土的物理性质与工程分类

土的物理性质与工程分类.第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五第一节土的基本物理性质土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液二相相互作用表现出来的性质。前者称为土的基本物理性质，主要研究土的密实程度和干湿状况；后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及透水性等。第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土的三相图土颗粒气体孔隙水第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土的三相图质量m体积V气水土粒msmwmVsVwVVaVv第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五直接测定指标1.土的密度ρ：单位体积土的质量

工程中常用容重来表示单位体积土的重力

重力加速度，近似取10m/s2

气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2.土粒容重和密度土粒相对密度Gs（土粒比重）：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比土粒比重：细粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V直接测定指标第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V3.土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。

测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法

直接测定指标第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2.饱和容重

sat：土体中孔隙完全被水充满时的土的密度1.干容重

d：单位体积土体中固体颗粒部分的重力3.浮容重

：土体单位体积内土粒重力与同体积水的重力之差换算指标

气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五4.孔隙比e孔隙比e：土体中孔隙体积与土粒体积之比

5.孔隙率n：土体中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示

换算指标

气水土粒msmwmVsVwVVaVv第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V6.土的饱和度Sr：土体中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态:Sr≤50%稍湿；50％＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和换算指标

第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土颗粒水气体单元土三相图指标间换算：土的三相指标中，土粒容重

s

，含水量ω和土的容重是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五孔隙比和孔隙率饱和度指标间换算：第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土的饱和容重、浮容重、干容重指标间换算：第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五例题分析【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

解答第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五作业：

3-2，3-3第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度

一、粉土和粗粒土（密实程度）二、粘性土（软硬程度…稠度）第二节粘性土的稠度与可塑性第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土的物理状态主要指土的松、密和软、硬程度砂性土：密实程度：松、密粘性土：软硬程度（稠度）：软、硬第二节粘性土的稠度与可塑性1.无粘性土的密实度

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第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五1）孔隙比e或孔隙率n密实度如何衡量?单位体积中固体颗粒含量的多少优点：简单方便缺点：不能反映级配的影响只能用于同一种土emin

=0.35emin

=0.20利用孔隙比e或孔隙率分类第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2）相对密实度Dr砂土在天然状态下孔隙比砂土在最密实状态时的孔隙比砂土在最松散状态时的孔隙比当Dr=0时，e=emin，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时，e=emax，表示土体处于最密实状态Dr≤1/3疏松状态1/3＜Dr≤2/3中密状态2/3＜Dr≤1密实状态第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五3）按动力触探确定无粘性土的密实度天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N63.5进行评定。密实度按N评定砂石密实度松散稍密中密密实N≤1010＜N≤1515＜N≤30N＞30第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五标准贯入试验（StandardPenetrationTest）标准贯入数N63.5锤重：63.5kg落距：760mm打入深度：300mm第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2.粘性土的稠度和可塑性

1）粘性土的稠度状态稠度是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

粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五固态半固态可塑态液态阿特堡界限(Atterberglimit)颗粒水VsVs+VawLwPws缩限塑限液限wVO半固态固态可塑态液态第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五粘粒强结合水弱结合水自由水液态可塑态固态或半固态第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五稠度状态固态或半固态塑态

流态

土中水的形态强结合水弱结合水自由水w含水量稠度界限塑限ωp强结合水膜最大液限ωl出现自由水粘性土的稠度反映土中水的形态第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五液限和塑限的测定方法：液限（LiquidLimit）：液塑限联合测定仪或碟式仪塑限（PlasticLimit）：搓条法或液塑限联合测定仪第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五1、液限ωL锥式液限仪测定法：76g锤经5s恰好沉入土10mm所对应的含水量。2、塑限ωp滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。锥式液限仪碟式液限仪第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2）粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高IP>17粘土；17≥IP>10粉质粘土；IP≤10粉土或砂类土说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态

液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比

状态液性指数坚硬硬塑可塑软塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五例题：从某地基取原状土样，测得土的液限wL=47%，塑限wp=18%，天然含水量w=40%，问地基土是什么土，处于什么状态？解：求塑性指数：求液性指数：Ip>17，该地基土为粘土；查表3-4，1.0>IL>0.75，得土处于软塑状态。第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五第三节土的透水性一、土的渗透性土中孔隙一般是连通的，当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动。水在土体孔隙中流动的现象称为渗流土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土的渗透符合Darcy定律（1856）在层流状态下，土中水的渗流速度与能量损失之间服从线性渗流规律。即渗流十分缓慢，相邻两个水分子运动的轨迹相互平行而不混掺。上述理论即为达西定律：渗出水量Q与圆筒过水断面积A和水力梯度I成正比，且与土的透水性质有关。第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五V不是孔隙中水的实际流速，因公式推导中采用的是土样的整个面积，包括了土粒骨架所占的部分面积在内，因土粒本身是不透水的，故真实面积Av小于A，从而实际平均流速Vs大于V，通过水流连续原理建立：孔隙率n，

第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五渗透系数是反映土的透水性能的比例系数，是水力梯度为1时的渗透速度，其量纲和渗透速度相同。物理含义即为单位面积单位水力梯度单位时间内透过的水量。第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五

二、土的渗透性影响因素

1.颗粒级配。影响性最大。土粒越细或粗大颗粒间含有细颗粒越多，土的渗透性越弱，反之越强。2.矿物成份。粘土矿物的成分不同，形成结合水膜的厚度不同，故不同粘土矿物组成的土，其透水性也不同，通常随土中亲水性强的粘土矿物增多，渗透性降低。（思考：蒙脱石，高岭石，伊利石渗透性能的大小）3.土的密度。对同一种土而言，土越密实，孔隙越小，渗透性也就降低。故土的渗透性随土的密实程度的增大而减小。4.土的结构构造。5.水溶液成份和浓度。粘性土的渗透性随溶液中阳离子价数和水溶液浓度的增大而增大。第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五1.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2.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四节土的工程分类第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五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第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五3.分类体系与方法分类体系：1.建筑工程系统分类体系2.公路路基土分类体系《公路桥涵地基与基础设计规范》、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)侧重把土作为建筑地基和环境进行分类《公路路基设计规范》（JTGD30—2004)侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土进行分类第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五分类方法：1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类a.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≤5第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五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.碎石土的分类第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五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的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期五根据堆积时代分

根据塑性指数Ip分

按工程特性分

根据有机质含量分类1）老堆积土：第四纪更新世Q3及其以前2）一般堆积土：全新世堆积3）新近堆积土：全新世以后IP>17粘土；17≥IP>10粉质粘土；IP≤10粉土或砂类土湿陷性土、红粘土、软土（包括淤泥和淤泥质土）、多年冰土、膨胀土、盐滞土、混合土、填土污染土等无机土：Q＜5%有机质土：5%≤Q≤10%泥炭质土：10％＜Q≤60％泥炭：Q＞60％d.粘性土的分类第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期五2.《土的分类标准》(GBJ145－90)---水利部的土质分类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。第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期五

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。细粒土按塑性图进行细分。粗粒土分为砾类土和砂类土两类砾粒组质量多余总质量的50%的土为砾类土，砾粒组质量少于或等于余总质量的50%的土为砂类土。第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期五三、国标《土的工程分类标准》（GBJ145-90）规定的土的野外鉴别方法第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期五例题下图为某种土的粒径级配累积曲线。其中粒径小于0.075mm的细粒土，经测定wL=38%，wp=23%。试按岩土工程勘察规范分类法定出土的名称。第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期五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第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期五土的名称颗粒级配砂类土砾砂粒径大于2mm的颗粒占总质量的25~50%粗砂粒径大于0.5mm的颗粒超过总质量50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒超过总质量50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量85%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%砂类土的分类第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期五分析：1、d>2mm的颗粒重量<总土重的25%d>0.5mm的颗粒重量>50%按前述内容，定名为粗砂2、d<0.075mm的颗粒含量Ip=38-23=15>10应进一步定名为含粘性土粗砂第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期五例题分析【例】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

第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期五【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