第三章 土的物理性质与工程分类

第三章土的物理性质与工程分类第1页，课件共35页，创作于2023年2月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2页，课件共35页，创作于2023年2月一、土粒密度土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量。土粒密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙大小和含水多少无关，它的数值一般在2.60~2.80g/cm3之间（表3-1）。土粒比重Gs

土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4°C时的质量之比。无量纲。第3页，课件共35页，创作于2023年2月二、土的密度与重度土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量，其单位是g/cm3。1、天然密度天然状态下单位体积土的质量，称天然密度，即：天然密度常见值为1.6~2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一个实测指标。第4页，课件共35页，创作于2023年2月2、干密度土的孔隙中完全没有水时的密度，称土的干密度，指单位体积干土的质量，即干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.4~1.7g/cm3之间。3、饱和密度土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即第5页，课件共35页，创作于2023年2月工程上常用重度指标，它指单位体积土的重量，kN/m3。天然重度γ、干重度γd及饱和重度γsat另外，处于地水位以下的有效重度常特称为土的浮重度γ′，等于土的饱和重度减去水的重度（γw），即：对于同一种土来讲，土的天然重度、干重度、饱和重度、浮重度在数值上有如下关系：第6页，课件共35页，创作于2023年2月三、土的含水性1、含水量含水量指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水率。一般所说的含水量指的是天然含水量。土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水量wsat。饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多少。又能反映土的孔隙率大小。第7页，课件共35页，创作于2023年2月2、饱和度土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱和度，以百分数表示。或天然含水量与饱和含水量之比：饱和度可以说明土孔隙中充水的程度，其数值为0~100%。干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。工程实际中，按饱和度大小常将砂类土划分为如下三种含水状况：Sr<50%稍湿的50%≤Sr≤80%很湿的Sr>80%饱和的第8页，课件共35页，创作于2023年2月四、土的孔隙性土中孔隙大小、形状、分布特征、连通情况与总体积等，称为土的孔隙性。其主要取决于土的颗粒级配与土粒排列的疏密程度。1、孔隙度孔隙度又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积之比，用百分数表示。土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般为27~52%。新沉积的淤泥，孔隙度可达80%。

第9页，课件共35页，创作于2023年2月2、孔隙比孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值，用小数表示，土的孔隙比说明土的密实程度，按其大小可对砂土或粉土进行密实度分类。在《岩土工勘察规范》（GB50021-94）中，用天然孔隙比来确定粉土的密实度。e<0.75密实0.75≤e≤0.9中密e>0.9稍密孔隙度与孔隙比的关系为第10页，课件共35页，创作于2023年2月3、砂土的相对密度砂土的密实程度还可用相对密度（Dr）来表示。Dr=0时，土处于最疏松状态；Dr=1时，土处于最密实状态。第11页，课件共35页，创作于2023年2月标准贯入试验锤击数N63.5密实度N63.5≤10松散10<N63.5≤15稍密15<N63.5≤30中密N63.5>30密实天然状态砂土的密实度第12页，课件共35页，创作于2023年2月五、指标之间的关系土粒密度、天然密度、含水量是三个基本实测指标、即通过试验直接测定。由实测指标换算求取六个导出指标可直接用简单的数学演算方法，如：第13页，课件共35页，创作于2023年2月土的三相指标之间可以进行换算，换算的一般方法是：根据上述关系及各指标的定义可以进行推导（3-16）-（3-21）各推导公式。第14页，课件共35页，创作于2023年2月第15页，课件共35页，创作于2023年2月推导公式：干密度的定义公式令Vs=1，则由孔隙比的定义可得由土粒比重的定义可得把（2）、（3）代入（1）得第16页，课件共35页，创作于2023年2月第17页，课件共35页，创作于2023年2月第二节粘性土的稠度与可塑性粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出来的物理性质。第18页，课件共35页，创作于2023年2月一、粘性土的稠度状态粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度，称为稠度。因含水多少而呈现出的不同的物理状态称为粘性土的稠度状态。固态：含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢固，土质坚硬，力学强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。塑态：含水量较固态为大，粒间主要为弱结合水连结，在外力作用下容易产生变形，可揉塑成任意形状不破裂、无裂纹，去掉外力后不能恢复原状。流态：含水量继续增加、粒间主要为液态水占据，连结极微弱，几乎丧失抵抗外力的能力，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆状，受重力作用即可流动。第19页，课件共35页，创作于2023年2月二、界限含水量——稠度界限缩限塑限液限0固态半固态可塑状态流动状态

土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量称为稠度界限，又称为Atterberg界限工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp液性界限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的含水量，简称液限wL粉土的液限在32~38%之间，粉质粘土为38~46%，粘土为40~50%。塑性界限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量，简称塑限wp

常见值为17~28%第20页，课件共35页，创作于2023年2月液性指数IL反映土的天然含水量与界限含水量之间的关系，工程上用来表示土的稠度状态。ωpωωL0

ω-ωpωL-ωp第21页，课件共35页，创作于2023年2月第22页，课件共35页，创作于2023年2月三、粘性土的可塑性当粘性土的含水量在某范围内时，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并在外力移去时能保持既得的形状，土的这种性能叫可塑性。粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时，土处于可塑状态，具有可塑性，这是粘性土的独特性能。wL和wp的差值可以反映可塑性的大小，工程上定义为塑性指数IPIP=wL-wp1994年国家标准《岩土工程勘察规范》按塑性指数IP将粘性土分为两类，IP>17为粘土，17≥IP>10为粉质粘土，IP≤10为粉土或砂类土。第23页，课件共35页，创作于2023年2月例题：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24页，课件共35页，创作于2023年2月第四节土的工程分类一、工程分类的一般原则和类型基本原则：所划分的土类能反映土性质的变化规律。土的工程分类总起来可以归纳为三级分类土的第一级分类是成因类型分类如《岩土工程勘察规范》将土按堆积年代划分为三类：1.老堆积土；2.一般堆积土；3.新近堆积土。土的第二级分类是土质类型分类土的第三级分类是工程建筑类型分类第25页，课件共35页，创作于2023年2月二、土质分类简介在实际工程应用中规定，土中粒径d>0.075mm（有的规范用0.1mm）的土粒质量大于全部土粒质量的50%时称为粗粒土，小于50%时称为细粒土。粗粒土可以按粒径级配进一步细分。细粒土多用塑性指数Ip或液限wL加塑性指数Ip进行细分。第26页，课件共35页，创作于2023年2月（一）水利部分类（仅介绍塑性图的应用）CH：高液限粘土CL：低液限粘土MH：高液限粉土ML：低液限粉土第27页，课件共35页，创作于2023年2月（二）建设部分类法土按粒度成分分类表土的名称颗粒级配大类类粗粒土碎石土粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%砂类土粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%细粒土粉土粒径小于0.005mm的颗粒超过总质量10%粘性土粒径小于0.005mm的颗粒质量大于总质量30%第28页，课件共35页，创作于2023年2月1、碎石类土

碎石类土是粒径大于2mm的颗粒含量超过50%的土土的名称颗粒级配及形状碎石土漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒超过总质量的50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过总质量的50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%角砾棱角形为主第29页，课件共35页，创作于2023年2月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%2、砂类土

砂类土是粒径大于2mm的颗粒含量不超过50%，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土。第30页，课件共35页，创作于2023年2月粉土砂质粉土粒径小于0.005mm的颗粒不超过总质量10%粘质粉土粒径小于0.005mm的颗粒超过总质量10%3、粉土

粉土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数Ip小于或等于10的土。4、粘性土

粘性土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数Ip大于10的土。粘性土粉质粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量占总质量18-30%粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量大于总质量30%粘性土粉质粘土10<

Ip

17粘土Ip>17第31页，课件共35页，创作于2023年2月5、软土

软土是指主要由细粒土组成、孔隙比大（一般大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-2>0.5MPa-1）及强度低的土层。淤泥、淤泥质土及有机质土是最常见的软土类型1、淤泥：

>Le>1.52、淤泥质土：

>L1.0<e<1.5淤泥与淤泥质土合称淤泥土3、有机质土：5%

有机质含量

10%泥炭质土：10%<有机质含量

60%泥炭：有机质含量>60%注：该分类方案按国标《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）第32页，课件共35页，创作于2023年2月四、国标《土的工程分类标准》（GBJ145-90）规定的土的野外鉴别方法第33页，课件共35页，创作于2023年2月第五节土的压实性土的压实是指土体在压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生位移，使土中孔隙减小