土质土力学03土的物理性质

《土质土力学03土的物理性质》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土质土力学03土的物理性质（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、3 土的物理性质,土的工程性质主要指土的物理性质和力学性质。 土的物理性质是指组成土的各部分之间的数量比例关系、性质、相互之间的作用关系等不同所引起的各种物理状态。 土的力学性质是指土在外力作用下所表现出来的性质（变形和强度）。,3 土的物理性质,物理性质分为基本物理性质和水理性质： 土的固、液（水）、气三相在质量和体积之间的相互比例关系称为土的基本物理性质，主要反映在土的密实程度和干湿状况等。 液相（水）水与固相之间的相互作用所表现出来的性质称为土的水理性质，主要研究土的稠度与塑性、土的膨胀性与收缩性、土的透水性和毛细性等。,3 土的物理性质,土的物理性质与力学性质的关系： 土的固体骨架是决

2、定土的性质的本质因素，而土中固、液相之间的相互作用以及液相在质和量上的变化，都会引起土的性质发生各种变化，直接影响土的力学性质。,3 土的物理性质,3.1 土的基本物理性质 3.2 细粒土的稠度和可塑性 3.3 土的膨胀性与崩解性 3.4 土的透水性和毛细性,3 土的物理性质,3.1 土的基本物理性质 土的基本物理性质包括土的质量、土的含水性和土的孔隙性和密实性，它们反映了土的三相组成之间的比例关系、松密程度和干湿程度。土的基本物理性质取决于组成土的三相之间在质量和体积上的比例关系。 通常用一些数值来描述土的基本物理性质，称为土的基本物理性质指标。,3 土的物理性质,为了研究方便，通常将各相组

3、成在土中所占的质量和体积用一个简化模型表示（土的三相组成模型，将分散的各部分理想化地分别集中在一起）（下右图），并用相应的符号表示各组成部分及其质量和体积。,3 土的物理性质,以质量计： 空气质量 ma 0 水质量 mw 土粒质量 ms 总质量 m= mw + ms 以重量计：W=mg,以体积计： 空气体积 Va 水体积 Vw 土粒体积 Vs 总体积 V=Vv +Vs 孔隙体积 Vv,ma(0),mw,ms,m,Va,Vw,Vs,Vv,V,土的三相图,质量 mass,体积 volume,S,W,A,3 土的物理性质,土的三相图,一、土的质量和重量,1、土粒密度,土粒密度定义：土粒质量与土粒体积

4、之比 单位：g/cm3、t/m3,ma(0),mw,ms,m,Va,Vw,Vs,Vv,V,质量 mass,体积 volume,S,W,A,3 土的物理性质,土粒比重定义：土粒质量与同体积4C水的质量之比。 无量纲,土粒比重,3 土的物理性质,土粒比重与土粒密度在数值上是相等的。 一般土的土粒密度值见下表：,3 土的物理性质,土粒密度是实测指标，小于5mm的土颗粒采用比重瓶法，等于、大于5mm的土颗粒采用浮称法和虹吸管法测定。粗细混杂的土，采用相应的方法测定土粒密度后取质量加权平均值作为整个土的土粒密度。具体试验方法及技术要点见土工试验方法标准GB/T50123-1999。,3 土的物理性质,2

5、、土的密度 （1）质量密度,（2）重力密度（重度、容重 ）,密度和重度综合反映了土的物质组成与结构,ma(0),mw,ms,m,Va,Vw,Vs,Vv,V,质量 mass,体积 volume,S,W,A,3 土的物理性质,对天然土，在保持天然结构和保持天然含水量的情况下测得的密度称为土的天然密度（通常所说的密度即指天然密度），相应的重度为天然重度，以区别于其他条件下的密度。,3 土的物理性质,土的密度是实测指标，可采用环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等方法测定。 环刀法适用于细粒土，蜡封法适用于易破裂土和形状不规则的坚硬土，灌水法和灌砂法适用于现场测定粗粒土的密度。,环刀,3 土的物理性质,（3

6、）饱和密度(重度),ma(0),mw,ms,m,Va,Vw,Vs,Vv,V,质量 mass,体积 volume,S,W,A,w,3 土的物理性质,干密度是表征结构松密程度的指标，与含水量无关,（4）干密度（重度）,ma(0),mw,ms,m,Va,Vw,Vs,Vv,V,质量 mass,体积 volume,S,W,A,a,土的干密度越大，土越密实，强度越高，水稳定性越好。土的干密度常用作填土密实程度施工控制指标。,3 土的物理性质,（5）各密度的关系 土的密度与土的干密度和饱和密度的关系是： 当土在天然状态下为干燥时，测得的密度为干密度，饱和时（土处于地下水位面附近及以下）为饱和密度。,3 土的

7、物理性质,(6) 土的有效重度（浮重度） 当土浸没在水中时，其颗粒会受到浮力的作用，土体所受的重力应扣除浮力。计算地下水位以下土层的自重应力时应当考虑浮力的影响，此时采用有效重度计算。 有效重度是扣除浮力以后的颗粒所受重力与土的总体积之比，用表示，有效重度又称为浮重度（浮容重）。有效重度除于重力加速度称为土的有效密度（浮密度），用表示。计算式为： 土的有效重度的影响因素与土的密度相同。,3 土的物理性质,2土的含水性 土的含水性是指土的含水情况，说明土的干湿程度。 可用土中含水的质量来表示，也可用水充填孔隙的程度表示。,3 土的物理性质,(1) 土的天然含水量（含水率）,用百分数表示 实测指标

8、（烘干法）,含水量与土的结构、物质成分、土所处的环境等有关。如，砂土的含水率为040%，黏性土20100%，泥炭有时可达400%以上。,3 土的物理性质,(2) 土的饱和度（相对含水率）,用小数表示 计算指标,饱和度反映了孔隙被水充满的程度。干燥时Sr=0，完全饱和时Sr=1。 根据饱和度可对砂土和粉土进行湿度划分： Sr0.5为稍湿的； 0.50.8为饱和的。,3 土的物理性质,3土的孔隙性 孔隙是土的重要结构特征之一。土的孔隙性是指土中孔隙的大小、形状、分布特征、连通情况及总体积等。土的孔隙性主要取决于土的粒度成分和土粒排列的紧密程度。孔隙性的评价指标包括孔隙度、孔隙比、相对密实度等。,3

9、 土的物理性质,(1) 孔隙比,用小数表示 计算指标,孔隙比常用以表示土的密实程度，并用于计算地基沉降量。e越大，孔隙越发育，结构越松散。 粉土按孔隙比e的分类： 密实（e0.75）； 中密（0.75e0.90）； 稍密（e0.90）。,3 土的物理性质,(1) 孔隙度（孔隙率）,用百分数表示 计算指标,孔隙比与孔隙度的关系：,3 土的物理性质,4物理性质指标之间的换算 土的基本物理性质指标可分为两类： 一类是实测指标，主要是土粒密度s、土的天然密度和土的天然含水率； 另一类是计算指标，包括干密度d、有效密度、饱和密度sat 、孔隙比e、孔隙度n、饱和度Sr。,3 土的物理性质,计算指标可以利

10、用实测指标计算可得。计算方法有两种： 第一种方法是：根据指标间的换算公式计算，适用于批量计算，不存在累计误差。通常已知三个指标就可以计算出第四个指标。各指标间的换算关系（换算公式）见教材。 第二种方法是利用三相草图，由实测指标先计算出三相草图中的各项体积和质量数值，再按照计算指标的定义式求出各指标值。物理概念明确，但不适合批量计算，计算过程中存在舍入误差。,3 土的物理性质,5土的物理性质指标计算算例 例：在某住宅地基勘察中，已知一个钻孔的原状土试样结果为：土的密度=1.80g/cm3，土粒比重G=2.70，土的含水率=18.0%。求其余6个指标。,3 土的物理性质,解：利用三相草图计算。步骤

11、如下： （1）绘制三相草图； （2）设土样总体积V=1cm3； （3）由=m/V=1.80g/cm3，计算得m=1.80g； （4）由=m /ms=0.18，得m=0.18ms；又m +ms=m=1.80g，得ms=1.525g，m=0.275g ； （5）V=0.275cm3； （6）由G=ms/Vs=2.70，计算得Vs=0.565cm3； （7）Vn=V-Vs=0.435cm3，Va=Vn-V=0.160cm3；,3 土的物理性质,（8）根据其他物理性质指标的定义式可得： 孔隙比e=Vn/Vs=0.77； 孔隙度n=Vn/V=43.5%； 饱和度Sr=Vw/Vn=0.632; 干密度d=

12、ms/V=1.525g/cm3；干重度d=15.25KN/m3； 饱和密度sat=1.96g/cm3 ；饱和重度sat=19.6KN/m3 ； 有效密度=0.96g/cm3 ；有效重度=9.6KN/m3 ；,3 土的物理性质,作业一： 某住宅工程地质勘察中取原状土做试验。用天平称50cm3湿土质量为95.15g，烘干后质量为75.05g，土粒比重2.67。计算此土样的天然密度、干密度、饱和密度、有效密度、天然含水率、孔隙度、孔隙比以及饱和度。 作业二： 一工厂车间地基表层为厚1.2m的杂填土，第2层为厚5m的黏性土，地下水位埋深1.8m。在黏性土中部取土样做试验，测得天然密度=1.84g/cm

13、3，土粒比重G=2.67。计算此土的干密度、天然含水率、孔隙度和孔隙比。,3 土的物理性质,6碎石土和砂土的密实度 砂土的密实度对砂土的工程性质具有重要影响。密实的砂土具有较高的强度和较低的压缩性，是良好的建筑物地基；但松散的砂土，尤其是饱和松散砂土，不仅强度低，而且水稳定性很差，容易产生液化和流沙等工程事故。 对砂土评价的主要问题是正确地划分其密实度。碎石土的性质较好。孔隙比、相对密实度和触探贯入击数是描述碎石土和砂土密实程度的主要指标。 关于孔隙比，前面已述及。下面只介绍相对密实度和触探贯入击数。,3 土的物理性质,(1) 砂土的相对密实度定义为： 其中，Dr砂土的相对密实度；e土的天然孔

14、隙比；emax土的最大孔隙比（最松散时的孔隙比）；emin土的最小孔隙比（最密实时的孔隙比）。 砂土的相对密实度也是反映砂土密实程度的指标，可以通过试验测定。 砂土的相对密实度试验是砂土的最小干密度和最大干密度试验。最小干密度试验采用的是漏斗法和量筒法；最大干密度试验采用振动锤击法。通过干密度计算emax和emin，再计算相对密实度Dr。,3 土的物理性质,由砂土相对密实度计算公式可以看出，当天然孔隙比接近最大孔隙比时，Dr趋近于0，说明砂土天然状态下接近最松散状态；当天然孔隙比接近最小孔隙比时，Dr趋近于1，说明处于最紧密状态。 根据砂土相对密实度进行砂土的密实度分级： 00.33为松散砂土

15、； 0.330.67为中等密实砂土； 0.671为密实砂土。 土的最大孔隙比与最小孔隙比与颗粒大小和级配存在一定的关系：随着粒度的增大，最大孔隙比与最小孔隙比都相应地减小；级配良好的砂土与级配不良的相比，最大孔隙比增大，最小孔隙比减小。,3 土的物理性质,(2) 标准贯入击数 理论上来说，用相对密实度进行砂土密实度划分是比较合理的，但由于测定砂土的最大孔隙比和最小孔隙比的试验方法的缺陷，试验结果与实际常存在较大的出入；同时，由于很难取得地下水位以下的原状砂土样，砂土的天然孔隙比很难准确测定。因此，相对密实度的应用受到一定的限制。所以，在工程实际中，通常采用标准贯入击数来划分砂土的密实度。,3 土的物理性质,标准贯入试验是用规定的锤种（63.5kg）和落距（76cm）将标准贯入器（带有刃口的对开管，外径50mm，内径35mm）打入土中，记录贯入一定深度（30cm）所需的锤击数N值的一种原位测试方法。 标准贯入击数反映了土层的松密和软硬程度，是一种简便的、常用的测试手段。岩土工程勘察规范（GB50021-2001）规定，砂土的密实度应按照标准贯入锤击数N划分： 密实（N30）； 中密(15N30)； 稍密(10N15)； 松散（N10）。,3 土的物理性质,(3) 圆锥动力触探锤击数 对于碎石土，通常采用圆锥动力触探锤击数N63.5或N120来划分起密实度。,