第二章土的物理性质及分类

第二章土的物理性质及分类第1页，课件共47页，创作于2023年2月2.2土的三相比例指标土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例关系，随着各种条件的变化而改变。地下水位的升高或降低，将改变土中水的含量；经过压实的土，其孔隙体积将减小。

表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标，包括土粒比重（或土粒相对密度）；土的含水量（或含水率）、密度、孔隙比、孔隙率和饱和度等。第2页，课件共47页，创作于2023年2月土的三相模型图第3页，课件共47页，创作于2023年2月三相量比例关系的基本试验指标土的密度ρ---土的单位体积质量(g/cm3或t/m3)测定方法:环刀法第4页，课件共47页，创作于2023年2月土的含水量ω---土中水的质量与土颗粒质量之比，用百分比表示(%)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：烘干法，亦可用酒精燃烧法

第5页，课件共47页，创作于2023年2月土粒比重Gs---土粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比土粒相对密度变化范围不大：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，土粒相对密度减小测定方法：比重瓶法

第6页，课件共47页，创作于2023年2月三相比例关系的其他常用指标※反映土单位体积质量的指标：土的干密度ρd---单位体积土体中固体颗粒的质量。土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量第7页，课件共47页，创作于2023年2月土的饱和密度ρsat---土的空隙全部为水充满时土的单位体积质量土的有效密度ρ’---处于地下水位以下的土，受到浮力作用时，单位体积土中土颗粒的重量扣除同体积水的质量，即是土的有效密度

第8页，课件共47页，创作于2023年2月各种密度之间的比较土的重度=ρg饱和重度

sat=ρsatg干重度

d=ρdg浮重度

=ρ

g重度指标第9页，课件共47页，创作于2023年2月※反映土的空隙特征的指标空隙比e---土中孔隙体积与土颗粒体积之比空隙率n---指土体中空隙体积占土体总体积之比,用百分数表示，土的饱和度Sr---表示土空隙中被水充满的程度,也即土中水的体积与空隙体积之比,用百分数表示，第10页，课件共47页，创作于2023年2月各物理指标间的换算常用的物理性质指标共有9个，一般地说，已知其中任意3个，通过换算，可以求其余6个※孔隙比与孔隙率的关系第11页，课件共47页，创作于2023年2月※干密度与湿密度和含水率的关系第12页，课件共47页，创作于2023年2月※孔隙比与比重和干密度的关系

第13页，课件共47页，创作于2023年2月※饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系

当土饱和时，即为Sr=100％则

饱和含水率第14页，课件共47页，创作于2023年2月※浮密度与比重和孔隙比的关系第15页，课件共47页，创作于2023年2月2.3粘性土的物理特性粘性土的稠度状态---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。可塑状态---就是当粘性土在某含水量范围内，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当外力移去后仍能保持既得的形状，土的这种性能叫做可塑性。固态半固态可塑状态流动状态

缩限ws塑限wp液限wL含水量第16页，课件共47页，创作于2023年2月粘性土的物理状态指标※液限、塑限、缩限：ωL、ωp、ωs※塑性指数：Ip※液性指数：IL※灵敏度：Sq界限含水量---粘性土由一种状态转变到另一种状态的分界含水量。※液限ωL

：土由可塑状态转到流动状态的界限含水量（或塑性上限）。※塑限ωp：土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限（或塑性下限）。※缩限ωs：土由半固体状态不断蒸发水分，则体积继续逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对应土的界限含水量叫缩限第17页，课件共47页，创作于2023年2月液限测试---圆锥液限仪法76g5s下沉10mm或17mm第18页，课件共47页，创作于2023年2月塑限测试---搓条法直径约3mm第19页，课件共47页，创作于2023年2月塑液限联合测试第20页，课件共47页，创作于2023年2月粘性土的塑性指数---塑性指数是指液限和塑限的差值，即土处在可塑状态的含水量变化范围。Ip=ωL-ωp

Ip越大→土的可塑范围越广，土中含有的结合水越多，土与水之间的作用越强。土中粘粒含量越大，塑性指数Ip越大。第21页，课件共47页，创作于2023年2月粘性土的液性指数---指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。IL值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬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粘性土的物理状态第22页，课件共47页，创作于2023年2月粘性土的结构性和触变性天然状态下的粘性土通常都具有一定的结构性，土的结构性是指天然土的结构受到扰动影响而改变的特性。当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒、离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低、压缩性增大。土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。土的灵敏度是以原状土的强度与该土经重塑（土的结构性彻底破坏）后的强度之比来表示。重塑试样具有与原状试样相同的尺寸、密度和含水量。第23页，课件共47页，创作于2023年2月粘性土的灵敏度St式中qu——原状试样的无侧限抗压强度，kPa；qu’——重塑试样的无侧限抗压强度，kPa。低灵敏度中灵敏度高灵敏度灵敏度241第24页，课件共47页，创作于2023年2月粘性土的胀缩性---指粘性土具有吸水膨胀和失水收缩的两种变形特性。粘粒成份主要由亲水性矿物组成，具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土，习惯称为膨胀土。它一般强度较高，压缩性低，易被误认为是建筑性能较好的地基土。

自由膨胀率能较好反映土中的粘土矿物成份、颗粒组成、化学成份和交换阳离子性质的基本特征。土中的蒙脱石矿物愈多，那么土体内部积储的膨胀潜势愈强,自由膨胀率就愈大，土体显示出强烈的胀缩性。第25页，课件共47页，创作于2023年2月粘性土的湿陷性---指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后，使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷特征。湿陷性土在我国广泛分布，除湿陷性黄土外，在干旱或半干旱地区，特别是在山前洪、坡积扇中常遇到湿陷性的碎石类土和砂类土，在一定压力下浸水后也常具有强烈的湿陷性。粘性土的冻胀性---指土的冻胀和冻融给建筑物或土工结构带来危害的变形特性。在冰冻季节，因大气负温影响，使土中水分冻结成为冻土。冻土根据其冻融情况分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。第26页，课件共47页，创作于2023年2月2.4无粘性土的密实度无粘性土的结构

无粘性材料具有不可塑性,天然状态下的砂土可处于从密实到疏松的不同物理状态。疏松排列密实排列

第27页，课件共47页，创作于2023年2月无粘性土的密实度与土的工程性质※土体的松密程度对土的工程性质影响很大※土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好※土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差第28页，课件共47页，创作于2023年2月无粘性土的密实度指标※孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素，受土粒的大小、形状和级配的影响很大。0.60.750.85松散中密密实稍密第29页，课件共47页，创作于2023年2月※相对密实度Dr定义（理论表达式）定义（实用表达式）emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比

e0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比ρdmax无粘性土的最大干密度

ρdmin无粘性土的最小干密度

ρd无粘性土的天然干密度或填筑干密度优点：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。第30页，课件共47页，创作于2023年2月※相对密实度Dr无粘性土处于最密实的状态

无粘性土处于最紧密的状态

在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：疏松中密密实第31页，课件共47页，创作于2023年2月※标准贯入试验击数N为标准301510松散中密密实稍密※也可根据野外方法鉴别第32页，课件共47页，创作于2023年2月30cm锤重：63.5kN落距：760mm动力触探试验标准惯入器重型圆锥被探测土层地面触探杆第33页，课件共47页，创作于2023年2月2.5土的分类分类目的：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，其目的在于通过一种通用的鉴别标准，以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。分类原则简明原则：土的分类体系采用的指标，既要能综合反映土的主要工程性质；又要其测定方法简单，且使用方便。差异原则：土的分类体系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34页，课件共47页，创作于2023年2月土的总分类体系工程用土一般土特殊土无机土有机土巨粒土含巨粒土粗粒土细粒土漂石卵石混合巨粒土巨粒混合土砾类土砂类土粉土粘土黄土膨胀土红粘土等第35页，课件共47页，创作于2023年2月土的分类标准在国际上土的统一分类系统来源于美国A.卡萨格兰特(Casagrande，1942)提出的一种分类法体系（属于材料工程系统的分类）。(ASTM)它无法考虑土的成因、年代对工程性质的影响，是这种方法存在的缺陷。巨粒土和粗粒土的分类标准巨粒土和含巨粒的土（包括混合巨粒土和巨粒混合土）和粗粒土（包括砾类土和砂类土），按粒组含量、级配指标（不均匀系数Cu和曲率系数Cc）和所含细粒的塑性高低，划分为16种土类。细粒土的分类标准细粒土是指粗粒组（0.075mm<d≤60mm）含量少于25%的土，参照塑性图可进一步细分。第36页，课件共47页，创作于2023年2月建筑工程系统的分类体系——侧重于把土作为建筑地基和环境，故以原状土为基本对象。因此，对土的分类除考虑土的组成外，很注重土的天然结构性，即土粒联结与空间排列特征。例如国标《建筑地基基础设计规范》（GB50007）地基土的分类。工程材料系统的分类体系——侧重于把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基等工程。故以扰动土为基本对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性。例如，国标《土的分类标准》（GBJ145-90）工程用土的分类，《公路土工试验规程》（JTJ051-93）土的工程分类。土的工程分类体系第37页，课件共47页，创作于2023年2月建筑工程系统的分类体系《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)在考虑划分标准时，注重土的天然结构特性和强度，并始终与土的主要工程特性——变形和强度特征紧密联系。因此，首先考虑了按沉积年代和地质成因的划分，同时将某些特殊形成条件和特殊工程性质的区域性特殊土与普通土区别开来。※按堆积年代分：老堆积土；一般堆积土；新近堆积土※按地质成因分：残积土；坡积土；洪积土；淤积土等※按有机质含量分：无机质土；有机质土；泥炭质土；泥炭※按颗粒级配与塑性指数分：碎石土；砂土；粉土；粘性土第38页，课件共47页，创作于2023年2月按颗粒级配与塑性指数分类的分类标准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39页，课件共47页，创作于2023年2月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%的土称为碎石土第40页，课件共47页，创作于2023年2月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%的土称为砂土注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定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％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％砂土的分类第41页，课件共47页，创作于2023年2月d.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的颗粒含量不超过全重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。土的名称粘土粉质粘土塑性指数IP＞1710