第1章土的物理性质及工程分类

1、土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类第一章第一章对土的特点进行详细解释和定量描述对土的特点进行详细解释和定量描述本章特点本章特点: : 看起来零散看起来零散学习要点学习要点: : 理清理清 各节间联系各节间联系 各节内层次各节内层次1 1 土的物性与分类土的物性与分类土的形成土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特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工程分类土的工程分类决定决定影影响响便于研究和应用便于研究和应用1 1 土的物性与分类土的物性与分类 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.

2、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1.1 1.1 土的形成土的形成土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积1 1 土的物性与分类土的物性与分类形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学物理力学性质性质 风化风化岩石岩石地球土土地球影响影响生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物动植物的活动动植物的活动1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 风化风化有有 机机

3、质质1.11.1土的形成土的形成岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物新的矿物注意：注意： a、上述风化作用常常是同时存在的。、上述风化作用常常是同时存在的。 b、不同地区，自然条件不同，风化作用有主次。、不同地区，自然条件不同，风化作用有主次。 c、风化作用由地表向下逐渐减弱、风化作用由地表向下逐渐减弱二二. . 搬运与沉积

4、搬运与沉积残积土无搬运运积土有搬运土土质质较较好好1 1 土的物性与分类土的物性与分类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层理无层理1.11.1土的形成土的形成母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自然力的作用风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物2. 2. 搬运与沉积搬运与沉积运积土有搬运风：风：风积土风积土1 1 土的物性与分类土的

5、物性与分类重力重力: : 坡积土坡积土 流水流水: :洪积土洪积土冲积土冲积土湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物冰川冰川: : 冰积土冰积土1.11.1土的形成土的形成土粒粗细不同，性质不均匀土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理1 1 土的物性与分类土的物性与分类 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.21.2土的三

6、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1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成气相固相液相+ + +构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体1 1 土的物性与分类土的物性与分类次要作用次要作用一一. . 固体颗粒固体颗粒物理状态力学特性粒径级配粒径级配1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 1. 粒径级配一一. . 固体颗粒固体颗粒1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成颗粒大

7、小各粒径成分在土中占的比例狭义的粒径级配影响土性影响土性的主因的主因颗粒大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径一一. . 固体颗粒固体颗粒dmm卵石卵石砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒 粘粒粘粒 胶粒胶粒60602 20.050.05 0.0050.005 0.0020.0020.250.5520粗 中 细 粗 中 细 极细0.10.1粗粒土粗粒土细粒土细粒土1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成粒径级配确定方法确定方法 筛分法筛分法：适用于粗粒土：适用于粗粒土 (0.1 mm) 密度计法密度计法：适用于细粒土：适用

8、于细粒土 (0.1 mm)综合分析综合分析 筛分法和密度计法结合筛分法和密度计法结合各粒组的相对含量，用质量百分数来表示各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法表述方法 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 固体颗粒固体颗粒1.21.2土的三相组成土的三相组成斯托克斯斯托克斯(stokes)(stokes)定理：定理：颗粒下沉速度与颗粒直径的颗粒下沉速度与颗粒直径的平方成正比平方成正比一一. . 固体颗粒固体颗粒1 1 土的物性与分类土的物性与分类105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872100908070605

9、0403020100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（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)1.21.2土的三相组成土的三相组成P%958778665536土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.510一一. . 固体颗粒固体颗粒1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成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（）105.01.00.50.10

10、0.050.010.0050.001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d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径: d50 : 平均平均粒径粒径d60 : 控制控制粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径d30 ;不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10 连续程度连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀级配不均匀粗细程度粗细程度： 用用d50 表示 一一. . 固体颗粒固体颗粒1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2

11、土的三相组成土的三相组成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（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001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d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率斜率: : 某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 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连续程度连续程度: Cc = d302 / (d6

12、0 d10 ) 曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大C c = 1 3, 级配连续性好级配连续性好粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土不均匀土； Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配级配 良好的土良好

13、的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 1, 级配级配 不良的土不良的土1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 固体颗粒固体颗粒1.21.2土的三相组成土的三相组成 筛孔直径(mm) 10 5 2.0 1.0 0.5 0.25 0.15 0.075 11g/cmg/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而移动，有粘滞性弱结合水

14、弱结合水自由水自由水重力水重力水毛细水毛细水在重力作用下可在土中自由流动在重力作用下可在土中自由流动 存在于固气之间存在于固气之间 在重力与表面张力作用下在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动可在土粒间空隙中自由移动1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成二二. . 土中水土中水1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成二二. . 土中水土中水土中毛细现象土中毛细现象rThccos2 上升高度上升高度:r2hcw=2rTcos毛细水毛细水分布在土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形

15、状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石分析对象分析对象: 水柱水柱1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成二二. . 土中水土中水对砂土强度的影响对砂土强度的影响:毛细边角毛细边角水水, 假凝聚力假凝聚力cchu 假定假定 = 0, 毛细压力毛细压力2rTcos+ucr2 = 0毛细压力毛细压力 非饱和土中毛细张力影响非饱和土中毛细张力影响分析对象分析对象:水膜水膜r2hcw=2rTcosr2hcw+ucr2 = 0三三. . 土中气体土中气体v自由气体：自由气体

16、：与大气连通，对土的性质影响不大与大气连通，对土的性质影响不大v封闭气体：封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道增加土的弹性；阻塞渗流通道1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组成土的三相组成 土有三个组成部分：固相、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相 小结小结1. 固体颗粒固体颗粒2. 土中水土中水3. 土中气体土中气体 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 (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1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.21.2土的三相组

17、成土的三相组成1 1 土的物性与分类土的物性与分类 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.21.2土的三相组成土的三相组成 1.31.3土的物理状态土的物理状态?1.41.4土的结构土的结构?1.51.5土的工程分类土的工程分类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1 1 土的物性与分类土的物性与分类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) )力学特力学特性性影响影响表表示示一一. . 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

18、关系1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.3 土的物理状态土的物理状态密实程度密实程度干湿程度干湿程度特点特点: 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、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法1. 三相草图三相草图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标质量质量体积体积1.3 土的物理状态土的物理状态三相草图三相草图1 1 土的物性与分类土的物

19、性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: V Vv Vs Va V / / ms m ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法物性指标是比例关系物性指标是比例关系: :可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土, Va=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法1.3 土的物理状态土的物理状态1 1 土的物性与分类土的物性与分

20、类一一. . 物理性质指标物理性质指标2.2.室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积-土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的密度awswsVVVmmVm 土的容重土的容重=g工程上更常用工程上更常用, 用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3定义定义: 土单位体积的质量土单位体积的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度1.3 土的物理状态土的物理状态表

21、达式表达式:相关指标相关指标:三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量sssVm 单位单位: 无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围: 粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65C4w C4wssG 4C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的

22、密度定义定义: 土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值1.3 土的物理状态土的物理状态表达式表达式:1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水量土的含水量ssswmmmmm(%)w 定义定义: 土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示用百分数表示注意注意: 其实是含水比其实是含水比, 可达到或超过可达到或超过1001.3 土的物理状态土的物理状态表达式表达式:一一. . 物理性质指标物理性质指标v表示土中孔隙含量的指标表

23、示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度) )1 1 土的物性与分类土的物性与分类svVVe . . 其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标VV(%)nv 关系关系:e1en n1ne 在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密砂类土：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 土的物理状态土的物理状态定义定义: 土中孔隙体积与固体颗土中孔隙体积与固体颗粒体积之比粒体积之比, 无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积体积定义定义: 土中孔隙体积与总体土中孔隙体积与总体积之比积之比, 用百分

24、数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积体积三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系一一. . 物理性质指标物理性质指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标1 1 土的物性与分类土的物性与分类swmm(%)w 含水量含水量饱和度饱和度vwrVVS 1.3 土的物理状态土的物理状态WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义: 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饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0 : 干土

25、干土Sr=1 : 饱和土饱和土1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标v表示土中表示土中密度和容重密度和容重的指标的指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度awswsVVVmmVm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 浮密度浮密度有效容重有效容重饱和容重饱和容重1.3 土的物理状态土的物理状态WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 定义定义: 土被完全烘干时的密度土被完全烘干时的密度,

26、 等于等于 单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量表达式表达式:各种密度容重之间的大小关系：各种密度容重之间的大小关系：1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标dsat dsat1.3 土的物理状态土的物理状态天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度Vm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 饱和容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标常用的物理性质指标间的换算关系常用

27、的物理性质指标间的换算关系1.3 土的物理状态土的物理状态教科书教科书 P12 表表1-2要点要点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1 1 土的物性与分类土的物性与分类一一. . 物理性质指标物理性质指标小结小结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量上土的三个组成相的体积和质量上的比例关系的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程度特点特点: 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

28、、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、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标v表示土中密度和容重的指标表示土中密度和容重的指标三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系三相草图法是求取物三相草图法是求取

29、物理性质指标的简单而理性质指标的简单而有效的方法有效的方法1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. .土的物理状态指标土的物理状态指标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) )力学特力学特性性影响影响表表示示e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比1. 粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标密实度密实度如何衡量如何衡量? ?单位体积中固体

30、颗粒含量的多少单位体积中固体颗粒含量的多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反映级配的影响不能反映级配的影响 只能用于同一种土只能用于同一种土对对策策相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD 1.3 土的物理状态土的物理状态孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin = 0.35emin = 0.201 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态e emaxmax: : 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，最大孔隙比；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，求得土的最小干密度再

31、经换算得到最大孔隙比避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比e eminmin: : 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到最小孔隙比e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比注意：注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难对对策策按动触探确定无黏性土的密实度按动触探确定无黏性土的密实度粗粒土的密实状

32、态指标粗粒土的密实状态指标 判别标准：判别标准： D Dr r = 1 = 1 , , 最密状态最密状态 D Dr r = 0 = 0 , , 最松状态最松状态 D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密实状态密实状态1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 举例说明建立相对密度概念的意义：举例说明建立相对密度概念的意义：结论：结论：土样土样1：密实；：密实；土样土样2：不密实：不

33、密实土类土类最大孔隙比最大孔隙比emax最小孔隙比最小孔隙比emin实际孔隙比实际孔隙比e土样土样10.80.50.55土样土样20.60.30.55问题：问题： 哪个土样密实哪个土样密实？1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态表表1-3 砂土和碎石土密实度评定砂土和碎石土密实度评定1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态按动触探确定无黏性土的密实度按动触探确定无黏性土的密实度建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)密密 实实 度度松散松

34、散稍密稍密中密中密密实密实按按N评定砂土评定砂土N1010N151530按按N63.5评定碎石土评定碎石土N63.555N63.51010202. 粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标也称也称稠度状态稠度状态1.3 土的物理状态土的物理状态AtterbergAtterberg（瑞典土壤学家，（瑞典土壤学家，19111911）塑性塑性(Plasticity)Plasticity)：可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。后能保持已有的形状而不恢复原

35、状的性质。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。 2. 粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标也称也称稠度状态稠度状态1.3 土的物理状态土的物理状态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塑限塑限p液限液限l1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标稠度界限稠度界限1.3 土的物理状态土的物理状态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塑态塑态 流态流态 强结合

36、水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水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w“界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”问题：问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？注意：塑限和液限是土力学中常用的。注意：塑限和液限是土力学中常用的。土体体积随含水量的变化：土体体积随含水量的变化：含水量与体积的关系图 1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态液限的测定：液限的测定： 锥式液限仪

37、（中国）； 碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。碟式液限仪碟式液限仪 平衡锥式液限仪平衡锥式液限仪 1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态塑限的测定：塑限的测定： 搓条法测定。搓条法测定。3mm3mm土条。土条。 1 7 mm液限测定演示： 1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态讨论：讨论：液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；液限和塑限也可用光电式

38、液塑限联合测定仪测定；试验的具体程序和步骤详见试验的具体程序和步骤详见土工试验方法标准土工试验方法标准；界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定结构性；界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定结构性；所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。pLpI 大致反映粘土颗粒含量，粘粒矿物亲水程度（吸附结合水的能力）；大致反映粘土颗粒含量，粘粒矿物亲水程度（吸附结合水的能力）；1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态塑性指数塑性指数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缺点缺

39、点不能充分不能充分反映粘土颗粒含量反映粘土颗粒含量 不同的粘土矿物结合水的能力不同不同的粘土矿物结合水的能力不同活性指数活性指数002. 0ppIA p0.002: 粒径小于粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比颗粒的质量占总土总质量的百分比A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土细粒土的可塑性主要是在含水率介于液限和塑限之间细粒土的可塑性主要是在含水率介于液限和塑限之间才表现出来的。因此，使用其差值来反映可塑性。才表现出来的。因此，使用其差值来反映可塑性。可塑性可塑性外力作用可柔塑成任何形状而不破坏土粒间连外力作用可柔塑成任何形状而不破坏土粒间连接，不恢

40、复形状接，不恢复形状相对稠度相对稠度pLpLI 问题：仅适用于问题：仅适用于重塑土重塑土1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态对于对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指数液性指数不同的粘土，p、l 大小不同定义：定义：wpwwlIL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑IL= = =0.224PPwwI19.3-16.711.6例2-5 某粘性土的天然含水量w=19.3%，液限wL=28.3%，塑限wP=16.7%。求塑性

41、指数IP和液性指数IL，确定该土状态。1 1 土的物性与分类土的物性与分类二二. . 物理状态指标物理状态指标1.3 土的物理状态土的物理状态查表查表2-11可知该土的状态为硬塑状态。可知该土的状态为硬塑状态。解解：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6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Dr 小结小结1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.3 土的物理状态土的物理状态二二. . 物理状态指标物理状态指标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IL引入引入定义定义判别标准判别标准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

42、形态塑性指数塑性指数液性指数液性指数引入引入定义定义判别标准判别标准1 1 土的物性与分类土的物性与分类 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.21.2土的三相组成土的三相组成 1.31.3土的物理状态土的物理状态 1.41.4土的结构土的结构?1.51.5土的工程分类土的工程分类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1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.4 1.4 土的结构土的结构土粒间的作用力土粒间的作用力粘性土的结构性指标粘性土的结构性指标力学特性力学特性土的结构土的结构影影响响粗粒土的结构粗粒土的结构细粒土的结构细粒土的结构重塑土的强度重塑土的强度原状土的强

43、度原状土的强度16粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵中等灵敏敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动原状土的无侧限抗压强原状土的无侧限抗压强度度重塑土的无侧限抗压强重塑土的无侧限抗压强度度含水量不变，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，称为恢复的现象，称为触变性触变性。土的触变性是土结构中联结形态发生变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宏观化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。表现。目前尚没有合理的描述土触变性的方法目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。和指标。

44、2 2. 粘性土的触变性粘性土的触变性 1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.4 1.4 土的结构土的结构小结小结1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.4 1.4 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土粒间的作用力土粒间的作用力粘性土的结构性指标粘性土的结构性指标土的结土的结构构粗粒土的结构粗粒土的结构细粒土的结构细粒土的结构1 1 土的物性与分类土的物性与分类 1.1 1.1 土的形成土的形成 1.21.2土的三相组成土的三相组成 1.31.3土的物理状态土的物理状态 1.41.4土的结构土的结构 1.51.5土的工程分类土的工程分类目的：目的

45、：依据：依据：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范- -GBJ7-8PGBJ7-8P分类法分类法 1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类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便于研究及应用能反映土的物理力学性质能反映土的物理力学性质土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构土工实验规程土工实验规程SL237-1999分类法分类法建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范- -GBJ7-8PGBJ7-8P分类法分类法 1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类岩石岩石碎石土碎石土砂土砂

46、土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土分类原则和特点分类原则和特点：l对粗颗粒土，考虑了结构和粒径对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；级配；l对细颗粒土，考虑了土的塑性和对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；成因；l给出岩石的分类标准；给出岩石的分类标准；l将天然土分为将天然土分为6 6大类大类三三. . 建筑规范分类法建筑规范分类法 1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类碎石土碎石土土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量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200mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量5

47、0%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20mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%粒径大于粒径大于2mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%三三. . 建筑规范分类法建筑规范分类法 1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类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2mm的颗粒的颗粒占全质量占全质量25 - 50%砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.5mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%粒径大于粒径大于0.25mm的的颗粒超过全质量颗粒超过全质量50%粒径大于粒径大于0.075mm的的颗粒超过全质量颗粒超过全质量85%粒径大于粒径大于0.075mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%三三. . 建筑规范分类法建筑规范分类法 1 1 土的物性与分类土的物性与分类1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类粉土粉土粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒的颗粒