第三章 土的物理性质与工程分类

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1、土土力力学学 土的物理性质在一定程度上决定了它的力学性 质，其指标在工程计算中常被直接应用。 对种类繁多、性质各异的土，按一定的原则， 进行分门别类，给出合适的名称，可以概略评 价土的工程性质。第一节 土的基本物理性质 第二节 粘性土的稠度与可塑性 第三节 土的透水性 第四节 土的工程分类第三章 土的物理性质与工程分类土土力力学学第一节 土的基本物理性质 土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互 比例关系及固、液二相相互作用表现出来的性质 。 前者称为土的基本物理性质，主要研究土的密实 程度和干湿状况； 后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及透水性 等。 土土力力学学一、土粒密度 土粒密度是指

2、固体颗粒的质量与其体积之比，即单 位体积土粒的质量。 土粒密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙 大小和含水多少无关，它的数值一般在 2.602.80g/cm3之间（表3-1）。 土粒比重 Gs 土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4C时 的质量之比。无量纲。 土土力力学学二、土的密度与重度 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 天然状态下单位体积土的质量，称天然密度，即 ： 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。土土力力学学2、干密度 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，即

3、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/cm3之间。 3、饱和密度 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的单位体积土的质量 ，即土土力力学学 工程上常用重度指标，它指单位体积土的重量， kN/m3。 天然重度、干重度d及饱和重度sat 另外，处于地水位以下的有效重度常特称为土的浮 重度，等于土的饱和重度减去水的重度（w），即 ： 对于同一种土来讲，土的天然重度、干重度、饱和 重度、浮重度在数值上有如下关系： 土土力力学学三、土的含水性 1、含水量 含水量指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比 ，以百分数表示，

4、又称土的含水率。 一般所说的含水量指的是天然含水量。 土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水 量wsat。 饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多 少。又能反映土的孔隙率大小。 土土力力学学2、饱和度 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。 或天然含水量与饱和含水量之比： 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% 饱和的土土力力学学四、土的孔隙性 土中孔隙大小、形状、分布特征、连通情况与总体 积等，称为土的孔隙性。其主要

5、取决于土的颗粒级 配与土粒排列的疏密程度。 1、孔隙度 孔隙度又称孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体 积之比，用百分数表示。 土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度 常小于粘性土的孔隙度。 土的孔隙度一般为2752%。新沉积的淤泥，孔隙度 可达80%。 土土力力学学2、孔隙比 孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值 ，用小数表示， 土的孔隙比说明土的密实程度，按其大小可对砂土或 粉土进行密实度分类。在岩土工勘察规范（ GB50021-94）中，用天然孔隙比来确定粉土的密实度 。 e0.9 稍密 孔隙度与孔隙比的关系为 土土力力学学3、砂土的相对密度 砂土的密实程度还可用相对密度（

6、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。土土力力学学标准贯入试验锤击 数N63.5密实度N63.510松散1030密实天然状态砂土的密实度土土力力学学五、指标之间的关系 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。 由实测指标换算求取六个导出指标可直接用简单的 数学演算方法，如：土土力力学学土的三相指标之间可以进行换算，换算的一般方法是：根据上述关系及各指标的定义可以进行推导（3-16）- （3-21）各推导公式。 土土力力学学土土力力学学推导公式： 干密度的定义公式 令Vs=1，则由孔隙比的定义可得 由土粒比重的定义可得 把（2）、

7、（3）代入（1）得土土力力学学第二节 粘性土的稠度与可塑性 粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出 来的物理性质。 土土力力学学一、粘性土的稠度状态 粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度，称为稠 度。 因含水多少而呈现出的不同的物理状态称为粘性土的 稠度状态。 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。 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。 流态：含水量继续增加、粒间主要为液态水占据，连 结极微弱，几乎丧失抵抗外力的能

8、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。 土土力力学学二、界限含水量稠度界限缩限塑限液限 0固态 半固态 可塑状态 流动状态 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液性界限wL和塑性界限wp 液性界限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的含 水量，简称液限 wL 粉土的液限在3238%之间，粉质粘土为3846%，粘土 为4050%。 塑性界限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的 含水量，简称塑限 wp 常见值为1728%土土力力学学 液性指数IL反映土的天然含水量与界限含水量之间 的关系，工程

9、上用来表示土的稠度状态。pL0-pL-p土土力力学学土土力力学学三、粘性土的可塑性 当粘性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。 wL和wp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=wL-wp 1994年国家标准岩土工程勘察规范按塑性指数IP 将粘性土分为两类，IP17为粘土，17IP10为粉质 粘土，IP10为粉土或砂类土。 土土力力学学例题：从某地基取原状土样，测得土的液限wL=47% ，塑

10、限wp=18%，天然含水量w=40%，问地基土是什 么土，处于什么状态？ 解： 1.求塑性指数：2.求液性指数：3.Ip 17，该地基土为粘土； 4.查表3-4， 1.0IL0.75，得土处于软塑状态。土土力力学学第四节 土的工程分类一、工程分类的一般原则和类型 基本原则：所划分的土类能反映土性质的变化规律 。土的工程分类总起来可以归纳为三级分类 土的第一级分类是成因类型分类如岩土工程勘察规范将土按堆积年代划分为三类 ：1. 老堆积土； 2.一般堆积土；3.新近堆积土。 土的第二级分类是土质类型分类 土的第三级分类是工程建筑类型分类土土力力学学二、土质分类简介 在实际工程应用中规定，土中粒径

11、d0.075mm（有的规范用0.1mm）的土粒质 量大于全部土粒质量的50%时称为粗粒土， 小于50%时称为细粒土。 粗粒土可以按粒径级配进一步细分。 细粒土多用塑性指数Ip或液限wL加塑性指数Ip 进行细分。土土力力学学（一）水利部分类（仅介绍塑性图的应用 ）CH：高液限粘土 CL：低液限粘土 MH：高液限粉土 ML：低液限粉土土土力力学学（二）建设部分类法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0.005

12、mm的颗粒质量大于总质量 30%土土力力学学1、碎石类土 碎石类土是粒径大于2mm的颗粒含量超过50%的土 土的名称颗粒级配及形状碎 石 土漂石圆形及亚圆 形为主粒径大于200mm的颗粒超过总 质量的50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆 形为主粒径大于20mm的颗粒超过总 质量的50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆 形为主粒径大于2mm的颗粒超过总 质量的50%角砾棱角形为主土土力力学学土的名称颗粒级配砂 类 土砾砂粒径大于2mm的颗粒占总质 量的2550%粗砂粒径大于0.5mm的颗粒超过总质 量50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒超过总质 量50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒超过总质 量85

13、%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒超过总质 量50%2、砂类土 砂类土是粒径大于2mm的颗粒含量不超过50%，粒径大 于0.075mm的颗粒含量超过50%的土。土土力力学学粉土 砂质粉土粒径小于0.005mm的颗粒不超过总质 量 10%粘质粉土粒径小于0.005mm的颗粒超过总质 量10%3、粉土 粉土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑 性指数Ip小于或等于10的土。4、粘性土 粘性土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑 性指数Ip大于10的土。 粘性 土粉质粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量占总质 量18-30%粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量大于总质 量

14、30%粘性 土粉质粘土10 17土土力力学学5、软土 软土是指主要由细粒土组成、孔隙比大（一般大于1.0）、 天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-20.5MPa-1）及强度低的土层。淤泥、淤泥质土及有机质土是最常见的软土类型1、淤泥： L e1.5 2、淤泥质土 ： L 1.060% 注：该分类方案按国标岩土工程勘察规范（GB50021-94）土土力力学学四、国标土的工程分类标准（GBJ145-90） 规定的土的野外鉴别方法土土力力学学第五节 土的压实性 土的压实是指土体在压实能量作用下，土颗粒克服粒 间阻力，产生位移，使土中孔隙减小，密度增加。一、细粒土的压实性 最优含水量：在击实 曲线中，峰值干密度 对应的含水量。 最大干密度1.41.61.82.00481216202428 含水量w（%）干 密 度 d（g/cm3）饱 和 曲 线图1-28 含水量干密度曲线土土力力学学 曲线表明，压实功能愈 大，得到的最优含水量 愈小，相应的最大干密 度愈高 对于同一种土，最优含 水量和最大干密度随压 实功能而变化 含水量超过最优含水量 以后，压实功能的影响 随含水量的增加而逐渐 减小