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1、土的物理性质和压实机理第一章第一章介介绍土的形成及物土的形成及物质组成成, ,从定性从定性和定量两个方面描述土体的物和定量两个方面描述土体的物质组成成 密密实程度及工程程度及工程应用用土的物理性土的物理性质和和压实机理机理主要内容主要内容1 1 土的物性与分土的物性与分类1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制
2、知知识要点要点1.1.掌握土体的三相掌握土体的三相组成及三相比例指成及三相比例指标之之间的的换算算2.2.领会无粘性土密会无粘性土密实度概念、判度概念、判别方法及砂土相方法及砂土相对密度的密度的计算算3.3.掌握粘性土的塑性、液限、塑性指数和液性指数掌握粘性土的塑性、液限、塑性指数和液性指数的概念的概念 及其物理状及其物理状态评价价4.4.掌握无粘性土和粘性土的分掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分依据和分类方法方法5.5.掌握土体的掌握土体的压实原理及原理及压实标准与控制准与控制1.1 土的形成与土的形成与颗粒特征粒特征一、土的形成一、土的形成一、土的形成一、土的形成形成形成过程程形成条件形成
3、条件物理力学性物理力学性质影响影响土是岩石土是岩石经过风化后化后,在不同条件下形成的自然在不同条件下形成的自然历史的史的产物物搬运、沉搬运、沉搬运、沉搬运、沉积积 风化化岩石岩石地球土土地球生物生物风化化物理物理风化化化学化学风化化矿物成物成分未分未变无粘性土无粘性土原生原生矿物物矿物成物成分改分改变粘性土粘性土次生次生矿物物 风化作用分化作用分类有有 机机 质岩石和土的粗岩石和土的粗颗粒受各种气候因素粒受各种气候因素的影响的影响产生生胀缩而而发生裂生裂缝,或在运或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。程中因碰撞和摩擦而破碎。特点：只改特点：只改变颗粒的大小和形状，粒的大小和形状，不改不改变矿物物颗
4、粒的成分。粒的成分。母岩表面和碎散的母岩表面和碎散的颗粒受粒受环境境因素的作用而改因素的作用而改变其其矿物的化物的化学成分，形成新的学成分，形成新的矿物。物。经化学化学风化生成的土化生成的土为细粒土，粒土，具有粘具有粘结力。力。动植物活植物活动引起的岩石和土体引起的岩石和土体粗粗颗粒的粒度或成分的粒的粒度或成分的变化化残残积土土无搬运运积土有搬运土土质较好好残残积土土强风化化弱弱风化化微微风化化母岩体母岩体颗粒表面粗糙粒表面粗糙多棱角多棱角粗粗细不均不均无无层理理母岩表母岩表层经风化作用破碎成岩屑或化作用破碎成岩屑或细小小颗粒后，未粒后，未经搬运残留在原地的堆搬运残留在原地的堆积物物风化所形成
5、的土化所形成的土颗粒，受自然力的作用粒，受自然力的作用搬运到搬运到远近不同的地点所沉近不同的地点所沉积的堆的堆积物物二二. . 搬运与沉搬运与沉积运运积土的特点土的特点运积土有搬运风：风积土土重力重力: : 坡坡积土土 流水流水: :洪洪积土土冲冲积土土湖泊沼湖泊沼泽沉沉积土土海相沉海相沉积物物冰川冰川: : 冰冰积土土土粒粗土粒粗细不同，性不同，性质不均匀不均匀有分有分选性，近粗性，近粗远细浑圆度分度分选性明性明显，土，土层交迭交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差颗粒粒细，表，表层松松软，土性差，土性差土粒粗土粒粗细变化化较大，性大，性质不均匀不均匀颗粒均匀，粒均匀，层厚而不具厚而不
6、具层理理二、土的三相二、土的三相组成成气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用土体三相组成示意图湿土。是一种非湿土。是一种非饱和土。若和土。若为粘土多粘土多为可塑性土。可塑性土。液相液相为零，零，为干干土。此土。此时粘土呈粘土呈坚硬状硬状态，砂土，砂土呈松散状呈松散状态。气体气体为零，零，为饱和和状状态。此。此时粉粉细砂砂或粉土在震或粉土在震动下容下容易易产生液化。生液化。土的三相比例不同，其性土的三相比例不同，其性质不同不同1、固体、固体矿物物颗粒粒(固相固相)物理状态力学特性粒径粒径级配配矿物成分物成分颗粒形状粒形状 矿物成分原生原生矿
7、物物 石英、石英、石英、石英、长长石、云母等石、云母等石、云母等石、云母等次生次生矿物物 主要是粘土主要是粘土主要是粘土主要是粘土矿矿物，包括三种物，包括三种物，包括三种物，包括三种类类型型型型 高岭石、伊利石、蒙脱石高岭石、伊利石、蒙脱石高岭石、伊利石、蒙脱石高岭石、伊利石、蒙脱石粘土粘土矿物物: :由硅氧四面体和由硅氧四面体和铝氢氧八面体构氧八面体构成的晶胞所成的晶胞所组合而成合而成1、固体、固体矿物物颗粒粒(固相固相)硅氧四面体晶片的硅氧四面体晶片的结构构表示表示铝氢氧八面体晶片的氧八面体晶片的结构构表示表示粘土粘土矿物的晶物的晶格构造格构造高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石粒径粒径比
8、表面比表面积胀 缩 性性渗渗 透透 性性强度度压 缩 性性大大10-20m2/g小小大大大大小小中中80-100m2/g中中中中中中中中小小800m2/g大大小小小小大大比表面积 ：单位质量土颗粒所拥有的总表面积9克蒙脱土的总表面积大约与一个足球场一样大蒙脱石三种粘性土三种粘性土矿物的形状特性物的形状特性 颗粒级配a.颗粒大小b.各粒径成分在土中占的比例1.常用表格法或常用表格法或2.累累计曲曲线法表示法表示3.三角坐三角坐标法法影响土性影响土性质的主因的主因1、固体、固体矿物物颗粒粒(固相固相)颗粒大小粒组 按粗按粗细进行分行分组，将粒径接近的，将粒径接近的归成一成一类界限粒径dmm卵石卵石
9、砾石石砂粒砂粒粉粒粉粒 粘粒粘粒 胶粒胶粒20202 20.050.050.0050.005 0.0020.0020.250.5510粗 中细 粗 中 细 极细0.10.1粗粒土粗粒土细粒土粒土1.表格法表示的粒组划分粒组名称粒径范围mm一般特征漂石、块石颗粒200透水性很大，无粘性，无毛细水卵石、碎石颗粒20020圆砾、角砾颗粒粗2010透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小中105细52砂粒粗20.5易透水，当混有云母等杂质时透水性减小，而压缩性增大；无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散；毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大中0.50.25细0.250.1极细0.10.075粉粒粗0.0
10、750.01透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩；毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象细0.010.005粘粒0.1 mm) 沉降分析法：适用于沉降分析法：适用于细粒土粒土 (0.1 mm)各粒各粒组的相的相对含量，用含量，用质量百分数来表示量百分数来表示表述方法表述方法 粒径粒径级配累配累积曲曲线筛分法就是用一套分法就是用一套标准准筛子如孔子如孔直径直径(mm)(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的将烘干且分散了的200g g有代表性有代表性的的试样倒入倒入标准准筛内内摇振，然后振，然后分分别称出留在各称出留在各筛
11、子上的土重，子上的土重，并并计算出各粒算出各粒组的相的相对含量，即含量，即得土的得土的颗粒粒级配。配。 沉降分析法：具体有密度沉降分析法：具体有密度计法法( (也称比重也称比重计法法) )或移液管法或移液管法( (也称也称吸管法吸管法) )。该两法的理两法的理论基基础都是都是依据依据Stokes(Stokes(司司笃克斯克斯) )定律，即定律，即球状的球状的细颗粒在水中的下沉速度粒在水中的下沉速度与与颗粒直径的平方成正比粒直径的平方成正比105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理分法原理图筛分法分法粒径(mm)0.050
12、.010.005百分数P(%)2613.510典典型型颗分分级配配曲曲线沉降分析沉降分析结果果1009080706050403020100小于某粒径之土小于某粒径之土质量百分数量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)2.累累计曲曲线表示法表示法d101009080706050403020100小于某粒径之土小于某粒径之土质量百分数（）量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径土的粒径级配累配累积曲曲线d60d50d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063
13、662.41特征粒径特征粒径: d50 : 平均平均粒径粒径d60 : 控制控制粒径粒径d10 : 有效有效粒径粒径d30 :中中值粒径粒径不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10 连续程度程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀配不均匀粗粗细程度程度： 用用d50 表示 1009080706050403020100小于某粒径之土小于某粒径之土质量百分数（）量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径土的粒径级配累配累积曲曲线d60d10d30斜率斜率:
14、: 某粒径范某粒径范围内内颗粒的含量粒的含量 陡陡相相应粒粒组质量集中量集中 缓-相相应粒粒组含量少含量少平台平台-相相应粒粒组缺乏缺乏连续程度程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数较大大颗粒缺少粒缺少Cc 减小减小较小小颗粒缺少粒缺少Cc 增大增大C c = 1 3, 级配配连续性好性好曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545粒径粒径级配累配累积曲曲线及指及指标的用途：的用途：粒粒组含量用于土的分含量用于土的分类定名定名；不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均
15、匀程度： Cu 5, 不均匀土不均匀土； Cu 3 或 Cc 1,级配不配不连续土土不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的用于判定土的级配配优劣：劣： 如果如果 Cu 5且且 C c = 1 3 ， 级配配 良好的土良好的土； 如果如果 Cu 3 或或 Cc 1, 级配配 不良的土不良的土3.三角坐三角坐标法法基本原理：基本原理：利用等利用等边三角形内任三角形内任意一点至三个意一点至三个边的平的平行距离的行距离的总和等于三和等于三角形的角形的边长。该方法只适用于划分三方法只适用于划分三个粒个粒组的情况的情况三角形坐三角形坐标法法粉粒粉粒(0.0050.075mm)含量含量
16、() 粘粒粘粒(0.075mm)含量含量() 图中中m点的粒点的粒组含量分含量分别如何？如何？ 颗粒形状原生原生矿物物 圆状、状、浑圆状、棱角状状、棱角状次生次生矿物物 针状、片状、扁平状状、片状、扁平状1、固体、固体矿物物颗粒粒(固相固相)2、土体中水、土体中水(液相液相) 根据土体中水分子受到根据土体中水分子受到电场力的作用大小力的作用大小,土体中的土体中的水主要可以分水主要可以分为: 结合水合水: 吸附在土吸附在土颗粒表面的水粒表面的水 自由水自由水: 电场引力作用范引力作用范围之外的水之外的水土中的水即土中的水即为土土体中的液相体中的液相,其其含量及性含量及性质明明显地影响土的性地影响
17、土的性质.重力水重力水毛毛细水水强结合水合水弱弱结合水合水 结晶水晶水 矿物内部的水物内部的水 结结合水合水合水合水 吸附在土吸附在土吸附在土吸附在土颗颗粒表面的水粒表面的水粒表面的水粒表面的水 自由水自由水自由水自由水 电场电场引力作用范引力作用范引力作用范引力作用范围围之外的水之外的水之外的水之外的水 土中冰土中冰 由自由水由自由水冻成，成，冻胀融陷融陷结合水排列致密、定向性排列致密、定向性强密度密度1.21.22.4g/cm2.4g/cm3 3冰点冰点-76-76具有极大的粘滞性和固体具有极大的粘滞性和固体的特性的特性温度高于温度高于100C100C时可蒸可蒸发强结合水合水位于位于强结合
18、水之外，合水之外，电场引引力作用范力作用范围之内之内密度密度1.01.7g/cm3冰点冰点-2030外力作用下可以移外力作用下可以移动不因重力而移不因重力而移动，有粘滞性，有粘滞性弱弱结合水合水图1.6 矿物物颗粒粒对水分子的静水分子的静电引力作用引力作用土中毛土中毛细现象象毛毛细水水分布在土粒内部相互分布在土粒内部相互贯通通的孔隙可以看成的孔隙可以看成许多形状多形状不一、直径互异、彼此不一、直径互异、彼此连通的毛通的毛细管管 上升高度上升高度:毛毛细升高与孔径成反比升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石石分析分析对象象: 水柱水柱T为表面表面张力力3、土体中气体、土体中气体(气相气相)
19、 土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分,存在形式有两种存在形式有两种:自由气体自由气体:与大气相通与大气相通,对土的性土的性质影响不大影响不大封封闭气体气体:与大气隔与大气隔绝,增大土体的增大土体的弹性和性和压缩性性土体中气体土体中气体 土有三个土有三个组成部分：固相、液相和气相成部分：固相、液相和气相 小小结1. 固体固体颗粒粒2. 土中水土中水3. 土中气体土中气体 粒径粒径级配配 矿物成分物成分 颗粒形状粒形状 结合水合水 (强结合水、弱合水、弱结合水合水) 自由水自由水 (重力水、毛重力水、毛细水水) 自由气体自由气体封封闭气体气
20、体1 1 土的物性与分土的物性与分类1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制1.2 土的土的结构及工程性构及工程性质定定义：土体的结构是指土颗粒之间的相互排列和连接方式。力学特性力学特性影影响响土的土的结构构反映反映土的成分土的成分形成条件形成条件分分类单粒粒结构构蜂蜂窝结构构絮状絮状结构构 粒粒间作用力作用力
21、 排列形式排列形式 矿物成分物成分单粒粒结构构 示意示意图重力、毛重力、毛细力力点与点、点与面点与点、点与面原生原生矿物物 指粗颗粒在重力作用下独立下沉并与其它稳定颗粒相接触所形成的一种结构形式粗粒土粗粒土粗粒土粗粒土的的的的结结构构构构 粒粒间作用力作用力 形成形成环境境 排列形式排列形式 矿物成分物成分表面力、胶表面力、胶表面力、胶表面力、胶结结力力力力（斥力减小引力增加）（斥力减小引力增加）（斥力减小引力增加）（斥力减小引力增加） 絮状絮状结构构蜂蜂窝结构构 示意示意图表面力、胶表面力、胶表面力、胶表面力、胶结结力力力力（粒（粒（粒（粒间间斥力占斥力占斥力占斥力占优势优势） 淡水中沉淡水
22、中沉积海水中沉海水中沉积次生次生次生次生矿矿物物物物次生次生次生次生矿矿物物物物注意：注意：天然条件下，可能是多种天然条件下，可能是多种组合，或者由一种合，或者由一种结构构过渡向另一种渡向另一种结构。构。 面与面面与面边、角与面、角与面边、角与、角与边细粒土的粒土的结构构扫扫描描描描电镜电镜类型型土的构造：土的构造：是指同一土层中土颗粒之间的相互关系特征。力学特性力学特性影影响响土的构造土的构造层状构造状构造分散构造分散构造裂隙构造裂隙构造结核状构造核状构造通常分散构造土的工程性通常分散构造土的工程性质最好，最好，结核状构造土的工程性核状构造土的工程性质取决于取决于细粒土部分，裂隙状构造土的工
23、程性粒土部分，裂隙状构造土的工程性质最差。最差。1 1 土的物性与分土的物性与分类1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制1.3 土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标土的物理状土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的粘性土的软硬状硬状态土的物理性土的物理性质指指标( (三相三相间的比例关系
24、的比例关系) )力学特性力学特性影影响响表示表示土的三相比例指土的三相比例指标对研究土的性研究土的性质十分重要十分重要土的三个土的三个组成相的体成相的体积和和质量上的比例关系量上的比例关系密密实程度程度干湿程度干湿程度特点特点: 指指标概念概念简单，数量很多，数量很多要点：名称、概念或定要点：名称、概念或定义、符号、表达式、符号、表达式、单位或量位或量纲、常、常见值或范或范围、联系与区系与区别定定义基本方法基本方法:三相草三相草图法法什么是土的三相比例？什么是土的三相比例？一一. . 土的三相草土的三相草图ma=0mwmsm质量量体体积WaterAirSoilVaVwVsVvV三相草三相草图W
25、aterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量量体体积已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: V Vv Vs Va V / ms m ma m剩下三个独立剩下三个独立变量量三相草三相草图法法物性指物性指标是比例关系是比例关系: :可假可假设任一参数任一参数为1对于于饱和土和土, Va=0剩下两个独立变量实验室室测定定其它指其它指标是一种是一种简单而而实用的方法用的方法WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量量体体积土的密度土的密度土的容重土的容重=g工程上更常用于工程上更常用于计算土算土的自重的自重应力力单位位: kg/m3 或或 g/
26、cm3单位位: kN/m3 一般范一般范围: 1.602.20 g/cm3定定义: 土土单位体位体积的的质量量有有时也称土的天然密度也称土的天然密度表达式表达式:相关指相关指标:三相草三相草图有助于直有助于直观理解物性指理解物性指标的概念的概念二、室内二、室内测定的三个物理性定的三个物理性质指指标-土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量各种密度容重之各种密度容重之间的大小关系：的大小关系：天然密度天然密度干密度干密度饱和密度和密度天然容重天然容重干容重干容重浮容重浮容重饱和容重和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量量体体积土粒比重土粒比
27、重 s: 土粒的密度，土粒的密度，单位体位体积土粒的土粒的质量量单位位: 无量无量纲土粒比重一般范土粒比重一般范围: 粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.654C时纯蒸蒸馏水的密度水的密度=1.0 g/cm3定定义: 土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸蒸馏水的密度的比水的密度的比值表达式表达式:土粒比重在数土粒比重在数值上等于土粒的密度上等于土粒的密度饱和度和度表达式表达式:定定义: 土中水的体土中水的体积与孔隙体与孔隙体积的比的比值饱和度表示和度表示孔隙中充孔隙中充满水的程度水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=1 : 饱和土和土土的含水量土的含水量定定义: 土中水的土中水的质量与
28、土粒量与土粒质量之比量之比, 用百分数表示用百分数表示注意注意: 其其实是含水比是含水比, 可达到或超可达到或超过100表达式表达式:孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度) )关系关系:在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密定定义: 土中孔隙体土中孔隙体积与固与固体体颗粒体粒体积之比之比, 无量无量纲表达式表达式:定定义: 土中孔隙体土中孔隙体积与与总体体积之比之比, 用百分数表示用百分数表示表达式表达式:常用的物理性常用的物理性质指指标间的的换算关系算关系换算步算步骤: :假假设V Vs s=1(V=1=1(V=1或或m ms s=1),=1),并画出三相草并画出三相草图;
29、; : :解出各相物解出各相物质成分的成分的质量和体量和体积; ; : :利用定利用定义式式导出所求的物理性出所求的物理性质指指标。WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量量体体积已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: V Vv Vs Va V / ms m ma m物性指物性指标是比例关系是比例关系: :可假可假设任一参数任一参数为1对于于饱和土和土, Va=0剩下两个独立变量土的三相比例土的三相比例换算公式算公式例例题：P16 例例题1.2 在某住宅地基勘在某住宅地基勘测中，已知一个中，已知一个钻孔孔原状土原状土试样结果果为：土的密度：土的密度1.
30、80g/cm3，土，土粒比重粒比重2.70，土的含水量，土的含水量18。求其余。求其余6个个物理性物理性质指指标。 小小结物理性物理性质指指标土的三个土的三个组成相的体成相的体积和和质量上的比例关系量上的比例关系密密实程度程度干湿程度干湿程度特点特点: 指指标概念概念简单，数量很多，数量很多要点：名称、概念或定要点：名称、概念或定义、符号、表达式、符号、表达式、单位或量位或量纲、常、常见值或范或范围、联系与区系与区别定定义基本方法基本方法:三相草三相草图法法室内室内测定的三个物理性定的三个物理性质指指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草三相草图有助于直有助于
31、直观理解物性指理解物性指标的概念的概念其它常用的物理性其它常用的物理性质指指标v表示土中孔隙含量的指表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指表示土中含水程度的指标v表示土中密度和容重的指表示土中密度和容重的指标三相草三相草图可用于确定可用于确定物性指物性指标之之间的关系的关系三相草三相草图法是求取物法是求取物理性理性质指指标的的简单而而有效的方法有效的方法作作业：P36题1.1，1.2，1.3补充充题：根据三相比例关系，推倒孔隙比的根据三相比例关系，推倒孔隙比的换算式：算式：第一章第一章土的物理性土的物理性质和和压实机理机理1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的
32、土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制影响影响1.4 无粘性土的密无粘性土的密实特性特性无粘性土的松密程度无粘性土的松密程度力学特力学特性性密密实度大度大结构构稳定、定、强度大、度大、压缩变形小形小密密实度小度小结构疏松、不构疏松、不稳定、定、压缩变形大形大衡量无粘性土的密衡量无粘性土的密实度方法度方法孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n相相对密度密度D Dr r现场标
33、准准贯入入试验测定定土的密土的密实度通常是指度通常是指单位体位体积中固体中固体颗粒的含量粒的含量定定义:1.孔隙比孔隙比e或孔隙率或孔隙率nu密密实度度如何衡量如何衡量? ?单位体位体积中固体中固体颗粒含量的多少粒含量的多少优点：点：简单方便方便缺点：不能反映缺点：不能反映级配的影响配的影响 只能用于同一种土只能用于同一种土emin = 0.35emin = 0.20利用孔隙比利用孔隙比e或孔隙率分或孔隙率分类孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n分分类e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比：最大与最小孔隙比相相对密度密度D Dr r = 1 = 1 , , 最密状最
34、密状态 D Dr r = 0 = 0 , , 最松状最松状态 D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松状疏松状态 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密密实状状态判判别标准：准：优点：把土的点：把土的级配因素考配因素考虑在内，在内， 理理论上上较为完善完善缺点：缺点：e e、e eminmin、 e emanman难以准确以准确测定定2.相相对密度密度对策：策：3 3、根据、根据现场标准准贯入入试验判定判定 标准准贯入入试验是一种原位是一种原位测试方法。方法。试验方法：将方法：将质量量为63.5kg63.5kg的的锤头，提升到，提升到76cm76cm的高度，的高度，让锤自由下落，打自由下
35、落，打击标准准贯入器，使入器，使贯入器入土深入器入土深为30cm30cm所需的所需的锤击数，数，记为N63.5N63.5，这是一种是一种简便的便的测试方法。方法。N N的大小，的大小，综合反映了土的合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国岩土工程勘度的大小。我国岩土工程勘查规范（范（GB50021GB500219494）规定砂土的密定砂土的密实度按表度按表标准准贯入入锤击数数进行划分。行划分。标准准贯入入试验垂垂击数数N36.5N36.5N36.510N36.51010N36.51510N36.51515N36.53015N36.530N36.530N36.530
36、密密实度度松散松散稍密稍密中密中密密密实判定判定标准：准：1 1 土的物性与分土的物性与分类1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制1.5 粘性土的物理特性粘性土的物理特性粘性土的物理特性可以用稠度表示。粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同稠度是指粘性土含水量不同时所表所表现出的物理状出的物
37、理状态，反映土的，反映土的软硬程度。硬程度。粘性土从一种状粘性土从一种状态过度到另一种状度到另一种状态的分界含水量称的分界含水量称为界限含水量。界限含水量。塑限塑限p液限液限l稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形粘性土的稠度反映土中水的形态固固态或或半固半固态塑塑态 液液态 强结合水膜最大合水膜最大出出现自由水自由水强结合水合水弱弱结合水合水自由水自由水稠度状稠度状态含水量含水量w一、界限含水量的一、界限含水量的测定方法定方法1、液限液限L L锥式液限式液限仪测定法：定法：76g锤经5s恰好沉入土恰好沉入土10mm所所对应的含水量。的含水量。碟式液限碟式液限仪测定法：以定法：以2转/秒的
38、速度，使碟子反复秒的速度，使碟子反复起落，起落，坠击底座，当底座，当25击V型土槽合型土槽合拢长度恰好度恰好13mm所所对应的含水量。的含水量。锥式液限式液限仪碟式液限碟式液限仪2、塑限p滚搓法：搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm3mm 土条土条时，土条恰好，土条恰好产生裂生裂缝并开始断裂并开始断裂时的含水量的含水量。液、塑性液、塑性联合合测定法：定法：利用液、塑性利用液、塑性联合合测定定仪同同时测定定3 3份不同含水量的同一个土份不同含水量的同一个土样，得到，得到圆锥下沉深度和下沉深度和含水量关系曲含水量关系曲线，则曲曲线上上对应深度深度为10
39、mm10mm及及2mm2mm时土土样的含水量就分的含水量就分别为该土的液限和塑限。土的液限和塑限。圆锥入土深度与含水量关系入土深度与含水量关系液塑限液塑限联合合测定定仪二、塑性指数二、塑性指数I Ip p和液性指数和液性指数I IL L反映吸附反映吸附结合水的能力。能大致反映粘土合水的能力。能大致反映粘土颗粒的含量及其粘粒的含量及其粘性性塑性指数塑性指数I Ip p工程上常用作粘性土与粉土定名的依据工程上常用作粘性土与粉土定名的依据缺点：缺点：不能充分反映粘土不能充分反映粘土颗粒含量粒含量 不同的粘土不同的粘土矿物物结合水的能力不同合水的能力不同为为什么什么什么什么？注意：注意：仅适用于重塑土
40、适用于重塑土液性指数液性指数I IL LwpwwlIL1坚硬状硬状态可塑状可塑状态流流 态0.00 0.250.25 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑塑反映粘性土天然状反映粘性土天然状态的的软硬程度硬程度 工程上作工程上作为确定粘性土承确定粘性土承载力的重要指力的重要指标三、三、结构特性构特性相同含水量、密度相同含水量、密度1. 粘性土的灵敏度粘性土的灵敏度 St =原状土原状土结构性构性相同含水量相同含水量密度密度粉碎粉碎重塑重塑重塑土重塑土强度降低度降低St11-22-44-88-1616粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流流动原状土的无
41、原状土的无侧限抗限抗压强度度重塑土的无重塑土的无侧限抗限抗压强度度含水量不含水量不变，密度不，密度不变，因重塑而，因重塑而强度降低，又因静置而逐度降低，又因静置而逐渐强化，化，强度逐度逐渐恢复的恢复的现象，称象，称为触触触触变变性性性性。土的触土的触变性是土性是土结构中构中联结形形态发生生变化引起的，是土微化引起的，是土微观结构随构随时间变化化的宏的宏观表表现。2. 粘性土的触粘性土的触变性性 四、活四、活动度度活性指数活性指数p0.002: 粒径小于粒径小于0.002mm颗粒的粒的质量占量占总土土总质量的百分比量的百分比A 1.25非活性粘土非活性粘土(高岭石）高岭石）正常粘土正常粘土活性粘
42、土（蒙脱石）活性粘土（蒙脱石）粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比粘性土的塑性指数与土中胶粒含量百分数的比值称称为活活动度（活性指数）度（活性指数）反映粘性土中所含反映粘性土中所含矿物的活物的活动性性 同同样的的结合水含量，所需不同合水含量，所需不同矿物数是不一物数是不一样的。如何反映？的。如何反映？1 1 土的物性与分土的物性与分类1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工
43、程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制1.6 土的工程分土的工程分类分分类依据：依据：能反映土的物理力学性能反映土的物理力学性质土的土的组成成土的状土的状态土的土的结构构 土的工程分土的工程分类是将工程性是将工程性质相近的土相近的土进行分行分类，以便于工程以便于工程应用及研究用及研究本本节主要介主要介绍建筑地基基建筑地基基础设计规范范 GB50007GB5000720022002分分类法法 土土岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土一、岩石一、岩石按成因分按成因分类岩浆岩沉积岩变质岩按按坚硬程度分硬程度分类按完整程度分按完整程度分类二、碎
44、石土二、碎石土土的名称土的名称 颗粒形状粒形状 粒粒组含量含量漂石漂石块石石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石卵石碎石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆砾角角砾粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%三、砂土三、砂土土的名称土的名称 粒粒组含量含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25 - 50%砾砂砂粗砂粗砂中砂中砂细砂砂粉砂粉砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%四、粉土
45、四、粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于小于全质量50%而塑性指数Ip10的土粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量大于大于全质量50%塑性指数Ip10Ip10的土五、粘性土五、粘性土1017的土的土粘土粘土粉粉质粘土粘土六、人工填土六、人工填土人人类活活动而形成的各而形成的各类土。成分复土。成分复杂，均匀性差。，均匀性差。分分类方法方法: (1) 按堆按堆积年代年代进行分行分类，分，分为老填土、新填老填土、新填土；土；(2)按按组成物成物质分分类如下表：如下表：土的名称组成物质素填土素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土杂填土杂填土为含有建筑物垃圾、工业废料、生活垃圾等杂
46、物的填土冲填土冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土压实填土经过压实或夯实的素填土为压实填土1.淤泥和淤泥淤泥和淤泥质土：天然含水量大于液限土：天然含水量大于液限( )，天然孔隙比，天然孔隙比15的粘性土是淤泥，天然孔隙比的粘性土是淤泥，天然孔隙比50%， =3050，e=1.11.7，Sr0.85。液限。液限45%的土的土为次生次生红粘土。粘土。红粘土的工程性粘土的工程性质：强度高度高压缩性低。性低。七、特殊土七、特殊土 八、八、细粒土按塑性粒土按塑性图分分类细粒土是指粒组小于0.075mm者超过50 时的土。在塑性图中，以塑性指数塑性指数塑性指数塑性指数IP为纵轴、液限液限液限液限wL横轴。根据
47、细粒土在坐标图上的位置，就可方便地进行细粒土地分类塑性图分类法1 1 土的物性与分土的物性与分类1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制1.7 土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制土的土的击实性是指土在反复冲性是指土在反复冲击荷荷载作用下能被作用下能被压密的特性密的特性压实的本的本质土料孔隙率减小，密实度提
48、高1 1、击实机理：机理：颗粒被粒被击碎，土粒定向排列碎，土粒定向排列; ;土粒破碎，粒土粒破碎，粒间联结力被破力被破坏而坏而发生孔隙体生孔隙体积减小减小; ;气被气被挤出或被出或被压缩等等2 2、影响、影响击实效效 果的因素：果的因素：土的性土的性质含水量：含水量：压实功：功：粘粒含量：粘粒含量越少，最大干重度越大粘粒含量：粘粒含量越少，最大干重度越大颗粒粒级配：配：颗粒粒级配越均匀，配越均匀，击实效果越差效果越差含水量的不同改含水量的不同改变了土了土颗粒粒间的作用力，并改的作用力，并改变土的土的结构与状构与状态，含水量与，含水量与击实效果如下效果如下图所示所示要达到一定的要达到一定的击实干
49、密度，干密度，则含水量小含水量小时，击实功大，含水量大功大，含水量大时，则应选取取击实功小的机具。功小的机具。0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)2.01.81.61.4干密度干密度 d(g/cm3)饱和曲和曲线 dmax=1.86wop=12.1a. 粘性土存在最粘性土存在最优含水量含水量wop，在填土施工中，在填土施工中应该将土料将土料的含水量控制在的含水量控制在wop左右，以期得到左右，以期得到dmax，通常取，通常取 b. 工程上常采用工程上常采用压实度度Dc控制（作控制（作为填方密度控制填方密度控制标准）准）、级土石土石坝 Dc9598% 级土石土石坝 Dc9
50、295% 3 3、压实标准与控制：准与控制：. . 细细粒土粒土粒土粒土压实标压实标准准准准. . 粗粒土粗粒土粗粒土粗粒土压实压实特性与特性与特性与特性与标标准准准准不存在最不存在最优含水量含水量； 在完全在完全风干和干和饱和两种和两种状状态下易于下易于击实；潮湿状潮湿状态下下d明明显降低降低。a.a.击实曲曲线特点特点:20%20%b. 理理论分析分析对粗粒土，粗粒土，击实过程中可以自由排水，与程中可以自由排水，与细粒土不同。粒土不同。在潮湿状在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。下，存在着假凝聚力，加大了阻力。c. 压实标准准常用相常用相对密度密度控制控制 Dr0.70.75施工施工
51、过程中要么程中要么风干，要么就充分洒水，使土料干，要么就充分洒水，使土料饱和和 例例题P34页例例1.4某土料某土料场土料的分土料的分类为中液限粘中液限粘质土，天然含水量土，天然含水量21，土粒比重，土粒比重2.70。室内。室内标准功能准功能击实试验得到最大得到最大干密度干密度1.85g/cm3。设计中取中取压密度密度95，并要求，并要求压实后土的后土的饱和度和度0.9。问土料的天然含水量是否适用于填土料的天然含水量是否适用于填筑？碾筑？碾压时土料土料应控制多大的含水量。控制多大的含水量。例例1.5某一施工某一施工现场需要填土需要填土,基坑的体基坑的体积为2000m3,土方土方来源是从附近土丘
52、开挖来源是从附近土丘开挖,经勘察土的比重勘察土的比重为2.70,含水量含水量为15,孔隙比孔隙比为0.60,要求填土的含水量要求填土的含水量为17,干密度干密度为17.6kN/m3,问:(1) 取土取土场土的重度、干重度、和土的重度、干重度、和饱和度是多少？和度是多少？(2)应从取土从取土场开采多少方土？开采多少方土？(3)碾碾压时应洒多少水？填土的孔隙比是多少？洒多少水？填土的孔隙比是多少？ 1 1 土的物性与分土的物性与分类1.1 1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征1.21.2土的土的结构及工程性构及工程性质1.31.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标1.41.4无粘
53、性土的密无粘性土的密实特性特性1.51.5粘性土的物理特性粘性土的物理特性1.61.6土的工程分土的工程分类1.71.7土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制本章本章总结1.1 土的形成及土的形成及颗粒特征粒特征土是岩石土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然化后在不同条件下形成的自然历史的史的产物物搬运、沉搬运、沉积形成形成过程程形成条件形成条件物理力学物理力学性性质 风化化岩石岩石地球土土地球影响影响 土有三个土有三个组成部分：固相、液相和气相成部分：固相、液相和气相1. 固体固体颗粒粒2. 土中水土中水3. 土中气体土中气体 粒径粒径级配配 矿物成分物成分 颗粒形状粒形状 结合水合水
54、(强结合水、弱合水、弱结合水合水) 自由水自由水 (重力水、毛重力水、毛细水水) 自由气体自由气体封封闭气体气体1.2土的土的结构及工程性构及工程性质土的土的结构构土土颗粒或粒粒或粒团的的空空间排列和相互排列和相互联结土粒土粒间的作用力的作用力粘性土的粘性土的结构性指构性指标土的土的结构构粗粒土的粗粒土的结构构细粒土的粒土的结构构灵敏度系数灵敏度系数活活动度度1.3土的三相土的三相组成及物理性成及物理性质指指标物理性物理性质指指标土的三个土的三个组成成相的体相的体积和和质量的比例关系量的比例关系密密实程度程度干湿程度干湿程度定定义基本方法基本方法:三相草三相草图法法室内室内测定的三个物理性定的
55、三个物理性质指指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量其它常用的物理性其它常用的物理性质指指标v表示土中孔隙含量的指表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指表示土中含水程度的指标v表示土中密度和容重的指表示土中密度和容重的指标粗粒土的密粗粒土的密实状状态指指标: 相相对密度密度Dr 细粒土的稠度状粒土的稠度状态指指标: 液性指数液性指数IL引入引入定定义判判别标准准稠度界限稠度界限稠度状稠度状态含水量含水量土中水的形土中水的形态塑性指数塑性指数液性指数液性指数引入引入定定义判判别标准准土的物理状土的物理状态粗粒土的松密状粗粒土的松密状态粘性土的粘性土的软硬状硬状
56、态表示表示九个指九个指九个指九个指标标目的目的依据依据建筑地基基建筑地基基础设计规范范 GB 50007-2002 GB 50007-2002分分类法法 1.6 土的工程分土的工程分类一、岩石一、岩石二、碎石土二、碎石土五、粘性土五、粘性土六、人工填土六、人工填土七、特殊土七、特殊土三、砂三、砂类土土四、粉土四、粉土1.7 土的土的压实机理及工程控制机理及工程控制 一一. . 室内室内击实试验 三三. . 细粒土的粒土的压实性性 二二. . 粗粒土的粗粒土的压实性性 1.1.击实曲曲线2.2.理理论分析分析 3.3.影响因素影响因素4.4.压实标准准1.1.击实曲曲线2.2.理理论分析分析 3.3.压实标准准本章要点小本章要点小结：土的形成土的形成渗透特性渗透特性变形特性形特性强度特性度特性土的三相土的三相组成成土的物理状土的物理状态土的土的结构构土的工程分土的工程分类土的土的压实性性 决定决定影影响响如何如何获得得较好的土好的土便于研究和便于研究和应用用作作业：P36习题：1.4，1.5，1.6
