工程岩土 第四章 土的物理性质课件

第四章土的物理性质§4.1土的基本物理性质§4.2土的物理状态§4.3细粒土的膨胀性、收缩性及崩解性§4.1土的基本物理性质土的物理性质指土本身由于三相组成部分的相对比例关系不同所表现的物理状态以及固、液两相相互作用时所表现出来的性质。

一、基本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基本方法:三相草图法WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积已知关系五个:共有九个参数:

VVvVsVaVω

/msmωmam剩下三个独立变量物性指标是比例关系:可假设任一参数为1实验室测定其它指标2、室内测定的三个物理性质指标—基本物理指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的密度单位:

kg/m3或g/cm3一般范围:

1.60—2.20g/cm3土单位体积的质量(density)有时也称土的天然密度表达式:相关指标:土的容重（重度）γ=ρg单位:kN/m3

环刀法测得土粒比重s:

土粒的密度，单位体积土粒的质量单位:

无量纲土粒比重一般范围:

粘性土2.70—2.75砂土2.65有机质、泥炭土较小：4˚C时纯蒸馏水的密度=1.0g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒的质量与4˚C时同体积纯蒸馏水的质量的比值表达式:比重瓶法测得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积Densityofsolidparticles土的含水量土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示注:含水量可达到或超过100％表达式:用烘干法测得Watercontent,moisturecontent关系:孔隙率(孔隙度)

土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积(porosity)天然密度干密度天然容重干容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位:kg/m3

或g/cm3单位:kN/m3

土被完全烘干时的密度,等于单位体积内土粒的质量表达式:各种密度容重之间的大小关系：天然密度干密度饱和密度天然容重干容重浮容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积例题1.一直某钻孔原状土样用体积为72cm3的环刀取样，经试验测得：土的质量m1=130g,烘干后质量m2=115g,土粒相对密度Gs=2.70,试用三相图法求其余的物理性质指标。2.某办公楼工程地质勘查中取原状土做试验，用体积为100cm3的环刀取样，用天平测得环刀加湿土的质量为245.00g,环刀质量为55.00g,烘干后土样质量为215.00g,土粒比重为2.70。计算此土样的天然密度、干密度、饱和密度、天然含水率、孔隙比、孔隙率及饱和度，并比较各种密度的大小。例题

作业：某住宅地基土的试验中，已测得土的干密度，含水率，土粒比重，试求土的密度、饱和密度、孔隙比、孔隙率、饱和度。§4.2土的物理状态

土的物理性质指标(三相间的比例关系)。可以用来表示土的物理状态，包括：粗粒土的松密程度和粘性土的软硬状态，从而影响了土的力学特性。emax:最大孔隙比将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比emax与emin：最大与最小孔隙比砂土的密实状态指标

判别标准：

Dr

=1

,最密状态

Dr

=0,最松状态0≤Dr≤1/3,

疏松状态1/3<

Dr≤

2/3,中密状态2/3

<

Dr≤1,密实状态相对密度3、标准贯入锤击数N（砂土、碎石土）4、碎石土密实度的野外鉴别§细粒土的稠度和可塑性1、稠度状态2、界限含水量固态或半固态塑态

流态

强结合水弱结合水自由水稠度状态含水量土中水的形态w一、细粒土稠度及其指标稠度状态含水量的减少方向土体积的减小方向稠度特征界限含水量流态液流状薄层流动、土体无固定形状，无触变性触变限(W0)液限(WL)粘着限(Wc)塑限(Wp)收缩限(Ws)粘流状厚层流坍，土体固体形状难保持，有触变性塑态粘塑状塑性变形，粘着他物稠塑状塑性变形，不粘着他物固态半固体状不易变形，干时体积收缩固体状坚硬难变形，干时收缩不明显稠度指标（IL）>11-0.75

软塑1-00.75-0.25

可塑

0.25-0硬塑≤0注：IL=（W-WP）/（WL-WP）细粒土的稠度状态（1）液性指数不同的粘土，wp、wL大小不同对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同定义：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1坚硬状态可塑状态流态0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑软塑二、细粒土塑性及其指标粘性土在某含水量范围内，用外力塑成任何形状而不发生裂纹，外力移去后仍能保持既得形状。----可塑性塑性——吸附结合水的能力；粘性大小；大致反映粘土颗粒含量

（2）塑性指数（※）常作为细粒土工程分类的依据新分类：塑性图法62年水电部:界限值为1,7,17≤1砂土；1~7砂壤土；7~17壤土；＞17粘土82年地矿部：界限值为3,7,17≤3砂土；3~7亚砂土；7~17亚粘土；＞17粘土89年建设部：界限值为10,17≤10粉土；10~17粉质粘土；＞17粘土

四.影响细粒土可塑性的主要因素:1.粘性土为什么有塑性？（思考）2.影响粘性土可塑性因素（土+水溶液）

(1)矿物成分:不同矿物结晶格架活动性不同，亲水性不同，颗粒大小、形状不同，形成扩散层厚度不同，所以塑性不同。例如蒙脱石、腐殖质、可溶性盐的增多或减少。(2)粒度成分：颗粒越小，塑性越大。(3)水溶液中离子成分：----高价的，半径大的离子，形成扩散层薄—塑性弱----低价的，同价半径小的离子，形成扩散层厚—塑性强。(4)浓度：----浓度增大，扩散层受压变薄—塑性降低----浓度减小，扩散层增厚—塑性升高(5)PH值：溶液PH值与矿物等电PH值之差越大，颗粒带电越多，土的塑性越强。

五.塑性指标求法WL，Wp，IL，Ip

六.塑性指标研究意义IL的应用判断土的稠度状态粘性土用e,

IL查规范表，确定土的基本承载力IP的应用判断土的塑性状态对土分类定名课堂练习A、B两种土样，试验结果见下表，试确定土的名称和软硬状态。土样天然含水量w(%)塑限含水量wp(%)液限含水量Wl(%）A40.425.447.9B23.221.031.2A：粘土，可塑状态B：粉质粘土，硬塑状态路基变形计算示例：

现象：实测变形深度〈计算变形深度

问题：有效加固范围被人为扩大?造成不必要的浪费

原因：现有的各种本构模型（计算模型）实际上都是针对饱和扰动土和砂土而发展起来的，而实际的土体则具有明显的结构性，计算结果不能模拟土体的实际状态，引起计算误差。（1）（3）（2）地基（1）实测变形曲线（2）计算变形曲线（3）加固范围（1）（2）（3）荷载§反映粘性土结构性的指标1.粘性土的结构性概念原状土具有结构性，具有相同的含水量和密度，经过粉碎/重塑后，变为重塑土，强度降低。2.粘性土的灵敏度St

=原状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度相同含水量、密度▼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。3.粘性土的触变性

土力学的纵深发展关键在于结构性问题的解决21世纪将是结构力学的世纪，土体结构性本构模型的建立将成为核心问题。这一问题的突破将意味着人们在深化土体力学特性的认识方面完成了第二次飞跃。沈珠江院士§4.3细粒土的膨胀性、收缩性及崩解性

一.细粒土膨胀性、收缩性及崩解性基本概念膨胀性：细粒土由于含水量的增加体积增大的性质。收缩性：细粒土由于含水量的减小体积减小的性质崩解性：土浸水后，产生崩散解体的性质（湿化性）二.土膨胀性及其指标（一）细粒土胀缩性本质1.土粒与水相互作用形成双电层，由于扩散层或弱结合水厚度变化引起土体积膨胀或收缩。2.某些亲水性较强的粘土矿物由于层间结合水的吸入和析出引起土体的胀缩（层间膨胀或粒内膨胀）3.渗透膨胀：双电层形成后，双电层中离子浓度高，介质中水渗入双电层，使扩散层变厚。二.土膨胀性及其指标（二）膨胀性指标1.膨胀率：原状土在一定压力下，在有侧限条件下浸水膨胀稳定后增加的高度与原高度之比。2.自由膨胀率：一定体积的扰动烘干土浸水膨胀稳定后，增加的体积与原干土体积之比。3.膨胀压力：原始土样在体积不变的情况下，土膨胀时产生的最大内应力。三.土的收缩性指标1.体缩率：土失水收缩，减小体积与原体积之比。2.线缩率：土失水减小的高度与原高度之比。3.收缩系数4：缩性指数

四.影响胀缩性的主要因素:——粒度成分、矿物成分、溶液的浓度、成分、PH值；土的天然含水量、土的密实程度、结构强度、外部压力。——天然含水量大或接近饱和状态，膨胀性弱，收缩性强；——天然含水量小，吸水性大，膨胀性强，收缩性弱；疏松的土膨胀性弱，收缩性强；密实的土膨胀性强，收缩性弱；结构强度：有凝胶胶结的土，土强度高，胀缩性差；上覆压力抑制土膨胀，压力越大土的膨胀性越弱；1.成因:是由于土体没入水中后,水进入孔隙的情况不平衡,引起粒间公共水化膜中反离子逸出的情况也不平衡，以致粒间斥力超