2第二章-土的物理性质及分类

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1、4 土的三相组成2 土的物理性质与工程分类 土的三相组成土的三相基本物理指标土的密度（ ）：单位体积土的质量，量纲： kg/m3 或 g/cm3 = 1.602.20 g/cm3土的容重（ ）：单位体积土的重量，量纲： kN/m3 , = g = 9.8 = 1622 kN/m3awswsVVVmmVm2 土的物理性质与工程分类 土的三相组成土粒相对密度（ Gs）：土粒的质量与同体积纯水 4 时的质量比，无量纲砂土 Gs=2.652.69； 粘土 Gs=2.702.75wsCwsss VmG )( 42 土的物理性质与工程分类 土的三相组成土中含水量（ w）：土中水的质量与土粒质量之比， %；

2、砂土 w =040%； 粘土 w = 2060% 100w(%) 1 0 0wsssm m mmm 2 土的物理性质与工程分类 土的三相组成土的密度 和容重 测定方法：环刀法土的含水率 测定方法：烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在 100 105 下烘干，称干土的质量。土的比重 ds反映土松密程度的指标孔隙比（ e）：孔隙体积与固体颗粒实体体积之比，无量纲e =Vv/Vs一般 砂土 e = 0.51.0； 若 e 1.0 松散，为软弱地基孔隙率 (孔隙度 )（ n）：孔隙体积与土总体积之比，用百分数表示n=(Vv /V) 100（ %）一般： 砂土 n = 28-35%； 粘土

3、n = 60-70%2 土的物理性质与工程分类 土的三相组成Monterey砂 -粉土混合物的最大和最小孔隙率2 土的物理性质与工程分类 土的三相组成反映土中含水程度的指标含水量饱和度（ Sr）土中孔隙赋水的程度vwr VVS 2 土的物理性质与工程分类 土的三相组成 0 Sr 1.0 Sr = 0： 干土 Sr = 1： 饱和土特定条件下的重度 土的干容重（ d）：单位体积土中的干土粒重。d = 1320kN/m3 土的饱和容重（ sat）：单位体积土在 Sr =1.0时的容重。sat =1823 kN/m3 土的浮容重（ ）：浸入水中受到浮力的土的容重。 = 813 kN/m32 土的物理

4、性质与工程分类 土的三相组成土的三相比例指标换算5 土的物理状态指标粗粒土 密实程度黏性土 土的稠度（软硬程度）（ 1） 粗粒土的密实度密实度： 单位体积土中颗粒含量颗粒含量越多，土越密实2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标相对密度方法指将现场土的孔隙比 e与该土能达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比 emax 相对比较标准贯入锤击数法（ SPT试验 ，标贯试验，属动力触探）63.5kg穿心锤自 0.76m高处自由下落，撞击锤座，通过探杆将标准贯入器贯入孔底土层中，记录贯入 0.30m锤击数松散 ： N63.5 10； 稍密 ： 10 30标准贯入试验2 土的物理性质与工程分类

5、土的物理状态指标 例题分析 【例】 某砂土试样 ,试验测定土粒相对密度 ds=2.7,含水量=9.43%,天然密度 =1.66/cm3。 已知砂样最密实状态时称得单位体积干砂质量 ms1=1.62g,最疏松状态时称得干砂质量 ms2=1.45g。 求此砂土的相对密度 Dr,并判断砂土所处的密实状态【 解答】( 1 ) 2. 7 ( 1 0. 09 43 )1 1 0. 781. 66sde 砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比31m a x /62.1 cmgVm sd m inm a x1 0 .6 7swdde 砂土最大孔隙比32m in /45.1 cmgVm sd m a xm in

6、1 0 .8 6swdde 42.0m i nm a xm a x eeeeDr相对密实度 （ 1/3,2/3中密状态（ 2）黏性土的稠度（物理概念：反映土中水的形态）（ 1）稠度状态：稠度： 黏性土在不同含水量时所呈现的软硬程度，或土对外力概述起变形或破坏的抵抗能力反映 （ 1）黏 性土黏粒与水溶液的表面作用（ 2）土粒间联结强度或相对活动的难易含水量改变，土稠度渐变，不同阶段表现出不同稠度特征2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标粘性土的稠度与界限含水量固态： w低，水被颗粒表面电荷紧紧附吸，为强结合水塑态： w增，水膜加厚，出现弱结合水。受力可捏任意形状不破裂，外力取消后仍保持改变

7、后形状塑态含水量范围较大，取决于土的比表面积和矿物成分流态： w再增，出现自由水，土粒被自由水分开，不能承受剪力，呈流动状态2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标土中水与土的稠度状态2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标敏感重塑黏土的强度损失2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标1）稠度界限Atterberg 界限液限： 由流态转入塑态的界限含水量，塑性上限， wL 塑限： 由塑态转入半固态的界限含水量，塑性下限， wP缩限： 由半固体态转入固态的界限含水量， wS含水量w液限 WL塑限 Wp缩限 WS固态 半固态 可塑状态 流动状态A.M.Atterberg2 土的物理性质

8、与工程分类 土的物理状态指标2）液限和塑限的测定方法塑限： 搓条法 将天然湿度的土样搓成直径 10mm的小圆球 置于毛玻璃上，手掌慢慢搓滚成小土条 若土条搓至直径 3mm时恰好断裂 土条的含水量 = 塑限2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标液限：锥式液限仪将调成均匀的浓糊状试样装满试杯，刮平杯口表面 将重 76g的锥体轻放于试样中心 在自重作用下，锥身沉入试样 若锥体在5秒钟内恰好沉入 10mm深 土样含水量 = 液限光电式液、塑限仪2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标液塑限联合测定仪下沉深度为 17mm所对应的含水量为液限 ;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限黏土矿物相互

9、作用与液限的关系2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标3）液性指数和塑性指数表征土的天然含水量与分界含水量之间的关系液性指数 IL：IL=0， w = wP ， 半固态 塑态IL=1， w = wL ， 塑 态 液态按 IL粘性土状态分类：坚硬： IL 0硬塑： 0 1.0pLpL WWWWI2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标 塑性指数 IP ：Ip= (wL wp ) 100 (%) 液限与塑限的差值物理表征： 土可塑状态范围的大小综合反映： 对黏性土特性有重要影响的各因素作用2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标黏性土 灵敏度和触变性结构扰动对强度影响 不同土重塑后的

10、强度变化不同1 灵敏度 St：孔隙和含水量不变，同一粘土原状土与重塑土无侧限抗压强度之比（或不排水抗剪强度之比） : St=qu/q结构性愈强的土，灵敏度愈大（一般 116） St = 1.0 不灵敏； 1.0 16.0 流敏2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标2 触变性：含水量和密度不变，土因重塑而软化，土的强度减低；又因静置而逐渐硬化、强度有所恢复的性质含细黏粒的黏性土存在结构性的重要原因土中颗粒、离子、水分子体系随时间而逐渐趋于新的平衡状态2 土的物理性质与工程分类 土的物理状态指标,3 7 . 4 % 2 3 . 0 % , 2 6 . 0 %Lpw w w 21.0144.0

11、23.026.0%4.14144.023.0374.0ppLpLpIwwIwwI25.00 LI例题：从某地基取原状土样，测的土的液限为37.4%，塑限为 23.0%，天然含水量为 26.0%，问地基土处于何种状态？ 该地基土处于硬塑状态解：6 土的工程分类土的工程分类目的1. 大致判断土的基本工程特性2. 结合其他因素，评价地基承载力，可液化性以及作为建筑材料的适宜性等3. 合理确定不同土的研究内容与方法4. 若土性不能满足工程要求，根据土类，结合工程特点确定改良与处理方法2 土的物理性质与工程分类 土的工程分类土的工程分类基本原则（差异性、历史性、方便性）1. 考虑工程特性差异性用影响土重

12、要工程特性（强度与变形特性等）的主要因素作为分类依据2. 以成因、地质年代为基础土是自然历史产物，其工程性质受土成因（包括形成环境）与形成年代控制3. 分类指标便于测定分类指标，既能综合反映土的基本工程特性，又要测定方法简便2 土的物理性质与工程分类 土的工程分类作为建筑场地和建筑物地基时，土的分类的一般原则：根据沉积年代： 老沉积土：第四纪晚更新世 Q3及其以前沉积的土 一般沉积土：第四纪全新世 Q4文化期以前沉积的土 新近沉积土： Q4文化期以来新近沉积土根据地质成因： 残积土；风成沉积土、冰川沉积土和水流沉积土 沿水流方向，据不同沉积条件：坡积土、洪积土、山区河谷冲积土、平原河谷冲积土、

13、湖泊沉积土、三角洲沉积土、海相沉积土等根据有机质含量： 无机土、有机土、泥炭质土和泥炭根据颗粒级配或塑性指数： 碎石土、砂土、粉土和黏性土根据土的工程特性持殊性： 一般土、各种特殊土2 土的物理性质与工程分类 土的工程分类 土的分类标准 （ GBJ145-90）源于美国 A. Casagrande(1948)分类，流行于欧美，我国据此制订国标主要特点 (1) 首先将土粒划分为：巨粒土、粗粒土和细粒土(2) 粗粒土分为：砾类土和砂类土，并根据细粒含量和级配细分(3) 细粒土：则根据其在塑性图上的位置细分建筑地基土分类 建筑地基基础设计规范 (GB50007) 岩土工程勘察规范 (GB50021)

14、公路桥涵地基土分类 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85公路路基土分类 公路土工试验规程 (JTJ051 93)水利系统 SL237-001-1999分类2 土的物理性质与工程分类 土的工程分类土体总的分类体系粗粒土按颗粒组成分类黏性土按塑性指数分类 土的分类标准 （ GBJ 145-90）黄土、膨胀土、红黏土、冻土、盐渍土等特殊土2 土的物理性质与工程分类 土的工程分类（ 1）巨粒土和含巨粒土分类按土中所含粒径大于 60mm的巨粒组含量来划分巨粒土和含巨粒土巨粒土 含巨粒组质量多于总质量的 50含巨粒土 巨粒组质量为总质量的 15 50巨粒组质量少于总质量 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（ 2）粗粒土分类粗粒土： 粒径大于 0.075mm的粗粒组质量大于总质量的 50粗粒土又分：砾类土、砂类土砾类土：粒径大于 2mm的砾粒组质量多于总质量的 50砂类土：粒径大于 2mm的砾粒组质量少于或等于总质量 502 土的物理性质与工程分类 土的工程分类（ 3）细粒土分类粒径小于 0.075mm的细粒组质量大于或等于总质量 50细粒土再细划分：细粒土：试样中粗粒组质量少于总质量的 25含粗粒的细粒土：试样中粗粒组质量为总质量的 25 50有机质土：土样中含部分有