《土质学与土力学 教学课件 ppt 作者 刘干斌 刘红军 9-2土的物理性质与分类》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土质学与土力学 教学课件 ppt 作者 刘干斌 刘红军 9-2土的物理性质与分类（55页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、土的物理性质与分类,第二章,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,土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态,土的物理性质指标 (三相间的比例关系),力学特性,影响,表示,2.2 土的三相比例指标,一. 物理性质指标,土的三个组成相的体积和质量上的比例关系,密实程度 干湿程度 ,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 土的三相比例指标,1. 三相草图,质量,体积,三相草图,已知关系五个:,共有九个参数: V Vv Vs Va V
2、/ ms m ma m,三相草图法,对于饱和土, Va=0,实验室测定,其它指标,是一种简单而实用的方法,2.室内测定的三个基本指标,-土的密度、土粒的比重、土的含水量,土的密度,土的容重,=g,工程上更常用, 用于计算土的自重应力,单位: kg/m3 或 g/cm3,单位: kN/m3,一般范围: 1.602.20 g/cm3,定义: 土单位体积的质量,有时也称土的天然密度,表达式:,相关指标:,三相草图有助于直观理解物性指标的概念,土粒比重,s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量,单位: 无量纲,土粒比重一般范围: 粘性土 2.702.75 砂 土 2.65,4C时纯蒸馏水的密度,=1.0
3、g/cm3,土粒比重在数值上等于土粒的密度,定义: 土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值,表达式:,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,注意: 其实是含水比, 可达到或超过100,表达式:,表示土中孔隙含量的指标,孔隙比,孔隙率 (孔隙度),.其它常用的物理性质指标,关系:,在某种程度上反映土的松密,砂类土：28-35% 粘性土：30-50% 有的可达60-70%,定义: 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲,表达式:,定义: 土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示,表达式:,Vs=1,Vv=e,V=1+e,三相草图可用于确定物性指标之间的关系,表示土中含水
4、程度的指标,含水量,饱和度,表达式:,定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值,饱和度表示孔隙中充满水的程度,Sr=0 : 干土 Sr=1 : 饱和土,表示土中密度和容重的指标,天然密度,干密度,饱和密度,天然容重,干容重,浮容重,浮密度,有效容重,饱和容重,单位: kg/m3 或 g/cm3,单位: kN/m3,定义: 土被完全烘干时的密度, 等于 单位体积内土粒的质量,表达式:,各种密度容重之间的大小关系：,天然密度,干密度,饱和密度,天然容重,干容重,浮容重,饱和容重,常用的物理性质指标间的换算关系,教科书 P34 表2-2,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
5、草图推导,1. 粘性土的软硬状态,也称稠度状态,稠度状态与含水量有关,粘性土,较硬,变软,流动,2.3 土的物理状态,稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征,0,固态或半固态,可塑状态,流动状态,塑限P,液限L,液塑限联合测定仪,下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限,塑限wp,液限wl,稠度界限,粘性土的稠度反映土中水的形态,固态或半固态,塑态,流态,强结合水膜最大,出现自由水,强结合水,弱结合水,自由水,稠度状态,含水量,土中水的形态,w,相对稠度,问题：仅适用于重塑土，天然土达到液限后并不处于流动
6、状态，而是流塑状态。,对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同,液性指数,不同的粘土，wp、wl 大小不同,定义：,wp,w,wl,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,吸附结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量,塑性指数,常作为细粒土工程分类的依据,缺点: 不能充分反映粘土颗粒含量,不同的粘土矿物结合水的能力不同,活动度,p0.002: 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,天然稠度,路基工程可以划分 其干湿程度,二. 反映粘性土结构性的指标,1. 粘性土
7、的灵敏度 St,=,原状土,结构性,相同含水量 密度,粉碎 重塑,重塑土,强度降低,St 1 1-2 2-4 4-8 8-16 16,粘性土 不灵敏 低灵敏 中等灵敏 灵敏 很灵敏 流动,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。 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。 目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。,2. 粘性土的触变性,3.无粘性土的密实度,土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态,土的物理性质指标 (三相间的比例关系),力学特性,影响,表示,emax与emin ：最大与最小孔隙比,密
8、实度,如何衡量?,单位体积中固体颗粒含量的多少,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,相对密度,孔隙比e或孔隙率n,emin = 0.35,emin = 0.20,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,emax与emin ：最大与最小孔隙比,注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难,粗粒土的密实状态指标,判别标准： Dr = 1 , 最密
9、状态 Dr = 0 , 最松状态 Dr 1/3 , 疏松状态 1/3 2/3 , 密实状态,相对密度,其它指标：（1）孔隙比（孔隙率）； （2）标贯锤击数N;（3）重型力触探锤击数N63.5 ；（4）野处鉴别,1. 孔隙比划分砂土的密实度,2.标准贯入试验锤击数N确定砂土的密实度,注：N系指标准贯入试验锤击数。,3. 重型力触探锤击数N63.5确定碎石土的密实度,4. 碎石土密实度野外鉴别方法,若粒径大于0.075mm的土粒含量不超过土总质量50%，且土的塑性指数小于或等于10，则该土属粉土。,粉土密实度,粉土湿度,3 黏性土的电阻率,土的电阻率(用表示)实际上是电流垂直通过边长为1m的立方体
10、土时所呈现的电阻，单位为m，其计算公式为= RF/ L , 其中R代表所测得的电阻，F代表被测物体的电流垂直通过的截面积，L代表电流垂直流过截面的距离，其变化范围约为1105m。,饱和度与孔隙水离子浓 温度 (3) 土的类型与黏粒含量,压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性,压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性,研究击实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度,击实方法：,室内击实试验 现场试验: 夯打、振动、碾压,1. 土的压实性,2.4黏性土的胀缩性,(1). 室内击实试验,(2). 细粒土的压实性,(3). 粗粒土的压实性,
11、(1) 室内击实试验,试验设备 击实筒V=1000cm3；击实锤w=2.5牛顿 试验条件 土样分层n=3层；落高d=30cm；击数N=27/层 击实能量,试验方法 对w=cosnst的土；分三层压实； 测定击实后的w、湿密度 ，算定d,注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪,土,(2) 细粒土的压实性,1.击实曲线,2.理论分析,3.影响因素,4.压实标准,1.击实曲线,特点： 具有峰值 位于饱和曲线之下,0 4 8 12 16 20 24 28 含水量w(%),饱和曲线,dmax=1.86,wop=12.1,最大干密度 最优含水量,2. 理论分析,压实机理：,颗粒被击碎，土粒定
12、向排列; 土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小; 气被挤出或被压缩等,颗粒表面水膜很薄，相对移动困难,水膜润滑作用不明显; 封闭气泡难以排出; 增加水的相对含量,w wop, d dmax,w wop , d dmax,wwop , d dmax,3. 影响因素,a. 击实功能,b. 土的级配,c. 击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适,4. 压实标准,a. 粘性土存在最优含水量wop，在填土施工中应该将土料的含水量控制在wop左右，以期得到dmax，通常取,b. 工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）,、级土石坝 Dc9598% 级土石坝 Dc9295%,不存在
13、最优含水量； 在完全风干和饱和两种状态 下易于击实； 潮湿状态下d明显降低。,(3) 粗粒土的压实性,1.击实曲线,特点,2. 理论分析,对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。 在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,3. 压实标准,常用相对密度控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和,2. 土的胀缩性,黏性土中含有亲水性矿物，土中含水量的变化不仅引起土稠度发生变化，也同时引起土的体积发生变化。随着含水量的增加，土体体积增大的性质称为膨胀性。反之，随着含水量的减少，体积减少的性质称为收缩性。湿胀干缩的性质，统称为土的胀缩性。,将一定体积
14、的扰动烘干土样经充分吸水膨胀稳定后,测得增加的体积与原干土体积之比即为自由膨胀率,3. 土的湿陷性,土的湿陷性：指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著下陷的特征。,湿陷系数,土颗粒或粒团的 空间排列和相互联结,2.5 土的结构,力学特性,土的结构和构造,影响,重塑土的强度,原状土的强度,表明：土的组成不是全部的决定因素。,土的结构：包括微观结构和宏观结构两层概念。 土的微观结构：指土粒的原位集合体特征，包括土粒的大小、形状、矿物成份、形状，排列、土中水和孔隙特征等。 土的宏观结构：是同一土层中的物质成份和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系，
15、为土层的层理、裂隙及大孔隙等宏观特征。,土的结构定义,土的结构性,在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关。,1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态,2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构,3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下
16、沉，形成孔隙较大的絮状结构,土的微观结构图（电镜扫锚）,土的构造,土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性,1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成层特征,2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物,目的：,依据：,2.6 土的工程分类,是将工程性质相近的土进行分类,便于研究及应用,能反映土的物理力学性质,土的组成 土的状态 土的结构,一、工程分类的一般原则和类型 基本原则：所划分的土类能反映土性质的变化规律。 土的工程分类总起来可以归纳为三级分类 土的第一级分类是成因类型分类 如岩土工程勘察规范将土按堆积年代划分为三类
