土的物理性质及工程分类2讲诉

1.4土的物理性质指标三相组成的定性分析，进一步对土的三相组成作定量上的分析，即分析土三相组成部分的质量和体积之间的比例关系。

土的物理性质指标——表示土中三相比例关系的一些物理量，可分为如下两类：为了便于计算，用图所示的土的三相组成示意图来表示各部分之间的数量关系。必须通过实验测定的指标即：密度、土粒比重（土粒相对密度）、含水量可根据已测指标推算的指标如:孔隙比、孔隙率、饱和度等物理性质指标土的三相组成示意图

mw：土中水质量m：土的总质量，

m=ms+mwVw：土中水体积mma=0mwms质量体积气水土粒VaVwVsVvVms：土粒质量ma：土中气质量Vs：土粒体积Va：土中气体积V：土的总体积

V=Vv+VsVv：土中孔隙体积

Vv=Va+Vw

天然状态下土单位体积的质量，g/cm3或t/m3

粘性土：；砂土：；腐质土：。一般用“环刀法”测定。

1.4.1直接测定的物理性质指标

1.土的密度ρ（又称天然密度）土粒比重Gs（土粒相对密度）

土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比，即：其中：——土粒密度，g/cm3；——4℃时纯水的密度，1g/cm3或1t/m3；——天然水密度，1g/cm3。土粒比重取决于矿物成分。一般土：2.6～2.8；有机质土：2.4～2.5；泥炭土：1.5～1.8。土粒比重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

含水率：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示

表达式：

一般，土的含水量越大，其强度越低。粗砂的含水量接近于零，淤泥可达60％。一般用“烘干法”测定。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。

1.4.2间接换算的物理性质指标

土的孔隙比e定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示表达式：

用于评价土的密实度和压缩性：e<0.6密实、低压缩性；e>1.0疏松、高压缩性。土中孔隙率n定义：土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示表达式：

土的饱和度Sr定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示表达式：

干土Sr=0；饱和土Sr=100%。4.土的干密度ρd

、饱和密度ρrat、浮密度ρ′干密度：，土单位体积中固体颗粒部分的质量。（工程上用作评定土体密实度，控制填土工程的施工质量）饱和密度：，土孔隙中充满水时土体的单位体积质量。

浮密度：，单位土体中土粒的有效质量（在地下水位以下，扣除浮力后单位土体积中土粒的质量）。1.4.3物理性质指标间的换算孔隙比与孔隙率的关系干密度与天然密度的关系气水土粒Gsρw

Vs＝11+e质量m体积VVv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

孔隙比和干密度的关系

饱和度与含水率和孔隙比的关系

当土饱和时，即为Sr=100％则

浮密度和孔隙比的关系

例题分析【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度Gs为2.66，求该土样的含水量ω、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度

【解答】无粘性土——密实度粘性土的物理特征——含水量1.5

土的物理状态指标1.5.1

无粘性土的密实度划分标准（1）孔隙比e(砾，粗、中砂)优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散中密密实稍密（2）相对密度Dr定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin

的测定受人为的影响较大。

判别标准：Dr=1,最密状态

Dr=0,最松状态

Dr≤1/3,疏松状态1/3<Dr≤2/3,中密状态

Dr>2/3,密实状态3.根据原位标准贯入试验判别按标准贯入锤击数N密实度N≤10松散10≤N≤15稍密15≤N≤30中密N>30密实按标准贯入锤击数N判别砂土密实度

锤重：63.5kg

标准贯入数N63.5

落距：760mm

打入深度：300mm

标准贯入试验（StandardPenetrationTest）1.5.2

粘性土的物理特征液限、塑限、缩限塑性指数液性指数液限、塑限、缩限一、定义液限ωL、塑限ωp、缩限ωs二、测定方法

wSWpWL液态固态塑态半固态0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。10mm液限：我国标准，过渡时期的液限。17mm液限：国际通用标准。《土工试验方法标准》液塑限联合测定法25击合拢长度＝13mm时含水率为液限。碟式仪法粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数IP——表示土处于可塑状态的含水量变化范围。

IP

=wL-wP（省去%）

IP越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。土颗粒越细，粘粒含量越高，土能吸附的结合水量越多，则IP越大。

IP在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种主要因素，故常用于对粘性土进行分类。液性指数IL——表示粘性土软硬程度的一个指标。评判土的软硬程度由此可见：当0≤w≤wP，IL

≤0，土处于固态或半固态当wP

<w≤wL，0<IL≤1，土处于可塑状态当

w>wL

，IL

>1，土处于流态故可根据IL的大小评判土的软硬程度，分为如下5种：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表

粘性土软硬状态的划分1.5.3土的压实性在建造路堤、土坝等时，常需要填土。为增强土的密实度，降低其透水性和压缩性，常采用分层压实的办法来加以处理。

压实性——土体在外部压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生相对位移，使土中的孔隙减少，密度增加，强度提高的特性。实践表明：细粒土和粗粒土的压实性不同。压实细粒土宜用夯击或碾压机具；压实粗粒土宜用振动机具。最优含水率土过湿过干都难以充分压实。过湿，则土中自由水过多，夯实或碾压时水难以从孔隙中排出，阻止颗粒的靠拢，从而会出现软弹现象（俗称橡皮土）。过干，则土中主要是强结合水，颗粒间引力大，阻止颗粒的移动。只有当含水量适当时，压实效果才会好。常用室内击实试验确定最优含水量。最优含水量（wop）：一定的压实能量下使土最容易压实且能达到最大密实度时的含水量。由室内击实试验测得。最大干密度（ρdmax）：与wop

相应的干密度。ρdmax越大，e越小。击实试验与击实曲线击实试验：对同一种土配制若干份不同含水量的试样，用同样的压实能量分别对每一份试样进行击实，测定各试样相应的含水量w和干密度ρd，然后绘制含水量与干密度关系曲线，即得击实曲线，曲线峰值点对应的即为最优含水量wop和最大干密度ρdmax

。图2-13含水量－干密度曲线击实功：击实功越大，最大干密度越大，最优含水率越小；粘粒含量：粘粒含量越少，最大干密度越大；颗粒级配：颗粒级配越均匀，击实效果越差。ω0ρd击数403020饱和线压实效果压实度为便于工地现场压实质量控制，工程上常采用压实度Dc来控制：

Dc

值越接近1，则表示对压实质量要求越高。对高速公路主要受力层，要求Dc

值达0.95；对I、II级土石坝，Dc

值应达0.950.98。

理论饱和曲线定义：土处于饱和状态下的干密度ρd与含水量w的关系曲线。由Sr=100%，e=wGs，可得理论饱和曲线方程为：

土压实到ρdmax时，其饱和度一般为80％。因此，压实曲线只能位于理论饱和曲线的下方，不可能与之相交。采用室内击实试验来模拟现场压实是半经验法。§1.6土的工程分类一、分类的目的和原则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二、分类体系与方法分类体系：2.建筑工程系统分类体系1.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)土的工程分类三、《土的分类标准》(GBJ145－90)根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类a.巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于50%,属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%～50%之间，属于含巨粒土b.粗粒土的分类巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类，砾粒组质量多于总质量50%的土称为砾类土c.细粒土的分类土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。图中液限为17mm液限细粒土按塑性图进行细分2.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)

粉土：d>0.075mm的颗粒含量小于等于50％全重且IP≤10的土，分为砂质粉土（d<0.005mm≤10%）、粘质粉土（d<0.005mm>10%）地基土工程分类碎石土：粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50％的土分为：漂、块石；卵、砾石；圆、角砾（表1-15）。粒组含量由大至小以最先符合者确定砂土：粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50％且粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50％的土分为砾砂、粗、中、细砂、粉砂（表1-16）粘性土：IP>10的土,按IP分为：粉质粘土（10<IP≤17）、粘土(IP>17)表1-17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20