土力学1-土的物理性质及分类课件

第1章：土的组成和物理性质§1.1土的三相组成§1.2土的三相比例指标§1.3土的结构§1.4粘性土的界限含水率§1.5砂土的密实度§1.6土的压实原理§1.7土的工程分类1可编辑课件PPT§1.2土的三相比例指标

土的三相物质在体积和质量上的比例关系，称为三相比例指标。三相比例指标是评价土的工程性质的最基本的物理指标；2可编辑课件PPT土的三相图空气水土粒ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积三相比例指标可分为试验指标（基本指标）和换算指标3可编辑课件PPT为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：土的密度试验ρ

土粒密度试验ρs

土的含水率试验w1.2.1试验指标4可编辑课件PPT定义：单位体积土的质量1.土的密度

一般范围:1.60~2.20g/cm3

单位:kg/m3

或g/cm3表达式：空气水土粒ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积土的重力密度5可编辑课件PPT密度测定：环刀法环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。

6可编辑课件PPT定义：干土粒的质量与其体积之比表达式：单位:kg/m3或g/cm3一般范围：粘性土2.70~2.75，砂土2.652.土粒密度

s空气水土粒ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积7可编辑课件PPT8定义：土粒的质量与4˚C时同

体积水的质量之比表达式：单位:无量纲一般范围：粘性土2.70~2.75，砂土2.65土粒比重ds=1.0g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度注意：空气水土粒ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积8可编辑课件PPT测定方法：比重瓶法

m0

ms

m1

m2

空瓶质量烘干土的质量瓶+水的质量瓶+土+水的质量

m1+ms——瓶+水（满）的质量+干土的质量；

m1+ms-m2——与土粒体积相同的水的质量。9可编辑课件PPT

定义：土中水的质量与土粒质

量之比，用百分数表示表达式：单位:无量纲一般范围：变化范围大注意:

其实是含水比,可达到或超过100％3.土的含水率W空气水土粒ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积10可编辑课件PPT测定法：烘干法11可编辑课件PPT1.2.2换算指标1.土的干密度ρd——土的固相质量与土的总体积之比空气水土粒ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积2.土的饱和密度ρsat——土的孔隙中全部为水充满时的密度3.土的有效密度（或浮密度）ρ′——扣除浮力以后的固相质量与土的总体积之比。12可编辑课件PPT反映土单位体积重力的换算指标——土的重度（重力密度）与密度天然重度干重度饱和重度有效重度13可编辑课件PPT反映土的孔隙特征、含水程度的指标4.土的孔隙比

e——土的孔隙体积与固相体积之比（用小数表示）5.土的孔隙率n——孔隙体积与总体积之比（%)6.土的饱和度Sr——孔隙中水的体积与孔隙体积之比（%）14可编辑课件PPT土的孔隙比e和土的孔隙率n，都是反映土体密实度的重要物理性质指标；e和n愈大，土愈疏松；反之，愈密实；e＜0.6，土是密实的，压缩性小；e＞1.0，土是疏松的，压缩性高；土的饱和度反映土中孔隙被水充满的程度。

Sr=100%，土完全饱和；Sr=0，土完全干燥；

Sr≤50%，稍湿；50%<Sr≤80%,很湿；Sr>80%，饱和▲关于指标的说明15可编辑课件PPT1.2.3三相指标之间的换算关系三个试验指标土的天然密度ρ土的含水率w土粒密度ρs

六个换算指标（可以计算求得）土的干密度ρd土的有效密度（或浮密度）ρ′土的饱和密度ρsat土的孔隙比e土的饱和度Sr土的孔隙率n16可编辑课件PPT令：则：由土粒相对密度定义得得由含水量定义得17可编辑课件PPT土的三相比例换算公式18可编辑课件PPT【例题1】某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为108g，将其烘干后称得质量为96.43g，根据试验得到的土粒比重ds为2.7，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，则由式（1－4）得

ρ=m／v=108／60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，则mw=m－ms=108－96.43=11.57g按式（1－9），于是w=mw

／ms＝11.57／96.43=12%（3）已知ds=2.7，则

Vs=ms／ρs=96.43／2.7＝35.7cm3

Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3

[例题分析]19可编辑课件PPT按式（1－10），于是e=Vv／Vs＝24.3／35.7=0.68（4）按式（1－11）n=Vv／V＝24.3／60=40.5％（5）根据ρw的定义

Vw=mw

／ρw=11.57／1＝11.57cm3

于是按式（1－12）St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％(6)ρd=ms

／v=96.43／60=1.61g/cm3ρsat=ms+Vvρw／v=96.43+24.3×1/

60=2.01g/cm3ρ’=ms-Vsρw

／v=96.43-35.7×1／60=1.01g/cm3=ρsat-1=2.01-1=1.01g/cm320可编辑课件PPT解二：三个基本指标计算同前

（1）已知V＝60cm3，m=108g，则由式（1－4）得

ρ=m／v=108／60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，则mw=m－ms=108－96.43=11.57g按式（1－9），于是w=mw

／ms＝11.57／96.43=12%（3）ds=2.7已知。在图示各个指标中，只有e未知。

根据密度指标定义：

ρ=m/v=ds(1+w)/(1+e)得：e=ds(1+w)/ρ–1=2.7×(1+0.12)/1.8–1=0.68

21可编辑课件PPT（4）利用三相比例指标图、各指标的定义进行解答。n=e/(1+e)=0.68/(1+0.68)×100%=40.5%St=wds/e=12%×2.7/0.68=48%ρd=ds/(1+e)=2.7/(1+0.68)=1.61g/cm3ρsat=(ds+e)/(1+e)=(2.7+0.68)/(1+0.68)=2.01g/cm3ρ’=(ds-1)/(1+e)=(2.7-1)/(1+0.68)=1.01g/cm322可编辑课件PPT【例2】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】23可编辑课件PPT24可编辑课件PPT25第1章：土的组成和物理性质§1.1土的三相组成§1.2土的三相比例指标§1.3土的结构§1.4粘性土的界限含水率§1.5砂土的密实度§1.6土的压实原理§1.7土的工程分类25可编辑课件PPT定义：土的结构是指土粒的大小、形状、互相排列及联结的特征。力学特性影响土的结构反映土的成分形成条件分类单粒结构蜂窝结构絮状结构§1.3土的结构26可编辑课件PPT1.单粒结构

单粒结构是碎石土和砂土的结构特征，其特点是土粒间存在点与点的接触。粗粒土的结构

疏松的单粒结构稳定性差，在荷载作用下，特别是振动荷载作用下会产生较大变形。密实的单粒结构较稳定，力学性能好，是良好的天然地基。单粒结构27可编辑课件PPT2.蜂窝状结构

蜂窝状结构是以粉粒为主的土的结构特征。粒径在0.02~0.002mm左右的土粒在水中因自重作用而下沉时，碰上已沉积的土粒，由于土粒间的引力大于下沉土粒的重力，后沉土粒就停留在最初的接触位置上不再下沉，形成大孔隙的蜂窝状结构。细粒土的结构排列形式：面与面蜂窝结构28可编辑课件PPT3.絮状结构

絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征。悬浮在水中的粘土颗粒当介质发生变化时，土粒互相聚合，以边-边、面-边的接触方式形成絮状物下沉，沉积为大孔隙的絮状结构。细粒土的结构絮状结构

土的结构形成以后，当外界条件变化时，土的结构会发生变化。在取土试验或施工中都必须尽量减少对土的扰动，破坏土的原状结构。注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。

29可编辑课件PPT30第1章：土的组成和物理性质§1.1土的三相组成§1.2土的三相比例指标§1.3土的结构§1.4粘性土的界限含水率§1.5砂土的密实度§1.6土的压实原理§1.7土的工程分类30可编辑课件PPT土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态土的物理性质指标(三相间的比例关系)表示影响力学特性密实度稠度§1.4粘性土的界限含水率

31可编辑课件PPT粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力稠度状态与含水量有关粘性土含水量较硬变软流动1.4.1粘性土的状态32可编辑课件PPT塑限wp液限wl粘性土的稠度反映土中水的形态固态或半固态可塑状态流动状态强结合水弱结合水自由水w土颗粒强结合水弱结合水土颗粒强结合水土颗粒自由水弱结合水强结合水强结合水膜最大出现相当数量自由水粘性土的稠度状态稠度界限稠度状态含水量土中水的形态示意图33可编辑课件PPT土的几种稠度状态：

流动状态——含水量很大时，土就成为泥浆，为粘滞性的液体；塑性状态——含水量减少，粘滞流动的特点消失，显示出塑性；

半固体状态—含水量继续减少，土的可塑性逐渐消失，从可塑状态变为半固体状态；

固体状态——当含水量很小时，土的体积不再随着含水量的减小而减小了，称为固体状态。34可编辑课件PPT缩限塑限液限0固态半固态可塑状态流动状态

工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp液性界限，

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，常见值为17~28%1.4.2界限含水率定义：界限含水率是粘性土从一种状态变到另一种状态时的含水率分界点。35可编辑课件PPT1.4.3界限含水率的测定液、塑性联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时测定3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm及2mm时土样的含水量就分别为该土的液限和塑限。塑限ωp搓条法：将天然湿度的土体在毛玻璃上用手搓条，如搓到土条的直径为3mm左右时断裂为若干段，则此时的含水率即为塑限。36可编辑课件PPT圆锥入土深度与含水量关系液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪37可编辑课件PPT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。碟式液限仪测定法：以2转/秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好13mm所对应的含水量。锥式液限仪碟式液限仪锥式液限仪碟式液限仪38可编辑课件PPT1.4.4塑性指数IP

——用土处在塑性状态的含水量变化范围来表示

习惯上不用带%的百分数表示；

IP

愈大，土的颗粒愈细，土的可塑性愈好；

wpwwL0ww-wpwL-wp39可编辑课件PPT含水量相同的土，但塑限、液限不同，则土样所处的状态可能不同；IL

是表示天然含水量与界限含水量相对关系的指标——IL

一般用小数表示；1.4.5液性指数ILwpwwL0ww-wpwL-wp40可编辑课件PPTIL=0～1，可塑状态，液性指数越大，表示土越软；

IL＞1，土处于流动状态，

IL＜0，土处于固体或半固体状态。《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）规定：IL

数值的特征：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

≤1IL

>141可编辑课件PPT42第1章：土的组成和物理性质§1.1土的三相组成§1.2土的三相比例指标§1.3土的结构§1.4粘性土的界限含水率

§1.5砂土的密实度§1.6土的压实原理§1.7土的工程分类42可编辑课件PPT影响砂、卵石等无粘性土工程性质的主要因素是密实度；土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量；§1.5砂土的密实度

判断无粘性土密实度的方法：按相对密实度划分按天然孔隙比划分按标贯击数划分按重型动力触探击数划分43可编辑课件PPT1.5.1孔隙比e密实度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利用孔隙比e分类按天然孔隙比划分砂土密实度土类密实度密实中密稍密松散砾砂、粗砂、中砂e<0.600.60≤e≤0.750.75<e≤0.85e>0.85细砂、粉砂e<0.700.70≤e≤0.850.85<e≤0.95e>0.9544可编辑课件PPT最大孔隙比emax:

将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比最小孔隙比emin:

将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比1.5.2相对密实度45可编辑课件PPT46Dr=1最密实状态1≥Dr＞2/3密实2/3≥Dr＞1/3中密1/3≥Dr＞0松散Dr=0最疏松状态

粗粒土的密实度标准1.5.2相对密实度

天然状态下的e测定较困难，《规范》规定，用标准贯入试验的锤击数N来评价砂土的密实度；46可编辑课件PPT47按标准贯入击数N值确定砂土密实度密实度密实中密稍密松散(GB50007-2002)标贯击数NN>3015<N≤3010<N≤15N≤10(JTJ024-85)平均标贯击数N50~3029~109~5<51.5.3标准贯入试验

标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质量为63.5kg的锤头，提升到76cm的高度，让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需的锤击数，记为N63.5，这是一种简便的测试方法。N的大小，综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。47可编辑课件PPT48第1章：土的组成和物理性质§1.1土的三相组成§1.2土的三相比例指标§1.3土的结构§1.4粘性土的界限含水率§1.5砂土的密实度

§1.6土的压实原理§1.7土的工程分类48可编辑课件PPT§1.6土的压实原理土的压实性是指土体能够通过振动、夯实和碾压等方法调整土粒排列，从而增加密实度。压实的本质土料孔隙率减小，密实度提高击实机理：颗粒被击碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;气被挤出或被压缩等49可编辑课件PPT§1.6.1土的击实试验和击实曲线50可编辑课件PPT0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度

d(g/cm3)饱和曲线

dmax=1.86wop=12.1土的干密度是反映土的密实度的重要指标51可编辑课件PPT§1.6.2击实曲线的特性及含水率的影响0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度

d(g/cm3)饱和曲线

dmax=1.86wop=12.1在一定夯击能量下填土最易压实并获得最大密实度的含水率称为土的最优含水率wop，对应最大干密度ρdmax52可编辑课件PPTa.土的最优含水率ωop采用室内标准击实试验确定。在填土施工中应该将土料的含水量控制在ωop左右，以期得到ρdmax。通常取b.工程上常采用压实度Dc（压实系数K）控制（作为填方密度控制标准）

填土路基最少要压到0.9，一般建筑设计上取0.93。压实系数1就是完全压实（施工现场是不可能的）53可编辑课件PPT§1.6.3击实功能对压实特性的影响根据同一种土样在不同击实功能作用下所得的压实曲线：（1）土料的最大干密度和最优含水率不是常数；（2）仅靠增加击实功能来提高土的最大干密度的作用是有限的。54可编辑课件PPT§1.6.4土类对压实特性的影响在同一击实功能条件下，不同土类的击实特性是不一样的。（1）含粗粒越多的土样最大密度越大，而最优含水率越小；（2）颗粒级配良好的土容易被压实，颗粒级配均匀则最大干密度偏小。55可编辑课件PPT56第1章：土的组成和物理性质§1.1土的三相组成§1.2土的三相比例指标§1.3土的结构§1.4粘性土的界限含水率§1.5砂土的密实度§1.6土的压实原理

§1.7土的工程分类56可编辑课件PPT§1.7土的工程分类

土的组成土的状态土的结构建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法土的分类标准-GBJ145-90

目的：便于调查研究；便于分析评价；便于交流(基于共同的概念)

依据：最能反映土的物理力学性质的指标原则：简明（能综合反映土的主要工程性质；测定方法简单，使用方便）；工程特性差异原则（一定程度上反映不同类工程土的不同特性）1.7.1土的工程分类原则57可编辑课件PPT1.7.2土的工程分类方法粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。一、《土的分类标准》（一）巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土应按试样中所含粒径大于60mm的巨粒组含量来划分。试样中含巨粒组质量多于总质量的50％的土称为巨粒土；试样中巨粒组质量为总质量的15％～50％的土称为巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的15％的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。58可编辑课件PPT（二）粗粒土的分类试样中粒径大于0.075mm的粗粒组质量多于总质量50％的土称为粗粒土。粗粒土又分为砾类土和砂类土两类。试样中粒径大于2mm的砾粒组质量多于总质量的50％的土称为砾类土；试样中粒径大于2mm的砾粒组质量少于或等于总质量50％的土称为砂类土。59可编辑课件PPT（三）细粒土的分类试样中粒径小于0.075mm的细粒组质量多于或等于总质量的50％的土称为细粒土。细粒土应按下列规定划分：1、试样中粗粒组质量少于总质量的25％的土称为细粒土；2、试样中粗粒组质量为总质量的25％～50％的土称含粗粒的细粒土；3、试样中含部分有机质的土称有机质土。细粒土可按塑性图进一步细分。60可编辑课件PPT61可编辑课件PPT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%2.7.2建筑地基土的分类62可编辑课件PPT岩石碎石土砂土粉土粘性土特殊类土土漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石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砾角砾粒径大于20mm的颗

粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%名称颗粒形状粒组含量碎石土碎石类土是粒径大于2mm的颗粒含量超过50%的土63可编辑课件PPT土的名称粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25-50%砾砂