土力学课件(清华大学)第一章1

1、 本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习要点学习要点第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类Physical Conditions and Engineering Behavior of a Soil MassPhysical Conditions and Engineering Behavior of a Soil Mass 对土的特点进行详细解释对土的特点进行详细解释 对土的组成和和状态进行定量描述对土的组成和和状态进行定量描述 内容琐碎、零散内容琐碎、零散 理清各节间联系理清各节间联系 理清各节内层次理清各节内层次 注意物理概念的把握注意物理概念的把握渗透特性变形特

2、性强度特性土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的形成过程土的形成过程土的工程分类：土的工程分类：便于研究和应用便于研究和应用土的压实性：土的压实性：如何获得较好的土如何获得较好的土决定决定第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 土土 的的 形形 成成土土岩石岩石风化、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、

3、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1.11.1土的形成土的形成 母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物 颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化 矿物成分与母岩不同，称矿物成分与母岩不同，称次次生矿物生矿物 形成十分细微的土颗粒，最形成十分细微的土颗粒，最主要为主要为粘性颗粒粘性颗粒及可溶盐类及可溶盐类 包括植物、动物和土壤微包括植物、动物和土壤微生物的作用生物的作用 可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物构成土中有机质和营养物质的

4、生物循环质的生物循环 导致腐殖质的形成，改变导致腐殖质的形成，改变土壤的结构土壤的结构土的形成与风化作用土的形成与风化作用1.11.1土的形成土的形成 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动 岩石和土的粗颗粒受各种气岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生裂缝, ,或在运动过或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化 矿物成分与母岩相同，称矿物成分与母岩相同，称原原生矿物生矿物 产生产生无粘性土无粘性土风化所形成的土颗粒，受自然力的风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到

5、远近不同的地点所沉积作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物 坡积土：坡积土：土粒粗细不同，性质不均土粒粗细不同，性质不均 洪积土：洪积土：有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细 冲积土：冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差 海相沉积物：海相沉积物：颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差 冰积土：冰积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀 风积土：风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积土 有搬运有搬运搬运

6、与沉积搬运与沉积母岩表层经风化作用破碎成母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物运残留在原地的堆积物 残积土残积土 强风化强风化 弱风化弱风化 微风化微风化 母岩体母岩体 颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗细不均粗细不均 无明显层理无明显层理1.11.1土的形成土的形成第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实

7、性土的压实性 风化作用风化作用 搬运与沉积搬运与沉积土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响土体的三相构成土体的三相构成饱和土饱和土 ：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和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在固体颗粒固体颗粒 - - 颗粒大小颗粒大小1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗

8、细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。巨粒巨粒601.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒固体颗粒固体颗粒 - - 粒径级配粒径级配F 粒径级配：粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分各粒组的相对含量，用质量百

9、分 数来表示数来表示F 分析方法：分析方法： 筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土水分法：适用于细粒土 常采用比重计法常采用比重计法F 表述方法表述方法: : 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒固体颗粒固体颗粒 - - 粒径级配粒径级配孔径孔径105.02.01.0(0.075)200g土土筛余筛余0101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P P（）（）105.01.00.50

10、.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)P100958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线水分法水分法筛筛分分法法1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm) 土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒固体颗粒固体颗粒 级配曲线级配曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径: 斜率斜率: : 某粒径范围内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量 陡陡-

11、 -相应粒组含量多相应粒组含量多 缓缓- -相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台- -相应粒组缺乏相应粒组缺乏d50 : 平均粒径平均粒径d60 : 控制粒径控制粒径d10 : 有效粒径有效粒径d30 土的粗细度：用土的粗细度：用d50 表示表示 土的不均匀程度：用不均土的不均匀程度：用不均匀系数：匀系数： Cu = d60 / d10 表示，表示，Cu 5，称为，称为不均不均匀土匀土，反之称为，反之称为均匀土均匀土 连续程度连续程度: 用曲率系数用曲率系数 Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量度量, Cc=13时为时为连续级连续级配配, 33或或13 或或 Cc1为级配不连续

12、土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc 用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣： Cu 5且且 Cc=13为级配为级配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度高于温度高于100C时可蒸发时可蒸发- 弱结合水：弱结合水： 受电场引力作用，为粘滞水膜受电场引力作用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +

13、引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水土中水土中水 结合结合水水n 结合水：结合水：受颗粒表面电场作用力受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水压力，不能任意流动的水- 毛细水：由于土体孔隙的毛细作毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的作用。水承受表面张力和重力的作用。- 重力水：自由水面以下的孔隙自重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由水，在重力作

14、用下可在土中自由流动。由流动。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水土中水土中水 自由自由水水n 自由水：不受颗粒电场引自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水生活在水面收缩膜生活在水面收缩膜顶面和地面的昆虫顶面和地面的昆虫水蜘蛛水蜘蛛仰泳的仰泳的水蜘蛛水蜘蛛收缩膜收缩膜内压内压 外压外压液体液体1液体液体2界面张力界面张力 界面张力界面张力1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水毛管中流体的界面效应毛管中流体的界面效应Tdk w空气空气固体固体 = =湿润角湿润角水水 lT =界面张力界面张力D Dk k= =毛管直径毛管直

15、径ua-uwua-uw =压力差压力差1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水毛毛细细管管hc土中毛细水上升高度土中毛细水上升高度T2rrThccos2上升高度上升高度 r2hc w=2 rTcos 毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘粘土土粉粉土土砂砂土土砾砾石石1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水张力张力TTuc 水水hc2ruc= -hc w水压水压 +-TT则毛细压力：则毛细压力：2rTcos+ucr2 = 0cchu 毛细管中的毛细管中的负静水压力负静水压力1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水毛细水压力毛细水压力土颗粒缝隙处的弯

16、液面土颗粒缝隙处的弯液面r空气空气 水水 固体颗粒固体颗粒弯液面弯液面F在非饱和土中，孔隙中含在非饱和土中，孔隙中含有水和气，此时水多集中有水和气，此时水多集中于颗粒间的缝隙处，称毛于颗粒间的缝隙处，称毛细角边水。细角边水。F由于毛细张力的作用，会由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，形成如图所示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，使毛细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。颗粒则受正压力。F这是稍湿的砂土颗粒间存这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因在假凝聚力的原因1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中气土中气气相气相 - - 土

17、中气土中气F自由气体：与大气连通的气体对土的性自由气体：与大气连通的气体对土的性质影响不大质影响不大F封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体土体有三个组成部分：固相、液相和气相土体有三个组成部分：固相、液相和气相 小小 结结F固体颗粒固体颗粒F土中水土中水F土中气体土中气体1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状结合水结合水

18、：强结合水、弱结合水：强结合水、弱结合水 自由水自由水 ：重力水、毛细水：重力水、毛细水自由气体自由气体封闭气体封闭气体第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 土的物理状态土的物理状态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

19、相间的比例关系三相间的比例关系) )表表示示影响影响力学特性力学特性物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系 特点特点: : 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多 要点：要点： 名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、 单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别 基本方法基本方法:密实程度密实程度干湿程度干湿程度定义定义三相草图法三相草图法1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 空气空气 air1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 -

20、 - 物理性质指标物理性质指标 三三 相相 草草 图图(three-phase soil models)水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 三三 相相 草草 图图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1wavwasVVVVVVV wwwaawsVm0mmmmm 物理量关系物理量关系:空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积三个独立

21、变量，三个独立变量，干土或饱和土二干土或饱和土二个独立变量个独立变量其它指标：其它指标：三相草图法计算三相草图法计算实验室实验室测定测定1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 基本物理性质试验基本物理性质试验为了确定三相草图诸量中的三个量，通为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：常进行三个基本的物理性质试验：F 土的密度试验土的密度试验F 土粒比重试验土粒比重试验F 土的含水量试验土的含水量试验1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 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：

22、单单 位位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3awswsVVVmmVm n 土的密度土的密度 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积 相关指标相关指标: : 土的容重土的容重 = 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基本试验指标基本试验指标-土的密度土的密度 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 一般范围：粘性土一般范围：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.65

23、C4wsC4wsss)(VmG1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 n 土粒比重土粒比重Gs空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积基本试验指标基本试验指标-土粒比重土粒比重C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上土粒比重在数值上等于土粒的密度等于土粒的密度基本试验指标基本试验指标 - 含水量含水量 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ssswmmmmm(%)w 注意注意: :

24、 其实是含水比其实是含水比, ,可达到或超过可达到或超过1001001.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 n土的含水量土的含水量W空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积n 可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标e1en n1ne 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%1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 空气空气水水固体固体VaVwVsVvV体积体积s

25、vV/Ve n 孔隙比孔隙比(void ratio )e：土中孔：土中孔隙体积与固体颗粒体积之比隙体积与固体颗粒体积之比, 为无量纲为无量纲V/V(%)nvn 孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙体：土中孔隙体积与总体积之比积与总体积之比, 用百分数表示用百分数表示可用三相草图推出可用三相草图推出表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标对干土：对干土：Sr=0对饱和土：对饱和土：Sr=1 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 swmm(%)wn 含水量：含水量：vwrVVS n

26、 饱和度：土中水的体积与孔饱和度：土中水的体积与孔隙体积的比值隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水饱和度表示孔隙中充满水的程度：的程度：表示土体密度和容重的指标表示土体密度和容重的指标空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 n 干密度：土被烘干时的密度，干密度：土被烘干时的密度， 干容重：干容重：gddV/msdn 天然密度天然密度 天然容重天然容重awswsVVVmmVm gn 饱和密度：土被饱和时的密度，饱和密度：土被饱和时的密度， 饱和容重：饱和容重：VVmvwssat gsatsa

27、t wsat n 浮容重：浮容重：静水下的静水下的有效容重有效容重浮密度浮密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV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 dsat1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 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VmmVmwsVVmvwssat V/msdn 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gdd g gsatsat wsat 常用的物理性质指标间的换算关系：常用的物理性质指标间的换算关系：教科书教科书学习要点：学习要点：1

28、.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 小小 结结 从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导小小 结结1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理性质指标物理性质指标 土的三个组成相的体积和质土的三个组成相的体积和质量上的比例关系量上的比例关系定义定义三相草图法三相草图法室内测定三个基本室内测定三个基本物理性质指标：物理性质指标：土的密度土的密度 土粒比重土粒比重土的含水量土的含水量其它物理性质指标其它物理性质指标孔隙含量孔隙含量含水程度含水程度密度和容重密度

29、和容重 特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多 要点：名称、概念或定义、符号、表达式、要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别密实程度密实程度干湿程度干湿程度 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标土的物理状态指标土的物理状态指标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间的比例关系) )表表示示影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠度1.3 1.3 土的物理状态土

30、的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态n 密实度：密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少通常指单位体积中固体颗粒含量的多少简单方便，但只能用于同一种简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响土，不能反映级配的影响 l 物理性质指标：孔隙比物理性质指标：孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n） 干密度干密度 d demin = 0.35emin = 0.20minmaxmaxreeeeD l 相对密度：相对密度：e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比：最大与最小孔隙比F最大孔隙比最大孔隙比e emaxmax: : 将松散的风干土

31、样通过长颈漏将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的斗轻轻地倒入容器，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最小干密度再经换算得到最大孔隙比F最小孔隙比最小孔隙比emin : 将松散的风干土样装入金属容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提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比孔隙比理论上的最大与最小孔隙比理论上的最大与最小孔隙比在室内的测定有时很困难在室内的测定有时很困难1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理

32、状态指标粗粒土的最大与最小孔隙比粗粒土的最大与最小孔隙比l 相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标粗粒土的相对密度粗粒土的相对密度l 粗粒土的密粗粒土的密实度标准实度标准 Dr = 0 最松状态最松状态 Dr 1/3疏松状态疏松状态1/3 2/3密实状态密实状态 Dr = 1最密状态最密状态l 相对密度指标主要用于人工填土，对天然相对密度指标主要用于人工填土，对天然砂土层采用原位标准贯入试验法测定砂土层采用原位标准贯入试验法测定n 粘性土最主要的物理状态特征是它

33、的稠度，稠度粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力抵抗能力稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标塑限塑限wp液限液限wl粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水w土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强

34、结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态稠度界限稠度界限稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态示意图示意图1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标pLpLwwwwI 液性指数：液性指数：wpwwl IL 0 坚硬坚硬(半固态半固态) 0IL 0.25硬塑硬塑0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑流塑土的稠度状态土的稠度状态液性指液性指数数不同的粘土，不同的粘土，wp、wl 大小不同。对于不同大小不同。对于不同的粘土，含水量相同，稠度可

35、能不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同F液性指数是表征土的含水量与分界含水量之液性指数是表征土的含水量与分界含水量之间相对关系的指标。对重塑土较为合适。间相对关系的指标。对重塑土较为合适。1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标pLpwwI 塑性指数塑性指数n 问题：反映的是全部土颗粒吸附结合水的能力，不能问题：反映的是全部土颗粒吸附结合水的能力，不能充分反映粘土矿物表面活性的高低充分反映粘土矿物表面活性的高低 n 活性指数：活性指数：002. 0ppIA 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

36、A 1.25活性粘土活性粘土n 定义：定义：大体上表示土的弱结合水含量大体上表示土的弱结合水含量 反映吸附结合水的反映吸附结合水的能力能力，即粘性大小，即粘性大小 大致反映粘土颗粒含量大致反映粘土颗粒含量 常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标pLpLwwwwI F 粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标: : 相对密度相对密度D Dr r F 细粒土的稠度状态指标细粒土的稠度状态指标: : 液性指数液性指数I IL L 定义定义 判别标准判别标准 界限含水量界限含水量 w wP P、w wL L 土中水

37、形态土中水形态 塑性指数塑性指数 I Ip p 吸附结合水的能力吸附结合水的能力minmaxmaxreeeeD 定义定义 判别标准判别标准小小 结结1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 - - 物理状态指标物理状态指标第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 土土 的的 结结 构构土颗粒或粒团的空间排土颗粒或粒团的空间排列和相互联结列和相互联结 原

38、状土和原状土和重塑重塑土的强度土的强度 沉积或碾压土沉积或碾压土的各向异性的各向异性 土的结构土的结构土体土体的性质的性质 土粒间的作用力土粒间的作用力 粗粒土的结构粗粒土的结构 细粒土的结构细粒土的结构 粘性土的结构性指标粘性土的结构性指标1.4 1.4 土的结构土的结构粗粒土的结构粗粒土的结构F粒间作用力：粒间作用力：重力起重力起决定性的作用。在非决定性的作用。在非饱和土中，还受到毛饱和土中，还受到毛细力的作用细力的作用F排列形式：点与点排列形式：点与点 点与面点与面单粒结构单粒结构示意图示意图1.4 1.4 土的结构土的结构细土颗粒间的作用力细土颗粒间的作用力 范德华力：接触点处的分子引

39、力，作用范围为范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因 库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢衰减的速度比范德华力慢 胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度是化合键，具有较高的强度 毛细力：土中毛细作用形成的力毛细力：土中毛细作用形成的力 土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用：作用，其他粒间力起主导作用：1

40、.4 1.4 土的结构土的结构细粒土的结构细粒土的结构 形成环境形成环境 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式淡水中沉积淡水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势（粒间斥力占优势) )面与面面与面天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构。往往先形成团粒合结构。往往先形成团粒凝聚结构凝聚结构海水中沉积海水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加（斥力减小引力增加) )边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边示意图示意图分散结构分散结构 1.4 1.4 土的结构土的结构反映粘性土结构性的指标反映粘性土结构性的指标 灵敏度灵

41、敏度 触变性触变性1.4 1.4 土的结构土的结构S St t1 11-21-22-42-44-84-88-168-161616粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 ququ原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度：原状土的无侧限抗压强度qu和重塑土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度qu之比之比 土的触变性是土结构中联结形态发生土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。宏观表现。 目前尚没有合理的描述土触变性的方目前尚

42、没有合理的描述土触变性的方法和指标。法和指标。含水量不变，密度不变，因重塑而强度含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。恢复的现象，称为触变性。1.4 1.4 土的结构土的结构土的结构土的结构土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结粗粒土的结构粗粒土的结构单粒结构单粒结构重力起主导作用重力起主导作用粒间力起粒间力起主导作用主导作用粘性土的粘性土的结构性指标结构性指标细粒土的结构细粒土的结构分散结构分散结构 凝聚结构凝聚结构小小 结结第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工

43、程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 1.4 1.4 土的结构土的结构 1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范- GB50007-2002- GB50007-2002分类法分类法 水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土的工程分类土的工程分类F 目的：目的： 便于调查研究；便于调查研究； 便于分析评价；便于分析评价；

44、便于交流便于交流 ( (基于共同的概念基于共同的概念) )F 依据：最能反映土的物理力学性质的指标依据：最能反映土的物理力学性质的指标F 要求：要有一定的逻辑性、系统性，要求：要有一定的逻辑性、系统性， 纲目分明，简单易记，便于运用纲目分明，简单易记，便于运用岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土漂石漂石块石块石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主粒径大于粒径大于200mm200mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%卵石卵石碎石碎石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆

45、形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆砾圆砾角砾角砾粒径大于粒径大于20mm20mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于2mm2mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%名称名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量碎石土碎石土建筑地基基础规范建筑地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土砂土砂土土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒占的颗粒占全质量全质量25 - 50%25 - 50%砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细

46、砂粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.5mm0.5mm的颗粒的颗粒超过全质量超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的的颗粒超过全质量颗粒超过全质量85%85%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类土粉土粉土粘性土粘性土n 粘性土：粘性土：塑性指数塑性指数Ip

47、10的土的土 粉质粘土：粉质粘土：10I1017的土的土 非活性粘土：非活性粘土： A 1.25n 粉土：粉土：粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量小于的颗粒含量小于全质量全质量50%而塑性指数而塑性指数Ip 10的土的土建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类 土颗粒组成及其特性土颗粒组成及其特性 塑性指标：液限、塑限、塑性指数塑性指标：液限、塑限、塑性指数 有机质含量有机质含量n 土的分类土的分类 巨粒土和含巨粒土巨粒土和含巨粒土 粗粒土：

48、粗粒土：砾类土、砂类土砾类土、砂类土 细粒土：根据塑性图分类细粒土：根据塑性图分类 特殊土：特殊土： 黄土、膨胀土、红粘土黄土、膨胀土、红粘土n 分类依据：分类依据：第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 1.4 1.4 土的结构土的结构 1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类 1.6 1.6 土的压实性土的压实性 室内击实试验室内击实试验 细粒土的压实性细粒土的压实性 粗粒土的压实性粗粒土的压实性1.6 1.6 土的压实性土的压实性n 土的压实：土的压实

49、：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性n压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性n研究击实性的目的：研究击实性的目的：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n击实方法：击实方法： 室内击实试验室内击实试验 现场试验现场试验: : 夯打、振动、碾压夯打、振动、碾压土的压实性土的压实性室内击实试验室内击实试验 F 试验设备：试验设备：击实筒击实筒V=V=1000cm3；击实锤；击实锤w=25牛顿

50、牛顿F 试验条件：试验条件：土样分层土样分层n=3层；落高层；落高d=30cm； 击数击数N=27/ /层层F 击实能量击实能量 3m/mKN5 .607VwdNnE F 试验方法：试验方法：对对w w=cosnst的土，分三层压实；的土，分三层压实； 测定击实后的测定击实后的w、 ，算定，算定 dF 注意：仅适用于细粒土；注意：仅适用于细粒土； 对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土土1.6 1.6 土的压实性土的压实性0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)w(%)2.0干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线 dmax=

51、1.86wop=12.1细粒土的压实性细粒土的压实性- -击实曲线击实曲线 具有峰值具有峰值 最大干密度最大干密度 dmax 最优含水量最优含水量Wopsatdd)( 1.6 1.6 土的压实性土的压实性 位于饱和曲线之下位于饱和曲线之下 粘性土透水性小，击实过粘性土透水性小，击实过程中含水量几乎不变，要程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可想击实到饱和状态是不可能的。能的。rswsdS/wG1G wG1G)(swssatd Sr=1 含水量含水量 Wopop： 颗粒表面水膜很薄，相对移动困难颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 含水量含水量=Wop： 水膜润滑作用效果最佳，孔隙气尚没有形成封

52、闭水膜润滑作用效果最佳，孔隙气尚没有形成封闭 气泡，易排出气泡，易排出 含水量含水量Wop：水膜润滑作用不再明显增加；封闭气泡难以排出水膜润滑作用不再明显增加；封闭气泡难以排出; 水的相对含量增加水的相对含量增加n 压实机理压实机理 颗粒破碎（细粒土较少）颗粒破碎（细粒土较少） 粒间联结力被破坏，颗粒粒间联结力被破坏，颗粒 间孔隙被压缩间孔隙被压缩 土粒定向排列土粒定向排列0 4 8 12 16 20 24 28 含水量含水量w(%)w(%)2.0干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86wop=12.1n 压实与含水量压实与含水量细粒土的压实性细粒土

53、的压实性- -压实机理压实机理 1.6 1.6 土的压实性土的压实性细粒土的压实性细粒土的压实性- -压实功能压实功能 1.6 1.6 土的压实性土的压实性0 4 8 12 16 20 24 28 含水量含水量w(%)w(%)1.3干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲线饱和曲线N=36N=29N=25N=18F对于同一种土对于同一种土, ,最优含水最优含水量和最大干密度并不恒量和最大干密度并不恒定定, ,而随压密功能变化，而随压密功能变化，压实功能愈大压实功能愈大, ,最优含水最优含水量愈小，相应的最大干量愈小，相应的最大干密度愈高密度愈高F超过最优含水量后，压超过最优含水量

54、后，压实功能的影响随含水量实功能的影响随含水量的增加逐渐减小。击实的增加逐渐减小。击实曲线均靠近于饱和曲线曲线均靠近于饱和曲线%)32(wwop 细粒土的压实标准细粒土的压实标准 1.6 1.6 土的压实性土的压实性填土施工时应将土料含水量控制在填土施工时应将土料含水量控制在Wop左右，以期用较小左右，以期用较小的能量获得最好的密度：的能量获得最好的密度： 在在Wop的干侧：常具有凝聚结构。土质比较均匀，的干侧：常具有凝聚结构。土质比较均匀，强度较高，较脆硬，不易压密。但浸水时易产生附强度较高，较脆硬，不易压密。但浸水时易产生附加沉降。加沉降。 在在Wop的湿侧：常具有分散结构。土体可塑性大，

55、的湿侧：常具有分散结构。土体可塑性大，适应变形的能力强。但强度较低，具有不等向性。适应变形的能力强。但强度较低，具有不等向性。在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水量，选定合适的含水量，一般要求为：量，选定合适的含水量，一般要求为：%100Dmaxdc室内标准击实试验的填土的干密度、级土石坝级土石坝 Dc9598% III 级土石坝级土石坝 Dc9295% 细粒土的压实标准细粒土的压实标准 1.6 1.6 土的压实性土的压实性n 工程上常采用压实度工程上常采用压实度Dc，作为填方压，作为填方压实密度控制的标准：实密度控制的标准：粗粒土的压实性粗粒土的压实性 n 击实曲线击实曲线n