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1、教学模块3 路基填筑材料,能力目标：能对土的和土工合成材料常规技术 指标进行试验。 知识目标：掌握土和土工合成材料的技术性 质，了解特殊土的技术性质。,道路建筑材料课程建设组,任务3-1-1,土的工程性质及试验,土的形成,岩石,地球,风化、剥蚀,搬运、沉积,土的形成（风化）,物理风化,原生矿物,化学风化,次生矿物,生物风化,动植物活动,有 机 质,母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。,岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。,土的形成（沉积与搬运）,残积土 无搬运,母岩表层经风化作用破碎成岩屑 或细小颗粒后
2、，未经搬运残留在 原地的堆积物。,运积土 有搬运,风化所形成的土颗粒，受自然力 的作用搬运到远近不同的地点所 沉积的堆积物。,一、土的三相组成,固相,液相,气相,构成土骨架，起决定作用,重要影响,次要作用,土的三相组成（续）,二、土的物理性质,土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比 例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。,水（Water）,气（Air）,土粒（Soil）,ma=0,mw,ms,m,m,ma=0,水（Water）,气（Air）,土粒（Soil）,水（Water）,气（Air）,土粒（Soil）,土的物理指标分类,一类是必须通过试验测定的，如含水量， 密度和土的比重；
3、 另一类是可以根据试验测定的指标换算 的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等。,1、土的比重,定义：土的比重是指土固体颗粒 的质量与4蒸馏水的质量之比。,表达式：,土的比重仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小 和含水多少无关。实际上是土中各种矿物比重的加权平均值。,砂土的比重一般为：2.65 2.75； 粉质砂土的比重一般为：2.68； 粉质粘土的比重一般为：2.682.72； 粘土的比重一般为：2.75-2.80。,测定方法：比重瓶法、 浮力法、浮称法和虹 吸筒法。,无量刚,2、土的密度,定义：土的密度是指土单位体积的质量。 根据孔隙中含水的情况不同可分为湿密 度（天然密度）、干密度和饱和密
4、度。 测定方法：环刀法、电动取土器法、蜡 封法、灌水法和灌砂法。,土的湿密度（天然密度）,定义：土的湿密度是指天然状 态下土单位体积的质量。,表达式：,单位：g/cm3,土的湿密度取决于土粒的比重、孔隙体积的大小和孔隙中 水的质量多少，它综合反映了土的物质组成和结构特征。,土的湿密度在.62.2 g/cm3,土的干密度,定义：土的孔隙中完全没有水时的密度， 即是指土干燥状态下单位体积的重量。,表达式：,单位： g/cm3,干密度反映了土的孔隙性，因而可用以计算土的孔隙率，它 往往通过土的湿密度及含水率计算得来，但也可以实测。,土的干密度一般常在1.32.0 g/cm3,在工程上常把干密度作为评
5、 定土体紧密程度的标准，以 控制填土工程的施工质量。,土的饱和密度,定义:土的孔隙完全被水充满时的密度 称为饱和密度。即土的孔隙中全部充 满液态水时的单位体积质量。,表达式:,单位: g/cm3,土的饱和密度的常见值为1.82.30 g/cm3,土的饱和密度取决于土粒的比重和孔隙体积的大小。,土的密度,同一种土在体积不变的条件下，它的各种密度在数值上有如下关系：,3、土与水的关系,饱和度,土的含水性:指土中含水情况，说明土的干湿程度。,土的含水率,定义:为土中所含水的质量与干土颗粒质量之比，以百分数表示 。,表达式:,或,天然状态下土的含水率称土的天然含水率。一般砂土 天然含水率都不超过40%
6、，以1030%最为常见；一 般粘土大多在1080%之间，常见值2050%。,测定方法：烘干法、酒精燃烧法和比重法。,土的饱和含水量,定义：土的孔隙全部被水充满时的含水率。,表达式:,饱和含水量实质上就是用水的数量表示土中孔隙 体积的大小，即 。,土的最佳含水量,定义：土在标准击实试验条件下，能达到最大干 密度时的含水量。一般通过土的击实曲线得到， 或利用相关物理指标导出。,0 4 8 12 16 20 24 28 含水量w(%),土的饱和度,定义:土中孔隙水的体积与全部孔隙体积之比，以百分数表示。,表达式:,或,饱和度愈大，表明土中孔隙中充水愈多，它在0100%； 干燥时：Sr=0，孔隙全部为
7、水充填时：饱和土Sr=1。,工程上Sr作为砂土湿度划分的标准。 Sr 80%：饱和的。,4、土的孔隙性结构指标,孔隙性,孔隙比 孔隙度,砂土的相对密实度,定义:孔隙性指土中孔隙的大小、数量、形状以及连通情况等。 土的孔隙性决定于土的粒度成分和土粒排列的松紧程度。,孔隙度与孔隙比,孔隙度n:在天然状态下，土的 孔隙体积与整个土体积之比， 以百分数表示。,表达式:,孔隙比e：是土中孔隙体积与 土粒体积之比，以小数表示。,两者关系:,孔隙比e是个重要的物理性指标，可以 用来评价天然土层的密实程度。一般 e0.8 的土是疏松的无压缩性土。,砂土的相对密实度,定义式:,计算式:,Dr在工程上常应用于：
8、（1）评价砂土地基的允许承载力； （2）评价地震区砂体液化； （3）评价砂土的强度稳定性。,砂土按相对密度分类： 疏松的 中密的 密实的,测定方法：标准贯入试验 法和静力触探试验法。,土的基本物理性质指标间的相互关系,孔隙率与孔隙比:,孔隙比与比重和干密度 :,饱和度与含水量，比重和孔隙比:,干密度与湿密度和含水量 :,5、土的物理指标间相互关系,例题1：一块原状土，经试验测得=1.67g/cm3, w=12.9%,Gs=2.67 解：假设V=1cm3， =m/V, m=V=1.67g, w=mw/ms, mw=0.129ms, m=ms+mw+ma, ma=0, m=ms+mw,1.67=m
9、s+ 0.129ms=1.129ms, ms=1.48g, Gs= ms/(Vsw), Vs = ms/ Gs=0. 554, Vw =mw=0.1291.48=0.19,Vn=0.446, e=Vn/Vs=0.446/0.554=0.81, n=Vn/V=0.446=44.6%, Sr=Vw/Vn=0.19/0.446=0.43=43%。,土的力学性质,力学性质,土的压缩性,土的抗剪性,土的击实性,压缩变形的本质,压缩性指标,抗剪性本质,抗剪强度与剪切定律,击实特性,压实本质,五、土的击实性（压实性）,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
10、,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，揭示击实作用下土的干密度、含水率和击实功三 者之间的关系和基本规律。,击实方法：室内击实 试验现场试验: 夯打、 振动、碾压,土,路基,路基的作用：与路面共同承受来自车辆的荷载和自然因素的作用。 路基填筑材料：土垫层和底基层；无机结合料稳定土基层。 未经压实的土：在自然因素和外荷载的作用下必然会产生很大的变形，甚至破坏。 提高土路基密度的好处：提高路基强度和稳定性；提高路基的承载能力；减小道路路面的厚度；降低工程造价。 提高路基密度方法：用压实机械对填土路基进行碾压。,对土体碾压的效
11、果,使土重新排列土粒相互靠近，单位重量增加，粘结力增大，提高土体强度。 使土粒外表的水膜减至更薄，增加内聚力，提高土体抗剪强度。 使土壤孔隙中的空气挤出，减小孔隙率，增大土的密度，提高土体的水稳定性和减少冻胀而引起的不均匀性变形。,土基压实的评价指标,土基压实质量的表征指标：压实度。 压实度：路基压实后实际的干密度与该土 的室内标准干密度之比，并用百分数表示。,路基压实后的干密度测定：环刀法、灌砂 法、核子密度湿度仪法和钻芯法。 路基土材料最大干密度确定：轻型、重型 击实法、振动台法和表面振动压实仪法。,土的最大干密度确定方法比较,粘性土的击实性,饱和曲线,dmax=1.86,wop=12.1
12、,击实性曲线：,特点： 具有峰值 位于饱和曲线之下,最大干密度 最优含水量,实践证明，土被击实到最佳情况时， 饱和度一般在80%左右。,影响因素,1. 击实功能,2. 土的级配,3. 击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适,无粘性土的压实性,击实曲线,特点,不存在最优含水量； 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。,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。,压实标准,a. 粘性土存在最优含水量op，在填土施工中应该将土料的含水量控制在op左右，以期得到dmax，通常取,b. 工程上常采用压实度Dc控制（
13、作为填方密度控制标准）,粘性土的稠度和塑性,稠度定义:指土体在各种不同的 湿度条件下，受外力作用后所具 有的活动程度。,塑性 :物体在外力作用下，可被 塑成任何形态，而整体性不破坏； 即不产生裂隙,地基承载力,45kPa,450kPa,自由水,液 态,可塑态,固态或半固态,稠度状态,固态或半固态,塑态,流态,土中水的形态,强结合水,弱结合水,自由水,w,含水量,稠度界限,塑限p,强结合水膜最大,液限l,出现自由水,粘性土的稠度反映土中水的形态,Vs,ws,wP,wL,阿特堡界限 (Atterberg limit),液性指数,反映粘性土软硬程度（稠度，潮湿程度）,固态或半固态,可塑态,液 态,重
14、塑土和原状土,液限和塑限的测定方法,液限（Liquid Limit）： 锥式（瓦氏）液限仪或碟式（卡式）液限仪,塑限（Plastic Limit）： 搓条法或液塑限联合测定仪,塑性指数,反映粘性土可塑性的大小。,综合反映粘性土的特性以及各类重要因素的影响，因此可用于土的分类及其性质的评估。,第三节 土的颗粒级配,粒径级配,(1)漂石或块石组 (2)卵石（碎石） 组 (3)砾石(角砾) (4)砂粒组 (5)粉粒组 (6)粘粒组,筛分法 0.074mm,沉降法 0.074mm,粗颗粒,细颗粒,颗粒大小,粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类 界限粒径,粗粒土(无粘性土) 特征,细粒土(粘性土)
15、 特征,孔隙大、透水性强，毛细上升， 高度很小，既无可塑造性，也 无胀缩性，压缩性极弱，强度 较高。,主要由原生矿物、次生矿物组成， 孔隙很小，透水性极弱，毛细上 升高度较高，有可塑性、胀缩性， 强度较低。,粗粒土与细粒土,筛分法 它是利用一套孔径大小 不同的筛子，将事先称 过重量的烘干土样过筛， 称留在各筛上的重量， 然后计算相应的百分数。,沉降分析法:利用不同大小的土粒在水中的沉 降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量。,颗粒粒径级配曲线:纵坐标表示小于某粒径的土粒含 量百分比,横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）,颗粒级配的描述,工程上常用不均匀系数Cu描述颗粒级配的不均匀程度,曲率系数Cc描
16、述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况,d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、 30%和60%时所对应的粒径,Cu愈大，表示土粒级配良好。工程上把Cu5的均粒土，级配不良； Cu5的土为不均粒土，级配良好。,对于砾类土或砂类土，同时满足Cu5和Cc=13时，定名为良好级配砂或良好级配砾,粒径级配,粒径级配累积曲线及指标的用途： 1）粒组含量用于土的分类定名； 2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu 5, 不均匀土； Cu 3 或 Cc 3 或 Cc 1, 级配 不良的土。,小结,土是指地壳表层的物质，在长期环境作用下，形成大小不等，未经胶结的一切松散物质。可分为砂类土和粘性土。 土的三相是指土的固相、
