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1、第二章 土的物理性质及分类,2.1 概述,2.2 土的三相比例指标,2.3 黏性土的物理特性,2.4 无黏性土的密实度,2.7 土的分类,2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性,2.5 粉土的密实度和湿度,2.8 土的压实性,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,土体,次要作用,2.1 概 述,土的物理性质又在一定程度上决定了土的力学性质,2.2 土的三相比例指标,一类是必须通过试验测定的，称为直接指标（或基本指标） ，有： 含水率(water content; moisture content) 密度(density) 土粒比重(specific gravity of so
2、il particles)一类是根据直接指标换算的，称为间接指标（换算指标），有 孔隙比（void rate） 孔隙率（porosity） 饱和度（degree of saturation）,土的物理性质指标的分类,气,水,土粒,质量,体积,土的三项组成示意图,2.2.1 土的三相比例关系图,ms：土粒质量 mw：土中水质量 m：土的总质量 m=ms+mw,Vs：土粒体积 Vw：土中水体积 Va：土中气体积 Vv：土中孔隙体积 V：土的总体积,(1)土的密度和容重,密度,单位体积土的质量，用表示,定义：,单位：,Mg/m3或 g/cm3,表达式：,容重,定义：单位体积土的重量，用表示,单位：K
3、N/m3,表达式：,2.2.2 指标的定义,测定方法：环刀法,(2)土的比重Gs,定义：土的质量与同体积4时纯水的质量之比（无因次）。一般情况下，土粒比重等于土粒密度，但二者含义不同。表达式 ：,测定方法：比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重,（3）土的含水率w,含水率：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 表达式：,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100105下烘干，称干土的质量。,间接换算的物理性质指标,定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数
4、表示表达式：,（4）土的孔隙比e,（5）土中孔隙率n,定义：土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示表达式：,（6）土的饱和度Sr,定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示表达式：,（7）干密度d干容重d,定义：单位体积内土粒的质量或重量表达式：,土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。,（8）饱和密度sat与饱和容重sat,定义：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量 表达式：,（9）浮密度 与浮容重,定义：单位体积内土粒质
5、量与同体积水质量之差 表达式：,各种密度之间的比较:,2.2.3 指标的换算,气,水,土粒,质量m,体积V,V=1+e,Vv=e,Vs=1,土的三项物理指标换算图,e=VV/Vs,孔隙比与孔隙率的关系,干密度与湿密度和含水率的关系,孔隙比与比重和干密度的关系,饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系,当土饱和时，即为Sr=100则,饱和含水率,浮密度与比重和孔隙比的关系,土的三相比例指标换算公式 1,名称 符号 三相比例表达式 常用换算公式 单位,土粒比重,含水量,密 度,饱和密度,有效密度,干密度,g/cm3,g/cm3,g/cm3,g/cm3,kN/m3,名称 符号 三相比例表达式 常用换算公式
6、 单位,重度,干重度,饱和重度,孔隙比,孔隙率,有效重度,kN/m3,kN/m3,kN/m3,饱和度,土的三相比例指标换算公式 2,例题1.1,某工程地基勘探中，取原状50cm3，重95.15g，烘干后重75.05g，土粒比重为2.67 。,求：,解：,m = 95.15g,95.15,V = 50cm3,50,ms = 75.05g,75.05,20.1,20.1,28.11,Vv = 5028.11= 21.89cm3,21.89,Va = 21.8920.1= 1.79cm3,1.79,mw = 95.1575.05= 20.1g,质量（g),体积(cm3),95.15,50,75.05
7、,20.1,20.1,28.11,21.89,1.79,2、计算三相比例指标,=19.39-10=9.39kN/m3,某土料孔隙比e=0.9，饱和度Sr=40%， 如果在体积不变的情况下，使饱和度增加 到Sr=90%，问1m3土料中应加多少水。,体积(m3),1,加水后体积(m3),Vv+Vs=1m3,Vv=0.9Vs=0.474m3,0.474,0.526,加水前,加水后,0.19,0.43,所以1m3土加水量为,0.430.19=0.24(t),解：,1,0.526,例题1.2,同一种黏性土，含水量不同，可分别处于：固态半固态可塑状态流动状态,2.3 黏性土的物理特性,2.3.1 黏性土的
8、可塑性及界限含水量,黏性土由一种状态转移到另一种状态的界限含水量总称Atterberg 界限，有：缩限、塑限、液限。,流动状态,可塑状态,固体状态,半固体状态,刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动,外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状,水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩,含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂,体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡,含水量 减小,缩限,塑限,液限,1. 液限测定方法,76g圆锥体经5秒钟恰好沉入10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限WL值。有些研究认为沉入17mm深度与碟式结果同，公路
9、土工试验规程（JTJ051-93）采用100g圆锥体沉入20mm深度。,将碟子抬高10mm，使碟下落，连续下落25次后，如土槽合拢长度为13mm，这时试样的含水量就是液限。,2.塑限测定方法,即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，若土条搓到直径为3mm时恰好开始断裂，这时断裂土条的含水量就是塑限。,（1）搓条法,取代表性试样，加入不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重作用下经5秒后沉入试样的深度。以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度2毫米所对应的含水率为塑限。,（二）液塑
10、限联合测定法,2.塑限测定方法,把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干土样的体积并称量至0.1克，按下式计算,3.缩限测定方法：收缩皿法,液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）为塑性指数,塑性指数表示处于可塑状态时土的含水率可变化幅度。塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个综合性指标。一般地，塑性指数越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地分类指标,2.3.2 黏性土的物理状态指标,1. 塑性指数PI( plasticity index),2. 液性指数LI (liquidity index),粘性土即使具有相
11、同的含水率，也未必处于同样的状态，粘性土的状态用液性指数来判别。 液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。 黏性土根据液性指数值划分软硬状态。GB50007-2002分成五种状态（要记住！）,注意,由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重作用已有很长的历史，它获得了一定的结构强度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定会发生流动。含水率大于液限只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。,3. 天然稠度,2.3.3 黏性土的活动度、灵敏度、触变性,衡量黏土中所含黏粒矿物活动性的指标,A：黏性土的活动度； I
12、p：黏性土的塑性指数； m：粒径1.25,1. 黏性土的活动度,灵敏度 =,低灵敏,中灵敏,高灵敏,重塑土的无侧限抗压强度(kPa),原状土的无侧限抗压强度(kPa),2. 黏性土的灵敏度,表示土的结构性对强度影响的指标,灵敏度越高，土的结构性就越强，受扰动后对其影响大，挖基坑等工程应注意！,饱和黏性土的结构受到扰动，导致其强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而部分恢复。黏性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。,3. 黏性土的触变性,对无粘性土（碎石和砂石）来说，黏粒含量少、呈单粒结构、不具可塑性。其物理性质取决于土的密实状态。 无黏性土的密实度越高，压缩性越小，其工
13、程特性越好。 土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。尤其是饱和的粉砂、细砂，稳定性很差，在振动荷载下将发生液化。 表示无黏性土密实程度的指标是相对密实度。,2.4 无黏性土的密实度,无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、形状和级配的影响很大。因此即便两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状态。 在工程上一般用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度。它是用无粘性土自身最松和最密两种极限状态作为判别的基准。,2.4.1 无粘性土的相对密实度,相对密实度Dr 定义,定义（理论表达式）,定义（实用表达式）,emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算,emin无粘性
14、土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算,e无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比,dmax无粘性土的最大干密度,dmin无粘性土的最小干密度,d无粘性土的天然干密度或填筑干密度,无粘性土处于最密实的状态,无粘性土处于最松散的状态,在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：,由于测定最大、最小干密度存在人为因素，还有原状土的取样问题，造成即使对同一种土试验，结果离散性也很大。,还有其他划分标准。,1. 按天然孔隙比划分砂土密实度,2.4.2 无粘性土密实度划分的其它方法,2. 按标准贯入击数N划分砂土密实度,将63.5kg的穿心锤以76cm的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中30cm的锤击
15、数为N值。,标准贯入试验的N值,3. 按重型动力触探击数划分碎石土的密实度,（GB50007-2002）,4. 按野外鉴别方法划分碎石土的密实度,粉土为介于砂土（粉砂）和黏土（粉质粘土）之间的土类。 粉土中的粉粒（0.075mm0.005mm）和极细砂粒（0.075mm0.01mm）占绝对优势，黏粒和大于0.1mm砂粒的含量极少。易于液化，这方面与砂土类似，又易于湿陷、冻胀，这方面与黏土类似。 过去对土分类没有粉土，现行国标建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002）和岩土工程勘察规范（GB 50021-2001）把原亚砂土和轻亚黏土归于粉土一类（砂质粉土、黏质粉土）。 山区重力堆积风力堆积的黄土和黄土状土，大多为粉土，具有大孔结构及一定的湿陷性；水力堆积的饱和粉土（广泛分布于冲积平原、河流三角洲、沿海平原、湖积平原），极易振动液化。,2.5 粉土的密实度和湿度,2.5.1 粉土的概念,岩土工程勘察规范（GB50021-2001）规定：粉土的密实度和湿度根据孔隙比e和含水量w(%)划分，如下表。,2.5.2 粉土的密实度和湿度,膨胀土一般强度高、压缩性低，易被误认为是建筑性能较好的土。 膨胀性强弱指标：,
