《土力学》课件第2章土的性质及工程分类

1、2 土的物理性质及分类概 述土的三相比例指标黏性土的物理特征无黏性土的密实度粉土的密实度和湿度土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的分类主要内容12.1概 述土的三相组成三相比例大小土的物理性质土的学性质2 土的三相图 Three phase skeletal质量m体积V一、反映土轻重程度的指标 1.土的天然密度：单位体积土的质量(g/cm3) 气水土粒msmwmVsVwVVaVv一般1.62.2gcm3 环刀法蜡封法灌砂法土的密度测定方法ma=02.2 土的物理性质指标2.2.1-2.2.2 土三相比例关系及指标定义3注：1)：干密度(g/cm3) dry density 重力密度(简称重度)天然重

2、度=g 干重度 d=dg 饱和重度sat=satg 浮重度 =g2:)：饱和密度(g/cm3) saturated density3)：浮密度(g/cm3)显然：satd satd 42.土粒相对密度s（土粒比重）：无量纲单位体积土颗粒质量与4纯水单位体积的质量之比 粘性土：s 2.72.75砂性土：s 2.65土中有机质含量增加，土粒相对密度减小比重瓶法 土的相对密度测定方法s土粒密度，即土颗粒单位体积的质量(g/cm3) 气水土粒msmwmVsVwVVVama=05二、反映土的松密程度的指标1孔隙比void ratio e=vv/vs2孔隙率porosity n=vv/v100% 三、反映

3、土中含水程度的指标，Sr1、土的含水率(含水量) water content 用烘干法测定 2土的饱和度 degree of saturation Sr =vw/vv 100%Sr=100% 完全饱和 Sr80%饱和 Sr=0完全干燥气水土粒msmwmVsVwVVVama=06注： （1） 实验直接测定的指标为：，ds(或s） （2） 各指标间关系可用三相草图法换算,不必死记这些换算公式 土的三相比例指标换算公式（表2-2）2.2.3指标间的换算2.2.3指标的换算7【例2-1】已知某土样 =1700Kg/m3 ,ds=267,=14% 求e、Sr及sat【解】：用三相草图法，如图 令V=1

4、m3 则重量m= *V=1700kg 而=mm m=m+ms 解得ms=1490kg m=210kg Vs=ms/ds= 1.49/2.67= 0.558 m3 Vv = V-Vs =1-0.558=0.442 m3 V=m/= 210/1000 = 0.21 m3 在图中填各数 可得 e =VV / Vs=0.79 Sr= V/VV=0.47五、例题分析 气水土粒msmwmVsVwVVVama=082.3 黏性土的物理特性2.3.1黏性土的可塑性及界限含水率界限含水率：粘性土从一种状态变化到另一种状态的含水率 1液限WL土由塑性状态变到流态的分界含水量。如WL=28 表示土的液限含水量为28

5、% 测定：用锥式液限仪，通常用联合测定法2塑限WP土由半固态到塑态的分界含水量。如WP=12，表示土的塑限含水量为12%。 测定：搓条法或联合测定法。3缩限WS0固态或半固态可塑状态流动状态塑限P液限L92.3.2黏性土的物理状态指标1塑性指数Ip plasticity index Ip=WLWp讨论： 塑性指数表示粘土处在可塑状态时含水量的变化范围. Ip取决于： 颗粒细，土能吸附水量，IP； 矿物成分，吸水能力，IP，故蒙脱含量，则IP； 水中离子成分和浓度,价高阳离子数，IP。 粘性土的分类常用于IP2液性指数IL liquidity index讨论： IL表示土的软硬程度, 用IL划分

6、土的软硬状态，IL， 土软, IL=1流动状态。 没考虑土的结构影响，在含水量相同时，原状土比 重塑土硬，故用IL判断重塑土合适，但对原状土偏于保守。103天然稠度(natural consistency)测定：烘干法路基的干湿状态公路沥青路面设计规范（JTJD60-2006）干燥中湿潮湿过湿11液塑限联合测定仪下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限。 液限塑限12132.3.3黏性土的活动度、灵敏度和触变性活动度：反映黏性土中所含矿物的活动性A0.750.75A1.25不活动正常活动142.3.3黏性土的灵敏度灵敏度：低灵敏度中灵敏度高灵敏度15概念：

7、黏性土的抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质实质：微观结构多为片架结构，含较多结合水，随着时间被破坏的原始黏聚力部分得到恢复2.3.3黏性土的触变性、162.4 无粘性土的密实度The compactness of none-cohesive soil 无粘性土主要包括砂类土和碎石土，而影响无粘性土工程性质的主要因素是密实度 1.孔隙比e （老规范）:没考虑级配因素对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散。 172.由相对密实度Dr判断（公路规范用）relative density砂土在天然状态下孔隙比砂土在最密实状态时的孔隙比砂土在最松散状态时的孔隙比当Dr=0时

8、， e=emin，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时， e=emax，表示土体处于最密实状态Dr1/3疏松状态1/3Dr2/3中密状态2/3Dr1密实状态优缺点？18三、例题分析 【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度ds=2.7,含水量=9.43%,天然密度=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态 【解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度（1/3,2/3中密状态193 据标准贯入击数判断（新规范采用）建筑地基基础设计规范：N30密实

9、；15N30中密；10N15稍密； N10松散公路桥涵地基及基础设计规范N30密实；10 N30中密；5 N9 稍密； N0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%的土212.5.2粉土的密实度和湿度密实度密实中密稍密e 0.90湿度稍湿湿很湿w30222.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性胀缩性：吸水膨胀和失水收缩的特性2.6.1土的胀缩性自由膨胀率膨胀土裂隙发育、常有光滑面和擦痕多出露于阶地、山前常见浅层滑坡、地裂、坍塌裂隙随其气候张闭23湿陷性的概念：土在自重压力作用下或自重压力和附加压力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征2.6.2土的湿陷性24湿陷系数非湿陷性湿陷性2

10、.6.2土的湿陷性25冻胀性：土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性2.6.3土的冻胀性级不冻胀级弱冻胀级冻胀级强冻胀级特强冻胀262.7 土的分类一、分类的目的：不同土间比较、评价、积累及交流二、分类体系与方法 分类体系：1.建筑工程系统分类体系2.工程材料系统分类体系侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如：建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)地基土分类方法,很注意土的结构性。侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土，例如：土的分类标准(GB/T50145-2007)工程用土的分类和公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工

11、程分类271、按沉积年代和地质成因划分老沉积土：第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的土，呈超固结状态、具有较高的结构强度新近沉积土：第四纪全新世近期沉积的土，一般呈欠固结状态、结构强度较低2.7.2建筑地基土的分类建筑地基基础设计规范(GB500072002)28 2、根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类。（与书上P54稍有差异）（1）岩石 颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类。 坚硬程度类别饱和单轴抗压强度frk(Mpa)坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩30frk60frk601

12、5frk305frk15frk52.7.2建筑地基土的分类29（2）碎石土土中2mm颗粒含量全重50%，且颗粒间未经胶结的粗粒土（3） 砂土土中2mm颗粒50%全部土重，且粒径0.075mm的颗粒50%全部土重。又可进一步分。（4）粉土粒径0.075mm颗粒含量50%全土重，且IP10的土。e1.0为软弱地基。（5）粘性土塑性指数IP10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分。土的名称粘土粉质粘土塑性指数IP1710IP17303。其他 软土：（e1，L )压缩性高、强度低和具有灵敏性、结构性。其包括淤泥、淤泥质粘性土、淤泥质粉土。 红粘土（云贵，广西）黄土（西北、华北） 膨胀土：自由膨胀率40%,十几个省 多年冻土 盐渍土 污染土31碎石土、砂土、粉土的分类与建筑地基基础设计规范完全相同。粘性土的定义稍有差异，除要满足塑性指数大于10之外，还要求粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总质量50%的土，另外按沉积年代划分黏土。3 公路路基土的分类 公路土工试验规程(JTGE40-2007) 参照土的分类标准将土分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土 a.巨粒土分