土力学：第一章 土的物理性质课件

第一章土的物理性质一、土的生成岩石风化，剥蚀水、风的搬运或就地沉积土物理风化：气温变化、机械破坏，生成砂、砾等粗颗粒土。特征：机械破坏、成分相同。

化学风化：岩石与水、气、二氧化碳等化学作用。生成粘性土。特征：化学成分改变。生物风化：生物活动对岩石的破坏。特征：树根使岩石机械破坏，微生物使岩石成分改变。§1.1土的生成二、土的沉积(soilsedimentation)类型土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土等。§1.1土的生成三、特殊土（specialsoil）

沿海地区的软土(softclay)、黄土(loess)、膨胀土(expansivesoil)、冻土frozensoil)，区域性强。四、土的沉积年代对土性质的影响一般生成年代越久，上覆土层越厚，压得越密，化学作用或胶结作用越强，土得强度也越大，压缩性就越小，反之新近沉积的土质较松软，工程性质较差§1.2土的粒径组成和矿物成分一土的粒径（grainsize）组成1粒径(grainsize):颗粒的直径2粒组(fraction)：大小相近的颗粒归为一组。3颗粒级配：土中不同大小颗粒的相对含量。二粒径分析(grainsizeanalysis)测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验。1粒径分析方法筛分法：粒径>0.075mm密度计法：粒径<0.075mm联合测定：既有粒径>0.075mm，又有粒径>0.075mm（1）筛分法利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（％）式中：mi，m－分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量（2）密度计法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。3粒径级配曲线的应用d60,d10,d30——分别为粒径分布曲线纵坐标p等于60%、10%、30%时对应的粒径。其中d10称为有效粒径(effectivegrainsize)。（1）不均匀系数Cu(coefficientofuniformity)

（2）曲率系数Cc(coefficientofcurvature)

Cu越大，曲线越平缓，粒径分布不均匀。2.土的矿物成分物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成分。（1）原生矿物化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。（2）次生矿物化学性质稳定，水稳性强。颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。土中的水固态自由水气态液态结合水重力水毛细水强结合水弱结合水§1.3土中的水和气体粘性土的性质1.土中的水§1.4土的结构及其联结1.粗粒土及粉土的结构土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式。粉土：蜂窝结构生成时重力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。粗粒土：单粒结构2.粘性土的结构结构类型：颗粒间的作用力：范德华力、库仑力等。特点：粘聚力和可塑性。3.不均匀土的混合结构分散结构：淡水絮凝结构：海水4.土的结构变化（1）砂土的振动密实和液化1964年6月16日日本新瀉xiè7.5级地震

松砂受振动时土粒在振动中调整相互位置，土的结构趋于更加密实、稳定。颗粒较细的砂土被水饱和，在突然振密而排水不畅的情况下，土粒受到孔隙水的反作用而处于悬浮状态，变成液体状，称为液化或流砂(quickofsand)。是建筑物地基破坏的主要原因。（2）粘性土的结构性和灵敏度

①结构性：粘性土在保持天然结构时（原状土）(undisturbedsoilsample)的工程性质与它的结构破坏后（扰动土）(disturbedsoilsample)的工程性质常有很大差别，这就是土具有的结构性。②灵敏度(sensitivity)St：灵敏度是常用的评价粘性土结构性对强度影响的指标。

2～4，中等灵敏；4～8，灵敏；8～16，特别灵敏；>16，超灵敏土的结构性越强，灵敏度越大。

§1.5土的三相含量指标土颗粒水气体孔隙1.土的密度和重度2.含水量3.土粒重度和密度基本指标土的比重Gs测定方法：比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重土的含水率测定方法：烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，称干土的质量。

土颗粒水气体单元土三相图4.孔隙比5.孔隙率6.饱和度7.最大干重度和最优含水量饱和线工程应用：有时建筑物建在填土上，为了提高填土的强度，增加密实度，降低透水性及压缩性,常用分层密实的办法来处理地基。但过湿的土，夯实或碾压会出现软弹性（橡皮土），密实度(degreeofcompaction)不会增加。对很干得土，也不能充分压实。要使压实效果最好，其含水量一定要适当。例题某原状土样，试验测得基本指标如下：天然密度r=1.67g/cm3，含水量w=12.9%，相对密度Gs=2.67，试求其它指标。解法一：利用换算公式解解法二：绘制三相草图，假设Vs=1.0解法三：绘制三相草图，假设V=1.0§1.6土的物理状态及其有关指标一无粘性土(cohesionlesssoil)的密实程度1.相对密实度（RelativeDensity）土的物理状态：土的松密（对无粘性土）和软硬（粘性土）

Dr=0~1,Dr越大说明土越密实。式中：Dr——相对密实度；

emax——无粘性土处在最松状态时的孔隙比；

emin——无粘性土处在最密状态时的孔隙比；e——无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。将风干的无粘性土试样用漏斗法测定其最小干密度，用振击法测定其最大干密度。

密实程度极松稍松中密密实相对密度Dr<1/51/5~1/31/3~2/3>2/3评价：相对密度的概念比较合理，但试验困难。

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标准贯入试验（StandardPenetrationTest）标准贯入数N63.5锤重：63.5kg落距：760mm打入深度：300mm评价:现场操作方便，需修正。粘粒强结合水弱结合水自由水液态可塑态固态或半固态(一）可塑性：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸除厚仍能保持已有的形状。二粘性土的稠度和可塑性在不同含水量下，粘性土表现为不同稠度状态：干硬（固态）、半干硬（半固态）、可塑状态、液态。界限含水量:一种状态转变为另一状态的含水量。（二）界限含水率及其测定1.界限含水率粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某一界限含水率来区分，这种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限。液限（wL）——从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率；塑限（wp）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；缩限（ws）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。2.液、塑限的测定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。液、塑限联合测定法：塑限－5秒入土2mm时的含水率10mm液限－5秒入土10mm时的含水率17mm液限－5秒入土17mm时的含水率土的缩限用收缩皿法测定，把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干试样的体积并称量准确至0.1g后，按下式计算：

（1-29）式中：ws——土的缩限（％）w——制备时的含水率（％）V1——湿试样的体积（cm3），V2——干试样的体积（cm3）（三）塑性指数和液性指数1.塑性指数塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。用Ip表示，取整数，即：塑性指数越高，吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。

2.液性指数粘性土的状态可用液性指数来判别。定义为：（1-31）式中：IL——液性指数，以小数表示；

w——土的天然含水率。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。当w≤wp时，IL≤0，土处于坚硬状态；wp＜w≤wL时，0＜IL≤1.0，土处于可塑状态；wL＜w时，IL＞1.0，土处于流动状态。七、土（岩）的工程分类岩土岩石碎石土

粉土特殊土砂土强度、节理级配、形状粘性土塑性指数或塑性图（一）岩石（二）碎石土若土中粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50％，则该土属于碎石土。（三）砂土若土中粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50％、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50％，则该土属于砂土。（四）粉土若土的塑性指数小于或等于10，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总量的50％，则该土属于粉土。（五）粘性土若土的塑性指数大于10，粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过总量的50％，则该土属于粘性土。粘土：Ip>1