土力学完整教案06-第六讲

1、土 力 学主讲人：张向东主讲人：张向东辽 宁 省 精 品 资 源 共 享 课土土 力力 学学v 课课 次次：第：第6次次v 主要内容主要内容：粘性土的物理特性指标；无粘性土的密实度。：粘性土的物理特性指标；无粘性土的密实度。v 重点内容重点内容：粘性土的物理特性指标。：粘性土的物理特性指标。 v 教学参考书教学参考书：张向东主编：张向东主编.土力学土力学.北京：人民交通出版社，北京：人民交通出版社，20112.4 土的物理特性指标土的物理特性指标一、粘性土的物理特性指标一、粘性土的物理特性指标（一）粘性土的界线含水量（一）粘性土的界线含水量 1. 定义定义 含水量的大小对粘性土的工程性质要产生

2、极大的影响，随着含水含水量的大小对粘性土的工程性质要产生极大的影响，随着含水量的增加，粘性土的强度要降低，压缩性要提高。量的增加，粘性土的强度要降低，压缩性要提高。 粘性土随着含水量的增加，将由固态粘性土随着含水量的增加，将由固态半固态半固态可塑状态可塑状态流动流动状态。状态。v 流动状态：流动状态：当粘土中水较多、土粒完全被水隔开时，土成泥浆状，可流动。此当粘土中水较多、土粒完全被水隔开时，土成泥浆状，可流动。此时，土的抗剪强度极低。时，土的抗剪强度极低。v 可塑状态：可塑状态：在外力作用下可塑成任何形状而不发生裂缝，当外力移去后能保持在外力作用下可塑成任何形状而不发生裂缝，当外力移去后能保

3、持既得形状，不回弹也不坍塌，粘性土的这种特性称为可塑性，相应的状态为可既得形状，不回弹也不坍塌，粘性土的这种特性称为可塑性，相应的状态为可塑状态。此时，土有很小的抗剪强度。塑状态。此时，土有很小的抗剪强度。v 半固态：半固态： 当含水量继续减少时，土体因水份减少而发生体积收缩，称为半固当含水量继续减少时，土体因水份减少而发生体积收缩，称为半固态。态。v 固态：固态：当含水量进一步减少，但其体积不再收缩时，粘土处于固态。当含水量进一步减少，但其体积不再收缩时，粘土处于固态。v 处于半固态和固态的粘性土，具有较大的抗剪强度，在外力作用下不再有可塑处于半固态和固态的粘性土，具有较大的抗剪强度，在外力

4、作用下不再有可塑性，而是呈脆性。性，而是呈脆性。v 界线含水量：界线含水量：粘性土的一种状态转入另一种状态时的分界含水量，称粘性土的一种状态转入另一种状态时的分界含水量，称为界线含水量。为界线含水量。v 土由流动状态变成可塑状态的界限含水量称为土由流动状态变成可塑状态的界限含水量称为液限液限，用，用L 表示；表示；v 土由可塑状态变化到半固态的界限含称为土由可塑状态变化到半固态的界限含称为塑限塑限，用，用P表示；表示；v 土由半固态到固态的界限含水量称为土由半固态到固态的界限含水量称为缩限缩限，用，用S表示。表示。v 塑限塑限WP和液限和液限WL在国际上称为在国际上称为阿太堡界限阿太堡界限，来

5、源于土壤学，后来应，来源于土壤学，后来应用于土木工程。用于土木工程。v 处于处于固态固态的土，基本上只含强结合水；的土，基本上只含强结合水；v 处于处于半固态半固态的土，含强结合水及部分弱结合水；的土，含强结合水及部分弱结合水；v 处于处于可塑状态可塑状态的粘性土，含有结合水和少部分自由水；的粘性土，含有结合水和少部分自由水；v 处于处于流动状态流动状态的粘性土，含有大量的自由水。的粘性土，含有大量的自由水。2.界限含水量的测定方法界限含水量的测定方法(1)液限液限L的测定的测定锥式液限仪（中国）锥式液限仪（中国）v 将调成浓糊状的试样装满盛土杯，刮平杯口面，手握手柄将园锥体轻将调成浓糊状的试

6、样装满盛土杯，刮平杯口面，手握手柄将园锥体轻放于试样之上，使其在自重作用下缓慢下沉。如经过放于试样之上，使其在自重作用下缓慢下沉。如经过15s圆锥沉入深圆锥沉入深度恰好为度恰好为10mm时，该试样的含水量即为液限时，该试样的含水量即为液限L值。值。v 若锥体入土深度大于若锥体入土深度大于10mm，说明土样的含水量高于液限；若锥体入，说明土样的含水量高于液限；若锥体入土深度小于土深度小于10mm，说明土样的含水量低于液限。需重新调配试样，说明土样的含水量低于液限。需重新调配试样，直到合格为止。直到合格为止。v 对于合格的试样，利用烘干法测定其含水量，即为液限对于合格的试样，利用烘干法测定其含水量

7、，即为液限L 。v在欧美等国家多采用碟式液限仪。 （2）塑限）塑限P的测定的测定v 用用“搓条法搓条法”测定，将调配好的试样，用手先搓成直径测定，将调配好的试样，用手先搓成直径10mm的小的小园球，然后用手撑放在毛玻璃板上搓成小土条，若土条搓至直径为园球，然后用手撑放在毛玻璃板上搓成小土条，若土条搓至直径为3mm时正好断裂或出现较多裂缝，这时土样的含水量就是塑限。时正好断裂或出现较多裂缝，这时土样的含水量就是塑限。v 若土条搓至直径若土条搓至直径3mm时仍未断裂，说明土样含水量高于塑限；如土时仍未断裂，说明土样含水量高于塑限；如土条过早断裂，说明土样含水量低于塑限。在这种试情况下，都需重条过早

8、断裂，说明土样含水量低于塑限。在这种试情况下，都需重新调配试样直到合格为止。新调配试样直到合格为止。v 然后，将合格的试样称取然后，将合格的试样称取15g，用，用”烘干法烘干法”测定含水量，即得塑测定含水量，即得塑限限P 。（3）液塑限联合测定法（公路系统）液塑限联合测定法（公路系统） 用锥式液限仪进行试验时，圆锥的入土深度与土样含水量有关。用锥式液限仪进行试验时，圆锥的入土深度与土样含水量有关。试验表明，二者在双对数坐标上为直线关系。试验表明，二者在双对数坐标上为直线关系。 试验时，调配成三种含水量不同的试试验时，调配成三种含水量不同的试样，分别用锥式液限仪来测定入土深样，分别用锥式液限仪来

9、测定入土深度，这样便在双对数座标上得到三个度，这样便在双对数座标上得到三个点，通过这三点，画一条直线。点，通过这三点，画一条直线。 相应于入土深度相应于入土深度10mm时的含水量为时的含水量为液限液限L。 相应于入土深度为相应于入土深度为2mm时的含水量为时的含水量为塑限塑限P。（二）塑性指数与液性指数（二）塑性指数与液性指数 1塑性指数塑性指数：液限液限L与塑限与塑限P的差值，即的差值，即 IP =LPv习惯用不带的数值表示。习惯用不带的数值表示。v塑性指数的大小，反映了土处于可塑状态的含水量变化范围。塑性指数的大小，反映了土处于可塑状态的含水量变化范围。v IP值越大，土处于可塑状态的含水

10、量范围也越大。值越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。v土处于可塑状态时，土中水是结合水和少部分自由水。土处于可塑状态时，土中水是结合水和少部分自由水。v IP的大小与土中结合水的含量有明显的关系，也就是与土颗粒大小有关。的大小与土中结合水的含量有明显的关系，也就是与土颗粒大小有关。v土粒越细，粘粒越多，其比表面积越大，结合水含量越高，土粒越细，粘粒越多，其比表面积越大，结合水含量越高， IP值也就越大。值也就越大。v常用塑性指数作为粘性土分类的标准。常用塑性指数作为粘性土分类的标准。 2液性指数（稠度）液性指数（稠度）式中：式中：土的天然含水量。土的天然含水量。v 当当P时，时，IL L时

11、，时，IL 1，土处于流动状态。，土处于流动状态。v 由此可见，液性指数由此可见，液性指数IL的大小反映了粘性土的软硬程度。的大小反映了粘性土的软硬程度。v IL越大，土越软。越大，土越软。v 根据液性指数IL的大小，建筑地基基础设计规范将粘性土划分为五种软硬状态。状态状态 坚硬坚硬 硬塑硬塑 可塑可塑 软塑软塑 流塑流塑 液性液性指数指数 IL0 0IL0.25 0.25IL0.75 0.75IL1.0 IL1.0 （三）粘性土的灵敏度和触变性（三）粘性土的灵敏度和触变性n 天然状态下的粘性土，由于地质历史作用常具有一定的结构性；天然状态下的粘性土，由于地质历史作用常具有一定的结构性；n 当

12、土体受到外力扰动作用，其结构遭受破坏时，土的强度降低，压缩当土体受到外力扰动作用，其结构遭受破坏时，土的强度降低，压缩性增高。性增高。n 工程上常用灵敏度工程上常用灵敏度St来衡量粘性土结构性对强度的影响。来衡量粘性土结构性对强度的影响。 1灵敏度灵敏度 St= qu /qu式中：式中：qu原状土无侧限抗压强度，原状土无侧限抗压强度，kPa； qu重塑土无侧限抗压强度，重塑土无侧限抗压强度，kPa。u土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈明显。低就愈明显。u基础工程施工中必须注意保护基槽，尽量减少对土结构基础工程施工中必须注意保护

13、基槽，尽量减少对土结构的扰动的扰动。v 2粘性土的触变性粘性土的触变性：粘性土受扰动时强度降低，而静止时土的粘性土受扰动时强度降低，而静止时土的强度又重新增长的性质，称为土的触变性。强度又重新增长的性质，称为土的触变性。v 土的触变性对土的触变性对桩基础桩基础很有利，打预制桩时，桩周围土受震结构破坏，很有利，打预制桩时，桩周围土受震结构破坏，强度降低，使桩容易打入。强度降低，使桩容易打入。v 当打桩停止后，土的部分强度又恢复，使桩的承载力又提高了。当打桩停止后，土的部分强度又恢复，使桩的承载力又提高了。（四）最优含水量（四）最优含水量 1定义定义: 在一定夯击或压实能量下，填土达到最大干密度在

14、一定夯击或压实能量下，填土达到最大干密度时，相应的含水量为最优含水量。时，相应的含水量为最优含水量。2最优含水量最优含水量0P的测定的测定l 用击实仪测定；用击实仪测定；l 击锤重击锤重24.5N；l 锤底直径锤底直径50mm；落距落距460mm；l 击实筒的容积为击实筒的容积为1000cm3，将土样，将土样放在击实筒内；放在击实筒内；l 导筒起导向作用；导筒起导向作用；l 上提击锤，松手后击上提击锤，松手后击锤在自重作用下自由锤在自重作用下自由下落，将土样击实。下落，将土样击实。v 试验时，对同一种土，配成若干份含试验时，对同一种土，配成若干份含水量不同的试样；水量不同的试样；v 对每一份先

15、取对每一份先取1/3倒入击实筒内，进倒入击实筒内，进行击实；行击实；v 对于砂土一般对于砂土一般20击，粘土击，粘土30击；击；v 然后再取然后再取1/3倒入击实筒，再进行击倒入击实筒，再进行击实；实；v 最后将另外最后将另外1/3倒入击实筒，进行击倒入击实筒，进行击实，也就是分三层夯实；实，也就是分三层夯实；v 达到规定击数后，测定土样的含水量达到规定击数后，测定土样的含水量和干密度。和干密度。含水量一般用烘干法测定，而土样的干密度可按下式计算，即含水量一般用烘干法测定，而土样的干密度可按下式计算，即式中：式中：m-击实筒的土样质量，击实筒的土样质量，g； A0-击实筒内面积，击实筒内面积，

16、 cm2 ； h-击实后试样高度，击实后试样高度，cm； -含水量，用烘干法测定。含水量，用烘干法测定。v 根据对不同含水量试样进行根据对不同含水量试样进行击实试验的结果，绘制击实击实试验的结果，绘制击实曲线，即含水量与干密度关曲线，即含水量与干密度关系的关系曲线；系的关系曲线；v 曲线处于峰值的含水量就是曲线处于峰值的含水量就是最优含水量最优含水量0P ，相应的干，相应的干密度为密度为dmax 。v 用人工填土作为地基时，首用人工填土作为地基时，首先应调整其含水量为最优含先应调整其含水量为最优含水量，然后再夯实或碾压，水量，然后再夯实或碾压，才能获得最高的密实度。才能获得最高的密实度。3最优

17、含水量经验值最优含水量经验值 0p=p+2% 有时，在缺少击实仪条件下，可根据测得的塑限估有时，在缺少击实仪条件下，可根据测得的塑限估计最优含水量。计最优含水量。二、无粘性土的密实度二、无粘性土的密实度v 对于砂、卵石、砾石等无粘性土，对于砂、卵石、砾石等无粘性土，属单粒结构，最主要的物理特性指属单粒结构，最主要的物理特性指标就是密实度。标就是密实度。v 表明密实度的方法有三种：表明密实度的方法有三种： 1. 用孔隙比用孔隙比e作为划分密实作为划分密实度的标准度的标准v e值越小，土越密实。值越小，土越密实。 2. 以以相对密度Dr作为划分密实度的标准作为划分密实度的标准式中：式中：e天然孔隙

18、比；天然孔隙比； emax最疏松状态下的孔隙比，即最大孔隙比；最疏松状态下的孔隙比，即最大孔隙比； emin最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比。最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比。 Dr01。Dr值越大，土越密实。值越大，土越密实。规定规定：1 Dr 0.67 ，密实的，密实的 0.67 Dr 0.33 ，中密的；，中密的； 0.33 Dr 0 ，松散的。，松散的。3. 用标准贯入试验捶击数用标准贯入试验捶击数N63.5作为划分密实度的标准作为划分密实度的标准v 标准贯入试验是一种现场原位测试方法；标准贯入试验是一种现场原位测试方法；v 将标准贯入器（自重将标准贯入器（自重63.5N）打入土中一定距离（）打入土中一定距离（30cm）所需落锤次）所需落锤次数（标贯击数），记为数（标贯击数），记为N63.5 。v 该值越大，土越密实（见下表）。该值越大，土越密实（见下表）。密实度密实度 松松 散散 稍