土力学二章土的物理性质及分类

1、土的物理性质(wl xngzh)及分类2.1 概述2.2 土的物理性质(wl xngzh)指标2.3 黏性土的物理状态指标2.4 无黏性土的密实度2.7 土的分类共五十二页土的物理性质指标三相间的比例(bl)关系质量和体积之间的关系影响力学特性本章(bn zhn)脉络 土的分类土的物理状态指标 反映土的松密和软硬 状态的指标 共五十二页2.2 土的物理性质(wl xngzh)指标(熟知) 土的三相(sn xin)草图 土的物理性质指标（土的三相比例指标） 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九个物理量: m ma V Vv Vw ms m w Vs Va WaterAirSo

2、lidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积共五十二页三个独立变量(binling)，干土或饱和土二个独立变量其它指标：三相草图(cot)法计算 实验室测定九个物理量: m ma V Vv Vw ms m w Vs Va 可假设任一参数为1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： 土的密度试验 土粒比重试验 土的含水量试验2.2 土的物理性质指标共五十二页一、土的基本物理性质(wl xngzh)指标 土粒比重(bzhng)ds（土粒相对密度） 土中固体颗粒的质量与同体积4时纯水的质量之比；或为土粒密度与4时纯水的密度之比。 表达式 测定方法： 比重瓶法；经验法常见

3、值：砂类土 Gs=2.652.69；粉类土Gs=2.702.71； 黏性土 Gs=2.722.76。 有机质 Gs=2.42.5；泥炭： Gs=1.51.8。 土粒密度 2.2 土的物理性质指标共五十二页 土的含水量（含水率）w土中水的质量(zhling)与土粒质量(zhling)之比，以百分数表示 。 表达式 测定方法 常见(chn jin)值： 砂土 w=(040)%；黏性土 w=(2060)%。 意义：表示土体湿度（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。 烘干法； 红外线法；酒精燃烧法；铁锅炒干法2.2 土的物理性质指标共五十二页 土的密度(md) 土的总

4、质量m与总体积V之比或土单位体积的质量。单位：国际上kg/m3，国内工程(gngchng)中常用g/cm3。 测定方法: 环刀法 适用于黏性土、粉土与砂土。 常见值： 砂土：1.62.0g/cm3； 黏土: 1.82.0g/cm3 ； 腐殖土： 1.51.7g/cm3。 表达式 意义：综合反映了土的物质组成和结构特征。2.2 土的物理性质指标共五十二页 干密度(md) 土单位体积中土粒的质量(zhling)或土的孔隙中完全没有水时的密度。 测定方法 大环刀法 ； 放射性同位素法 常见值： d=（1.31.8）g/cm3 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准。通常用作填方工程如

5、土坝、路基和人工压实地基等土体压实质量的控制标准。 表达式 2.2 土的物理性质指标二、特殊条件下土的密度共五十二页 饱和(boh)密度 土的孔隙完全(wnqun)被水充满时的密度 常见值： sat =（1.82.3）g/cm3 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体积水的质量之差 。 表达式 表达式 常见值：2.2 土的物理性质指标共五十二页 重度 土的重力(zhngl)密度（重量）。 单位（N/m3）或（kN/m3）土的密度(md) 和土的重度 ； 土的干密度 和土的干重度 ； 土的饱和密度 和饱和重度 ； 有效密度(浮密度) 和有效重度(浮重度) ； 2.2 土

6、的物理性质指标共五十二页三、描述土的孔隙(kngx)体积相对含量的指标 土的孔隙(kngx)比e土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 根据、Gs与W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。 常见值： 砂土 e=0.30.9； 当砂土e1.0时，为软弱地基。 表达式 2.2 土的物理性质指标共五十二页 孔隙(kngx)度(孔隙(kngx)率)n土的孔隙(kngx)体积与土总积之比 ，以百分数表示。 常见值：黏性土和粉土:(30-60)%；砂土: (25-45)%。 根据、ds与W实测值计算而得，孔隙度与孔隙比相比，工程应用较少。 表达式 物理意义：表示土中孔隙大

7、小的程度。2.2 土的物理性质指标共五十二页 土的饱和度Sr土中孔隙水的体积(tj)与孔隙体积(tj)之比 ，以百分数表示。 常见(chn jin)值： Sr=0100%。根据、ds与W实测值计算而得。 工程中Sr作为砂土湿度划分的标准： 表达式 物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。 Sr 50% 稍湿的50%Sr80% 很湿的Sr 80% 饱和的2.2 土的物理性质指标共五十二页土的三个组成相的体积和质量上的比例(bl)关系三相(sn xin)草图法室内测定三个基本物理性质指标：土的密度 土粒相对密度土的含水量其它物理性质指标孔隙含量含水程度密度和重度土的物理性质指标小 结特点: 指标概念简

8、单，数量很多要点：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2.2 土的物理性质指标共五十二页四、三相(sn xin)指标的换算步骤： 首先绘出三相草图； 明确所求指标的表达式或定义； 作假设(jish)以减少未知量，求解。2.2 土的物理性质指标共五十二页例如(lr)设：2.2 土的物理性质(wl xngzh)指标共五十二页2.2 土的物理性质(wl xngzh)指标推求(tuqi)共五十二页【例题(lt)2-1】 某饱和(boh)土体，重度，土粒比重（1） 根据题中的已知条件，推导干重度的表达式;（2）根据（1）的结果，计算该土的干重度。由已知条件：令：【解】 共

9、五十二页土的物理(wl)状态指标 反映土的松密和软硬 状态的指标 无黏性土的松密程度 黏性土的软硬状态土的物理性质指标三相间的比例关系(gun x)质量和体积之间的关系影响力学特性密实度稠度共五十二页 黏性土的物理(wl)特征黏性土含水量较硬变软流动(lidng)固态半固态可塑状态液体状态（流动状态) 黏性土的稠度稠度是指土的软硬程度。反映了土粒之间的连结强度随着含水量高低而变化的性质。 黏性土的可塑性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。 界限含水量黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为土的稠度界限或界限含水量。2.3 黏性土的物理状态指

10、标 (熟知）共五十二页塑限液限黏性土的稠度反映(fnyng)土中水的形态固态(gti)或半固态可塑状态 流动状态 强结合水弱结合水自由水w土颗粒强结合水弱结合水土颗粒强结合水土颗粒自由水弱结合水强结合水强结合水膜最厚出现相当数量自由水 黏性土的稠度状态界限含水量稠度状态含水量土中水的形态示意图缩限2.3 黏性土的物理状态指标共五十二页2.3 黏性土的物理(wl)状态指标定义黏性土由可塑状态转到流动(lidng)状态的界限含水量称为液限wL。 1、液限wL(%)测定方法 锥式液限仪操作过程： 将黏性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将76克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用

11、下徐徐沉入试样，若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限WL值。为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。 锥式液限仪共五十二页蝶式液限仪操作过程： 将黏性土调成均匀的浓糊状，装入碟内，刮平表面，做成试样中心约10mm厚的土饼，用开槽器在土中开槽，槽底宽度为2mm，然后将碟子抬高10mm，使碟自由下落(xilu)，连续下落(xilu)25次后，如果土槽合拢长度为13mm，这时试样的含水量为液限。 蝶式液限仪2.3 黏性土的物理(wl)状态指标共五十二页定义(dngy)黏性土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限wP2、塑限wP(%)测定方法操作过程： 用双

12、手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，用力(yng l)均匀，搓到土条直径为3mm，出现裂纹，自然断开，这时土条的含水量就是塑限wp值。搓好的泥条 搓条法2.3 黏性土的物理状态指标共五十二页 入土(r t)深度与含水量的关系制备3个不同含水量的试样，测定圆锥仪在5秒时的下沉深度，测定此时的含水量，在双对数坐标纸上绘出圆锥下沉深度和含水量的关系(gun x)直线。深度10mm，对应的含水量为液限，2mm对应的含水量为塑限。 液、塑限联合测定法2.3 黏性土的物理状态指标共五十二页定义(dngy)黏性土呈半固态与固态之间的界限含水量称为缩限wS

13、。3、缩限wS(%)测定方法用收缩皿法，用收缩皿或环刀盛满含水量为液限的试样，放在室内(sh ni)逐渐晾干，至试样的颜色变淡时，放入烘箱中烘至恒重，测定烘干后收缩体积和干土重，从而求得缩限。2.3 黏性土的物理状态指标共五十二页 定义(dngy)黏性土与粉土的液限与塑限的差值（去掉%），称塑性指数，记为IP。 工程(gngchng)应用用塑性指数IP作为黏性土定名的标准。 黏性土的物理状态指标 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，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。黏土粉质黏土 塑性指数IP2.3 黏性土的物理状态指标共五十二页液性指数又称相对稠度，是将土的天然含水量w与w

14、L及wP相比较，以表明w是靠近wL还是靠近wP，反映(fnyng)土的软硬不同。物理(wl)意义工程应用定义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，称液性指数，记为IL。状态坚硬硬塑可塑软塑流塑液性指数IL00IL0.250.25IL0.750.751.0 液性指数IL2.3 黏性土的物理状态指标黏性土的状态（GB50007)共五十二页2.3 黏性土的物理状态(zhungti)指标 黏性土的活动度活动度活动度A：黏性土的塑性(sxng)指数与土中黏粒（d0.002mm的颗粒）含量百分数的比值。物理意义活动度反映黏性土中所含矿物的活动性。据A的大小可分为3种：A0.75 不

15、活动黏土0.75A1.25 活动黏土共五十二页 黏性土结构性的演示 黏性土因受扰动而原结构(jigu)被破坏后，其工程性质通常会变差，强度将明显下降。土中所示土样在保持天然结构(jigu)时(原状土)，其上承受了1.5kg的压力，但当结构(jigu)完全破坏而成为重塑土时，变为可流动的泥浆。 2.3 黏性土的物理(wl)状态指标 黏性土的结构性共五十二页St11-22-44-88-1616黏性土不灵敏低灵敏中等灵敏灵敏很灵敏流动3=0相同含水量、密度qu原状土重塑土灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度qu和重塑土的无侧限抗压强度 之比。2.3 黏性土的物理状态(zhungti)指标灵敏度触变性

16、黏性土的结构性共五十二页黏性土含水量不变，密度(md)不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。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表现(bioxin)。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。灵敏度触变性2.3 黏性土的物理状态指标共五十二页 用孔隙(kngx)比e为标准 无黏性土 按天然孔隙比e划分砂土(sh t)的密实度（74规范） 表1-6 密实度：土的固体颗粒排列的紧密程度。 密实中密稍密松散砾砂 粗砂 中砂e0.60.6e0.750.75e0.85细砂 粉砂e0.70.7e0.850.85e0.95评价：（1）优点

17、：简捷方便； （2）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。 2.4 无黏性土的密实度 (熟知）共五十二页 无黏性土的相对(xingdu)密度密实度密实中密松散相对密度1.00.670.670.330.330 用相对密度Dr划分(hu fn)砂土的密实度评价：（1）优点：理论上完善； （2）缺点：实际上难以操作。2.4 无黏性土的密实度共五十二页1-穿心(chun xn)锤2-锤垫3-触探杆4-贯入器头5-出水孔6-贯入器身7-贯入器靴标准贯入试验 标准贯入试验(SP

18、T)适用于砂土、粉土和一般黏土，它利用一定的锤击动能(dngnng)（锤重63.5kg，落距76cm）,将一定规格的对开管式的贯入器打入钻孔孔底的土中，先按打入15cm，再打入30cm，根据打入土中的贯阻抗，判别土层的工程性质。 贯入阻抗用贯入器贯入土中30cm的锤击数N63.5表示,N63.5也称为标贯击数。 以标准贯入试验锤击数N为标准标准贯入试验(SPT)2.4 无黏性土的密实度共五十二页我国现行建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)采用原位标准(biozhn)贯入试验锤击数N（N63.5）来评价砂类土的密实度。根据N可将砂土分为：锤击数N63.5N63.51010N63.51

19、51530密实度松散稍密中密密实 该试验的应用主要有评定砂土(sh t)的相对密度、评定地基土承载力、估算单桩承载力等。 碎石土的密实度划分 砂类土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。 重型圆锥动力探测锤击数N63.5密实度重型圆锥动力探测锤击数N63.5密实度N63.55松散10N63.520中密5N63.510稍密20N63.5密实2.4 无黏性土的密实度共五十二页 碎石土密实(m shi)度野外鉴别方法 2.4 无黏性土的密实(m shi)度共五十二页2.5 粉土的密实度和湿度(shd) (自学）岩土工程勘查(kn ch)规范(GB50021-2001)密实度密实中

20、密稍密孔隙比e0.9粉土密实度分类湿度稍湿湿很湿含水量(%)w30粉土湿度分类共五十二页 粗粒土的密实状态(zhungti)指标 黏土的物理(wl)状态指标 相对密度 塑性指数 吸附结合水的能力 液性指数小 结 黏性土的软硬状态 界限含水量 wP、wL 土中水形态 判别标准 标准贯入锤击数共五十二页自学(zxu)2.6 土的膨胀性、湿陷性和冻胀性共五十二页土的组成土的状态(zhungti)土的结构 目的 便于调查研究； 便于分析评价； 便于交流 (基于共同的概念) 分类的原则 依据(yj)：最能反映土的物理力学性质的指标 土的工程分类体系2.7 土的分类（了解）简明原则工程性质差异原则 建筑工

21、程系统的分类体系建筑地基基础设计规范等 工程材料系统的分类体系土的分类标准公路土工试验规程 共五十二页 一、土的分类(fn li)标准Arthur Casagrande，（1902-1981）生于奥地利，后移居美国，他对土力学的贡献巨大，如土的分类(fn li)、土坡的渗流、土的剪切强度、砂土液化的流动结构和临界孔隙比等。 他提出的分类标准考虑了土的粒度和塑性指标，忽略了土的结构性。 我国的国标土的分类标准（GBJ145-90）采取了与之类似的分类原则。2.7 土的分类共五十二页水利部SL237-1999分类法 土颗粒组成及其特性 塑性指标(zhbio)：液限、塑限、塑性指数 有机质含量 土的

22、分类(fn li) 巨粒土和含巨粒土 粗粒土：砾类土、砂类土 细粒土：根据塑性图分类 特殊土： 黄土、膨胀土、红黏土 分类依据：2.7 土的分类共五十二页1、按沉积年代分为： 老沉积土（Q3）、一般黏性土（Q4）、新近沉积土2、根据地质成因（形成条件）分为： 残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等3、根据颗粒级配或塑性指数分为： 碎石(su sh)土、砂土、粉土、黏性土4、根据土的工程特性的特殊性可分为： 一般土、特殊土 二、地基(dj)土的工程分类建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）岩土工程勘察规范(GB50021-2001) 该分类体系的特点：注重土的天然结构特性和强度，并始

23、终与土的主要工程性质变形和强度特性紧密联系。 2.7 土的分类共五十二页 碎石(su sh)土土的名称颗粒形状颗粒级配漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径200mm的颗粒超过全重的50卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径20mm的颗粒超过全重的50圆砾角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径2mm的颗粒超过全重的50碎石土没有(mi yu)黏性和塑性，属于单粒结构碎石土砂土粉土黏性土特殊土人工填土分类依据: 根据土的颗粒级配和颗粒形状进行分类定名。2.7 土的分类共五十二页分类依据(yj)：根据土的颗粒级配定名。土的名称颗粒级配砾砂粒径2mm的颗粒占全重的2550粗砂粒径0.5mm的颗粒超过全重的50中砂粒径0.25mm的颗粒超过全重的50细砂粒径0.75mm的颗粒超过全重的85粉砂粒径0.75mm的颗粒超过全重的50 砂土(sh t)碎石土砂土粉土黏性土特殊土人工填土2.7 土的分类共五十二页 粉土和黏性土碎石土砂土粉土黏性土特殊(tsh)土人工填土粉土：塑性指数IP10，且d0.075mm的颗粒含量不超过(chogu)全重50%的土称为粉土。黏性土：塑性指数Ip10的土。 粉质黏土：1017的土 特殊土 特殊土包括软土（