土力学1-土的物理性质及分类ppt课件.ppt

1、1,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,2,1.2 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；,3,土的三相图,三相比例指标可分为试验指标（基本指标）和换算指标,4,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 土粒密度试验s 土的含水率试验w,1.2.1 试验指标,5,定义：单位体积土的质量,1. 土的密度,一般范围: 1.6

2、02.20 g/cm3,单位: kg/m3 或 g/cm3,表达式：,土的重力密度,6,密度测定：环刀法,环刀：内径61.8mm和79.8mm，高度20mm。,7,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 2.702.75， 砂土 2.65,2. 土粒密度s,8,定义：土粒的质量与4C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 2.702.75， 砂土 2.65,土粒比重ds,=1.0 g/cm3,土粒比重在数值上等于土粒的密度,注意：,8,9,测定方法：比重瓶法,m0 ms m1 m2 空瓶质量 烘干土的质量

3、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。,10,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,11,测定法：烘干法,12,1.2.2 换算指标,1.土的干密度d土的固相质量与土的总体积之比,2.土的饱和密度sat 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） 扣除浮力以后的固相质量与土的总体积之比。,13,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

4、度,有效重度,14,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（%）,15,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； Sr50%，稍湿；50%80%，饱和, 关于指标的说明,16,1.2.3 三相指标之间的换算关

5、系,三个试验指标 土的天然密度 土的含水率w 土粒密度 s 六个换算指标（可以计算求得） 土的干密度d 土的有效密度（或浮密度） 土的饱和密度sat 土的孔隙比e 土的饱和度Sr 土的孔隙率 n,17,令：,则：,由土粒相对密度定义得,得,由含水量定义得,土的三相比例换算公式,18,19,【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V60cm3，m=108g，则由式（14）得 =m v=108 60=1.8g/

6、cm3 （2）已知ms=96.43g，则 mw=mms=10896.43=11.57g 按式（19），于是 w= mw ms11.5796.43=12% （3）已知ds=2.7，则 Vs= ms s=96.43 2.735.7cm3 Vv=VVs=6035.724.3cm3,例题分析,20,按式（110），于是 e= Vv Vs24.3 35.7=0.68 （4）按式（111） n= Vv V24.3 60=40.5 （5）根据w的定义 Vw = mw w=11.57 111.57cm3 于是按式（112） St= Vw Vv=11.57 24.348 (6) d =ms v=96.43 60

7、=1.61g/cm3 sat =ms+Vv w v=96.43+24.31 / 60=2.01g/cm3 =ms - Vs w v=96.43 -35.7 1 60=1.01g/cm3 = sat -1=2.01-1=1.01g/cm3,解二：三个基本指标计算同前 （1）已知V60cm3，m=108g，则由式（14）得 =m v=108 60=1.8g/cm3 （2）已知ms=96.43g，则 mw=mms=10896.43=11.57g 按式（19），于是 w= mw ms11.5796.43=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： =m/v=d

8、s (1+w)/(1+e) 得：e = ds (1+w)/ 1 = 2.7(1+0.12)/1.8 1 = 0.68,21,（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% d =ds /(1+e)=2.7/(1+0.68)=1.61g/cm3 sat =(ds +e)/(1+e)=(2.7+0.68)/(1+0.68)=2.01g/cm3 =(ds -1)/(1+e)=(2.7-1)/(1+0.68)=1.01g/cm3,22,23,【例2】某土样经试验测得体积为100

9、cm3，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、密度、重度 、干重度d 、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度,【解答】,24,25,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,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,26,1.单粒结构,单粒结构是碎石土和砂土的结

10、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,27,2.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0.020.002mm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,28,3.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-

11、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。,29,30,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,30,31,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,1.4 粘性土的

12、界限含水率,32,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,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,强结合水膜最大,出现相当数量自由水,粘性土的稠度状态,33,34,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

13、，土的体积不再随着含水量的减小而减小了，称为固体状态。,35,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3238%之间，粉质粘土为3846%，粘土为4050%。 塑性界限，常见值为1728%,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。,36,1.4.3 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p,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

14、为3mm左右时断裂为若干段，则此时的含水率即为塑限。,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,液限L,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,38,39,1.4.4 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；,40,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

15、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 IL,41,IL =01，可塑状态，液性指数越大，表示土越软； IL1，土处于流动状态， IL0，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：,42,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,42,43,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

16、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,1.5.1 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,44,45,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,46,Dr=1 最密实状态 1Dr2

17、/3 密实 2/3Dr1/3 中密 1/3Dr0 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；,46,47,按标准贯入击数N值确定砂土密实度,1.5.3 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。,47,48,第1章：土的组成和物理性质,1.1 土的三相组成 1

18、.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,48,1.6 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,49,1.6.1 土的击实试验和击实曲线,50,土的干密度是反映土的密实度的重要指标,51,1.6.2 击实曲线的特性及含水率的影响,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dmax,52,a. 土的最优含水率op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op左右，以期得到dmax。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