土力学教学击实试验填土的力学性质课件

7.2.1击实试验(Compactiontest)1.击实仪

(Compactor)(图7-1)7.2细粒料的击实特性

7.2Compactioncharacteristicsoffinegrainedsoil7.2.1击实试验(Compactiontest)71土力学教学击实试验填土的力学性质课件2室内击实试验

试验设备：击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿

试验条件：土样分层n=3层；落高d=30cm；

击数N=27/层

击实能量

试验方法：对w=cosnst的土，分三层压实；

测定击实后的w、，算定d注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土室内击实试验试验设备：击实筒V=1000cm3；击实锤w32.击实曲线

(Compactioncurve)(图7-2)（1）最优含水量wop和最大干密度ρdmax或最大干容重γdmax

Optimumwatercontentwopandmaximumdrydensityρdmaxormaximumdryunitweightγdmax（2）饱和线(Saturatedcurve)(7-1)2.击实曲线(Compactioncurve)(图7-40481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)饱和曲线dmaxwop细粒土的压实性-击实曲线

具有峰值最大干密度dmax最优含水量Wop位于饱和曲线之下

粘性土透水性小，击实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的。Sr=104812165含水量Wop： 颗粒表面水膜很薄，相对移动困难含水量=Wop： 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;

水的相对含量增加

压实机理颗粒破碎（细粒土较少）粒间联结力被破坏，颗粒

间孔隙被压缩土粒定向排列0481216202428含水量w(%)2.01.81.6干密度d(g/cm3)饱和曲线dmaxWop压实与含水量细粒土的压实性-压实机理

含水量Wop： 颗粒表面水膜很薄，相对移动困难压实67.2.2影响击实特性的因素Factorstoeffectcompactioncharacteristics1.含水量

(Watercontent)（1）偏干状态(Drystate)（2）偏湿状态(Wetstate)2.不同土类的影响（图7-3）

Effectofdifferentsoils3.击实功能的影响（图7-4）

Effectofcompactionwork

击实功能＝锤重×锤落高×击数增大击实功，ρdmax增大而wop变小P154表7-1为ρdmax和wop经验数值7.2.2影响击实特性的因素Factorstoe7土力学教学击实试验填土的力学性质课件8细粒土的压实性-压实功能

对于同一种土,最优含水量和最大干密度并不恒定,而随压密功能变化，压实功能愈大,最优含水量愈小，相应的最大干密度愈高超过最优含水量后，压实功能的影响随含水量的增加逐渐减小。击实曲线均靠近于饱和曲线0481216202428含水量w(%)1.91.71.5干密度d(g/cm3)饱和曲线N=36N=29N=25N=18除了击实功的影响，还应考虑压实时冲量的作用细粒土的压实性-压实功能对于同一种土,最优含水量和最大干密9

7.2.3细粒料填筑标准的确定Determinationofplacementstandardforfinegrainedsoils

1.最优含水量—偏离不超过±2％～3％2.压实度（Compactiondegree）(7-2)7.2.3细粒料填筑标准的确定De10细粒土的压实标准

填土施工时应将土料含水量控制在Wop左右，以期用较小的能量获得最好的密度：在Wop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。但浸水时易产生附加沉降。在Wop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。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：细粒土的压实标准填土施工时应将土料含水量控制在Wop左右，11Ⅰ、Ⅱ级土石坝Dc>95~98%III~Ⅴ级土石坝Dc>92~95%细粒土的压实标准

工程上常采用压实度Dc，作为填方压实密度控制的标准：Ⅰ、Ⅱ级土石坝Dc>95~98%细粒土的压实标准工127.3.1渗透性(Permeability)

偏干击实土的渗透性较大（图7-5）7.3.2压缩性(Compressibility)

偏湿击实土的压缩性较大7.3.3抗剪强度和应力应变特性

Shearstrengthandstress-straincharacteristics7.3细粒料的力学性质（自学）

7.3Mechanicalcharacteristicsoffinegrainedsoil

湿化变形及水力劈裂7.3.1渗透性(Permeability)7.313图7-5粘性土击实的试验结果图7-5粘性土击实的试验结果141.反映抗拉性能的指标

Parametersoftensileperformance—抗拉强度、最大拉伸应变、拉应力和拉应变的关系

Tensilestrength,maximumtensilestrain,relationshipbetweentensilestressandtensilestrain2.抗拉强度的试验方法

Testmethodsoftensilestrength

—单轴拉伸法、土梁弯曲法和劈裂法

Uniaxialtensiontest,earthbeambendtest,Brazilian(Split)test

7.3.4抗拉强度（Tensilestrength）1.反映抗拉性能的指标7.3.4抗拉强度（Tensile15图7-6，7-73.粘性土受拉时强度和变形特性的影响因素

Effectfactorsofstrengthanddeformationcharacteristicsfortensionofcohesionsoil（1）干密度和含水量（图7-6、图7-7）

Drydensityandwatercontent（2）颗粒组成和矿物成份

Particleandmineralogicalcomposition图7-6抗拉强度与含水率、干容重的关系图7-6抗拉强度与含水率、干容重的关系图7-7某粘性土的抗拉应力与应变的关系εt(%)图7-6，7-73.粘性土受拉时强度和变形特性的影响因素图7167.4粗粒料的击实特性

7.4Compactioncharacteristicsofcoarsegrainedsoils7.4.1无粘性粗粒土的击实特性

Compactioncharacteristicsofcohesionlesscoarsegrainedsoils

无粘性粗粒土：＜0.075mm的颗粒质量≤15％1.砂砾石的压实标准

Compactionstandardofsandygravel（1）砂砾石的密实程度以相对密度衡量（2）最小γdmin和最大干密度γdmax的测定方法（3）砂砾料的压实干容重与砾石含量P5有关（4）相对密度取值应考虑地震烈度、坝高等7.4粗粒料的击实特性

7.4Compaction17粗粒土的压实性

击实曲线压实标准：对于颗粒不易破碎或碾压不易造成颗粒破碎的砂土或较小颗粒的砂砾石的压实度，用相对密度Dr和孔隙率n双控法来控制压实标准。

Dr>0.7-0.75，n=20-23%不存在最优含水量，在完全风干或饱和状态下易于击实。在潮湿状态下，存在假凝聚力，加大了阻力同细粒土不同，粗粒土在击实过程中可以自由排水粗砂w=4~5%，中砂w=7%时，干密度最小

，

含水量w干密度粗砂中砂粗粒土的压实性击实曲线压实标准：对于颗粒不易破碎或碾182.堆石（包括石渣）的压实特性

Compactioncharacteristicsofrockfill(includingrockdebris)（1）影响堆石压实的因素

Effectfactorsofrockfillcompaction①母岩性质、级配和细粒含量

Original

rockproperties,gradingandfineparticlecontent②压实功能的大小（Magnitudeofcompactionwork）③含水量（Watercontent）（2）堆石压实标准的确定—经验法或现场试验

Determinationofcompactionstandardofrockfill－

experiencemethodorfieldcompactiontest2.堆石（包括石渣）的压实特性19Compactioncharacteristicsofcohesivecoarsegrainedsoils粘性粗粒土：小于0.075mm的细颗粒含量大于15%1.含砾量对压实性能的影响（图7-8）

Effectofgravelcontentoncompactioncharacteristics（1）含砾量<30%～40%（2）含砾量>30%～40%，<60%～75%（3）含砾量>60%～75%7.4.2粘性粗粒土的击实特性Compactioncharacteristicsof20图7-8图7-8粘性粗粒土含水率w、含砾量P5与干容重的关系图7-8图7-8粘性粗粒土含水率w、含砾量P5与干容重212.压实标准的选择

Choiceofcompactionstandard（1）含砾量<30%—用细粒料的击实试验进行修正（2）含砾量>30%—粗粒土击实试验(7-3)(7-4)2.压实标准的选择Choiceofcompac227.5.1粗粒料的测试方法

Testmethodofcoarsegrainedsoils1.试验仪器

(Testapparatus)—大型(直径30cm以上)2.备样的一些问题

(Someproblemsinsampling)（1）试样级配的选用（Choiceofsoilgrading）（2）超径粒的处理方法（图7-9）

Treatmentofsizeexceededparticles7.5粗粒料的力学性质

7.5Mechanicalpropertiesofcoarsegrainedsoils7.5.1粗粒料的测试方法7.5粗粒料的力学性23图7-9图7-9247.5.2粗粒土的渗透性

Permeabilityofcoarsegrainedsoils

1.粗粒含量

(Coarsegraincontent)（1）粗粒足够多(砾石>40％～50％)—取决于粗粒含量(图7-10(a))（2）粗粒含量不多(砾石<30％～40％)—取决于细粒含量(图7-10(b))2.细粒的填充密实度

Fillcompactionoffineparticles7.5.2粗粒土的渗透性25图7-10图7-10粗粒、细粒含量与渗透系数的关系图7-10图7-10粗粒、细粒含量与渗透系数的关系261.压缩条件下的变形特性

（图7-11）

Deformationcharacteristicsoncompression（1）孔隙比（2）母岩性质（3）级配和坚硬程度

Gradingandhardness7.5.3粗粒土的变形特征

Deformationcharacteristicsofcoarse

grainsoils1.压缩条件下的变形特性7.5.3粗粒土的变形特征

27Deformationcharacteristicsonshearconditions（1）应力应变关系(Relationshipofstressandstrain)（2）曲线形状的影响因素(Effectfactorsofcurveshape)①干密度(Drydensity)ρd

（图7-12(a)）ρd增大，强度提高体变由剪缩变为剪胀应力应变曲线由硬化型变为软化型②围压(Confiningpressure)（图7-12(b)）围压

增大，强度提高体变由剪胀变为剪缩应力应变曲线由软化型变为硬化型2.剪切条件下的变形特性Deformationcharacteristicso28图7-12图7-12干容重、应变及峰值强度的关系图7-12图7-12干容重、应变及峰值强度的关系29Shearstrengthofcoarsegrainedsoils1.强度分量的机理

Mechanismofstrengthcomponent（1）抗剪强度组成(Compositionofshearstrength)①矿物颗粒滑动的摩擦阻力②与咬合程度有关的剪胀阻力③颗粒破碎、重新排列和定向所需能量而发展的强度（2）抗剪强度的表达式—库伦公式

Expressionofshearstrength—Coulombformula7.5.4粗粒土的抗剪强度Shearstrengthofcoarsegra302.强度包线的变化规律（图7-13）

Changeregulationofstrengthenvelope(7-6)式中，A、n的值见P174表7-2，c为粗粒土的咬合力。图7-13粗粒土抗剪强度与有效法向应力的关系2.强度包线的变化规律（图7-13）(7-6)式中，A、n的31Mainfactorstoeffecttheshearstrength（1）母岩的性质和颗粒形状

Originalrockpropertyandparticleshape（2）孔隙比和相对密度(Voidratioandrelativedensity)（3）应力水平(Stresslevel)（图7-15）7.5.5粗粒土的岩性软化及湿化变形（自学）

Slakingdeformationofcoarsegrainedsoils3.影响强度参数的主要因素（图7-14）颗粒破碎和流变性Mainfactorstoeffectthe32图7-14,7-15图7-14,7-15337.2.1击实试验(Compactiontest)1.击实仪

(Compactor)(图7-1)7.2细粒料的击实特性

7.2Compactioncharacteristicsoffinegrainedsoil7.2.1击实试验(Compactiontest)734土力学教学击实试验填土的力学性质课件35室内击实试验

试验设备：击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿

试验条件：土样分层n=3层；落高d=30cm；

击数N=27/层

击实能量

试验方法：对w=cosnst的土，分三层压实；

测定击实后的w、，算定d注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土室内击实试验试验设备：击实筒V=1000cm3；击实锤w362.击实曲线

(Compactioncurve)(图7-2)（1）最优含水量wop和最大干密度ρdmax或最大干容重γdmax

Optimumwatercontentwopandmaximumdrydensityρdmaxormaximumdryunitweightγdmax（2）饱和线(Saturatedcurve)(7-1)2.击实曲线(Compactioncurve)(图7-370481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)饱和曲线dmaxwop细粒土的压实性-击实曲线

具有峰值最大干密度dmax最优含水量Wop位于饱和曲线之下

粘性土透水性小，击实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的。Sr=1048121638含水量Wop： 颗粒表面水膜很薄，相对移动困难含水量=Wop： 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;

水的相对含量增加

压实机理颗粒破碎（细粒土较少）粒间联结力被破坏，颗粒

间孔隙被压缩土粒定向排列0481216202428含水量w(%)2.01.81.6干密度d(g/cm3)饱和曲线dmaxWop压实与含水量细粒土的压实性-压实机理

含水量Wop： 颗粒表面水膜很薄，相对移动困难压实397.2.2影响击实特性的因素Factorstoeffectcompactioncharacteristics1.含水量

(Watercontent)（1）偏干状态(Drystate)（2）偏湿状态(Wetstate)2.不同土类的影响（图7-3）

Effectofdifferentsoils3.击实功能的影响（图7-4）

Effectofcompactionwork

击实功能＝锤重×锤落高×击数增大击实功，ρdmax增大而wop变小P154表7-1为ρdmax和wop经验数值7.2.2影响击实特性的因素Factorstoe40土力学教学击实试验填土的力学性质课件41细粒土的压实性-压实功能

对于同一种土,最优含水量和最大干密度并不恒定,而随压密功能变化，压实功能愈大,最优含水量愈小，相应的最大干密度愈高超过最优含水量后，压实功能的影响随含水量的增加逐渐减小。击实曲线均靠近于饱和曲线0481216202428含水量w(%)1.91.71.5干密度d(g/cm3)饱和曲线N=36N=29N=25N=18除了击实功的影响，还应考虑压实时冲量的作用细粒土的压实性-压实功能对于同一种土,最优含水量和最大干密42

7.2.3细粒料填筑标准的确定Determinationofplacementstandardforfinegrainedsoils

1.最优含水量—偏离不超过±2％～3％2.压实度（Compactiondegree）(7-2)7.2.3细粒料填筑标准的确定De43细粒土的压实标准

填土施工时应将土料含水量控制在Wop左右，以期用较小的能量获得最好的密度：在Wop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。但浸水时易产生附加沉降。在Wop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。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：细粒土的压实标准填土施工时应将土料含水量控制在Wop左右，44Ⅰ、Ⅱ级土石坝Dc>95~98%III~Ⅴ级土石坝Dc>92~95%细粒土的压实标准

工程上常采用压实度Dc，作为填方压实密度控制的标准：Ⅰ、Ⅱ级土石坝Dc>95~98%细粒土的压实标准工457.3.1渗透性(Permeability)

偏干击实土的渗透性较大（图7-5）7.3.2压缩性(Compressibility)

偏湿击实土的压缩性较大7.3.3抗剪强度和应力应变特性

Shearstrengthandstress-straincharacteristics7.3细粒料的力学性质（自学）

7.3Mechanicalcharacteristicsoffinegrainedsoil

湿化变形及水力劈裂7.3.1渗透性(Permeability)7.346图7-5粘性土击实的试验结果图7-5粘性土击实的试验结果471.反映抗拉性能的指标

Parametersoftensileperformance—抗拉强度、最大拉伸应变、拉应力和拉应变的关系

Tensilestrength,maximumtensilestrain,relationshipbetweentensilestressandtensilestrain2.抗拉强度的试验方法

Testmethodsoftensilestrength

—单轴拉伸法、土梁弯曲法和劈裂法

Uniaxialtensiontest,earthbeambendtest,Brazilian(Split)test

7.3.4抗拉强度（Tensilestrength）1.反映抗拉性能的指标7.3.4抗拉强度（Tensile48图7-6，7-73.粘性土受拉时强度和变形特性的影响因素

Effectfactorsofstrengthanddeformationcharacteristicsfortensionofcohesionsoil（1）干密度和含水量（图7-6、图7-7）

Drydensityandwatercontent（2）颗粒组成和矿物成份

Particleandmineralogicalcomposition图7-6抗拉强度与含水率、干容重的关系图7-6抗拉强度与含水率、干容重的关系图7-7某粘性土的抗拉应力与应变的关系εt(%)图7-6，7-73.粘性土受拉时强度和变形特性的影响因素图7497.4粗粒料的击实特性

7.4Compactioncharacteristicsofcoarsegrainedsoils7.4.1无粘性粗粒土的击实特性

Compactioncharacteristicsofcohesionlesscoarsegrainedsoils

无粘性粗粒土：＜0.075mm的颗粒质量≤15％1.砂砾石的压实标准

Compactionstandardofsandygravel（1）砂砾石的密实程度以相对密度衡量（2）最小γdmin和最大干密度γdmax的测定方法（3）砂砾料的压实干容重与砾石含量P5有关（4）相对密度取值应考虑地震烈度、坝高等7.4粗粒料的击实特性

7.4Compaction50粗粒土的压实性

击实曲线压实标准：对于颗粒不易破碎或碾压不易造成颗粒破碎的砂土或较小颗粒的砂砾石的压实度，用相对密度Dr和孔隙率n双控法来控制压实标准。

Dr>0.7-0.75，n=20-23%不存在最优含水量，在完全风干或饱和状态下易于击实。在潮湿状态下，存在假凝聚力，加大了阻力同细粒土不同，粗粒土在击实过程中可以自由排水粗砂w=4~5%，中砂w=7%时，干密度最小

，

含水量w干密度粗砂中砂粗粒土的压实性击实曲线压实标准：对于颗粒不易破碎或碾512.堆石（包括石渣）的压实特性

Compactioncharacteristicsofrockfill(includingrockdebris)（1）影响堆石压实的因素

Effectfactorsofrockfillcompaction①母岩性质、级配和细粒含量

Original

rockproperties,gradingandfineparticlecontent②压实功能的大小（Magnitudeofcompactionwork）③含水量（Watercontent）（2）堆石压实标准的确定—经验法或现场试验

Determinationofcompactionstandardofrockfill－

experiencemethodorfieldcompactiontest2.堆石（包括石渣）的压实特性52Compactioncharacteristicsofcohesivecoarsegrainedsoils粘性粗粒土：小于0.075mm的细颗粒含量大于15%1.含砾量对压实性能的影响（图7-8）

Effectofgravelcontentoncompactioncharacteristics（1）含砾量<30%～40%（2）含砾量>30%～40%，<60%～75%（3）含砾量>60%～75%7.4.2粘性粗粒土的击实特性Compactioncharacteristicsof53图7-8图7-8粘性粗粒土含水率w、含砾量P5与干容重的关系图7-8图7-8粘性粗粒土含水率w、含砾量P5与干容重542.压实标准的选择

Choiceofcompactionstandard（1）含砾量<30%—用细粒料的击实试验进行修正（2）含砾量>30%—粗粒土击实试验(7-3)(7-4)2.压实标准的选择Choiceofcompac557.5.1粗粒料的测试方法

Testmethodofcoarsegrainedsoils1.试验仪器

(Testapparatus)—大型(直径30cm以上)2.备样的一些问题

(Someproblemsinsampling)（1）试样级配的选用（Choiceofsoilgrading）（2）超径粒的处理方法（图7-9）

Treatmentofsizeexceededparticles7.5粗粒料的力学性质

7.5Mechanicalpropertiesofcoarsegrainedsoils7.5.1粗粒料的测试方法7.5粗粒料的力学性56图7-9图7-9577.5.2粗粒土的渗透性

Permeabilityofcoarsegrainedsoils

1.粗粒含量

(Coarsegraincontent)（1）粗粒足够多(砾石>40％～50％)—取决于粗粒含量(图7-10(a))（2）粗粒含量不多(砾石<30％～40％)—取决于细粒含量(图7-10(b))2.细粒的填充密实度

Fillcompactionoffineparticles7.5.2粗粒土的渗透性58图7-10图7-10粗粒、细粒含量与渗透系数的关系图7-10图7-10粗粒、细粒含量与渗透系数的关系591.压缩条件下