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1、土力学,地基与基础教研室,土的物理性质及分类,第 2 章,本章内容,2.1 概述 2.2 土的三相比例指标 2.3粘性土的物理特征 2.4无粘性土的密实度 2.5粉土的密实度和湿度 2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 2.7土的分类,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,影响,表示,？,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
2、.2 土的三相比例指标,2.2.1土的三相比例关系图,2.2 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,2.2 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
3、.2 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,2.2 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：,2.2 土的三相比例指标,浮密重
4、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 的质量之差。,表达式:,相关指标:土的浮重度：,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:,2.2 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,2.2 土的三相比例指标,2.2.3 指标的换算,设：,推导：,2.2 土的三相比例指标,要点,从物理意义上理解指标间的关系
5、不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导,2.2 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 表示土中孔隙含量的指标 表示土中含水程度的指标 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理性质指标的简单而有效的方法,小结,土的物理状态指标,土的物理状态 粗
6、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,2.3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,w,搓条法,锥式液限仪,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,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,2.3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.
7、75 1.00,硬塑 可塑 软塑,wp,w,wL,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,2.3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,活动度,灵敏度,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,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
8、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。,2.4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：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n,emin = 0.35,emin = 0.20,2.4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
9、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 , 密实状态,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。,2.5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
10、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。 湿度：根据含水量划分稍湿、湿、很湿。,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：,2.6.3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
11、分类：,平均冻胀率：,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,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
12、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,砂土,土的名称 粒组含量,粒径大于2mm的颗粒占全质量25 - 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,2.7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,10Ip17的土,Ip17的土,粘土,粉质粘土,其他,湿陷性黄土、红粘土、软土、填土等,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,本章结束,
