工程岩土的评价与图标编制-土的物理性质

土的物理性质项目二工程岩土评价基本内容土的三相组成基本内容土的物理性质指标土的物理状态指标一、土的三相组成土的三相组成是指土由固体颗粒、液体水和气体三部分组成。土中的固体矿物构成土的骨架,骨架之间贯穿着大量的孔隙,孔隙中充满着液体水和气体。土是三相体。土一、土的三相组成气相（气）液相（水）固相（土颗粒）矿物成分一、土的三相组成气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv土的三相图一、土的三相组成固体+气体（液体=0）为干土，此时粘土呈坚硬状态、砂土呈松散状态；土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：一、土的三相组成固体+液体+气体为湿土，此时粘土多为可塑状态；土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：一、土的三相组成固体+液体（气体=0）为饱和土，此时粉细砂或粉土遇强烈地震，可能产生液化，而使工程遭受破坏；粘土地基受建筑物荷载作用发生沉降,需几十年才能稳定土体三相比例不同，土的状态和工程性质也随之各异，例如：二、土的物理性质指标土的三相比例指标可分为两类，一类可通过试验测定得到，另一类可通过试验测定的指标换算得到。前者称为实测指标，后者称为计算指标。实测指标（一）土粒密度（二）土的密度（三）含水量(%)二、土的物理性质指标二、土的物理性质指标计算指标土的干密度ρd土的饱和密度ρsat01020102土的有效密度（浮密度）ρ′孔隙比e03040506孔隙率n饱和度Sr

实测指标:土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比。在数值上等于土粒密度，但无量纲。在试验室用“比重瓶法”测定，一般土粒比重的变化幅度不大。土粒比重Gs单位：无量纲实测指标:土粒比重决定于土粒的矿物成分。一般砂土的平均比重为2.65，粘土为2.75。当土中含有有机质时，土粒比重可以降到2.4。土的名称砂土粉土粘性土土粒比重2.65~2.692.70~2.712.72~2.75范围：实测指标:土中水的质量与土粒质量之比。在试验室一般用“烘干法”测定，是把土放入105～110℃烘箱内烘至恒重后称得。一般来说，同一类土，当含水量增大时，其强度就降低。土的含水量w实测指标:土单位体积土的质量。在试验室一般用“环刀法”测定,土的密度在天然状态下变化范围较大，一般在2.6～2.2g/cm3之间。土的密度ρ实测指标:土的密度天然密度干密度天然密度天然密度天然重度干重度饱和重度有效重度换算指标土中孔隙体积与土粒体积之比。可以用来评价天然土层的密实程度。土的孔隙比e换算指标土中孔隙体积与土体总体积之比。土的孔隙率n换算指标土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态:土的饱和度SrSr≤50%稍湿；

50％＜Sr≤80%很湿；

Sr＞80%饱和换算指标土体中孔隙完全被水充满时的土的密度饱和密度ρsat

：单位体积中固体颗粒部分的质量干密度ρd

：换算指标土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差浮密度ρ

：土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ

(kg/m3),相应的重度指标也有4个，土的重度

，饱和重度

sat，干重度

d，浮重度

(kN/m3)上述公式中符号的意义V——土的总体积，V=Vs+Vw+Va；Vs——土粒体积；Vv——土的孔隙体积，Vv=Vw+Va；Vw——土中水的体积；Va——土中气体的体积；m——土的总质量，m=ms+mw；ms——土粒质量；mw——土中水的质量；ma——土中气体的质量；W——土的总重量，W=Ws+Ww；Ws——土粒重量；Ww——土中水的重量；Wa——土中气体的重量；

——水的密度；

——水的重度。指标的换算土的三相指标中，土粒比重Gs，含水量ω和密度ρ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气水土粒Gsρw

Vs＝11+e质量m体积VVv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

指标的换算换算关系式：推导：三、土的物理状态指标所谓土的物理状态，对于无粘性土是指土的密实度；对于粘性土是指土的软硬程度或称粘性土的稠度。三、土的物理状态指标砂土的密实度对其工程性质具有重要的影响。密实的砂土具有较高的强度和较低的压缩性，是良好的建筑物地基；但松散的砂土，尤其是饱和松散砂土，不仅强度低，且水稳定性很差，容易产生流砂、液化等工程事故。对砂土评价的主要问题是正确地划分其密实度。1、无粘性土（砂土）的密实度无粘性土密实状态松散状态强度高强度低良好的天然地基不能作为天然地基三、土的物理状态指标1、无粘性土（砂土）的密实度三、土的物理状态指标土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒充满的程度.密实度反映无粘性土工程性质的主要指标。判别砂土的密实度有以下三种方法：1、无粘性土（砂土）的密实度用孔隙比e为标准：三、土的物理状态指标1、无粘性土（砂土）的密实度简捷方便；优点：无法反映土的粒径级配因素。缺点：用相对密实度Dr为标准：理论上完善；优点：实际上难以操作缺点：标准贯入试验(SPT)是动力触探的一种，它利用一定的锤击动能（锤重63.5kg，落距76cm），将一定规格的对开管式的贯入器打入钻孔孔底的土中，根据打入土中的贯阻抗，判别土层的工程性质。贯入阻抗用贯入器贯入土中30cm的锤击数N63.5表示，N63.5也称为标贯击数。用标准贯入试验N为标准：三、土的物理状态指标1、无粘性土（砂土）的密实度该实验的的应用主要有评定砂土的相对密度、评定地基土承载力、估算单桩承载力等。用标准贯入试验N为标准：三、土的物理状态指标1、无粘性土（砂土）的密实度砂土的最小和最大孔隙比砂土的最小孔隙比emin：处于最紧密状态的孔隙比。在试验室可用“振击法”测定。砂土的最小和最大孔隙比砂土的最大孔隙比emax：处于最疏松状态的孔隙比。在试验室可用“漏斗法”或“量筒法”测定。砂土的最大孔隙比与天然孔隙比之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。1）砂土的相对密实度Dr：砂土的最小和最大孔隙比Dr=(emax-e)/(emax-emin)相对密实度的值介于0~1之间，值越大，表示越密实。1）砂土的相对密实度Dr：砂土的最小和最大孔隙比当Dr=0时，e=emax，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时，e=emin，表示土体处于最密实状态。Dr≤1/31/3＜Dr≤2/32/3＜Dr≤1疏松状态中密状态密实状态2）、标准贯入试验砂土的最小和最大孔隙比当天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002)密实度按N评定砂石密实度按N63.5评定碎石土密实度松散稍密中密密实N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20同一种粘性土随着含水量的不同，可分别处于固态、半固态、可塑状态和流动状态。粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为界限含水量。1）、粘性土的状态与界限含水量三、土的物理状态指标2、粘性土的稠度0固态半固态可塑状态流动状态缩限ws塑限wp液限wlw即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，用力均匀，搓到土条直径为3mm，出现裂纹，自然断开，这时土条的含水量就是塑限wP值。用搓条法测定塑限wP测试方法将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将76克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限wL值。为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。用平衡锥式液限仪测定液限wL测试方法采取的液限塑限联合测定法测试方法本试验方法适用于粒径小于0.5mm，以及有机质含量不大于试样总质量5％的土。液塑限联合测定仪：锥质量为76g，锥角为30o，读数显示形式宜采用光电式，游标式，百分表式。天平，称量200g，感量0.01g。取0.5mm筛下的代表性试样200g，分成三份，放入盛土皿中，加不同数量的纯水，制成不同稠度的试样。试样的含水量宜分别接近限、塑限和二者的中间状态。将试样调匀，盖上湿布，湿润过夜。测定三个试样的圆锥下沉深度和含水量。用收缩皿法测定缩限wS测试方法塑性指数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2）、粘性土的塑性指数和液性指数三、土的物理状态指标2、粘性土的稠度说明：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。

工程应用：由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素，因此，在工程上常按塑性指数对粘性土进行分类。三、土的物理状态指标2、粘性土的稠度液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比2）、粘性土的塑性指数和液性指数三、土的物理状态指标2、粘性土的稠度说明：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I