土的物理性质及工程分类(2)省公开课一等奖全国示范课微课金奖课件

土中土粒、水和气三部分质量(或重力)与体积之间百分比关系，伴随各种条件改变而改变。土粒普通由矿物质组成，组成土固体部分。土粒组成土骨架。土骨架间充满相互贯通孔隙。这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和土；有时一部分孔隙被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土；孔隙完全充满气体时，则称为干土。水和溶解于水物质组成土液体部分。空气和其它一些气体组成土气体部分。这三种组成部分本身性质以及它们之间百分比关系和相互作用，决定土物理力学性质。所以，研究土性质，必须研究土固体、液体和气体三相组成。第1页土三相百分比指标一.土三相草图第2页

在上述变量中ma=

0，独立量有

Vs、Vw、

Va、mw和ms五个。1cm3水质量通常等于1g，故在数值上Vw=mw。当研究这些量相对百分比关系时，总是取某一定数量土体来分析，比如，取V=1cm3，或m=1g，或Vs

=1cm3等，所以又能够消去一个未知量。这么，对于一定数量三相土体，只要知道其中三个独立量，其它各个量就可从图中直接换算得到。三相草图是土力学中用以计算三相量百分比关系一个简单而又很实用工具。第3页1.土密度密度：单位体积土质量。Mg/m3,

g/cm3粘性土r=1.8～2.0g/cm3砂土r=1.6～2.0g/cm3腐殖土r=1.5～1.7g/cm3测定方法：普通用“环刀法”，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平原状土样面上，渐渐削去环刀外围土，边削边压，使保持天然状态土样压满环刀内，称得环刀内土样质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。第4页2.土重度重度:单位体积土重量，是重力函数。kN/m3G为土重量，g为重力加速度，工程上为了计算方便，取g=10m/s2。第5页3土粒相对密度（比重）相对密度:土粒密度（单位体积土粒质量）与4℃时纯水密度之比。

rw1为4℃时纯水密度，rw1=1g/cm3;rs为土粒密度，即单位体积土粒质量。故实用上，土粒相对密度在数值上等于土粒密度。第6页测定方法：土粒相对密度或比重可在试验室内用比重瓶法测定。因为土粒相对密度改变不大,通常可按经验数值选取。第7页

含水量w是标志土湿度一个主要物理指标。天然土层含水量改变范围很大，它与土种类、埋藏条件及其所处自然地理环境等相关。普通说来，对同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。4土含水量含水量：土中水质量与土粒质量之比，用w表示，以百分数计。第8页测定方法：土含水量普通用“烘干法”测定。先称小块原状土样湿土质量m，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土质量ms，水质量mw为湿土和干土质量之差。铝盒烘箱电子天平土样第9页基本指标土密度

r土粒比重ds土含水量

w在测定土密度、土粒比重和土含水量这三个基本指标后，就能够依据三相草图计算出三相组成各自在体积上与质量上含量。

第10页1.土孔隙比和孔隙率孔隙比:土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数记。三相量百分比关系其它惯用指标

它是一个主要物理性能指标，可用来评价天然土层密实程度。普通地，

e<0.6土是密实低压缩性土，

e>1.0土是疏松高压缩性土。第11页1.土孔隙比和孔隙率孔隙率：土中孔隙体积与土总体积之比，以百分数计。三相量百分比关系其它惯用指标

砂类土：28-35%粘性土：0-50%,有可达60-70%第12页2土饱和度饱和度：土中被水充满孔隙体积与孔隙总体积之比。

砂土依据饱和土Sr指标值分为稍湿、很湿和饱和三种湿度状态。显然，干土饱和度Sr=0，而完全饱和土饱和度Sr=100%。第13页3土饱和密度和干密度饱和密度:土中孔隙被水充满时土密度，Mg/m3,g/cm3干密度：单位土体积中土粒质量，Mg/m3,g/cm3第14页重度＝密度×g

密度与重度饱和重度天然重度干重度第15页

对于地下水位以下土体，因为受到水浮力作用，将扣除水浮力后单位体积土所受重力称为土有效重度(土浸泡在水中受到浮力时重度），以g′表示，当认为水下土是饱和时，它在数值上等于饱和重度gsat。有效重度第16页

三相指标换算第17页

三相指标换算第18页从物理意义上了解指标间关系不勉励死记硬背必要时利用三相草图推导

三相图换算指标，就是利用已知指标，计算出三相草图中各相数值，再依据所求指标定义直接计算。实际上，因为三相量指标都是相正确百分比关系，不是量绝对值，所以，为了简化计算，经常能够假设三相中某相值为1个单位，实用上最惯用是假设Vs=1.0m3(或cm3)或V=1.0m3(或cm3)进行计算。第19页

所谓土物理状态，对于粗粒土、是指土密实程度，对于细粒土则是指土软硬程度或称为粘性土稠度。土物理状态第20页无黏性土密实度砂土、碎石土和粉土统称为无黏性土，无黏性土密度对其工程性质有主要影响。

土密实度通常指单位体积中固体颗粒含量。土颗粒含量多，土就密实；土颗粒含量少，土就疏松。反应这类土工程性质主要指标是密实度。干密度

d和孔隙比e(或孔隙度n)都是表示土密实度指标。

不过这种用固体含量或孔隙含量表示密实度方法有其显著缺点，主要是这种表示方法没有考虑到粒径级配这一主要原因影响。

第21页相对密度

假定第一个砂是理想均匀圆球，不均匀系数Cu＝1.0，最密时孔隙比e＝0.35，假如砂粒比重G＝2.65，则最密时干密度

d＝1.96/cm3。第二种砂一样是理想圆球。但其级配中除大圆球外，还有小圆球能够充填于孔隙中，不均匀系数Cu＝＞1.0,最密时孔隙比e＜0.35。就是说这两种砂若都含有一样孔隙比e＝0.35时,对于第一个砂，已处于最密实状态，而对于第二种砂则不是最密实。第22页相对密度工程上为了更加好地表明砂土所处密实状态，采取将现场土孔隙比e与该种土所能到达最密实时孔隙比emin和最涣散时孔隙比emax相比较方法，来表示孔隙比e时土密实度。这种度量密实度指标称为相对密度Dr定义为密实度判别标准：Dr≤1/3疏松1/3≤Dr≤2/3中密

Dr＞2/3密实土最大孔隙比emax测定方法是将涣散风干土样，经过长颈漏斗轻轻地倒入容器，求得土最小干密度再经换算确定；土最小孔隙比emin测定方法是将涣散风干土样分批装人金属容器内，按要求方法进行振动或锤击扎实，直至密实度不再提升，求得最大干密度再经换算确定。第23页粘性土稠度状态

土中含水量很低时，水都被颗粒表面电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水。强结合水性质靠近于固态。所以，当土粒之间只有强结合水时，按水膜厚薄不一样，土表现为固态或半固态。当含水量增加，被吸附在颗粒周围水膜加厚，土粒周围除强结合水外还有弱结合水，弱结合水呈粘滞状态，不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时能够变形，能从水膜较厚处向邻近较薄处移动。在这种含水量情况下，土体受外力作用能够被捏成任意形状而不破裂，外力取消后依然保持改变后形状。这种状态称为可塑状态。

粘性土最主要物理状态特征是它稠度，稠度是指土软硬程度或土对外力引发变形或破坏抵抗能力。第24页

弱结合水存在是土含有可塑状态原因。土处于可塑状态含水量改变范围，大致上相当于土粒所能够吸附弱结合水含量。这一含量大小土要决定于土比表面积相矿物成份。粘性大土必定是比表面积大，矿物亲水能力强土(比如蒙持石)，自然也是能吸附较多结合水土，因之它塑态含水量改变范围也必定大。当含水量继续增加，土中除结合水外，已经有相当数量水处于电场引力影响范围以外，成为自由水。这时土粒之间被自由水所隔开，土体不能原受任何剪应力，而呈流动状态。从物理概念分析，土稠度实际上是反应土中水形态。第25页液性指数：反应土软硬状态

稠度界限土从某种状态进入另外一个状态分界含水量称为土特征含水量或(稠度界限)。工程上惯用稠度界限有液性界限wL和塑性界限wP。液性界限(wL)简称液限，相当于土从塑性状态转变为流动状态时含水量。这时，土中水形态除结合水外，已经有相当数量自由水。塑性界限(wp)简称塑限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时含水量。这时土中水形态大约是强结合水含量到达最大时。第26页土中水与稠度状态第27页液性指数IL

状态IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1.0

IL＞1.0坚硬硬塑可塑软塑流塑粘性土状态分类塑性指数：反应土种类

第28页土工程分类体系

自然界中土种类很多，工程性质各异。为了便于研究，需要按其主要特征进行分类。任何一个土分类体系，其目标无非是想提供一个通用判别标准，方便在不一样土类之间可作有价值比较、评价及累积和交流经验。为了能通用，这种分类体系首先应该是简明，而且尽可能直接与土工程性质相联络。可惜，土分类法不但各国还未统一，就是一个国家各部门也都制订了结合本行业特点分类体系。第29页

分类依据

《岩土工程勘察规范》GB50021-

《建筑地基基础设计规范》GB50007-第30页

土按堆积年代可划分为以下三类：老堆积土：第四纪晚更新世Q4及其以前堆积土层，普通呈超固结状态，含有较高结构强度；普通堆积土：第四纪全新世(文化期以前Q4)堆积土层；新近堆积土：自文化期以来新近堆积土层Q4，普通处于欠压密状态，结构强度较低。依据地质成因可将士分为残积土、坡积土、洪积土、淤积土、冰积土、风积土和海积土等。依据有机质含量(按灼失量试验确定）可将土分为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭，其含量分别为小于5％，5％-10％，10％-60％，大于60％。按颗粒级配和塑性指数可将士分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。第31页碎石土：粒径大于2mm颗粒含量超出全重50％土。依据颗粒级配和颗粒形状，按下表分类。

第32页砂土:粒径大于2mm颗粒含量不超出全重50％、粒径大于0.075mm颗粒超出全重50％土。依据颗粒级配，按下表分类。第33页粘性土:若土塑性指数IP＞10：则该土属粘性土。粘性土依据塑性指数IP按下表细分。第34页淤泥:在静水或迟缓流水环境中沉积，经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限,天然孔隙比大于或等于1.5粘性土。淤泥质土:天然孔隙比小于1.5，但大于或等于1.0粘性土称为淤泥质土。第35页粉土:为介于砂土与粘性土之间，塑性指数IP＜10且粒径大于0.075mm颗粒含量不超出全重50％土。粉土工程性质介于砂土和粘性土之间，它既不含有砂土透水性大、轻易排水固结、抗剪强度较高优点，又不含有粘性土防水性能好、不易被水冲蚀流失、含有较大粘聚力优点。第36页土压实性建筑物建筑在填土上，为了提升填土强度，增加土密实度，降低其透水性和压缩性，通惯用分层压实方法来处理地基。实践经验表明，对过湿土进行扎实或碾压时就会出现软弹现象(俗称“橡皮土”)，此时土密实度是不会增大。对很干土进行扎实或碾压，显然也不能把土充分压实。所以，要使土压实效果最好，其含水量一定要适当。在一定压实能量下使土最轻易压实，并能到达最大密实度时含水量，称为土最优含水量(或称最正确含水量)。用

。表示。相对应干密度叫做最大干密度，以

dmax表示。第37页含水量与干密度关系曲线含有最优含水量土，其压实效果最好。这是因为含水量较小时，土中水主要是强结合水，土粒周围结合水膜很