土力学-第一章土的物理性质3

第一章土的物理性质1

第一节土的生成第二节土的粒径组成和矿物成分第三节土中的水和气体第四节土的结构及其联结

第五节土的三相比例指标第六节土的物理状态及相关指标

第七节土的膨胀、收缩及冻融（自学）

第八节土（岩）的工程分类主要内容27.最大干重度和最优含水量maximumdrydensity,optimumwater(moisture)content土体的干重度越大，土体中固体颗粒的含量越高，土体的承载力等工程性质越好。工程实践土体压实时，在其他条件不变，土体在一定的含水量时，其干重度才能达到最大值。

此时的干重度称为最大干重度，含水量称为最优含水量。饱和曲线最大干密度3最优含水量最大干容重和最优含水量土的击实试验使土体变得密实，提高土体的强度，减小压缩性和渗透性室内击实试验现场试验:夯打、振动、碾压目的方法途径土的压实性研究4一.室内击实试验二.细粒土的压实性三.粗粒土的压实性5击实试验一.室内击实试验击实筒护筒击锤导筒在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有轻型和重型两种。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm。

重型击实试验适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为2104cm3，击锤质量为4.5kg，击锤落高为45.7cm。分五层击实，每层56击。根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度6影响土体压实性的因素及压实标准1、含水量的影响影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功能、土的种类和级配等。饱和曲线最大干密度最优含水量当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的增加而增大。而当干密度增大到某一值后，含水量的继续增加反招致干密度的减小。当击数一定时，只有在某一含水量下才获得最佳的击实效果

7击数40饱和线30ω0ρd202、击实功能的影响1.土料的最大干密度和最优含水量不是常数。同时，光凭增加击实功能来提高土的最大干密度是有限的。

2.当含水量较低时击数的影响较显著。当含水量较高时，含水量与干密度关系曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的。8ωρd0无粘性土的击实曲线说明：土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度。无粘性土的击实曲线和粘性土击实曲线不同，在干燥和含水量较大时得到较高的干密度，因此在无粘性土实际填筑中，通常要不断洒水使其在较高的含水量下压实。3.土类和级配的影响在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水量愈大。

94.压实标准粘性土存在最优含水量ωop，在填土施工中应该将土料的含水量控制在ωop左右，以期得到ρdmax。b.工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）Ⅰ、Ⅱ级土石坝

Dc>95~98%

Ⅲ~Ⅴ级土石坝

Dc>92~95%

c.粗粒土的压实标准常用相对密度控制Dr>0.7~0.75，施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和101.击实曲线特点：①具有峰值②位于饱和曲线之下

粘性土渗透系数很小，压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。0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)饱和曲线dmax=1.86wop=12.1最大干密度最优含水量二.细粒土的压实性112.细粒土压实机理颗粒被击碎，土粒定向排列;粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;空气被挤出或被压缩等12①不存在最优含水量；②在完全风干和饱和两种状态下易于击实；③潮湿状态下ρd明显降低。

三.粗粒土的压实性

1.击实曲线特点20%粗砂

ω

=4~5%中砂

ω=7%；时，干密度最小

2.粗粒土的压实机理

对粗粒土，击实过程中可以自由排水。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。13第六节土的物理状态state及其指标index

土的物理状态粗粒土及粉土的密实程度：松、密粘性土软硬程度（稠度）：软、硬

土的力学性质141.粗粒土及粉土的密实程度密实度土的密实度：指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系。如何衡量?干容重d或孔隙比e或孔隙率n15问题：能否直接用孔隙比(度)描述粗粒土土的密实程度?emin

=0.20emin

=0.3516相对密实度RelativeDensity

孔隙比e或孔隙率n优点：简单方便缺点：不能反映级配的影响，只能用于同一种土emax与emin：最大与最小孔隙比e：砂土在天然状态下孔隙比e=emax时，Dr＝0，最松散e=emin时，Dr＝1，最密实17Dr(桥规)1/5

1/3

2/3松散稍松中密密实极松emax与emin：最大与最小孔隙比的测定最大孔隙比emax用漏斗法或量筒法：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。最小孔隙比emin用振动锤击法：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。注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难18

标准贯入试验（StandardPenetrationTest），动力触探，静力触探

标准贯入数N63.5

锤重：63.5kg

落距：760cm

打入深度：30cm

工程中常用的粗粒土和粉土密实度的评价方法

标准贯入试验（SPT）19N63.5

10

15

30松散稍密中密密实例题分析

【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66g/cm3。已知体积为1000cm3的砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态。

20【解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度∈[1/3,2/3]中密状态例题答案212.粘性土的稠度和可塑性consistency,plasticity土颗粒自由水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒强结合水土颗粒强结合水液态

可塑态

固态或半固态

222.粘性土的稠度和可塑性consistency,plasticity23颗粒水VsVs+Va固态solidwLwPws缩限Shrinkagelimit塑限plasticlimit液限liquidlimit半固态semisolid可塑态plastic液态liquidwVO阿特堡界限

Atterberglimit19110固态或半固态可塑状态流动状态ω塑限ωP液限ωL稠度：指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征。

液限：由流动状态转入可塑状态的含水率ωL

塑限：由可塑状态变为半固态的含水率ωp

缩限：由半固态变为固态的含水率ωs

24

液限和塑限的测定方法液限锥式（瓦氏）液限仪或碟式（卡式）液限仪塑限搓条法或液塑限联合测定仪25液塑限联合测定仪下沉深度为10mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限

26

塑性指数liquidindex

（2）可用于土的分类及其性质的评估。

（1）反映粘性土中细颗粒含量的多少，颗粒活性的大小，通过可塑性综合反映出来。3.粘性土的塑性指数和液性指数

液性指数plasticindex固态或半固态可塑态液态岩土工程勘察规范

0

0.25

0.75

1.0坚硬硬塑可塑软塑流塑IL

塑限及液限均由重塑土获得，以此判断原状土的状态常偏于保守。

物理状态指标与原状土的状态判断粘性土所处的状态274.影响粘性土可塑性的因素

粒径组成的影响

粘粒（粒径<0.005mm）含量的增加及粒径的减小，使塑限及液限提高，但对液限的影响更为明显，故可塑性随粘粒含量的增加及粒径的减小而提高。

矿物成分的影响

（1）可塑性随矿物成分亲水性的加大而提高：蒙脱石>伊利石>高岭石。活性指数（胶体活动性指数）p0.002为粘性土中粒径小于0.002mm的颗粒质量与颗粒总质量之比A<0.75非活性A=0.75~1.25一般A>1.25活性28分类的目的

土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。分类原则：1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性第八节土（岩）的工程分类29

粗粒土和细粒土

粗粒土：粒径较大，颗粒之间联结微弱，仅有重力或毛细压力作用，亦称无粘性土。

细粒土：粒径很小，颗粒之间由分子引力和静电力，使土具有粘聚力，颗粒之间的结合水膜使其具有可塑性，其中的粘土矿物使其具有胀缩性。亦称粘性土。

粗粒土和细粒土的工程划分

粗粒土的工程性质（强度、压缩性、渗透性）主要取决于其颗粒级配，细粒土的则主要取决于颗粒的矿物成分。

工程上，粒径大于0.075mm颗粒质量占全部土粒质量50％的称为粗粒土，小于50％称为细粒土。30常用分类体系：1.建筑工程系统分类体系2.工程材料系统分类体系侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如：《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)地基土分类方法侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土，例如：《土的分类标准》(GBJ145-90)工程用土的分类和《公路土工试验规程》(JTJ051-93)土的工程分类31土（岩石）岩石碎石土粉土特殊土砂土按坚硬程度和完整程度划分按级配、圆度划分粘性土按塑性指数Ip(IP>17称为粘土)1、土（岩石）的工程分类方法（《建筑地基基础设计规范》）按级配和塑性指数Ip按塑性图软土红粘土黄土膨胀土多年冻土盐渍土性质特殊且对工程不利的土。32a.岩石的分类

颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类

坚硬程度类别饱和单轴抗压强度frk(Mpa)坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤533土的名称漂石块石卵石碎石圆砾角砾颗粒形状圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主颗粒级配粒径大于200mm的颗粒含量超过全重50％粒径大于20mm的颗粒含量超过全重50％粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50％注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定碎石土的分类b.碎石土的分类

粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土34土的名称砾砂粗砂中砂细砂粉砂颗粒级配粒径大于2mm的颗粒含量占全重25％～50％注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50％粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50％粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85％粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50％砂土的分类c.砂土的分类

粒径大于2mm的颗粒含量小于全重50%的土，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土

35d.粉土的分类

粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%，塑性指数IP≤10的土称为粉土e.粘性土的分类

粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全重50%，塑性指数IP＞10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分土的名称粘土粉质粘土塑性指数注：塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深度为10mm测定的液限计算而得

IP＞1710＜IP≤17f.人工填土的分类

由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱,均匀性较差，根据其物质组成和成因,可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土36细粒土的塑性图plasticitychart

分类法粘土粉土低液限高液限A线B线C：粘土Clay

M：粉土Mo,SiltH：高液限High

L：低液限Low

O：有机的Organic

ArthurCasagrande(1902-1981)

1932

图中液限为17mm液限37例题分析【例1】下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按《地基规范》分类法确定三种土的名称

38【解答】A土:从A土级配曲线查得,粒径小于2mm的占总土质量的67%、粒径小于0.075mm占总土质量的21%,满足粒径大于2mm的不超过50%,粒径大于0.075mm的超过50%的要求,该土属于砂土；又由于粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大于2mm占总土质量25%～50%的要求,故此土应命名为砾土39【解答】B土:粒径大于2mm的没有,粒径大于0.075mm占总土质量的52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为粉砂40【解答】C土:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于20mm的占总土质量的13%,按碎石土分类表可得,该土应命名为圆砾或角砾41【例题2】

完全饱和的土样含水量为30％，液限为29％，塑限为17％，试按塑性指数分类法定名，并确定其状态。42例题2解答【解】：该土的塑性指数Ip＝12

液性指数IL＝1.1

根据分类标准，该土样为粉质粘土，土样的物理状态为流塑态。43第一章完44§1土的物性小结1、土的形成物理风化化学风化量变无粘性土原生矿物质变粘性土次