土力学与基础工程第七章填土的力学性质课件

第七章填土的力学性质第一节概述第二节细粒料的击实特性第三节细粒料的力学性质第四节粗粒料的击实特性第五节粗粒料的力学性质第七章填土的力学性质第一节概述第一节概述人类很早就使用土修筑道路、堤坝和作为某些建筑物（如挡土墙、地下室）周围的回填料。这种用土料填筑而成的土体称为填土或填方。填土常用的研究方法：

1是用击实仪进行室内击实试验

2是在现场用碾压机具进行碾压试验第一节概述人类很早就使用土修筑道路、堤坝和本章首先从不同土类出发介绍室内击实试验，以确定填土的击实特性（主要是含水率与干容重之间的关系）；然后对含水率和干容重下击实制备的试样研究其物理力学特性，从而为工程设计提供合理的计算参数。本章首先从不同土类出发介绍室内击实试验，以确定填土的击实特性第二节细粒料的击实特性一击实试验1试验使用的主要仪器——击实仪2试验步骤：（1）把某一含水率的试样分三层放入击实筒内，每放一层，用击锤打击一定次数，将土分层击实至满筒后，测定击实后的含水率和湿容重，便可算出土的干容重（2）以同样方法对数个不同的初始（试验前）含水率的试样进行试验，得出数个击实后的含水率与干容重，绘制含水率与干容重的关系曲线击实仪第二节细粒料的击实特性一击实试验击实仪含水率与干容重的关系曲线--这种反映土的击实特性的曲线，称为击实曲线，又称为含水率-干容重曲线击实曲线最优含水率：在一定的压实机械功能作用下，土最易于被压实，并能达到最大密实度时含水率wop

，相应的干容重为最大干容重含水率与干容重的关系曲线--这种反映土的击实特性的曲线，称为——土的饱和含水率，%；Gs——土粒比重；——水的容重，kN/m3；——土的干容重，kN/m3

右上侧为饱和线，它表明土在饱和状态时（Sr=100%）含水率与干容重的关系，此线根据下述关系（按饱和时土中各项的关系推出）绘制——土的饱和含水率，%；——水的容重，kN/m3；右上侧为饱二影响击实特性的因素1．含水率的影响2．不同土种类的影响3．击实功能的影响二影响击实特性的因素1．含水率的影响含水率低于最优含水率时（称偏干状态），土的击实干容重随含水率增加而增大，达到最优含水率时，填土的干容重就达到最大值。含水率高于最优含水率时（称偏湿状态），土的干容重随含水率增多而减小。1含水率的影响含水率低于最优含水率时（称偏干状态），土的击实干容重随含水率粗粒含量较多的土，其最大干容重较高而最优含水率较小。各种土的击实曲线1、2、3－粗粒；4、5－细粒2不同土种类的影响粗粒含量较多的土，其最大干容重较高而最优含水率较小。各种土增大击实功，可使土的最优含水率变小，最大干容重增加。但干容重的增大并不与击实功增大成正比。且当土偏湿时，由于孔隙压力的出现，更使击实功的增密效果减小，故企图单纯用增大击实功以提高干容重效果并不好。不同击实功对击实特性的影响3击实功能的影响增大击实功，可使土的最优含水率变小，最大干容重增加。但干容重三细粒料填筑标准的确定土料填筑的压实标准包括干容重和含水率两个不可分割的的指标。细粒料的填筑含水率，应控制在最优含水率附近，其上、下限控制在–2%~+3%。细粒填料的填筑质量以如下的压实度衡量

P——压实度，对1、2级或高坝应为98％～100％，3级中、低坝及3级以下的中坝应为96％～98％；——设计填筑干容重，kN/m3；——标准击实试验的最大干容重，kN/m3

三细粒料填筑标准的确定土料填筑的压实标准包括干容重和含水第三节细粒料的力学性质一渗透性二压缩性三抗剪强度和应力应变特性四抗拉强度第三节细粒料的力学性质一渗透性一渗透性细粒料填土被击实后，偏干击实土与偏湿击实土的结构是不一样的。偏干击实土的孔隙比较偏湿的大，其渗透性也大二压缩性试验表明，当试样的干容重一样时，偏湿击实土的压缩性要比偏干的大

因此，须确定填土受水饱和时不会产生附加压缩的下限含水率，以便施工时对填土的含水率进行控制

粘性击实土的试验结果

一渗透性细粒料填土被击实后，偏干击实土与偏湿击实土的结构是三抗剪强度和应力应变特性填土具有扰动的超固结粘性土的抗剪强度特性高土石坝中，粘性土防渗体（心墙）发生抗拉强度裂缝----土体的抗拉性能最大拉伸性能拉应力和拉应变的关系反映。其中以抗拉强度值较为稳定可靠四抗拉强度三抗剪强度和应力应变特性填土具有扰动的超固结粘性土的抗剪强抗拉强度试验方法—单轴拉伸法单轴拉伸试验仪器设备：采用三轴压缩试验设备，增设施加拉力的装置和夹具试验时根据要求含水率与干容重进行击实备样。试样为等截面的圆柱体；试样上下两端分别与试样帽和不透水板粘牢后放于压力室底座上，并用夹具、钩拉装置将试样下端固定并将上端与活塞连接。以应力（或应变）控制方式对试样分级加荷，并测读拉伸变形直至试样被拉断为止抗拉强度试验方法—单轴拉伸法单轴拉伸试验仪器设备：采用三轴压优点：设备与方法都较简单，可以准确确定抗拉强度值而且成果比较稳定。由于受拉变形的绝对值很小，在这种情况下较难得到受拉变形特性曲线缺点：优点：设备与方法都较简单，可以准确确定抗拉强度值而且成果比较抗拉强度与含水率、干容重的关系

粘性土受拉时的强度和变形特性决定于土的干容重、含水率、颗粒组成和矿物成份等因素。单轴抗拉试验的结果指出，抗拉强度随着土料的干容重增大、含水率降低而增加抗拉强度与含水率、干容重的关系粘性土受拉时的强度和变形特性某粘土的抗拉应力与应变关系右图可见，偏干击实粘土的极限抗拉强度较之偏湿的大；如使试样含水率从偏干增大至稍高于最优含水率，则土的拉应变会明显增大，也就是说偏湿击实土虽然其抗拉强度较偏干的低，但由于具有较大的塑性，其拉应变较大，不容易开裂某粘土的抗拉应力与应变关系右图可见，偏干击实粘土的极限抗拉强第四节粗粒料的击实特性粗粒料是粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土粗粒料填土具有下列一些特性：颗粒较粗，多呈单粒结构，易于压实，一般透水性强、压缩性低、强度高、性质稳定，是良好的填方材料第四节粗粒料的击实特性粗粒料是粒径大于0.075mm的颗一无粘性粗粒土的击实特性定义：砂、砾石、堆石（包括石碴），其小于0.075mm的颗粒含量不大于15%（如按粒径小于0.074mm为准，则其颗粒含量不应大于15%），且能自由排水的无粘性土

（一）砂砾石的压实标准相对密度指标表示其所处的密实状态（详见第二章）一无粘性粗粒土的击实特性定义：砂、砾石、堆石（包括石碴），（二）堆石（包括石渣）的压实特性1．影响堆石压实的因素（1）母岩性质、级配与细粒含量（2）压实功（3）含水率的影响2．堆石压实标准的确定

目前，一般碾压堆石的压实标准主要根据前人的经验采用压实参数控制，即碾重10t，铺土厚度1～2m，碾压4~6遍，加水量20%～25%等作为填筑标准，其压实平均干容重达到20.0～22.0kN/m3；对于重要工程或高坝还要进行现场碾压试验来修正

（二）堆石（包括石渣）的压实特性1．影响堆石压实的因素二粘性粗粒土的击实特性粘性粗粒土如砾质土、风化料、冰碛土等，当其中小于0.1mm的细颗粒含量大于15%时，其压实标准如同细粒土一样，可用击实试验确定最大干容重和最优含水率wop

二粘性粗粒土的击实特性粘性粗粒土如砾质土、风化料、冰碛土当母岩成份、风化程度一定时，粘性粗粒土的压实性能受含砾量（大于5mm）的影响粘性粗粒土含水率、含砾量与干容重的关系当母岩成份、风化程度一定时，粘性粗粒土的压实性能受含砾量（大1．含砾量小于30%的情况一般可用过5mm筛的细料按本章第二节小型击实仪的试验方法进行击实，获得细料的最大干容重和最优含水率；再按下列公式求得全土料不同粗粒含量的最大干容重和最优含水率，并按与细粒料相同要求的压实度控制

1．含砾量小于30%的情况一般可用过5mm筛的细料按本章第二——校正后全料的最大干容重、最优含水率；——细料击实的最大干容重、最优含水率；——水的容重；P5、Gs2——粒径大于5mm颗粒粒含量、粒径大于

5mm颗粒的干比重；w2——粒径大于5mm颗粒的吸着含水率

参阅《土工试验规程》SL237–1999

——校正后全料的最大干容重、最优含水率；——细料击实的最大干2．含砾量大于30%的情况用大型击实仪对不同砾石含量的粗粒土进行击实试验。测定土的含水率与容重的关系，从而确定其最优含水率与相应的最大干容重，绘制－P5和w0－P5曲线，并按粘性土压实度的要求和规定，选定填筑干容重和控制含水率，参见《土工试验规程》SL237–19992．含砾量大于30%的情况用大型击实仪对不同砾石含量的粗粒土第五节粗粒料的力学性质详见P179-187第五节粗粒料的力学性质详见P179-187本章结束本章结束第七章填土的力学性质第一节概述第二节细粒料的击实特性第三节细粒料的力学性质第四节粗粒料的击实特性第五节粗粒料的力学性质第七章填土的力学性质第一节概述第一节概述人类很早就使用土修筑道路、堤坝和作为某些建筑物（如挡土墙、地下室）周围的回填料。这种用土料填筑而成的土体称为填土或填方。填土常用的研究方法：

1是用击实仪进行室内击实试验

2是在现场用碾压机具进行碾压试验第一节概述人类很早就使用土修筑道路、堤坝和本章首先从不同土类出发介绍室内击实试验，以确定填土的击实特性（主要是含水率与干容重之间的关系）；然后对含水率和干容重下击实制备的试样研究其物理力学特性，从而为工程设计提供合理的计算参数。本章首先从不同土类出发介绍室内击实试验，以确定填土的击实特性第二节细粒料的击实特性一击实试验1试验使用的主要仪器——击实仪2试验步骤：（1）把某一含水率的试样分三层放入击实筒内，每放一层，用击锤打击一定次数，将土分层击实至满筒后，测定击实后的含水率和湿容重，便可算出土的干容重（2）以同样方法对数个不同的初始（试验前）含水率的试样进行试验，得出数个击实后的含水率与干容重，绘制含水率与干容重的关系曲线击实仪第二节细粒料的击实特性一击实试验击实仪含水率与干容重的关系曲线--这种反映土的击实特性的曲线，称为击实曲线，又称为含水率-干容重曲线击实曲线最优含水率：在一定的压实机械功能作用下，土最易于被压实，并能达到最大密实度时含水率wop

，相应的干容重为最大干容重含水率与干容重的关系曲线--这种反映土的击实特性的曲线，称为——土的饱和含水率，%；Gs——土粒比重；——水的容重，kN/m3；——土的干容重，kN/m3

右上侧为饱和线，它表明土在饱和状态时（Sr=100%）含水率与干容重的关系，此线根据下述关系（按饱和时土中各项的关系推出）绘制——土的饱和含水率，%；——水的容重，kN/m3；右上侧为饱二影响击实特性的因素1．含水率的影响2．不同土种类的影响3．击实功能的影响二影响击实特性的因素1．含水率的影响含水率低于最优含水率时（称偏干状态），土的击实干容重随含水率增加而增大，达到最优含水率时，填土的干容重就达到最大值。含水率高于最优含水率时（称偏湿状态），土的干容重随含水率增多而减小。1含水率的影响含水率低于最优含水率时（称偏干状态），土的击实干容重随含水率粗粒含量较多的土，其最大干容重较高而最优含水率较小。各种土的击实曲线1、2、3－粗粒；4、5－细粒2不同土种类的影响粗粒含量较多的土，其最大干容重较高而最优含水率较小。各种土增大击实功，可使土的最优含水率变小，最大干容重增加。但干容重的增大并不与击实功增大成正比。且当土偏湿时，由于孔隙压力的出现，更使击实功的增密效果减小，故企图单纯用增大击实功以提高干容重效果并不好。不同击实功对击实特性的影响3击实功能的影响增大击实功，可使土的最优含水率变小，最大干容重增加。但干容重三细粒料填筑标准的确定土料填筑的压实标准包括干容重和含水率两个不可分割的的指标。细粒料的填筑含水率，应控制在最优含水率附近，其上、下限控制在–2%~+3%。细粒填料的填筑质量以如下的压实度衡量

P——压实度，对1、2级或高坝应为98％～100％，3级中、低坝及3级以下的中坝应为96％～98％；——设计填筑干容重，kN/m3；——标准击实试验的最大干容重，kN/m3

三细粒料填筑标准的确定土料填筑的压实标准包括干容重和含水第三节细粒料的力学性质一渗透性二压缩性三抗剪强度和应力应变特性四抗拉强度第三节细粒料的力学性质一渗透性一渗透性细粒料填土被击实后，偏干击实土与偏湿击实土的结构是不一样的。偏干击实土的孔隙比较偏湿的大，其渗透性也大二压缩性试验表明，当试样的干容重一样时，偏湿击实土的压缩性要比偏干的大

因此，须确定填土受水饱和时不会产生附加压缩的下限含水率，以便施工时对填土的含水率进行控制

粘性击实土的试验结果

一渗透性细粒料填土被击实后，偏干击实土与偏湿击实土的结构是三抗剪强度和应力应变特性填土具有扰动的超固结粘性土的抗剪强度特性高土石坝中，粘性土防渗体（心墙）发生抗拉强度裂缝----土体的抗拉性能最大拉伸性能拉应力和拉应变的关系反映。其中以抗拉强度值较为稳定可靠四抗拉强度三抗剪强度和应力应变特性填土具有扰动的超固结粘性土的抗剪强抗拉强度试验方法—单轴拉伸法单轴拉伸试验仪器设备：采用三轴压缩试验设备，增设施加拉力的装置和夹具试验时根据要求含水率与干容重进行击实备样。试样为等截面的圆柱体；试样上下两端分别与试样帽和不透水板粘牢后放于压力室底座上，并用夹具、钩拉装置将试样下端固定并将上端与活塞连接。以应力（或应变）控制方式对试样分级加荷，并测读拉伸变形直至试样被拉断为止抗拉强度试验方法—单轴拉伸法单轴拉伸试验仪器设备：采用三轴压优点：设备与方法都较简单，可以准确确定抗拉强度值而且成果比较稳定。由于受拉变形的绝对值很小，在这种情况下较难得到受拉变形特性曲线缺点：优点：设备与方法都较简单，可以准确确定抗拉强度值而且成果比较抗拉强度与含水率、干容重的关系

粘性土受拉时的强度和变形特性决定于土的干容重、含水率、颗粒组成和矿物成份等因素。单轴抗拉试验的结果指出，抗拉强度随着土料的干容重增大、含水率降低而增加抗拉强度与含水率、干容重的关系粘性土受拉时的强度和变形特性某粘土的抗拉应力与应变关系右图可见，偏干击实粘土的极限抗拉强度较之偏湿的大；如使试样含水率从偏干增大至稍高于最优含水率，则土的拉应变会明显增大，也就是说偏湿击实土虽然其抗拉强度较偏干的低，但由于具有较大的塑性，其拉应变较大，不容易开裂某粘土的抗拉应力与应变关系右图可见，偏干击实粘土的极限抗拉强第四节粗粒料的击实特性粗粒料是粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土粗粒料填土具有下列一些特性：颗粒较粗，多呈单粒结构，易于压实，一般透水性强、压缩性低、强度高、性质稳定，是良好的填方材料第四节粗粒料的击实特性粗粒料是粒径大于0.075mm的颗一无粘性粗粒土的击实特性定义：砂、砾石、堆石（包括石碴），其小于0.075mm的颗粒含量不大于15%（如按粒径小于0.074mm为准，则其颗粒含量不应大于15%），且能自由排水的无粘性土

（一）砂砾石的压实标准相对密度指标表示其所处的密实状态（详见第二章）一无粘性粗粒土的击实特性定义：砂、砾石、堆石（包括石碴），（二）堆石（包括石渣）的压实特性1．影响堆石压实的因素（1）母岩性质、级配与细粒含量（2）压实功（3）含水率的影响2．堆石压实标准的确定

目前，一般碾压堆石的压实标准主要根据前人的经验采用压实参数控制，即碾重10t，铺土厚度1～2m，碾压4~6遍，加水量20%～25%等作为填筑标准，其压实平均干容重达到20.0～22.0kN/m3；对于重要工程或高坝还要进行现场碾压试验来修正

（二）堆石（包括石渣）的压实特性1．影响堆石压实的因素二粘性粗粒