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1、土力学土力学地基与基础教研室地基与基础教研室土的物理性质及分类第第 2 2 章章2土的物理性质及分类本章内容本章内容n n2.1 2.1 概述概述n n2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标n n2.32.3粘性土的物理特征粘性土的物理特征n n2.42.4无粘性土的密实度无粘性土的密实度n n2.52.5粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度n n2.62.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性n n2.72.7土的分类土的分类2土的物理性质及分类2.1 概述土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬程度土的物理性质指标 (松密程度、干湿程度、轻重程度)力学特性影
2、响表 示？2土的物理性质及分类2.1 概述土的三个组成相的体积 和质量上的比例关系松密程度 干湿程度 轻重程度特点: 指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义基本方法:三相草图法2土的物理性质及分类水气土粒 VaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.2.1土的三相比例关系图2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标已知关系五个:共有九个参数: V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m剩下三个独立变量物性指标是比例关系: 可假设任一参数为1,如
3、Vs对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量实验室测 定其它指 标水气土粒 VaVwVsVv Vma=0mwmsm质量体积2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.2.2指标的定义1.室内测定的三个基本物理性质指标 土的密度、土粒相对密度（土粒比重）、土的含水量土粒相对密度定义: 土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值表达式:单位: 无量纲土粒比重一般范围: 粘性土 2.702.75砂 土 2.65比重瓶法测 定2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标土的含水量定义: 土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示。表达式:注意: 其实是含水
4、比, 可达到或超过100烘干法测定土的密度定义: 单位体积土的质量表达式:单位: kg/m3 或 g/cm3一般范围: 1.602.20 g/cm3相关指标:土的重度： =g工程上更常用,用于计算 土的自重应力环刀法测定2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2、特殊条件下土的密度干密度定义：土单位体积中固体颗粒部分的质量表达式:相关指标:土的干重度 ：饱和密度定义：土孔隙中充满水时的单位体积质量表达式:相关指标:土的饱和重度 ：2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标浮密重或有效密度定义：在地下水位以下，单位土体积中土粒的质量与同体积水
5、的质量之差。表达式:相关指标:土的浮重度 ：各密度、重度之间的关系3、描述土的孔隙体积相对含量的指标孔隙比定义：土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比表达式:2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标孔隙率 定义：土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数计。表达式:饱和度定义：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分数计表达式:饱和度表示孔隙中充满水的程度Sr=0 : 干土 Sr=1 : 饱和土2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.2.3 指标的换算设：推导：2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相
6、比例指标要点从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导2土的物理性质及分类2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标土的三个组成相的体积和质量上 的比例关系松密程度 干湿程度 轻重程度特点: 指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义基本方法:三相草图法室内测定的三个物理性质指标 土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观 理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标 v表示土中孔隙含量的指标 v表示土中含水程度的指标 v表示土的密度和容重的指标三相草图可用于确定 物性指标之间的关系三相草图法是求取物
7、 理性质指标的简单而 有效的方法小结2土的物理性质及分类土的物理状态指标土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬程度土的物理性质指标 (三相间的比例关系)力学特 性影响表 示无粘性土 砂类土 碎石土2土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征2.3.1粘性土的可塑性及界限含水量粘性土的稠度反映土中水的形态强结合水膜最大出现自由水固态 半固态塑态 流态 稠度状态强结合水弱结合水自由水土中水的形态w含水量塑限wp液限wl稠度界限缩限ws搓条法锥式液限仪2土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征2.3.2粘性土的物理状态指标相对稠度即使含水量相同，稠度可能不同液性指数对不同的粘土，wP、wL 大小
8、不同对同一种粘土，含水量可反映其稠度 问题：吸附弱结合水的能力，大 致反映粘土颗粒含量、粘 性大小塑性指数常作为细粒土工程分类的依据2土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征问题：仅适用于重塑土定义 ：IL1坚硬状态 可塑状态 流 态0.00 0.25 0.25 - 0.75 0.75 1.00硬塑 可塑 软塑wpwwL天然稠度定义：指原状土测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比可以用来划分路基的干湿状态2土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征2.3.3粘性土的结构性和触变性m: 粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比A 1.25非活性粘 土 正常粘土 活性粘土活动度灵敏度
9、原状土结构性相同含水量 密度、组成粉碎 重塑重塑土强度降低相同含水量、密度=原状土的无侧限抗压强度 重塑土的无侧限抗压强度2土的物理性质及分类低灵敏（14）灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈多2.3粘性土的物理特征触变性 土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。 含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。 目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。2土的物理性质及分类2.4无粘性土的密实度2.4.1砂土的相对密实度 密实度如何衡量?单位体积中固体颗粒含量的多少或孔隙含量 的多少优点：简单方便缺点
10、：不能反映级配的影响，只能用于同一 种土 对 策相对密实度干容重d或孔隙比e或孔隙率nemin = 0.35emin = 0.202土的物理性质及分类2.4无粘性土的密实度emax: 最大孔隙比；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emin: 最小孔隙比；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注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难相对密度： Dr = 1 , 最密状态Dr = 0 , 最松状态Dr 1/3 , 松散状态1/3 2/3 , 密实
11、状态2土的物理性质及分类2.4无粘性土的密实度2.4.2无粘性土密实度划分的其他的方法1、砂土按天然孔隙比划分；2、砂土按标准贯入击数划分；3、碎石土按重型动力触探击数划分；4、碎石土的野外鉴别。2土的物理性质及分类2.5粉土的密实度和湿度2.5.1粉土的概念：介于砂土和粘性土之间的土类。砂粒（20.075） 粉粒（0.0750.005） 粘粒（小于0.005）历史上粗粒组下限：0.005 实验繁琐 0.1 未含细粒组砂土粗粒组下限:0.075现行规范：粉土为粒径0.075mm的颗粒含量不超过全重的 50、塑性指数 的土。2.5.2粉土的密实度和湿度密实度：根据孔隙比划分为：密实、中密、稍密。
12、湿度：根据含水量划分稍湿、湿、很湿。2土的物理性质及分类2.6.1土的胀缩性指吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。膨胀土的特点：2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性自由膨胀率：规范的规定：膨胀土的自由膨胀率2.6.2土的湿陷性定义、湿陷的内外在原因： 湿陷性黄土的湿陷系数：规范的规定：2土的物理性质及分类2.6.3土的冻胀性：冻胀性的定义2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性级：不冻 级：弱冻胀 级：冻胀 级：强冻胀 级：特强冻胀冻胀分类：平均冻胀率 ：2土的物理性质及分类2.7土的分类标准2.7.1分类原则简明、工程特性差异建筑工程系统：侧重于把土作为建筑地基和环境原状土工程材料系统：侧重于把土作为建筑材
13、料 扰动土1、巨粒土和粗粒土的分类标准2、细粒土的分类标准2.7.2 建筑地基土的分类建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法： 1、按沉积年代和地质沉积划分2、按颗粒级配（粒度成分）和塑性指标划分2土的物理性质及分类碎石土土的名称 颗粒形状 粒组含量漂石 块石圆形及亚圆形为主 棱角形为主粒径大于200mm的颗 粒超过全质量50%卵石 碎石圆形及亚圆形为主 棱角形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主圆砾 角砾粒径大于20mm的颗 粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗 粒超过全质量50%2.7土的分类标准2土的物理性质及分类砂土土的名称 粒组含量 粒径大于2mm的颗粒 占全质量25 -
14、50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于0.5mm的颗 粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗 粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的 颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量50%2.7土的分类标准2土的物理性质及分类2.7土的分类标准粉土粒径大于0.075mm的颗粒 含量小于全质量50%而塑 性指数Ip10的土塑性指数Ip10的土粘性土1017的土粘土粉质粘土其他 湿陷性黄土、红粘土、软土、填土等2土的物理性质及分类2.7土的分类标准2.7.3公路桥涵地基土的分类公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85）公路桥涵地基与基础设计规范（报批稿）（JTGD63- 2007）与建筑地基基础设计规范相同2.7.4公路路基土的分类公路土工试验规程（JTJ 051-93）公路土工试验规程（JTG E40-2007）10.1施行2土的物理性质及分类本章结束
