土力学 二章土的物理性质及分类课件

土的物理性质及分类2.1概述2.2土的物理性质指标2.3黏性土的物理状态指标2.4无黏性土的密实度2.7土的分类土的物理性质指标三相间的比例关系质量和体积之间的关系影响力学特性本章脉络

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

2.2土的物理性质指标(熟知)土的三相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:mmaVVvVwmsmwVsVa

WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积一、土的基本物理性质指标土粒比重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：①比重瓶法；②经验法常见值：砂类土Gs=2.65～2.69；粉类土Gs=2.70～2.71；黏性土Gs=2.72～2.76。

有机质Gs=2.4～2.5；泥炭：Gs=1.5～1.8。

土粒密度2.2土的物理性质指标土的含水量（含水率）w土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示。

表达式测定方法

常见值：砂土w=(0～40)%；黏性土w=(20～60)%。

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。①烘干法；②红外线法；③酒精燃烧法；④铁锅炒干法2.2土的物理性质指标土的密度ρ土的总质量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：1.6～2.0g/cm3；

黏土:1.8～2.0g/cm3

；腐殖土：1.5～1.7g/cm3。

表达式

意义：综合反映了土的物质组成和结构特征。2.2土的物理性质指标干密度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。

测定方法

①大环刀法；②放射性同位素法

常见值：ρd=（1.3～1.8）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重度土的重力密度（重量）。单位（N/m3）或（kN/m3）土的密度和土的重度；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土的物理性质指标孔隙度(孔隙率)n土的孔隙体积与土总积之比，以百分数表示。常见值：黏性土和粉土:(30-60)%；砂土:(25-45)%。

根据ρ、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：表示土中孔隙大小的程度。2.2土的物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上的比例关系三相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土的物理性质指标四、三相指标的换算步骤：首先绘出三相草图；明确所求指标的表达式或定义；

作假设以减少未知量，求解。2.2土的物理性质指标例如设：2.2土的物理性质指标2.2土的物理性质指标推求【例题2-1】

某饱和土体，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】

黏性土的物理特征黏性土含水量较硬变软流动固态→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标(熟知）塑限液限黏性土的稠度反映土中水的形态固态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，连续下落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黏性土的物理状态指标⑴定义——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(%)⑵测定方法操作过程：

用双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⑴定义——黏性土呈半固态与固态之间的界限含水量称为缩限wS。3、缩限wS(%)⑵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⑴定义——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。⑶工程应用用塑性指数IP作为黏性土定名的标准。

黏性土的物理状态指标⑵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液性指数又称相对稠度，是将土的天然含水量w与wL及wP相比较，以表明w是靠近wL还是靠近wP，反映土的软硬不同。⑵物理意义⑶工程应用⑴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IL≤00<IL≤0.250.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL>1.0液性指数IL2.3黏性土的物理状态指标黏性土的状态（GB50007)黏性土结构性的演示

黏性土因受扰动而原结构被破坏后，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时(原状土)，其上承受了1.5kg的压力，但当结构完全破坏而成为重塑土时，变为可流动的泥浆。

2.3黏性土的物理状态指标黏性土的结构性St11-22-44-88-16>16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黏性土的物理状态指标灵敏度触变性黏性土的结构性黏性土含水量不变，密度不变，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。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

用孔隙比e为标准

无黏性土

按天然孔隙比e划分砂土的密实度（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e<0.60.6<e<0.750.75<e<0.85e>0.85细砂粉砂e<0.70.7<e<0.850.85<e<0.95e>0.95评价：（1）优点：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）无黏性土的相对密度密实度密实中密松散相对密度1.0～0.670.67～0.330.33～0用相对密度Dr划分砂土的密实度评价：（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1--穿心锤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(SPT)适用于砂土、粉土和一般黏土，它利用一定的锤击动能（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无黏性土的密实度我国现行《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)采用原位标准贯入试验锤击数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N63.5N63.5≤1010<N63.5≤1515<N63.5≤30N63.5>30密实度松散稍密中密密实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。

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N63.5≤5松散10<N63.5≤20中密5<N63.5≤10稍密20≤N63.5密实2.4无黏性土的密实度

碎石土密实度野外鉴别方法2.4无黏性土的密实度2.5粉土的密实度和湿度(自学）《岩土工程勘查规范》(GB50021-2001)密实度密实中密稍密孔隙比e<0.750.75≤e≤0.9e>0.9粉土密实度分类湿度稍湿湿很湿含水量(%)w<2020≤w≤30w>30粉土湿度分类粗粒土的密实状态指标

黏土的物理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自学2.6土的膨胀性、湿陷性和冻胀性土的组成土的状态土的结构目的

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：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》一、土的分类标准ArthurCasagrande，（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、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土的分类水利部SL237-1999分类法土颗粒组成及其特性塑性指标：液限、塑限、塑性指数有机质含量土的分类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

碎石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土的分类分类依据：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25～50％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