湿陷性 湿陷系数湿陷系数 s： V-V W0 =100% ef V 0 s0.015，非湿陷性黄土，非湿陷性黄土 s0.015，湿陷性黄土，湿陷性黄土 膨胀土地区建筑技术规范膨胀土地区建筑技术规范GBJ112-87 湿陷性黄土地区建筑规范湿陷性黄土地区建筑规范GB50025-2004 2.6 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土

39、的胀缩性、湿陷性和冻胀性 hp：压缩稳定后高度：压缩稳定后高度 hp：加水浸湿压缩高度：加水浸湿压缩高度 防灾科技学院防灾科技学院 2.6 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 3. 冻胀性冻胀性 毛细水毛细水 土颗粒土颗粒 结合水结合水 冰冰 机理机理 -复杂复杂,开始认为是水变成冰的体胀开始认为是水变成冰的体胀. 自由水冻结温度自由水冻结温度0oc,结合水冻结温度结合水冻结温度-0.5-30oc 防灾科技学院防灾科技学院 吸引毛细水吸引毛细水 自由水自由水+ +外层外层( (弱弱) )结合水冻结结合水冻结, ,形成冰针形成冰针, ,冰透镜冰透镜 结合水膜变薄结合水膜

40、变薄, ,离子浓度加大离子浓度加大, ,吸力增加吸力增加 吸引地下水吸引地下水 冰晶体不断增大冰晶体不断增大 2.6 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 防灾科技学院防灾科技学院 按：按：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002 冻土地区建筑地基基础设计规范冻土地区建筑地基基础设计规范JGJ118-89 级级 不不 冻冻 胀胀 地基土地基土 级级 弱弱 冻冻 胀胀 级级 冻冻 胀胀 级级 强强 冻冻 胀胀 级级 特特 强强 冻冻 胀胀 平均冻胀率平均冻胀率： 2.6 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 防灾科技学院防灾

41、科技学院 2.7 土的压实原理土的压实原理 在工程建设中，经常遇到填土压实的问题，例如修筑在工程建设中，经常遇到填土压实的问题，例如修筑 道路，堤坝，飞机厂，运动场，挡土墙，埋设管道，道路，堤坝，飞机厂，运动场，挡土墙，埋设管道， 建筑物地基的回填等。为了提高填土的强度，增加土建筑物地基的回填等。为了提高填土的强度，增加土 的密实度，降低其的密实度，降低其透水性透水性和和压缩性压缩性，通常用分层压实，通常用分层压实 的办法来处理地基。的办法来处理地基。 压路机压路机 防灾科技学院防灾科技学院 压实：压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密 实、以提高土

42、的强度、减小土的压缩性和渗透性实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性 压实性：压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性指土在一定压实能量作用下密度增长的特性 研究压实性的目的：研究压实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度以最小的能量消耗获得最大的压实密度 压实方法：压实方法： 室内压实试验室内压实试验 现场试验现场试验: : 夯打、振动、碾压夯打、振动、碾压 2.7 土的压实原理土的压实原理 防灾科技学院防灾科技学院 一一. . 室内击实试验室内击实试验 二二. . 细粒土的压实性细粒土的压实性 三三. . 粗粒土的压实性粗粒土的压实性 2.7 土的压实原理土的压实原理 防

43、灾科技学院防灾科技学院 一一. . 室内击实试验室内击实试验 在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有 轻型和重型两种。轻型和重型两种。 击实筒击实筒 护筒护筒 击锤击锤 导筒导筒 土土 2.7 土的压实原理土的压实原理 防灾科技学院防灾科技学院 轻型击实试验轻型击实试验适用于粒径小于适用于粒径小于5mm的土，击实的土，击实 筒容积为筒容积为947cm3，击锤质量为，击锤质量为2.5kg。把制备。把制备 成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层 土料用击锤均匀锤击土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为

44、下，击锤落高为30.5cm 重型击实试验重型击实试验适用于粒径小于适用于粒径小于40mm的土，击的土，击 实筒容积为实筒容积为2104cm3，击锤质量为，击锤质量为4.5kg，击锤，击锤 落高为落高为45.7cm 。分五层击实，每层。分五层击实，每层56击。根据击。根据 击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干 密度密度 注意：注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸 的击实仪的击实仪 2.7 土的压实原理土的压实原理 防灾科技学院防灾科技学院 1.1.击实曲线击实曲线 特点：特点： 具有峰值具有峰值 位于饱和曲

45、线之下位于饱和曲线之下 satdd )( 0 4 8 12 16 20 24 28 含水量含水量w(%) 2.0 1.8 1.6 1.4 干密度干密度 d(g/cm3) 饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86 wop=12.1 1/ sw d sr d d w S () 1 sw dsat s d d w 1Sr 最大干密度最大干密度:在击数一定的条件下，当含水率较低在击数一定的条件下，当含水率较低 时，击实后的干密度随着含水率的增加而增大；而当含时，击实后的干密度随着含水率的增加而增大；而当含 水率达到某一值时，干密度达到最大值，此时含水率继水率达到某一值时，干密度达到最大值，此时含水率继 续

46、增加反而招致干密度的减小。这个最大值称为最大干续增加反而招致干密度的减小。这个最大值称为最大干 密度，与它对应的含水率称为最优含水率密度，与它对应的含水率称为最优含水率 二二. . 细粒土的压实性细粒土的压实性 2.7 土的压实原理土的压实原理 击实曲线击实曲线 防灾科技学院防灾科技学院 2. 2. 理论分析理论分析 压实机理：压实机理： 颗粒被击碎，土粒定向排列颗粒被击碎，土粒定向排列; 土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙 体积减小体积减小; 气被挤出或被压缩等气被挤出或被压缩等 0 4 8 12 16 20 24 28 含水量含水量w(%) 2.0 1

47、.8 1.6 1.4 干密度干密度 d(g/cm3) 饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86 wop=12.1 二二. . 细粒土的压实性细粒土的压实性 防灾科技学院防灾科技学院 3. 影响因素影响因素 a. 击实功能击实功能 d 50 N 30 N 10 N 存在一个上界 d ,E,const 二二. . 细粒土的压实性细粒土的压实性 b. 土的级配、含水量土的级配、含水量 d 3 2 1 constE 越小。越大，级配越好，其 opmaxd c. c. 击实方式击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适 const d d E ma x ,dOp ,

48、,E 防灾科技学院防灾科技学院 二二. . 细粒土的压实性细粒土的压实性 4. 土的压实度土的压实度 土的压实度定义为现场土质材料压实后的干密度与室内试验标土的压实度定义为现场土质材料压实后的干密度与室内试验标 准最大干密度之比，或称为压实系数：准最大干密度之比，或称为压实系数： maxddc 在工程中，填土的压实质量标准常以压实度来控制，要求压实在工程中，填土的压实质量标准常以压实度来控制，要求压实 度接近于度接近于1，表明对压实质量的要求越高。，表明对压实质量的要求越高。 防灾科技学院防灾科技学院 不存在最优含水量不存在最优含水量； 在完全风干和饱和两种状态在完全风干和饱和两种状态 下易于

49、击实下易于击实； 三三. . 无粘性土的压实性无粘性土的压实性 1.1.击实曲线击实曲线 特点特点 d 100%100% 粗砂粗砂 =45% 中砂中砂 =7%； 时，干密度最小时，干密度最小 2. 理论分析理论分析 对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出 现的现象。现的现象。 在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。 3. 压实标准压实标准 常用相对密实度常用相对密实度控制控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和

50、 2.7 土的压实原理土的压实原理 防灾科技学院防灾科技学院 目的：目的： 依据：依据： 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002GB50007-2002分类法分类法 公路桥涵地基土分类法公路桥涵地基土分类法 是将工程性质相近的是将工程性质相近的 土进行分类土进行分类 便于研究及应用简明便于研究及应用简明 能反映土的物理力学性质能反映土的物理力学性质 工程特征差异工程特征差异 土的组成土的组成 土的状态土的状态 土的结构土的结构 公路路基土分类法公路路基土分类法 一、土的分类原则和标准一、土的分类原则和标准 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 工

51、工 程程 用用 土土 一般土一般土 特殊土特殊土 黄土黄土 膨胀土膨胀土 红粘土红粘土 冻土冻土 盐渍土盐渍土 有机土有机土 无机土无机土 巨粒土巨粒土 含巨粒的土含巨粒的土 粗粒土粗粒土 细粒土细粒土 漂石漂石 卵石卵石 混合巨粒土混合巨粒土 巨粒混合土巨粒混合土 砾类土砾类土 砂类土砂类土 粉土粉土 粘土粘土 土的总分类体系土的总分类体系 国际国际-卡萨格兰特开始卡萨格兰特开始 国内国内-土的分类标准土的分类标准 定定 量量 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 巨粒土和粗粒土巨粒土和粗粒土 粒组含量粒组含量 级配指标级配指标 细粒塑性细粒塑性 细粒土细粒土塑性图塑性

52、图 Cclay Mmo O-organic Hhigh liquid limit Llow liquid limit Wwell graded Ppoor graded 图中液限为图中液限为 17mm液限液限 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002GB50007-2002分类法分类法 （按粒度成分和塑性指数划分）（按粒度成分和塑性指数划分） 二、建筑地基土的分类二、建筑地基土的分类 岩石；岩石； 碎石类土碎石类土；粒径；粒径2mm的颗粒含量超过的颗粒含量超过50%； 砂土砂土；粒径；粒径0.075mm的颗粒含

53、量超过的颗粒含量超过50%； 粉土粉土； IP 10、粒径粒径0.075mm的颗粒含量不超的颗粒含量不超 过过50%； 粘性土粘性土；IP 10，当，当1017为粘土为粘土; 人工填土人工填土 六大类六大类。 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 1.岩石的工程分类：岩石的工程分类： （1）岩石按成因条件分）岩石按成因条件分:岩浆岩、沉积岩和变质岩。岩浆岩、沉积岩和变质岩。 （2）岩石按坚固性分：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软）岩石按坚固性分：坚硬岩、较硬岩、较软岩、软 岩、极软岩。岩、极软岩。 饱和单轴抗压饱和单轴抗压 强度标准值强度标准值 极软岩极软岩软岩软岩较软岩较软岩

54、较硬岩较硬岩坚硬岩坚硬岩坚硬程度类别坚硬程度类别 60 rk f3060 rk f1530 rk f515 rk f5 rk f )(MPafrk 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 岩浆岩 沉积岩 变质岩 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 岩石坚硬程度的定性划分岩石坚硬程度的定性划分 名名 称称 定定 性性 鉴鉴 定定 代表性岩石代表性岩石 硬硬 质质 岩岩 坚坚 硬硬 岩岩 锤击声清脆，有回弹，震手，锤击声清脆，有回弹，震手， 难击碎；难击碎； 浸水后，大多无吸浸水后，大多无吸 水反应水反应 末风化微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、末风化微风

55、化的花岗岩、正长岩、闪长岩、 辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、 硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂 岩、硅质石灰岩等岩、硅质石灰岩等 较坚硬岩较坚硬岩 锤击声较清脆，有轻微回弹，锤击声较清脆，有轻微回弹， 稍震手，较难击碎；稍震手，较难击碎； 浸水后，浸水后， 有轻微吸水反应有轻微吸水反应 1.弱风化的坚硬岩；弱风化的坚硬岩； 2.未风化微风化的：未风化微风化的： 熔结凝灰岩、大理岩、熔结凝灰岩、大理岩、 板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂岩等 软软 质质 岩

56、岩 较软岩较软岩 锤击声不清脆，无回弹，较锤击声不清脆，无回弹，较 易击碎；易击碎； 浸水后，指甲可刻出印痕浸水后，指甲可刻出印痕 1.强风化的坚硬岩；强风化的坚硬岩； 2.弱风化的较坚硬岩；弱风化的较坚硬岩； 3.未风化微风化的：未风化微风化的： 凝灰岩、千枚岩、砂质凝灰岩、千枚岩、砂质 泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等 软软 岩岩 锤击声哑，无回弹，有凹痕，锤击声哑，无回弹，有凹痕， 易击碎；易击碎； 浸水后，手可掰开浸水后，手可掰开 1.强风化的坚硬岩；强风化的坚硬岩； 2.弱风化强风化的较坚硬岩；弱风化强风化的较坚硬岩； 3.弱风化的较软岩；

57、弱风化的较软岩； 4.未风化的泥岩等未风化的泥岩等 极软岩极软岩 锤击声哑，无回弹，有较深锤击声哑，无回弹，有较深 凹痕，手可捏碎；凹痕，手可捏碎； 浸水后，可捏成团浸水后，可捏成团 1.全风化的各种岩石；全风化的各种岩石； 2.各种半成岩各种半成岩 当缺乏单轴饱和抗压强度时当缺乏单轴饱和抗压强度时,可在现场通过观察定性划分可在现场通过观察定性划分: 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 风化风化 程度程度 野野 外外 特特 征征 风化程度参数指标风化程度参数指标 波波 速速 比比 风化系数风化系数 未未 风风 化化 岩质新鲜，偶见风化痕迹岩质新鲜，偶见风化痕迹 0.91

58、.00.91.0 微微 风风 化化 结构基本未变，仅解理面有渲染或略有变色，结构基本未变，仅解理面有渲染或略有变色， 有少量风化裂隙有少量风化裂隙 0.9 中中 等等 风风 化化 结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化结构部分破坏，沿节理面有次生矿物，风化 裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难以挖裂隙发育，岩体被切割成岩块。用镐难以挖 动，岩芯钻方可钻进动，岩芯钻方可钻进 0.6.080.40.8 强强 风风 化化 结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化结构大部分破坏，矿物成分显著变化，风化 裂隙很发育，岩体破碎，用镐可以挖动，干裂隙很发育，岩体破碎，用镐可以挖动，干 钻不易钻

59、进钻不易钻进 全全 风风 化化 结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强结构基本破坏，但尚可辨认，有残余结构强 度，用镐可挖，干钻可钻进度，用镐可挖，干钻可钻进 0.20.4 残残 积积 土土 组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易组织结构全部破坏，已风化成土状，锹镐易 挖掘，干钻易钻进，具可塑性挖掘，干钻易钻进，具可塑性 0.2 (3)岩石按风化程度分岩石按风化程度分:GB 50021-2001。 注：注：1.1.波速比为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比波速比为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比 2.2.风化系数为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比风化系数为风化岩石与新鲜

60、岩石饱和单轴抗压强度之比 2.8 土的工程分类土的工程分类 防灾科技学院防灾科技学院 名名 称称 结构面发育程度结构面发育程度 主要结构面主要结构面 的结合程度的结合程度 主要结构面类主要结构面类 型型 相应结构类型相应结构类型 组数组数 平均间距平均间距(m) (m) 完完 整整 1 12 2 1.0 1.0 结合好或结合好或 结合一般结合一般 节理、裂隙、节理、裂隙、 层面层面 整体状或巨厚层状结整体状或巨厚层状结 构构 较完整较完整 1 12 2 1.0 1.0 结结 合合 差差 节理、裂隙、节理、裂隙、 层面层面 块状或厚层状结构块状或厚层状结构 2 23 3 1.01.00.4 0.