土的基本性质与简易土工试验

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1、土的基本性质与简易土工试验,一、土的基本性质 (一）概述 1、土的定义：土是地表岩石经过长期风化的产物，是各种矿物颗粒组成的松散颗粒集合体。所以土的定义是相当广泛的，它不仅包括粘土、粉土，还包括了砂、砾，甚至卵石、漂石，必须说明，我们这一课涉及的内容如定义、分类、试验规程等，仅适用于各类工程用土，而不适用于混凝土所用的砂、石料等。所谓工程用土指的是：工程勘察、建筑地基、路堤填料和地基处理等所涉及的土类。,土的基本性质与简易土工试验,2、参用的规范有：国标土工试验方法标准（GB/T501231999）、土的工程分类标准（GB/T50145-2007）、水利行业标准土工试验规程（SL237-199

2、9）、公路行业标准公路土工试验规程（JTJE40-2007）、铁路行业标准铁路工程试验方法（TBJ102-96）、以及电力行业标准水电水利工程土工试验规程（DL/T53552006）等。,土的基本性质与简易土工试验,3、土的基本性质：与其它连续介质相区别最主要的特征，就是土的散体性和多孔性。所谓散体性是指土是松散颗粒的集合体，颗粒之间的联结强度远比颗粒本身强度为小，甚至完全没有联结。所谓多孔性是指在一般情况下，土的颗粒间有大量的孔隙，而孔隙中通常有水和空气，而土中水和空气的含量会随着外部条件的变化而变化。,土的基本性质与简易土工试验,4、土的主要特点：复杂性、易变性。土的种类繁多，分布复杂，性

3、质各异。复杂性首先表现在土的成因不同，由于成土母岩不同和风化历史，形成原因的不同，在自然界中，同一地点，地基中可能埋藏多种土层，同一土层的土质也因其所处环境的不同而有所差异，所以绝对不能认为只要有一个土名就能概括该种土的全部性质指标，这种复杂性甚至反映在各行业的规范中，如水利、公路、铁路、建筑等，各行业的规范中土的分类、定名，甚至与国标不同，至今还不统一。,土的基本性质与简易土工试验,土的易变性表现在同一种土，它的性质（包括它的强度、变形模量、以及它的物理状态等）都会因外界的温度、湿度、外力作用等的影响而发生显著变化。这是由土的基本性质所决定的，与其它材料相比土的易变性进一步导致了土的工程性质

4、的复杂性。,土的基本性质与简易土工试验,例如钢材重复受力，在一定极限范围内，它的承载力是不变的，每次重复受力的变形也都是不变的。 而软土地基重复受力，由于土的排水因素，（也就是土中的孔隙、水、空气的含量发生变化）而导致它的承载力发生变化，而每次重复受力的变形也都不一样。又如淤泥，含水量大的时候是可塑甚至流塑状态的，强度很低，人站上去脚会陷进去，太阳晒干后就变成了固态，强度也提高了，人可以站上去。这就是由于含水量变化而导致土的物理状态的变化和强度的变化。,土的基本性质与简易土工试验,某些特殊土类，甚至含水量没有变化，仅仅是由于土颗粒内部结构的破坏也会导致土的性质发生根本的变化。 例如： 一般土

5、St2-4 灵敏土 St4-8 高灵敏土 St8 加拿大的Lead Clay St100,土的基本性质与简易土工试验,(二)土的组成 1、土的组成 我们前面已经说过，土是松散的矿物颗粒的集合体，它是由固体、液体和气体三部分所组成。也称为土的三相系。 固体部分即为土粒，由矿物颗粒及有机物组成，这一部分构成土的骨架或称为土的结构，骨架中布满了许多孔隙，孔隙为液体、气体所分据。水及其溶解物构成土中液体部分。空气及其它一些气体构成土中的气体部分，这些组成部分之间的数量比例关系和相互作用，决定了土的物理力学性质。,土的基本性质与简易土工试验,土的各组成部分的数量比例随土所存在的具体条件的不同而变化，干土

6、的孔隙中仅含有空气，饱和土的孔隙中则全充满水，干土和饱和土都属于二相土，而湿土的孔隙里既有空气又有水，属三相土。,土的基本性质与简易土工试验,2、土的物理性质指标 为了便于说明各种物理性质指标的定义和它们之间的相互关系，我们常利用所谓土的三相图把土体中的土颗粒、液体、气体等三相物质分开表示，如图(1)所示， 图中m代表质量，v代表体积，脚标，a、w、s和v分别表示气、水、土粒和孔隙，如ms就表示土粒的质量，Vv表示孔隙的体积。,土的基本性质与简易土工试验,土的物理性质指标就是表示土中三相比例关系的一些物理量。 土的物理性质指标可分类为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度、土粒比重；另

7、一类可通过测定的物理性质指标和土的三相图关系换算。,土的基本性质与简易土工试验,（1）土粒比重（Gs） 土粒比重是土粒的质量与同体积4时纯水的质量之比，,其中 w4时纯水的密度：1g3 土粒比重需通过试验测定，通常在室内用比重瓶法测定，它实际上是相对密度的概念，是一个无因次的量，即是一个没有单位的数值。砂土一般为2.65，粘土为2.75。 土工试验中粗颗粒土的比重，实际上是视比重，也就是说土粒的体积是包括土粒内封闭空隙体积在内的。,土的基本性质与简易土工试验,（2）含水率（W） 土的含水率是土在（105110）下烘至恒量时所失去的水分质量mw与土粒质量ms的比值，以百分数计,含水率表示土中所含

8、水分的多少，反映土的干湿状态，它是土的一个重要指标，需由试验测定，通常以烘干法为准。,土的基本性质与简易土工试验,（3）土的湿密度() 土的湿密度是单位体积的土的质量，这一指标反映了土的密实状态，它的单位为g/3 土的湿密度也常简称为土的密度，即土由土粒、水及空气三相组成时的密度,土的湿密度也是土的一个基本指标，通常用环刀法测定，易破裂的土和形状不规则的坚硬土可用蜡封法，现场测定可用试坑灌水法、灌砂法。,土的基本性质与简易土工试验,（4）干密度（ d）,土的干密度是单位体积的土中，土粒（干土）的质量,干密度是控制填土施工质量的一个指标.,土的基本性质与简易土工试验,（5）土的孔隙比(e) 孔隙

9、比和孔隙率都是表示孔隙在土中所占的相对体积的指标。它也反映土的紧密程度。 孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，是一个无因次量,按岩土工程勘察规范 e0.75 密实 0.75e0.9 中密 e0.9 稍密,土的基本性质与简易土工试验,（6）孔隙率 孔隙率是土中孔隙体积与土的整个体积之比，也就是单位体积的土体中孔隙所占的体积，常以百分数表示：,孔隙比与孔隙率之间的换算关系为,土的孔隙比越大，土的压缩性和透水性就越大，而其强度就越小，因而工程上常用它判定土的密实程度和土的工程性质。,土的基本性质与简易土工试验,（7）土的饱和度（Sr） 土的饱和度是指土孔隙中水的体积占全部孔隙体积的百分比,它可以用以

10、判定土的干湿程度，土的干湿程度对细、粉砂的强度很有影响，因为饱和的细、粉砂在振动或渗流下容易丧失其稳定性，所以对砂土的湿度，按其饱和度可划分为三种状态 稍湿 Sr50、 湿50Sr80、 和饱和 Sr 80,土的基本性质与简易土工试验,以上介绍了7个土的物理性质指标，包括它们的定义、用途，其中比重Gs 、含水率W、天然密度是通过试验测定，而其它的指标可借助于土的三相图与它们各自的定义加以换算，也就是说试验测出Gs 、W、 后就可以推算出其余4个物理性质指标的数值。若设定了其中任意三个指标的数值也就可以反推出其余4个指标的数值。,土的基本性质与简易土工试验,（三）土的物理状态指标 1、粘土的稠度

11、 稠度表征粘性土在某一含水率下所具有的状态，是固态，是塑态，还是流、液态；它可以用土的几个物理状态指标来表示,如图(2)所示。,土的基本性质与简易土工试验,（1）液限（ WL ） （） 是粘土处于可塑状的上限含水率，所谓可塑是指土体在一定条件下（主要是含水率）当它受力时可发生变形，但又不产生裂缝；且当外力移去时，仍能保持既成的形状。如蜡在适当的温度下，即具有塑性，钢铁在高温下也具有塑性。,土的基本性质与简易土工试验,（2）塑限（Wp） （） 是粘土处于可塑状态的下限含水率，当含水率降低至塑限以下后，土就不再具有塑性，土的液、塑限可用液、塑限联合测定仪测定，国外多用碟式仪测定液限，液限有两种,分

12、别对应于落锥深度10mm、与17mm时的含水率，后者指标与碟式仪测出的结果相对应，但前者在我国应用历史很长，大多数规范指的是前者。这一点请大家在应用时提起重视。,土的基本性质与简易土工试验,（3）塑性指数（Ip） 塑性指数是塑性上、下限两个界限含水率之差 即 Ip WL Wp （） 塑性指数一直被认为是代表粘土的塑性性能较为理想的指标，因此长期以来不少国家都把它作为粘性土分类的一个重要依据。,土的基本性质与简易土工试验,2、砂土密实度 工程中通常用相对密实度的指标表示砂土的密实程度,式中e砂土的天然孔隙比 emax最大孔隙比，即砂土最松状态时的孔隙比 emin最小孔隙比，即砂土最密实状态时的孔

13、隙比 最大孔隙比和最小孔隙比可通过砂土的相对密实度试验求得，砂土的松密标准规定： Dr1/3时 砂土是疏松的 1/3 Dr2/3时 砂土是中密的 Dr2/3时 砂土是密实的 一般填方工程，要求砂土达到中密状态。,土的基本性质与简易土工试验,四、压实填土现场质量检验 击实试验测定土的最大干密度只是模拟土地现场压实的一种试验方法，大型及重要填方工程还需要通过工地现场压实试验来校核干密度和含水量的关系，并确定碾压机械、铺土厚度、碾压遍数等施工参数。 一般情况下填土的现场质量检验参数是压实系数, dmax 由击实试验测定或设计方提出要求,土的基本性质与简易土工试验,按福建省建筑地基基础勘察设计规范：

14、一般工程压实系数为c0.90.96 按原国标土方与爆破工程施工及验收规范： 一般工程压实系数为c0.9， 且设计干密度实测最小干密度0.08g/cm3，不合格率10，并且不合格点不允许集中分布。 土的现场干密度，一般用环刀法测定：每层填土检验点密度：室内一般为每10050一组，基坑每2050m3一组，基槽2050m一组，场地平整400900一组，应有一个检验点 。,土的基本性质与简易土工试验,碎石或卵石的现场干密度也可用试坑灌水法测定。 还可以利用核子密度计。贯入仪或钢筋贯入检验等简易工具检验填土质量，但必须首先通过现场试验，在达到设计要求的压实系数的试验区内，测得相对应的参数，然后再以此作为控制施工压实系数的标准。,土的基本性质与简易土工试验,