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1、土质与公路,主讲教师：,建筑材料,2012年2月,四川省交通运输职业学校,单元一 土 质,目 录,本章教学目的,理解土的概念及土的三相组成的含义； 掌握粒组划分的原则、颗粒级配的测定方法和表示方法，以及如何判断土的级配情况； 掌握土的物理性质及土的几种密度； 掌握黏性土的稠度与稠度指标和击实性与击实规律； 了解土类型及野外鉴别能力，掌握土的分类依据。,课题一 土的三相组成和粒度成分,土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物,搬运、沉积,风化,土的形成,课题一 土的三相组成和粒度成分,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,土体的组成,次要作用,课题一 土的三相组成
2、和粒度成分,什么是土？土是由地壳岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成由固体矿物、液态水和气体组成的一种集合体。 土是由固相（固体颗粒）、液相（液态水）、气相（气体）组成的三相体系。,土的三相组成和及草图,固相：主要由矿物成分与有机质成分组成。 液相：指土中自由水，它填在颗粒间的孔隙率。 气相：指填充在土体孔隙率中的气体。,土的粒度成分,一、粒组的划分 土的粒度是指颗粒的大小，通常以粒径表示，以mm为单位。 土粒按粒径大小分为若干组别，称为粒组。粒组就是一定的粒径区段。,土的成分划分,矿物成分,粒度成分,化学成分,粒组划分的原则,1.符合粒径变化所引起的质的变化规律，即每个粒组的成分与性质无质的变
3、化，具相同或相似的成分与性质； 2.与粒组的分析技术条件相适应，即不同大小的土粒可采用不同的适用方法进行分析； 3.粒组界限值力求服从简单的数学规律。 公路土工试验规程（JTG E40-2007)详见粒料划分表1-1,表1-1 粒料划分表,粒度成分及粒度分析,1、土的粒度成分指各种大小颗粒的相互比例关系（通常以占总质量的百分比计） 2、土的颗粒级配是指各颗粒之间的相互搭配关系。 3、土的颗粒分析是用指定方法测定土的粒度成分的试验。 4、颗粒级配的测定方法 直接测定法（如筛分法、移液管法等） 间接测定法（肉眼鉴定法、比重计法） 目前我国常用的是：1、筛分法；2、静水沉降法,颗粒分析试验（筛分法）
4、(T0115-93),本试验方法适用分析粒径大于0.075的土颗粒组成（大于60mm的粒径不适用）。用一套标土壤筛60-0.074mm孔径不同的10层筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数 。,细筛：孔径：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074,粗筛：孔径：100,80,60,40,20,10,5,2,1、筛分法,颗粒分析试验（静水沉降法）,2、静水沉降法,大小不同的颗粒在静水中沉降的速度不同，大快，小慢。经过时间T后，粒径大于D的颗粒都沉淀到L深以下，,吸出L段悬液 烘干，即可得粒径D的粒组累计质量。,1、
5、表格法是将分析资料(各粒组的百分含量或小于某粒径的累积百分含量)填在已制好的表格内。 表1-2 颗粒分析成果表,颗粒级配的表示方法,颗粒级配累计曲线（图解法）,图1-1 图的粒度成分累计曲线图,颗粒级配累计曲线（图解法）,图1-2 图的粒度成分累计曲线图（数据P7页1-4表）,土的不均匀性系数和曲率系数,1.土的不均匀系数Cu Cu=d60/d10 Cu3时，级配不连续。,思考题,1.土的三相组成？ 2.何谓土粒粒组？土粒组如何划分？ 3.什么是土的粒度成分（颗粒级配），工程中如何表示粒度成分？,课题二 土的物理性质及其指标,三相组成的定性分析，进一步对土的三相组成作定量上的分析，即分析土三相
6、组成部分的质量和体积之间的比例关系。 土的物理性质指标表示土中三相比例关系的一些物理量，可分为如下两类：,课题二 土的物理性质及其指标,土的物理性质是指：固相、液相、气相在体积和质量方面的相互配比的数值。（如下图）,定义：土的相对密度:Gs指土在105110下烘干至恒重时的质量与同体积4蒸馏水质量的比值。 表达式： 取值范围：它的数值一般在2.602.80g/cm3之间,一、土的质量指标(相对密度）,测定方法：比重瓶法,密度试验比重瓶法示意图,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
7、同的水的质量。,土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量，其单位是g/cm3。 1、天然密度 定义：天然状态下单位体积土的质量，称天然密度， 表达式： （g/cm3） 取值范围：天然密度常见值为1.62.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一个实测指标。,一、土的质量指标(土的密度）,测定方法：环刀法,密度试验环刀法示意图,环 刀 法 试 验,一、土的质量指标(土的密度）,2、干密度 定义：土的孔隙中完全没有水时的密度，称土的干密度，指单位体积干土的质量。 表达式： （g/cm3） 取值范围：干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.41.7g/c
8、m3之间。 3、饱和密度 定义：土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时单位体积土的质量,一、土的质量指标(土的密度）,表达式： 取值范围：1.8-2.3g/cm3,4、土的水下密度 定义：在地下水位以下，土体受的浮力作用时，单位体积土体积中土粒的质量扣除土体排开同体积水的质量称土的水下密度（或浸水密度）。 表达式： 表达式几种不同土的关系：,二、土的含水性指标,（一）土的含水率w 土的含水率，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示，其表达式为： 测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称
9、得干土质量，按上式可算得。,二、土的含水性指标,（二）土的饱和含水率wg 定义为：土中中的空隙全部被充满水，达到饱和时的含水率，以百分数表示，其表达式为：,二、土的含水性指标,（三）土的饱和度Sr 定义：土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱和度，以百分数表示。 取值饱和度可以说明土孔隙中充水的程度，其数值为0100%。干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。 工程实际中，按饱和度大小常将砂类土划分为如下三种含水状况： Sr80% 饱和的,三、土的空隙性指标,（一）土的孔隙比e 定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，其表达式为： （二）土的孔隙率n 定义：土中孔隙的体积
10、与土的总体积之比，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：,土中存在着许多空隙及其所具有这些特性，称为空隙性,三、土的空隙性指标,孔隙比与孔隙率的关系 设土体内土粒的体积为1，则 可知，孔隙的体积Vv为e，土体的体积V为（1e），于是有： 或,三、土的空隙性指标,砂土的密实程度还可用相对密度（Dr）来表示。,Dr=0时，土处于最疏松状态；Dr=1时，土处于最密实状态。,（三）、砂类土的相对密度,三、土的空隙性指标,天然状态砂土的密实度,三、土的空隙性指标,土粒密度、天然密度、含水量是三个基本实测指标、即通过试验直接测定。 六个换算指标的换算方法： 1、数学演算法,【例】某一块试样在天
11、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Gs为2.7，试求试样的天然密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比和饱和度？,三、计算题,【解】（1）已知V60cm3，m=108g，则由式（P9页1-6）天然密度得： =mV=108 60=1.8g/cm3,（2）已知干土粒的质量ms=96.43g，则 土中水的含量ms=mms=10896.43=11.57g 按式（P10页1-11）土的天然含水率 w=mwms10011.5796.43100=12% （3）干密度d=msV=96.4360=1.61g/cm3,三、计算题,（4）已知土粒
12、的相对密度Gs=2.7，饱和密度f=（ms+Vnw）V=(1.8(2.7-1) (2.7(1+12%)+1=2.01(g/cm3) （5）饱和度Sr=（Gsw）（Gs（1+w）-）100 =（2.71.812%）（2.7（1+12%）-1.8）10048% （6）空隙比e=（Gs（1+w）-1=（2.7（1+12%）1.8-1=0.68,思考题,1.某土样体积为80cm3，经测定，土粒相对密度为2.72，土样的质量为154g，烘干质量为140g，该土样的天然密度、干密度、饱和含水率、孔隙率各是多少？（P18页练习4题）,课题三 黏土的稠度与塑性,粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出
13、来的物理性质。,一、粘性土的稠度状态（三种）,稠度状态,半固态,固态,塑态,液态,课题三 黏土的稠度与塑性,固态：含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢固，土质坚硬，力学强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。,课题三 黏土的稠度与塑性,塑态：含水量较固态为大，粒间主要为弱结合水连结，在外力作用下容易产生变形，可揉塑成任意形状不破裂、无裂纹，去掉外力后不能恢复原状。,课题三 黏土的稠度与塑性,流态：含水量继续增加，粒间主要为液态水占据，连接极微弱，几乎丧失抵抗外力的能力，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆状，受重力作用即可流动。,如何定量判断粘性土的稠度状态？,二、界限含水量稠度界限
14、,土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量称为稠度界限，又称为Atterberg界限。,工程上常用的有塑限P和液限L 塑限：土从固态转变为塑态时的界限含水量，简称塑限P 液限：土从塑态转变为液态时的界限含水量，简称液限L,搓条法测定塑限,将粘性土在毛玻璃上用手搓成直径为3mm的土条时若恰好开始出现裂缝，此时的含水量就是塑限。,锥式液限仪法测定液限,0.75N，锥角30，锥体下沉深度为10mm，所对应的含水量为粘性土的液限（放锥15秒）,联合测定仪法测定液限和塑限,液性指数IL：反映土的天然含水量与液限、塑限之间的关系，工程上用来表示土的稠度状态。,三、液性指数,四、粘性土的可塑性,当粘性
15、土的含水量在某范围内时，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并在外力移去时能保持既得的形状，土的这种性能叫可塑性。 粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时，土处于可塑状态，具有可塑性，这是粘性土的独特性能。,塑性指数IP,L和P的差值可以反映可塑性的大小，工程上定义为塑性指数 IP IP=L- P 计算结果中的百分号省略 1994年国家标准岩土工程勘察规范按塑性指数IP将粘性土分为： IP17为粘土 17IP10为粉质粘土 IP10为粉土或砂类土。,从某地基取原状土样，测得土的液限L=47%，塑限P=18%，天然含水量=40%，问地基土是什么土，处于什么状态？ 解： 求塑性指数： 求液性指
16、数： Ip 17，该地基土为粘土； 查表， 1.0IL0.75，得土处于软塑状态。,例题1：,思考题,1、某黏性土样的天然含水率为32.4%，液限49.5%，塑限27.3%，问地基土是什么土，处于什么状态？（P24页练习4题）,在建造路堤、土坝等时，常需要填土。为增强土的密实度，降低其透水性和压缩性，常采用分层压实的办法来加以处理。 压实性土体在外部压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生相对位移，使土中的孔隙减少，密度增加，强度提高的特性。 实践表明：细粒土和粗粒土的压实性不同。压实细粒土宜用夯击或碾压机具；压实粗粒土宜用振动机具。,课题四 土的压实性,土的压实性,土过湿过干都难以充分压实。过湿，则土中自由水过多，夯实或碾压时水难以从孔
