一建科普2：土的物理性质

1、方证出品开篇语：开篇语：本系列是本人搜集很多图片归集而成，耗费大量时间精力的作品，谢谢大家本系列是本人搜集很多图片归集而成，耗费大量时间精力的作品，谢谢大家的支持，欢迎转载，把知识传递给更多人。的支持，欢迎转载，把知识传递给更多人。此为：此为：方证方证2015制作的科普知识系列，制作的科普知识系列，其他其他14年制作的有：年制作的有：市政培训系列市政培训系列1：看图识市政看图识市政以后我会继续推出系列以后我会继续推出系列2：跟方证背市政跟方证背市政系列系列3：方证讲案例方证讲案例，方证专题系列、方证画书、考前冲刺等系列课程。，方证专题系列、方证画书、考前冲刺等系列课程。让你充分拿分，轻松自信上

2、阵，获取满意成绩！让你充分拿分，轻松自信上阵，获取满意成绩！敬请继续关注。敬请继续关注。方证召开方证召开15年市政培训年市政培训 http:/方证科普方证科普2：土的物理性质：土的物理性质方证出品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质量和体积之间的关系质量和体积之间的关系影响影响力学特性力学特性 土的分类土的分类土的物理状态指标土的物理状态指标 反映土的松密和软硬反映土的松密和软硬 状态的指标状态的指标 方证出品2.2 2.2 土的物理性质指标土的物理性质指标( (熟知熟知) ) 土的三相草图土的三相草图 土的物理性质指标（土的三相比例指标）土的物理性质指标（土的三

3、相比例指标） 表示土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例关系的指标表示土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例关系的指标九个物理量九个物理量: m ma V Vv Vw ms m w Vs Va wsmmmwaVVVVswaVVVV3/1cmgw方证出品三个独立变量，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九个物理量九个物理量: m ma V Vv Vw ms m w Vs Va 可假设任一参数为可假设任一参数为1 1为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基

4、本的物理性质试验：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2.2 2.2 土的物理性质指标土的物理性质指标方证出品一、土的基本物理性质指标一、土的基本物理性质指标 土粒比重土粒比重GsGs（土粒相对密度）（土粒相对密度） 土中固体颗粒的质量与同体积土中固体颗粒的质量与同体积44时纯水的质量之比；时纯水的质量之比；或为土粒密度与或为土粒密度与44时纯水的密度之比。时纯水的密度之比。w 测定方法：测定方法： 比重瓶法；经验法比重瓶法；经验法常见值：砂类土常见值：砂类土 Gs=2.65Gs=2.652.692.69；粉类土；粉

5、类土Gs=2.70Gs=2.702.712.71； 黏性土黏性土 Gs=2.72Gs=2.722.762.76。 有机质有机质 Gs=2.4Gs=；泥炭：；泥炭： Gs=1.5Gs=。w 土粒密度土粒密度 sssVm方证出品 土的含水量（含水率）土的含水量（含水率）w w土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 。w 测定方法测定方法 w 常见值常见值： 砂土砂土 w=(0w=(040)%40)%；黏性土；黏性土 w=(20w=(2060)%60)%。w 意义意义：表示土体湿度（含水程度）的物理指标。与土：表示土体湿度

6、（含水程度）的物理指标。与土 的种类、埋藏条件及其附近的自然环境等有关。的种类、埋藏条件及其附近的自然环境等有关。 烘干法；烘干法； 红外线法；红外线法；酒精燃烧法；铁锅炒干法酒精燃烧法；铁锅炒干法2.2 2.2 土的物理性质指标土的物理性质指标方证出品 土的密度土的密度 土的总质量土的总质量m m与总体积与总体积V V之比或土单位体积的质量。之比或土单位体积的质量。单位：国际上单位：国际上kg/mkg/m3 3，国内工程中常用，国内工程中常用g/cmg/cm3 3。w 测定方法测定方法: : 环刀法环刀法 适用于黏性土、粉土与砂土。适用于黏性土、粉土与砂土。 w 常见值常见值： 砂土：砂土：

7、g/cm2.0g/cm3 3； 黏土黏土: 1.8: 1.82.0g/cm2.0g/cm3 3 ； 腐殖土：腐殖土： g/cm1.7g/cm3 3。 w 表达式表达式 vswsVVmmVmw 意义意义：综合反映了土的物质组成和结构特征。：综合反映了土的物质组成和结构特征。方证出品 干密度干密度 土单位体积中土粒的质量或土的孔隙中完全土单位体积中土粒的质量或土的孔隙中完全没有水时的密度。没有水时的密度。w 测定方法测定方法 大环刀法大环刀法 ； 放射性同位素法放射性同位素法w 常见值常见值： d d= =（1.8）g/cmg/cm3 3w 工

8、程应用工程应用 在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准。通常用作填方工程如土坝、路基和人工压实地基准。通常用作填方工程如土坝、路基和人工压实地基等土体压实质量的控制标准。等土体压实质量的控制标准。w 表达式表达式 Vmsdd方证出品 饱和密度饱和密度 土的孔隙完全被水充满时的密度土的孔隙完全被水充满时的密度w 常见值常见值： satsat = =（2.3）g/cmg/cm3 3 浮密度（有效密度）浮密度（有效密度） 在地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同在地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同体积水的质量之差体积水的质量之

9、差 。w 表达式表达式 VVmwvssatw 表达式表达式 satVVmwss31/1cmgwww 常见值：常见值：3/) 3 . 18 . 0 (cmg方证出品三、描述土的孔隙体积相对含量的指标三、描述土的孔隙体积相对含量的指标 土的孔隙比土的孔隙比e e土中孔隙体积与固体颗粒体积之比土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 根据根据、GsGs与与W W实测值计算而得，工程应用很广，可以用实测值计算而得，工程应用很广，可以用来评价天然土层的密实度、进行砂土液化判断等。来评价天然土层的密实度、进行砂土液化判断等。w 常见值常见值： 砂土砂土 e=0.3e=； 当砂土当砂土e0.6e1.

10、0e1.0时，为软弱地基。时，为软弱地基。w 表达式表达式 svVVe 方证出品孔隙率孔隙率n n土的孔隙体积与土总积之比土的孔隙体积与土总积之比 ，以百分数表示。，以百分数表示。w 常见值常见值：黏性土和粉土：黏性土和粉土:(30-60)%:(30-60)%；砂土；砂土: (25-45)%: (25-45)%。 根据根据、GsGs与与W W实测值计算而得，孔隙度与孔隙比相实测值计算而得，孔隙度与孔隙比相比，工程应用较少。比，工程应用较少。w 表达式表达式 %100VVnvw 物理意义物理意义：表示土中孔隙大小的程度。：表示土中孔隙大小的程度。方证出品 土的饱和度土的饱和度SrSr土中孔隙水的

11、体积与孔隙体积之比土中孔隙水的体积与孔隙体积之比 ，以百分数表示。，以百分数表示。w 常见值常见值： Sr=0Sr=0100%100%。根据根据、GsGs与与W W实测值计算而得。实测值计算而得。w 工程中工程中SrSr作为砂土湿度划分的标准作为砂土湿度划分的标准：w 表达式表达式 %100vwrVVSw 物理意义物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。：表示水在孔隙中充满的程度。 Sr 50% Sr 50% 稍湿的稍湿的50%50%Sr80% Sr80% 很湿的很湿的Sr 80% Sr 80% 饱和的饱和的2.2 2.2 土的物理性质指标土的物理性质指标方证出品土的三个组成相的体积和质土的三个组

12、成相的体积和质量上的比例关系量上的比例关系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重度密度和重度土的物理土的物理性质指标性质指标、wGsSresatd、n小小 结结 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2.2 2.2 土的物理性质指标土的物理性质指标方证出品土的

13、物理状态指标土的物理状态指标 反映土的松密和软硬反映土的松密和软硬 状态的指标状态的指标 无黏性土的松密程度无黏性土的松密程度 黏性土的软硬状态黏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质量和体积之间的关系质量和体积之间的关系影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠度方证出品 黏性土的物理特征黏性土的物理特征黏性土黏性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态液体状态（流动状态液体状态（流动状态) ) 黏性土的黏性土的稠度稠度稠度是指土的软硬程度。稠度是指土的软硬程度。反映了土粒之间的反映了土粒之间的连结强度随着含水量高低

14、而变化的性质。连结强度随着含水量高低而变化的性质。 黏性土的黏性土的可塑性可塑性黏性土在外力的作用下可以任意改变形状而黏性土在外力的作用下可以任意改变形状而不开裂，外力撤去后仍能保持既得的形状的性能。不开裂，外力撤去后仍能保持既得的形状的性能。 界限含水量界限含水量黏性土由一种状态转到另一种状态的黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量分界含水量，称为土的稠度界，称为土的稠度界限或限或界限含水量界限含水量。方证出品塑限塑限液限液限黏性土的稠度反映土中水的形态黏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

15、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厚强结合水膜最厚出现相当数量自由水出现相当数量自由水 黏性土的稠度状态黏性土的稠度状态界限含水量界限含水量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缩限缩限Lwpwsw方证出品2.3 2.3 黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标定义定义黏性土由可塑黏性土由可塑状态转到流动状态的界限含水状态转到流动状态的界限含水量称为量称为液限液限w wL L。 1 1、液限、液限w wL L(%)(%)测定方法测定方法 锥式液限仪锥式液限仪操作

16、过程：操作过程： 将黏性土调成均匀的浓糊状，装将黏性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将满盛土杯，刮平杯口表面，将7676克克重圆锥体轻放在试样表面的中心，重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经若圆锥体经5 5秒种恰好沉入秒种恰好沉入10mm10mm深度，深度，这时杯内土样的含水量就是液限这时杯内土样的含水量就是液限W WL L值。值。为了避免放锥时的人为晃动影响，为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。可采用电磁放锥的方法。 锥式液限仪锥式液限仪方证出品蝶式液限仪蝶式液限仪操作过程：操作过程： 将黏性土调成

17、均匀的将黏性土调成均匀的浓糊状，装入碟内，刮平浓糊状，装入碟内，刮平表面，做成试样中心约表面，做成试样中心约10mm10mm厚的土饼，用开槽器厚的土饼，用开槽器在土中开槽，槽底宽度为在土中开槽，槽底宽度为2mm2mm，然后将碟子抬高，然后将碟子抬高10mm10mm，使碟自由下落，连，使碟自由下落，连续下落续下落2525次后，如果土槽次后，如果土槽合拢长度为合拢长度为13mm13mm，这时试，这时试样的含水量为液限。样的含水量为液限。 蝶式液限仪蝶式液限仪方证出品定义定义黏性土由黏性土由半固态转到可塑状态的界限含半固态转到可塑状态的界限含水量称为水量称为塑限塑限wP2 2、塑限、塑限w wP P

18、(%)(%)测定方法测定方法操作过程：操作过程：用双手将天然湿度的土样搓用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于成小圆球（球径小于10mm10mm），），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，用力均匀，搓搓滚成小土条，用力均匀，搓到土条直径为到土条直径为3mm3mm，出现裂纹，出现裂纹，自然断开，这时土条的含水量自然断开，这时土条的含水量就是塑限就是塑限w wp p值。值。搓好的泥条搓好的泥条 搓条法搓条法2.3 2.3 黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标方证出品 入土深度与含水量的关系入土深度与含水量的关系制备制备3 3个不同含水个不同含水量的试样，测定圆

19、锥量的试样，测定圆锥仪在仪在5 5秒时的下沉深度，秒时的下沉深度，测定此时的含水量，测定此时的含水量，在双对数坐标纸上绘在双对数坐标纸上绘出圆锥下沉深度和含出圆锥下沉深度和含水量的关系直线。深水量的关系直线。深度度10mm10mm，对应的含水，对应的含水量为液限，量为液限，2mm2mm对应的对应的含水量为塑限含水量为塑限。 液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法方证出品 定义定义黏性土与粉土的液限与塑限的差黏性土与粉土的液限与塑限的差值（去掉值（去掉% %），称），称塑性指数，记为塑性指数，记为IP。 工程应用工程应用用塑性指数用塑性指数I IP P作为黏性土定名的标准。作为黏性土定名的标准。黏

20、性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标pLpIww 物理意义物理意义 土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大，土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。土处于可塑状态的含水量范围也愈大。17pI1017pI黏土黏土粉质黏土粉质黏土 塑性指数塑性指数I IP P（值）（值）方证出品液性指数又称液性指数又称相对稠度相对稠度，是将土的天然含水量，是将土的天然含水量w w与与w wL L及及w wP P相比较，以表明相比较，以表明w w是靠近是靠近w wL L还是靠近还是靠近w wP P，反映土的软，反映土的软硬不同。硬不同。物理意义物理意义工程应用工程应用

21、pppLpLIWWWWWWI定义定义黏性土的液性指数为天然含水量与塑黏性土的液性指数为天然含水量与塑限的差值和液限与塑限差值之比，称限的差值和液限与塑限差值之比，称液性指数，记为液性指数，记为IL。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指数液性指数I IL L000I0IL L5I0.25IL L0.750.750.75I0.751.01.0 液性指数液性指数I IL L（比值）（比值）2.3 2.3 黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标黏性土的状态（黏性土的状态（GB50007)GB50007)方证出品s 黏性土的活动度黏性土的活动度活动度活动度活动度

22、活动度A A：黏性土的塑性指数与土中黏：黏性土的塑性指数与土中黏粒（粒（d0.002mmd0.002mm的颗粒）含量百分数的的颗粒）含量百分数的比值。比值。mIAp物理意义物理意义活动度反映黏性土中所含矿活动度反映黏性土中所含矿物的活动性。据物的活动性。据A A的大小可分为的大小可分为3 3种：种：A0.75 A0.75 不活动黏土不活动黏土0.75A1.25 0.75A1.25 A1.25 活动黏土活动黏土方证出品 黏性土结构性的演示黏性土结构性的演示 黏性土因受扰动而原黏性土因受扰动而原结构被破坏后，其工程性结构被破坏后，其工程性质通常会变差，强度将明质通常会变差，强度将明显下降。土中所示

23、土样在显下降。土中所示土样在保持天然结构时保持天然结构时( (原状土原状土) )，其上承受了，其上承受了1.5kg1.5kg的压的压力，但当结构完全破坏而力，但当结构完全破坏而成为重塑土时，变为可流成为重塑土时，变为可流动的泥浆。动的泥浆。 s 黏性土的结构性黏性土的结构性方证出品 用孔隙比用孔隙比e e为标准为标准 w 无黏性土无黏性土 按天然孔隙比按天然孔隙比e e划分砂土的密实度（划分砂土的密实度（7474规范）规范） 表表1-61-6w 密实度密实度：土的固体颗粒排列的紧密程度。：土的固体颗粒排列的紧密程度。 密实密实中密中密稍密稍密松散松散砾砂砾砂 粗砂粗砂 中砂中砂e0.6e0.6

24、0.6e0.750.6e0.750.75e0.850.75e0.85e0.85细砂细砂 粉砂粉砂e0.7e0.70.7e0.850.7e0.850.85e0.950.85e0.95e0.95评价评价：（：（1 1）优点：简捷方便；）优点：简捷方便； （2 2）缺点：无法反映土的粒径级配因素。）缺点：无法反映土的粒径级配因素。 一般指砂（类）土和碎石（类）土，这两大类土中一般黏粒含一般指砂（类）土和碎石（类）土，这两大类土中一般黏粒含量少，不具有可塑性，呈单粒结构，它们的物理状态主要取决于量少，不具有可塑性，呈单粒结构，它们的物理状态主要取决于土的密实程度，即密实度。土的密实程度，即密实度。 方

25、证出品 无黏性土的相对密度无黏性土的相对密度密实度密实度密实密实中密中密松散松散相对密度相对密度1.01.00.670.670.670.670.330.330.330.330 0w 用相对密度用相对密度DrDr划分砂土的密实度划分砂土的密实度评价评价：（：（1 1）优点：理论上完善；）优点：理论上完善； （2 2）缺点：实际上难以操作。）缺点：实际上难以操作。方证出品1-1-穿心锤穿心锤2-2-锤垫锤垫3-3-触探杆触探杆4-4-贯入器头贯入器头5-5-出水孔出水孔6-6-贯入器身贯入器身7-7-贯入器靴贯入器靴标准贯入试验标准贯入试验 标准贯入试验标准贯入试验(SPT)(SPT)适用于适用于

26、砂土、粉土和一般黏土，它利砂土、粉土和一般黏土，它利用 一 定 的 锤 击 动 能 （ 锤 重用 一 定 的 锤 击 动 能 （ 锤 重63.5kg63.5kg，落距，落距76cm76cm）, ,将一定将一定规格的对开管式的贯入器打入规格的对开管式的贯入器打入钻孔孔底的土中，先按打入钻孔孔底的土中，先按打入15cm15cm，再打入，再打入30cm30cm，根据打入，根据打入土中的贯阻抗，判别土层的工土中的贯阻抗，判别土层的工程性质。程性质。 贯入阻抗用贯入器贯入土贯入阻抗用贯入器贯入土中中30cm30cm的锤击数的锤击数N N63.563.5表示表示,N,N63.563.5也称为标贯击数。也称

27、为标贯击数。 以标准贯入试验锤击数以标准贯入试验锤击数N N为标准为标准标准贯入试验标准贯入试验(SPT)(SPT)方证出品我国现行我国现行建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)(GB50007-2002)采用原位标准贯入试采用原位标准贯入试验锤击数验锤击数N N（N N63.563.5）来评价）来评价砂类土砂类土的密实度。根据的密实度。根据N N可将砂土分为：可将砂土分为：锤击数锤击数N N63.563.5N N63.563.5101010N10N63.563.5151515N153030密实度密实度松散松散稍密稍密中密中密密实密实 该试验的应用主要有评定砂土的

28、相对密度、评定地基土承载该试验的应用主要有评定砂土的相对密度、评定地基土承载力、估算单桩承载力等。力、估算单桩承载力等。碎石土碎石土的密实度划分的密实度划分 砂类土砂类土的密实度划分的密实度划分碎石土密实度按重型（圆锥）动力触探锤击数划分。碎石土密实度按重型（圆锥）动力触探锤击数划分。 重型圆锥动力探测重型圆锥动力探测锤击数锤击数N N63.563.5密实度密实度重型圆锥动力探测重型圆锥动力探测锤击数锤击数N N63.563.5密实度密实度N N63.563.555松散松散10N10N63.563.52020中密中密5N5200mm200mm的颗粒的颗粒超过全重的超过全重的5050卵石卵石碎石

29、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粒径粒径20mm20mm的颗粒的颗粒超过全重的超过全重的5050圆砾圆砾角砾角砾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粒径2mm2mm的颗粒的颗粒超过全重的超过全重的5050碎石土没有黏性和塑性，属于单粒结构碎石土没有黏性和塑性，属于单粒结构碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土特殊土特殊土人工填土人工填土分类依据分类依据: 根据土的根据土的颗粒级配颗粒级配和和颗粒形状颗粒形状进行分类定名。进行分类定名。2.7 2.7 土的分类土的分类方证出品分类依据：分类依据：根据土的根据土的颗粒级配颗粒级配定名。定名。土的名土的名称称颗粒级配颗粒级配砾砂砾砂粒径粒径2mm2mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的25255