土力学第二章

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1、第第1 1章章 土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类2021/3/111 土的生成和演变土的生成和演变 2021/3/112土土的的形形成成：地地质质历历史史的的产产物物，是是地地球球表表面面的的整整体体 岩岩石石在在大大气气中中经经受受自自然然力力和和自自然然环环境境的的长期风化作用形成。长期风化作用形成。反反向向过过程程：土土经经过过很很长长的的地地质质年年代代，发发生生复复杂杂的的物物理理化化学学变变化化，逐逐渐渐压压密密、岩岩化化，最最终终又可形成岩石。又可形成岩石。循环演变循环演变：岩石：岩石土土岩石岩石土土。重复进行。重复进行。2021/3/113风化作用（1）物理风化地质

2、构造力；温度变化；冰冻作用；碰撞作用。颗粒大小发生改变，化学成分保持不变。生成原生矿物。2021/3/114（2）化学）化学风化化 水解作用；水化作用；氧化作用；溶解作用水解作用；水化作用；氧化作用；溶解作用 矿物化学成分变化，形成次生矿物。矿物化学成分变化，形成次生矿物。 正长石正长石 高磷石高磷石(水解水解 )（3）生物风化植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用植物根分泌有机酸；遗体腐烂；微生物作用 动植物或人类活动的影响。动植物或人类活动的影响。2021/3/115小结：（1）物理风化（2）化学风化（3）生物风化需要注意：a、上述风化作用常常是同时存在的。 b、不同地区，自然条件不同，风

3、化作用有主次。 c、风化作用由地表向下逐渐减弱2021/3/116第一节第一节 土的组成土的组成一、土的三相组成一、土的三相组成2021/3/117土的三个基本特征土的三个基本特征 1、土的碎散性 2、三相性 3、自然变异性2021/3/118（一）土的矿物成分与粒组关系（见下表（一）土的矿物成分与粒组关系（见下表1）二、土的固相二、土的固相有机质含量超过3%5%的土应注明，不宜作为填筑材料。2021/3/119表1 土的矿物成分与粒组的关系2021/3/1110（二）（二）粒组的划分和颗粒级配曲线粒组的划分和颗粒级配曲线（1 1）几个基本概念）几个基本概念l粒度粒度: :土粒的大小称为粒度。

4、土粒的大小称为粒度。l粒粒度度成成分分：不不同同粒粒径径颗颗粒粒的的相相对对含含量量（颗颗粒粒级级配配）。l粒组：性质相近的土粒合并为组。粒组：性质相近的土粒合并为组。a a、粒组间的分界线是人为划定的、粒组间的分界线是人为划定的; ;b b、划划分分时时应应使使粒粒组组界界限限与与粒粒组组性性质质的的变变化化相相适适应应; ;c c、按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。、按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。d d、表、表2 2给出国内常用的粒组划分方法。给出国内常用的粒组划分方法。2021/3/1111表表2 2 粒组的划分粒组的划分（公路土工试验规程（公路土工试验规程JTJ051-93

5、2021/3/1112（2 2）粒度成分测定方法）粒度成分测定方法 我们知道，土体常常是由多种不同粒组的混合物。我们知道，土体常常是由多种不同粒组的混合物。往往以砾石和砂粒为主要成分的土称为粗粒土，也称为往往以砾石和砂粒为主要成分的土称为粗粒土，也称为无粘性土。以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒无粘性土。以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土，也称为粘性土。显然，土的性质取决于不同粒组的土，也称为粘性土。显然，土的性质取决于不同粒组的相对含量。为了确定各粒组的相对含量，需用试验的方相对含量。为了确定各粒组的相对含量，需用试验的方法将粒组区分开来，这种试验方法统称为颗粒分析试验。法将粒组区分开

6、来，这种试验方法统称为颗粒分析试验。其试验方法有其试验方法有筛分法筛分法和和沉降法沉降法两种。分界粒径为两种。分界粒径为0.075.2021/3/1113a. 筛分法：适用于粒径大于筛分法：适用于粒径大于0.075mm的粗颗粒土。的粗颗粒土。图图1 摆筛图摆筛图2021/3/1114 用一套孔径不用一套孔径不同的筛子，按从上同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过放置。将事先称过质量的烘干土样过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛筛，称出留在各筛上的土质量，然后上的土质量，然后计算其占总土粒质计算其占总土粒质量的百分数量的百分数 。2021/3/1115b. 沉沉降降分分析

7、析法法：适适用用于于粒粒径径小小于于0.075mm的的细颗粒土。细颗粒土。 斯斯托托克克斯斯(stokes)(stokes)定定理理：颗颗粒粒下下沉沉速速度与颗粒直径的平方成正比。度与颗粒直径的平方成正比。 c. 综合分析综合分析 筛分法和沉降分析法结合筛分法和沉降分析法结合2021/3/11162021/3/1117（3 3）粒度成分及其表示方法）粒度成分及其表示方法表格法表格法颗粒级配曲线法颗粒级配曲线法（见图（见图1-1）三角坐标法三角坐标法2021/3/1118表格法表格法例：从干砂样中称取质量例：从干砂样中称取质量1000g的式样，放入标准筛的式样，放入标准筛中，经充分振摇后，称得各

8、级筛上留存的土粒质量，中，经充分振摇后，称得各级筛上留存的土粒质量，见下表中的第二行，试求土内各粒组的土粒质量。见下表中的第二行，试求土内各粒组的土粒质量。筛孔径（mm）2.01.00.50.25 0.15 0.075 底盘各级筛上的土粒质量（g）100 100 250 30010050100小于各级筛孔径的土粒含量（%）9080552515102021/3/1119 颗粒级配曲线颗粒级配曲线2021/3/1120 颗粒级配曲线颗粒级配曲线用半对数制表示颗粒级配曲线用半对数制表示颗粒级配曲线横坐标(按对数比例尺)：表示某一粒径（d）；纵坐标：表示小于某一粒径的土粒百分含量（%）。由由颗颗粒粒级

9、级配配曲曲线线可可知知道道某某一一粒粒径径范范围围的百分含量！的百分含量！问问题题：如如何何判判断断级级配的好坏？配的好坏？2021/3/1121 两个指标表示大小、均匀程度及其级配情况 不均匀系数： d d6060（限定粒径）（限定粒径）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的60%60% d d1010（有效粒径）（有效粒径）小于该粒径的含量占总量的小于该粒径的含量占总量的10%10%q该该指指标标考考虑虑了了大大颗颗粒粒和和小小颗粒含量的差异；颗粒含量的差异；qCuCu愈大，颗粒愈不均匀；愈大，颗粒愈不均匀；2021/3/1122d d3030（连续粒径）（连续粒径）小于该粒径的

10、含量占总量的小于该粒径的含量占总量的30%30% 曲率系数曲率系数： q该该指指标标考考虑虑了了中中间间粒粒径径的的 影响；影响；qCcCc大大于于3 3，曲曲率率变变化化快快，土均匀；土均匀；qCcCc小小于于1 1，曲曲率率变变化化平平缓缓，中间颗粒少；中间颗粒少；2021/3/1123a、级配良好土：曲配良好土：曲线光滑光滑连续，不存在平台段，坡度平，不存在平台段，坡度平缓满足Cu5及Cc=1-3两个条件土级配优劣的标准土级配优劣的标准图2 土的颗粒级配曲线（图2的B土曲线）2021/3/1124b、级配不良土：级配曲线坡度陡峭，粗细颗粒均匀；级配曲线存在平台段，即存在不连续粒径。不能同

11、时满足Cu5及Cc=1-3两个条件图2 土的颗粒级配曲线（图图2 的的C土土和和A土土曲曲线线）2021/3/1125 颗粒级配曲线颗粒级配曲线2021/3/1126三、土的液相三、土的液相 在自然界中，土中总是含有水的，土的液相就是指水以及各种离子的液体。土中水的状态可以为液态、固态或气态。土中细粒愈多，土的分散愈大，水对土性质的影响也愈大。研究土中的水，必须考虑水在土中存在的状态及其与土的相互作用。 2021/3/1127结合水示意图2021/3/11282021/3/1129（1）结晶水）结晶水 它是存在于矿物的晶体格架内部或参与到矿物构它是存在于矿物的晶体格架内部或参与到矿物构造中的水

12、。只有在温度比较高造中的水。只有在温度比较高（80680）的情况下的情况下才能化为气态水而与土粒分离。可以把结晶水当作矿物才能化为气态水而与土粒分离。可以把结晶水当作矿物颗粒的一部分。颗粒的一部分。（2）结合水）结合水 结合水是由土颗粒表面水分子吸附在土粒表面的结合水是由土颗粒表面水分子吸附在土粒表面的一层水，分为一层水，分为强结合水强结合水和和弱结合水弱结合水两种。两种。2021/3/1130强结合水强结合水 强结合水存在于最靠近土颗粒表面处，水分子和水化离子排列的非常紧密，一般其密度大于密度大于1，并有过冷现象。这种水牢固的结合在土粒表面，其性质接近于固体，所以具有极大的粘滞性、弹性及抗剪

13、强度。弱结合水弱结合水 在距土粒表面较远处的结合水称为弱结合水，也称为薄膜水。由于其引力降低，弱结合水的水分子排列就不如强结合水紧密，这层水不能传递静水压力。由于这种水的存在，使土具有可塑性可塑性。2021/3/1131（3）自由水）自由水 自由水存在于土粒电场影响范围之外，其性质与普自由水存在于土粒电场影响范围之外，其性质与普通水相同，服从重力定律，传递静水压力。自由水按其通水相同，服从重力定律，传递静水压力。自由水按其移动所受移动所受作用力作用力的不同，分为毛细水和重力水。的不同，分为毛细水和重力水。重力水重力水 重力水位于地下水位以下，在重力或压力差作用下重力水位于地下水位以下，在重力或

14、压力差作用下能产生渗流，对土颗粒和结构物都具有浮力作用，在土能产生渗流，对土颗粒和结构物都具有浮力作用，在土力学计算中应考虑这种力学计算中应考虑这种渗流及浮力渗流及浮力的作用。的作用。2021/3/1132毛细水毛细水 毛细水是受水与空气交界面的张力作用而存在于细毛细水是受水与空气交界面的张力作用而存在于细小孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透水层小孔隙中的自由水，一般存在于地下水位以上的透水层中。毛细水在重力和表面张力作用下，能沿着土的细孔中。毛细水在重力和表面张力作用下，能沿着土的细孔隙从潜水面上升一定的高度。其上升的高度和孔隙的大隙从潜水面上升一定的高度。其上升的高度和孔隙的大小有

15、关。小有关。 在工程中需研究毛细水的上升高度和速度，因为在工程中需研究毛细水的上升高度和速度，因为毛细水的上升会使地基潮湿，强度降低，变形增大。毛细水的上升会使地基潮湿，强度降低，变形增大。四、土的气相四、土的气相2021/3/1133第二节第二节 土的结构土的结构土的结构性：土的结构性：指土的物质组成(主要指土粒或团粒，也包括孔隙)的空间相互排列，以及土粒间的联结联结特征的综合。土结构的影响：土结构的影响：对土的物理力学性质有重要的影响。土结构的变化和意义：土结构的变化和意义：土的结构在形成过程中及形成之后，当外界条件变化时都会使土的结构发生变化。粒间的粒间的结合力结合力2021/3/113

16、4（一）粗粒土（无粘性土）的结构（一）粗粒土（无粘性土）的结构 粗粒土的比表面积小，在粒间的作用力中，重力起决定性作用。粗颗粒在重力作用下下沉时，一旦与已经稳定的颗粒相接触，找到自己的平衡位置，稳定下来，就形成了单粒结构。这种结构的特点是颗粒之间是点与点点与点的接触。 在下沉过程中如果没有遇到很高的压力，特别是没有受到动力作用时，就形成了松散的单粒结构。 反之，就形成了密实的单粒结构。 见下图2021/3/1135图图A A 砂土结构砂土结构2021/3/1136（一）粗粒土（无粘性土）的结构（一）粗粒土（无粘性土）的结构呈松散单粒结构的土呈松散单粒结构的土。其骨架是不稳定的，当受到。其骨架是

17、不稳定的，当受到震动或其他外力作用时，土粒易于发生移动，土中孔震动或其他外力作用时，土粒易于发生移动，土中孔隙剧烈减少，会引起土的极大变形，因此，这种土如隙剧烈减少，会引起土的极大变形，因此，这种土如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。未经处理一般不宜作为建筑物的地基。呈密实状结构的单粒土呈密实状结构的单粒土。由于其土粒排列紧密，在。由于其土粒排列紧密，在动、静荷载作用下都不会产生较大的变形和沉降，所动、静荷载作用下都不会产生较大的变形和沉降，所以其强度大、压缩性小，是较为良好的天然地基。以其强度大、压缩性小，是较为良好的天然地基。 2021/3/1137密实状态密实状态疏松状态疏松状态2021

18、/3/1138（二）细粒土的结构（二）细粒土的结构粒间粘结力粒间粘结力 在沉降过程中，重力不起重要的作用。在结构形成在沉降过程中，重力不起重要的作用。在结构形成中，其他的粒间力起主导作用，包括：中，其他的粒间力起主导作用，包括：（1）范德华力）范德华力（2）库伦力）库伦力（3）胶结作用力）胶结作用力（4）毛细压力）毛细压力2021/3/1139（二）细粒土的结构（二）细粒土的结构细粒土结构细粒土结构 细粒土的天然结构就是在其沉降过程中由以上这细粒土的天然结构就是在其沉降过程中由以上这些力共同作用而形成的。些力共同作用而形成的。（1）蜂窝结构（主要是粉粒）蜂窝结构（主要是粉粒0.0750.005

19、）（2）絮状结构（主要由粘粒，小于）絮状结构（主要由粘粒，小于0.005）（3）片堆结构和片架结构片堆结构和片架结构2021/3/1140蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，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，形成链环单位接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构成孔隙较大的蜂窝状结构 。蜂窝结构蜂窝结构絮状结构：絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处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于悬浮状态。当悬液

20、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，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构。絮状结构。 絮状结构絮状结构2021/3/1141a单粒非絮凝结构结构b粒组的非絮凝结构d单粒的角-角凝絮结构e粒组的角-面絮凝结构f粒组的角-角絮凝结构c单粒的角-面絮凝结构g粒组的角-面絮凝结构与角-角絮凝结构2021/3/1142第三节第三节 土的物理性质指标土的物理性质指标 土是三相混合而成，而三相组成部分的性质与数量土是三相混合而成，而三相组成部分的性质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学性质。以及它们之间的相互作用，决

21、定着土的物理力学性质。土力学中使用各相之间在土力学中使用各相之间在体积上体积上和和质量上质量上的比例关的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。这类指标统称为系，作为反映土的物理性质的指标。这类指标统称为土的三相比例指标，也称为土的物理性质指标。土的三相比例指标，也称为土的物理性质指标。 三相比例指标反映了土的干燥与潮湿，疏松与紧三相比例指标反映了土的干燥与潮湿，疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标。密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标。也是也是工程勘察报告中不可缺少的内容工程勘察报告中不可缺少的内容。2021/3/1143物理模型物理模型 假定模型假定模型2021/3/

22、1144总质量：m=ms+mw总体积：V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw符号：ssoilvvoidaairwwater土的三相图土的三相草图土的三相草图 可用三相草图来描述土的三可用三相草图来描述土的三相组成相组成 定义土的物理性质指标定义土的物理性质指标2021/3/1145三相草图的意义：三相草图的意义：l土土的的三三相相物物质质在在体体积积和和质质量量上上的的比比例例关关系系称称为为三三相相比比例指标；例指标；l三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密；三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密；l评价土的工程性质的最基本的物理性质指标；评价土的工程性质的最基本的物理性质指标；l工程

23、地质勘察报告中不可缺少的基本内容。工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。 2021/3/11461.3.1 三个实测物理性质指标三个实测物理性质指标q 直接直接测定指定指标（可在（可在实验室内直接室内直接测定）：定）： 土的密度、土粒比重土的密度、土粒比重Gs（土粒密度（土粒密度 s）、含水量）、含水量q 换算算指指标：其其它它指指标均均为换算算指指标（孔孔隙隙比比、饱饱和和度等）度等）。2021/3/11471、土粒比重（土粒相对密度）土粒比重（土粒相对密度） Gs固体颗粒质量与同体积水固体颗粒质量与同体积水(在在4时时)质量之比质量之比2021/3/11482、含水量含水量2021/3/1

24、1492021/3/11503、土的密度和重度、土的密度和重度2021/3/11511.3.2 换算的物理性质指标换算的物理性质指标（1 1）孔隙比）孔隙比于是可得两者关系：于是可得两者关系：（2）孔隙率）孔隙率 2021/3/1152（3）饱和度）饱和度一般一般 0 0S Sr r1 1饱和土：饱和土：S Sr r=1 1干干土：土：S Sr r=0 0砂土根据饱和度可划分为三种湿润状态。砂土根据饱和度可划分为三种湿润状态。 2021/3/1153（4）干密度）干密度（5）饱和密度）饱和密度（6）有效密度（浮密度）有效密度（浮密度）2021/3/1154土的饱和重度土的饱和重度satsat土

25、的密度与重度的关系：土的密度与重度的关系：土的有效重度（浮重度）土的有效重度（浮重度） 土的干重度土的干重度2021/3/11551.3.3几种常用指标之间的换算关系土的三相比例指标之间可以互相换算：土的三相比例指标之间可以互相换算： 方法方法1 1： 由三相图及其定义计算，见教材例由三相图及其定义计算，见教材例1-11-1、1-21-2。 假定假定V=1, V=1, 或者假定或者假定Vs=1 Vs=1 方法方法2 2： 由三相图导出的计算公式（见表由三相图导出的计算公式（见表1-21-2）。 2021/3/1156第四节第四节 土的物理状态指标土的物理状态指标2021/3/11571.4.1

26、 粘性土的稠度粘性土的稠度（界限含水率）（界限含水率）塑性塑性 Plasticity：可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。性质。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。 2021/3/1158土体体积随含水量的变化：土体体积随含水量的变化： 含水量与体积的关系含水量与体积的关系 2021/3/1159土的界限含水量（土的界限含水量（Atterberg limitsAtterberg limits）（瑞典土壤学家）（瑞典土壤学家）缩

27、缩限限：半半固固体体状状态态与与固固体体状状态态间间的的分分界界含含水水量量。当当含含水水量量小小于于该该值时，体积不发生变化。值时，体积不发生变化。Shrinkage limit, wShrinkage limit, wS S。塑塑限限：可可塑塑状状态态与与半半固固体体状状态态间间的的分分界界含含水水量量。Plastic Plastic limitlimit, , w wP P。液限液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquid limit, wLiquid limit, wL L。2021/3/1160“界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关

28、界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”问题：问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？注意：注意：塑限和液限是土力学中常用的。塑限和液限是土力学中常用的。2021/3/1161液限的测定：液限的测定：锥式液限仪（中国）；碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。碟式液限仪碟式液限仪 平衡锥式液限仪平衡锥式液限仪 2021/3/116217mm液限测定演示：液限测定演示：2021/3/116317mm液限测定演示：液限测定演示：2021/3/1164液限测定演示：2021/3/11652021/3/1166塑限的测定：塑限的测定： 搓条法测定；搓

29、条法测定；3mm3mm土条。土条。缩限的测定：缩限的测定： 收缩皿法测定。收缩皿法测定。2021/3/1167注意：注意：液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；试验的具体程序和步骤详见试验的具体程序和步骤详见土工试验方法标准土工试验方法标准；界界限限含含水水量量由由重重塑塑土土测测定定，而而现现场场原原状状土土有有一一定定结结构性；构性；所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。2021/3/1168光电式液塑限联合测定仪2021/3/11692021/3/1170（1 1）塑性指数）塑性指数I I

30、P P概念:塑性状态时含水量变化范围，IP（Plasticityindex）。 常省略常省略 %； 变化范围很大（如大于变化范围很大（如大于200）；）； 是粘性土区别于砂土的重要特征；是粘性土区别于砂土的重要特征；反映了土与水之间物理化学反映了土与水之间物理化学 作用的强弱；作用的强弱；可用土的分类和评价。可用土的分类和评价。2021/3/1171物理意义：思考：2021/3/1172一个问题：结论：不能。2021/3/1173举例说明：土类液限wL塑限wP含水量土样132%12%20%土样242%24%20%结果：结果：土样土样1：可塑态；：可塑态；土样土样2：半固态；：半固态；问题：问题

31、： 判断土样物理状态判断土样物理状态？必须建立含水量与界限含水量之间相对关系的指标，即必须建立含水量与界限含水量之间相对关系的指标，即液性指数液性指数。2021/3/1174（2 2）液性指数）液性指数IL 根据岩土工程勘察规范（根据岩土工程勘察规范（GB50021-2009GB50021-2009） 建筑地基基础设计规范（建筑地基基础设计规范（GB50007-2002GB50007-2002）天天然然状状态态含含水水量量和和界界限限含含水水量量相相对对关关系系的的指指标标（Liquidity Liquidity indexindex）。）。2021/3/1175在0到1之间。越大，表示土越软

32、；大于1，处于流动状态；小于0，处于固体状态或半固体状态。关于IL结论：结论：2021/3/1176例某粘性土的天然含水量w=19.3%，液限wL=28.3%，塑限wP=16.7%。求塑性指数IP和液性指数IL，确定该土状态。查表可知该土的状态为硬塑状态。IL=0.224解：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.62021/3/1177第四节第四节 土的物理状态指标土的物理状态指标1.4.2 无黏性土的密实度无黏性土的密实度（单位体积中固体颗粒的含量）（单位体积中固体颗粒的含量）（1 1）孔隙比）孔隙比q用孔隙比用孔隙比e e可评价砂土的密实度；可评价砂土的密实度；q优缺点：优缺点：优点

33、：应用方便、简单优点：应用方便、简单缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响q所以：所以：应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；建立相对密度的概念，同时考虑孔隙比和颗粒建立相对密度的概念，同时考虑孔隙比和颗粒 级配的影响。级配的影响。2021/3/1178按孔隙比划分砂土密实度按孔隙比划分砂土密实度密实度土的名称密实中密稍密疏松砾砂、粗砂、中砂e0.600.60e0.750.750.85细砂、粉砂e0.700.70e0.850.850.952021/3/1179最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin用“振击法”测定。

34、最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax用“松散器法”测定。相对密度： 最大孔隙比、最小孔隙比的概念：最大孔隙比、最小孔隙比的概念：（2） 相对密实度相对密实度2021/3/1180 用用DrDr表示砂土密实度表示砂土密实度根据经验，砂土的松密标准如下：根据经验，砂土的松密标准如下：2021/3/1181举例说明建立相对密度概念的意义：举例说明建立相对密度概念的意义：结论：结论：土样土样1：密实；：密实；土样土样2：不密实：不密实土类最大孔隙比emax最小孔隙比emin实际孔隙比e土样10.80.50.55土样20.60.30.55问题：问题： 哪个土样密实哪个土样密实？2021/3

35、/1182 当当e=emax时，Dr=0，最松状最松状态； 当当eemin时，时，Dr=1.0，最密状态。最密状态。 优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善 缺缺点点：emax和和emin难难以以准准确确测测定定，给给Dr的的确确定定带带来来困困难。难。 所所以以，天天然然砂砂土土的的密密实实度度只只能能用用在在现现场场进进行行标标准准贯入试验、静力触探试验等现场测试方法进行确定。贯入试验、静力触探试验等现场测试方法进行确定。 2021/3/1183（3） 原位试验原位试验 方法：63.5kg锤，升到锤，升到76cm高，自由落下高，自由落下标准

36、贯入器入土深度标准贯入器入土深度30cm，所需锤数为，所需锤数为N63.5显然：2021/3/1184规范：规范：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)岩土工程勘察规范（岩土工程勘察规范（ GB500212001 ） 见表见表1-4 例题例题1-3,1-41-3,1-42021/3/1185第五节第五节 土的压实性土的压实性2021/3/1186 地基地基路堤路堤2021/3/1187土堤土堤土坝土坝2021/3/11882021/3/1189 概概 述述压实的意义：q 提高填土的密实度，从而提高土的强度，减小压缩性和渗透性q 保证建筑物地基、道路及铁路路基有足够强

37、度压实的影响因素：q 内因：土质类型、含水量等q 外因：压实能量、压实机具和压实方法等2021/3/1190击实筒击实筒护筒护筒击锤击锤导筒导筒 在实验室内通过击实在实验室内通过击实试验研究土的压实性。击试验研究土的压实性。击实试验有轻型和重型两种。实试验有轻型和重型两种。1.5.1 击实试验和击实曲线击实试验和击实曲线2021/3/11911.5.1 击实试验和击实曲线击实试验和击实曲线（a）小击实筒（b）大击实筒美国工程师美国工程师Proctor (1933)提出提出Proctor试验击实仪2021/3/1192q配制成若干份不同含水量的试样q用同样的击实能量分别对每一份试样试验q测定击实

38、后的含水量和密度试验方法：试验方法：计算公式干重度2021/3/1193q绘制含水量与干密度关系曲线试验方法：试验方法：击击实实曲曲线线2021/3/1194结果分析：结果分析：q含水量较小时，干密度随含水量增加而增加；q干密度达最大值时，含水量再增大，干密度反而会降低。典型试验2021/3/1195结果分析：结果分析： 含水量较小时，含水量增加使土粒间的摩阻力减小 含水量较大时，过多的水不利于土的压实所以，在施工现场，根据含水情况，可以进行晾晒或洒水处理所以，在施工现场，根据含水情况，可以进行晾晒或洒水处理。2021/3/1196v 最大干密度：在一定击实条件下得到的干密度， pdmaxv

39、最优含水量：与之相对应的含水量，wopv 最优含水量与该种土的塑限wp接近结果分析：结果分析：2021/3/1197 饱饱和和曲曲线线在在击击实实曲曲线线的的上上方方，不不会会与与击击实实曲曲线线相相交，因为土体不可能被击实到完全饱和！交，因为土体不可能被击实到完全饱和！v 饱和曲和曲线：饱和状和状态时的的 d d w关系。关系。饱和曲线方程：2021/3/11981.5.2击实功能的影响击实功能的影响说明：说明：填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填土遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。因土遇水后容易引起湿陷；过高又将

40、恶化填土的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含水率控制得当与否，不仅涉及到经济此，在实际施工中填土的含水率控制得当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响到工程质量效益，而且影响到工程质量 0d击数击数403020饱和线饱和线1.土料的土料的最大干密度最大干密度和和最优最优含水量含水量不是常数不是常数。最大干密最大干密度随击数的增加而逐渐增大度随击数的增加而逐渐增大, ,最优含水量逐渐减小。然而，最优含水量逐渐减小。然而，这种变化速率是递减的。所这种变化速率是递减的。所以，光凭增加击实功能来提以，光凭增加击实功能来提高土的最大干密度是高土的最大干密度是有限有限的。的。 2.当含水量较低时击数的影

41、当含水量较低时击数的影响较显著。当含水量较高时，响较显著。当含水量较高时，含水量与干密度关系曲线趋含水量与干密度关系曲线趋近于饱和线，这时提高击实近于饱和线，这时提高击实功能是功能是无效无效的。的。 2021/3/11991.5.3 土类和级配的影响土类和级配的影响 击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指数愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水量愈大塑性指数愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水量愈大 无粘性土的击实曲线和粘无粘性土的击实曲线和粘性土击实曲线不同，在含性土击实曲线不同，在含水量较大时得到较高的干水量

42、较大时得到较高的干密度，因此在无粘性土实密度，因此在无粘性土实际填筑中，通常要不断洒际填筑中，通常要不断洒水使其在较高的含水量下水使其在较高的含水量下压实压实 d0无粘性土的击实曲线无粘性土的击实曲线说明：说明：土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够的压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度 2021/3/11100各类土的各类土的压实曲线特征：压实曲线特征：2021/3/

43、11101多种多样的多种多样的压实曲线：压实曲线：2021/3/11102第六第六节 土的工程分土的工程分类 土的工程分类就是根据工程实践经验，把工程性能土的工程分类就是根据工程实践经验，把工程性能相近的土划分为一类给定名称，使人们可以大致判断相近的土划分为一类给定名称，使人们可以大致判断其工程性质。其工程性质。 但不同的工程将岩土用于不同的目的，不同的应但不同的工程将岩土用于不同的目的，不同的应用目的，对岩土的评价的侧重点也有所不同，如用做用目的，对岩土的评价的侧重点也有所不同，如用做地基的碎石土主要评价其地基的碎石土主要评价其天然密度天然密度，用做材料时其，用做材料时其级级配配是一个重要的

44、指标。是一个重要的指标。 这就形成了不同行业的不同分类习惯和不同的分这就形成了不同行业的不同分类习惯和不同的分类标准。类标准。2021/3/11103“土土的的工工程程分分类类是是勘勘察察、设设计计的的首首要要内内容容”分分类存在不同体系存在不同体系，主要有：主要有： (1) 建设部土的分类标准建设部土的分类标准(GBJl45 90)； (2) 建建 设设 部部 建建 筑筑 地地 基基 基基 础础 设设 计计 规规 范范 (GB50007 2011)； (3) 水水利利部部土土工工试试验验规规程程(SL237 1999)中的中的128 84分类法；分类法； (4) 交交 通通 部部 公公 路路

45、 土土 工工 试试 验验 规规 程程 (JTJ051 93)。2021/3/11104一、分类的目的和原则一、分类的目的和原则 土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。验的交流。分类原则：分类原则：1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便测定方法简单，使用方便2.土的

46、分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性工程用土的不同特性2021/3/11105二、分类体系与方法二、分类体系与方法 分类体系：分类体系：1.建筑工程系统分类体系建筑工程系统分类体系2.工程材料系统分类体系工程材料系统分类体系侧重把土作为侧重把土作为建筑地基建筑地基和和环境环境，研究对象为，研究对象为原状土原状土，例如：建筑地基基础设计规范例如：建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)地地基土分类方法基土分类方法侧重把土作为侧重把土作为建筑材料建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对

47、象为工程。研究对象为扰动土扰动土，例如：土的分类标准，例如：土的分类标准(GBJ145-90)工程用土的分类和公路土工试验规程工程用土的分类和公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类土的工程分类2021/3/11106分类方法：分类方法：1.建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072011) 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和特殊土六大类和特殊土六大类a.岩石的分类岩石的分类 颗粒间牢固粘结颗粒间牢固粘结, ,呈整体或

48、具有节理隙的岩体称为岩呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度石，坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类分类 坚硬程度类别坚硬程度类别饱和单轴抗压饱和单轴抗压强度强度frk(Mpa)坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩30frk60frk6015frk305frk15frk5 2021/3/11107c.砂土的分类砂土的分类 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒的土，且粒径大于径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土的土称为砂土 b.碎石土的分类碎石土的分类粒径

49、大于粒径大于2mm2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%50%的土称为碎石土的土称为碎石土d.d.粉土的分类粉土的分类 粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重50%50%，塑性指，塑性指数数IP10IP10的土称为粉土的土称为粉土e.e.粘性土的分类粘性土的分类2021/3/11108f.人工填土的分类人工填土的分类 由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱较杂乱, ,均匀性较差，根据其物质组成和成因均匀性较差，根据其物质组成和成因, ,可分为素填土、可分为素填土、压实填土、杂填土

50、和冲填土压实填土、杂填土和冲填土 2.土的分类标准土的分类标准(GBJ14590) 根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗根据各粒组的相对含量把土分为巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土四大类粒土和细粒土四大类a.巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土的分类 巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于巨粒土和含巨粒土按土中粒径大于60mm的巨粒含量区分。的巨粒含量区分。若土中巨粒含量多于若土中巨粒含量多于50%, ,属于巨粒土；若土中巨粒含量在属于巨粒土；若土中巨粒含量在15%50%之间，属于含巨粒土之间，属于含巨粒土b.粗粒土的分类粗粒土的分类 巨粒含量少于巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒

51、径大于，剔除巨粒后，若土中粒径大于0.075mm的粗粒含量多于余土的的粗粒含量多于余土的50%，属于粗粒土。粗粒土，属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类分为砾类土和砂类土两类2021/3/11109c.细粒土的分类细粒土的分类 土中粒径小于土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。的土属于细粒土。细粒土按塑性图进行细分细粒土按塑性图进行细分2021/3/11110问问题题：土土的的粒粒组组的的划划分分和和土土的的分分类类是是否否是是一一回事？回事？（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）（例如：粉粒组和粉土是否是

52、一个概念）回答：回答：粉粒组粉粒组:0.075mmd0.005mm :0.075mmd0.005mm 粉粉土土：大大于于0.075mm0.075mm的的颗颗粒粒含含量量不不超超过过全全重重的的50%50%，且塑性指数，且塑性指数I IP P1010的土。的土。例题：例题：1-5,1-61-5,1-6 2021/3/11111三、例题分析三、例题分析n【例】下图为某三种土下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线的颗粒级配曲线, ,试按试按地基规范地基规范分类法确定三种土的名称分类法确定三种土的名称 2021/3/11112【解答】解答】A土土: :从从A土级配曲线查得土级配曲线查得, ,粒径小于粒

53、径小于2mm的占总土质量的占总土质量的的67%、粒径小于、粒径小于0.075mm占总土质量的占总土质量的21%, ,满足粒满足粒径大于径大于2mm的不超过的不超过50%, ,粒径大于粒径大于0.075mm的超过的超过50%的要求的要求, ,该土属于砂土；该土属于砂土；又由于粒径大于又由于粒径大于2mm的占总土质量的的占总土质量的33%, ,满足粒径大满足粒径大于于2mm占总土质量占总土质量25%50%的要求的要求, ,故此土应命名为故此土应命名为砾土砾土 B土土: :粒径大于粒径大于2mm的没有的没有, ,粒径大于粒径大于0.075mm占总土质占总土质量的量的52%, ,属于砂土。按砂土分类表

54、分类属于砂土。按砂土分类表分类, ,此土应命名为此土应命名为粉砂粉砂 C土土: :粒径大于粒径大于2mm的占总土质量的的占总土质量的67%, ,粒径大于粒径大于20mm的占总土质量的的占总土质量的13%, ,按碎石土分类表可得按碎石土分类表可得, ,该土该土应命名为圆砾或角砾应命名为圆砾或角砾 2021/3/11113本章基本要求本章基本要求1理解理解土的三相组成，明确土是由土粒、水和空气组成的三土的三相组成，明确土是由土粒、水和空气组成的三相体。相体。2掌握掌握土的粒径级配的分析方法土的粒径级配的分析方法(包括土颗粒组划分、颗粒大包括土颗粒组划分、颗粒大小分析试验、粒径级配曲线绘制、级配好坏

55、的判断指标及标准、小分析试验、粒径级配曲线绘制、级配好坏的判断指标及标准、粒径级配在无粘土分类上的应用粒径级配在无粘土分类上的应用)。清楚土的级配曲线及其用途。清楚土的级配曲线及其用途。3理解理解土的三相比例指标的定义并土的三相比例指标的定义并掌握掌握其计算方法。建立土其计算方法。建立土的三相图，的三相图，掌握掌握各指标的定义和公式，推导换算公式。应区分各指标的定义和公式，推导换算公式。应区分可直接测定的三个基本物理指标的测定方法。可直接测定的三个基本物理指标的测定方法。2021/3/111144了解了解土的物理性质，搞清土的物理性状指标的定土的物理性质，搞清土的物理性状指标的定义并义并掌握掌

56、握它们之间的换算关系及其用途。它们之间的换算关系及其用途。5了解了解表征土的状态指标，表征土的状态指标，掌握掌握如何利用这些指标如何利用这些指标对土的状态作出判断。此外，对于塑性指数、液性指对土的状态作出判断。此外，对于塑性指数、液性指数的定义及其意义也应明确。了解砂土的相对密度的数的定义及其意义也应明确。了解砂土的相对密度的概念与意义。概念与意义。6了解土的工程分类方法及其步骤。了解土的工程分类方法及其步骤。2021/3/11115作业：作业：1-21-21-51-51-61-62021/3/11116 重点和难点重点和难点重点土的三相物理指标及换算关系。土的粒径级配的概念。土的物理状态的判断。难点土的三相物理指标的换算。2021/3/11117