《土的物理性质与工程分类》由会员分享，可在线阅读，更多相关《土的物理性质与工程分类（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章第三章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类本章教学目的本章教学目的11.1.理解并记住土的基本物理性质指标的名称、理解并记住土的基本物理性质指标的名称、表示符号、定义、表达式和常用单位，熟悉其表示符号、定义、表达式和常用单位，熟悉其取值范围；取值范围；2.2.掌握掌握3 3个实测指标的测定方法；个实测指标的测定方法；3.3.掌握掌握6 6个换算指标与个换算指标与3 3个实测指标间的换算个实测指标间的换算方法；方法；4.4.理解粘性土的三种稠度状态；理解粘性土的三种稠度状态；5.5.理解液限和塑限的定义，记住其表示符号和测定理解液限和塑限的定义，记住其表示符号和测定方法；方法；6
2、.6.理解并记住液性指数、塑性指数的表示符号、计理解并记住液性指数、塑性指数的表示符号、计算方法和物理意义；算方法和物理意义；7.7.掌握达西定律；掌握达西定律；8.8.熟悉土的工程分类的一般原则和分类及建设部的熟悉土的工程分类的一般原则和分类及建设部的土质分类标准。土质分类标准。第一节第一节 土的基本物理性质土的基本物理性质土土的的物物理理性性质质是是指指三三相相的的质质量量与与体体积积之之间间的的相相互互比比例例关关系及固、液二相相互作用表现出来的性质。系及固、液二相相互作用表现出来的性质。前前者者称称为为土土的的基基本本物物理理性性质质，主主要要研研究究土土的的密密实实程程度度和和干湿状
3、况；干湿状况；后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及透水性等。后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及透水性等。 土的三相示意图土的三相示意图气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积VVvma一、土粒密度一、土粒密度 定义：定义：土粒密度土粒密度s是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量。 表达式表达式：取值范围取值范围：它的数值一般在2.602.80g/cm3之间土粒比重土粒比重 Gs 土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4C时的质量之比。无量纲。 表达式表达式：测定方法：比重瓶法测定方法：比重瓶法二、土的密度与重度二、土的密度与重度土的密度土的密度是指土的总质量与总体积之比
4、，即单位体积土的质量，其单位是g/cm3。1 1、天然密度天然密度定义：定义：天然状态下单位体积土的质量，称天然密度天然密度，表达式：表达式： （g/cm3）取值范围：取值范围：天然密度常见值为1.62.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一个实测指标。测定方法：环刀法测定方法：环刀法2 2、干密度、干密度定义：定义：土的孔隙中完全没有水时的密度，称土的干密度干密度，指单位体积干土的质量。表达式：表达式： （g/cm3）取值范围取值范围：干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.41.7g/cm3之间。 3 3、饱和密度、饱和密度定义：定义：土的孔隙完全被水充满
5、时的密度称为饱和密度饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时单位体积土的质量表达式表达式：取值范围：取值范围：1.8-2.31.8-2.3g/cm3工程上常用重度重度指标，它指单位体积土的重量，kN/m3。天然重度天然重度、干重度干重度d及饱和重度饱和重度sat另外，处于地水位以下的有效重度常特称为土的浮重度浮重度，等于土的饱和重度减去水的重度（w），即：对于同一种土来讲，土的天然重度、干重度、饱和重度、浮重度在数值上有如下关系： 4、重度、重度三、土的含水性三、土的含水性 1、含水量、含水量定义：定义：含水量含水量指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水率含水率。表达
6、式：表达式：一般所说的含水量指的是天然含水量。土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水量饱和含水量wsat。 饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多少。又能反映土的孔隙率大小。 测定方法：烘干法测定方法：烘干法2、饱和度、饱和度定义定义：土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱和度饱和度，以百分数表示。表达式：表达式：或天然含水量与饱和含水量之比：取值饱和度可以说明土孔隙中充水的程度，其数值为0100%。干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。工程实际中，按饱和度大小常将砂类土划分为如下三种含水状况：Sr80% 饱和的四、土的孔隙性四、土的孔隙性 土中孔隙大小、形状、分布特
7、征、连通情况与总体积等，称为土的孔隙性孔隙性。其主要取决于土的颗粒级配与土粒排列的疏密程度。1、孔隙度、孔隙度定义：定义：孔隙度孔隙度又称孔隙率孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积之比，用百分数表示。表达式：表达式：土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。取值范围：取值范围：土的孔隙度一般为2752%。新沉积的淤泥，孔隙度可达80%。 2、孔隙比、孔隙比定义：定义：孔隙比孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值，用小数表示表达式：表达式：土的孔隙比说明土的密实程度，按其大小可对砂土或粉土进行密实度分类。在岩土工勘察规范（GB50021-94）中，用天然孔隙比来确
8、定粉土的密实度粉土的密实度。e0.9 稍密孔隙度与孔隙比的关系为 3 3、砂土的相对密度、砂土的相对密度砂土的密实程度还可用相对密度相对密度（Dr）来表示。 Dr=0时，土处于最疏松状态；Dr=1时，土处于最密实状态。标准贯入试验锤击数N63.5密实度N63.510松散10N63.515稍密1530密实天然状态砂土的密实度天然状态砂土的密实度了解：了解：五、土的基本物理性质指标之间的关系五、土的基本物理性质指标之间的关系 土粒密度土粒密度、天然密度天然密度、含水量含水量是三个基本实测指标基本实测指标、即通过试验直接测定。六个换算指标的换算方法：1、数学演算法、数学演算法 由实测指标换算求取六个
9、导出指标可直接用简单的数学演算方法，如：1）绘制三相草图，令Vs=12）根据实测指标确定三相的体积与质量3）按定义求其他指标例题例题12、三相草图法、三相草图法一、粘性土的稠度状态一、粘性土的稠度状态 稠度：稠度：粘性土因含水多少而表现出的稀稠软粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度；硬程度； 稠度状态：稠度状态：因含水多少而呈现出的不同的物因含水多少而呈现出的不同的物理状态。理状态。第二节第二节 粘性土的稠度与可塑性粘性土的稠度与可塑性粘性土的稠度与可塑性是粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用土粒与水相互作用后后所表现出来的物理性质。所表现出来的物理性质。 固态固态：含水量相对较少，粒间主
10、要为强结合：含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢固，土质坚硬，力学强度高，不水连结，连结牢固，土质坚硬，力学强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。能揉塑变形，形状大小固定。三种稠度状态三种稠度状态 塑塑态态：含含水水量量较较固固态态为为大大，粒粒间间主主要要为为弱弱结结合合水水连连结结，在在外外力力作作用用下下容容易易产产生生变变形形，可可揉揉塑塑成成任任意意形形状状不不破破裂裂、无无裂裂纹纹，去去掉掉外外力力后后不不能能恢恢复原状。复原状。 流态流态：含水量继续增加，粒间主要为液态水：含水量继续增加，粒间主要为液态水占据，连接极微弱，几乎丧失抵抗外力的能力，占据，连接极微弱，几乎丧失
11、抵抗外力的能力，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆状，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆状，受重力作用即可流动。受重力作用即可流动。0固态固态塑态塑态流态流态如何定量判断粘性土的稠度状态？如何定量判断粘性土的稠度状态？二、界限含水量二、界限含水量稠度界限稠度界限土从某种稠度状态转变为另一种状态时的土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限界限含水量含水量称为称为稠度界限稠度界限，又称为，又称为Atterberg界限界限。工程上常用的有工程上常用的有塑限塑限P和和液限液限L塑限塑限：土从：土从固态固态转变为转变为塑态塑态时的界限含水量，简称时的界限含水量，简称塑限塑限P液限液限：土从：
12、土从塑态塑态转变为转变为液态液态时的界限含水量，简称时的界限含水量，简称液限液限L 0固态固态塑态塑态液态液态塑限塑限P液限液限L搓条法测定塑限搓条法测定塑限将粘性土在毛玻璃上用手搓成直径为将粘性土在毛玻璃上用手搓成直径为3mm的土的土条时若恰好开始出现裂缝，此时的含水量就是条时若恰好开始出现裂缝，此时的含水量就是塑限。塑限。锥式液限仪法测定锥式液限仪法测定液液限限 0.75N，锥角，锥角30，锥体下沉深度为，锥体下沉深度为10mm，所对应的含水量为粘性土的液限（放锥，所对应的含水量为粘性土的液限（放锥15秒）秒）联合测定仪法测定液限和塑限联合测定仪法测定液限和塑限液性指数液性指数IL：反映土
13、的天然含水量与液限、塑限反映土的天然含水量与液限、塑限之间的关系，之间的关系，工程上用来表示土的稠度状态。工程上用来表示土的稠度状态。pL0-pL-p稠度状态稠度状态液性指数液性指数坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL0.750.75IL1IL1三、液性指数三、液性指数四、粘性土的可塑性四、粘性土的可塑性 当粘性土的含水量在某范围内时，可用外力当粘性土的含水量在某范围内时，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并在外力移去时能塑成任何形状而不发生裂纹，并在外力移去时能保持既得的形状，土的这种性能叫保持既得的形状，土的这种性能叫可塑性可塑性。 粘性土中含水量在液限
14、与塑限两个稠度界限粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时，土处于可塑状态，具有可塑性，这是粘之间时，土处于可塑状态，具有可塑性，这是粘性土的独特性能。性土的独特性能。塑性指数塑性指数IP L和和P的差值可以的差值可以反映可塑性的大小反映可塑性的大小，工程，工程上定义为上定义为塑性指数塑性指数 IP IP=L- P 计算结果中的百分号省略计算结果中的百分号省略 1994年国家标准岩土工程勘察规范按塑年国家标准岩土工程勘察规范按塑性指数性指数IP将粘性土分为：将粘性土分为： IP17为粘土为粘土 17IP10为粉质粘土为粉质粘土 IP10为粉土或砂类土为粉土或砂类土。 从某地基取原状土样，测
15、得土的液限L=47%，塑限P=18%，天然含水量=40%，问地基土是什么土，处于什么状态？解：解： 1.求塑性指数：2.求液性指数：3.Ip 17，该地基土为粘土；4.查表3-4， 1.0IL0.75，得土处于软塑状态。例题例题2：第三节第三节 土的透水性土的透水性水在土体孔隙中流动的现象称为水在土体孔隙中流动的现象称为渗流渗流土具有被水等液体透过的性质称为土的土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性渗透性工程意义：工程意义：计算基坑涌水量、水库与渠道的渗计算基坑涌水量、水库与渠道的渗漏量、评价土体的渗透变形、漏量、评价土体的渗透变形、分析饱和粘性土分析饱和粘性土在建筑荷载作用下地基变形与时间
16、在建筑荷载作用下地基变形与时间的关系。的关系。一、土的渗透规律一、土的渗透规律砂土、粉土的渗透符合砂土、粉土的渗透符合Darcy定律定律（1856） 在层流状态下，土中水的渗流速度与能量损失在层流状态下，土中水的渗流速度与能量损失之间服从线性渗流规律。之间服从线性渗流规律。渗透系数渗透系数k是反映土的透水性能的比例系数，是是反映土的透水性能的比例系数，是水力梯度为水力梯度为1时的渗透速度，其量纲与渗透速度时的渗透速度，其量纲与渗透速度相同。相同。Darcy定律定律第四节第四节 土的工程分类土的工程分类一、工程分类的一般原则和类型一、工程分类的一般原则和类型基本原则：基本原则：所划分的土类能反映
17、土性质的变化规律。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土的第一级分类是成因类型分类 如如岩岩土土工工程程勘勘察察规规范范将将土土按按堆堆积积年年代代划划分分为为三三类类：1. 1. 老堆积土；老堆积土； 2. 2.一般堆积土；一般堆积土；3.3.新近堆积土。新近堆积土。 土的第二级分类是土质类型分类土的第二级分类是土质类型分类土的第三级分类是工程建筑类型分类土的第三级分类是工程建筑类型分类建设部分类法建设部分类法土按颗粒级配分类表土的名称颗粒级配大类类粗粒土碎石土 粒径大于2mm的颗粒超过总质量
18、的50%砂类土 粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%细粒土粉土粒径小于0.005mm的颗粒超过总质量10%粘性土粒径小于0.005mm的颗粒质量大于总质量30%二、土质分类简介二、土质分类简介在实际工程应用中规定，土中粒径在实际工程应用中规定，土中粒径d0.075mm（有的规范用有的规范用0.1mm）的土粒质量）的土粒质量大于全部土粒质量的大于全部土粒质量的50%时称为时称为粗粒土粗粒土， 小于小于50%时称为时称为细粒土细粒土。粗粒土粗粒土可以按颗粒级配进一步细分。可以按颗粒级配进一步细分。细粒土细粒土多用塑性指数多用塑性指数Ip或液限或液限L加塑性指数加塑性指数Ip进行细分。进行细
19、分。1、碎石类土、碎石类土碎石类土是粒径大于碎石类土是粒径大于2mm的颗粒含量超过的颗粒含量超过50%的土的土土的名称土的名称颗粒级配及形状颗粒级配及形状碎碎石石土土漂石漂石圆形及亚圆形为圆形及亚圆形为主主粒径大于粒径大于200mm的颗粒的颗粒超过总质量的超过总质量的50%块石块石棱角形为主棱角形为主卵石卵石圆形及亚圆形为圆形及亚圆形为主主粒径大于粒径大于20mm的颗粒超的颗粒超过总质量的过总质量的50%碎石碎石棱角形为主棱角形为主圆砾圆砾圆形及亚圆形为圆形及亚圆形为主主粒径大于粒径大于2mm的颗粒超的颗粒超过总质量的过总质量的50%角砾角砾棱角形为主棱角形为主土的名称土的名称颗粒级配颗粒级配
20、砂砂类类土土砾砂砾砂粒径大于粒径大于2mm的颗粒占总质量的的颗粒占总质量的2550%粗砂粗砂粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒超过总质量的颗粒超过总质量50%中砂中砂粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒超过总质量的颗粒超过总质量50%细砂细砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量的颗粒超过总质量85%粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量的颗粒超过总质量50%2、砂类土、砂类土砂砂类土是粒径大于类土是粒径大于2mm的颗粒含量不超过的颗粒含量不超过50%，粒径大，粒径大于于0.075mm的颗粒含量超过的颗粒含量超过50%的土。的土。粉土砂质粉土粒径小于0.005mm的颗粒不超
21、过总质量10%粘质粉土粒径小于0.005mm的颗粒超过总质量10%3、粉土、粉土 粉土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数Ip小于或等于10的土。4、粘性土、粘性土粘性土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数Ip大于10的土。粘性土粉质粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量占总质量18-30%粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量大于总质量30%粘性土粉质粘土10 17测定土粒密度（比重）：比重瓶法测定土粒密度（比重）：比重瓶法测定土的密度：环刀法测定土的密度：环刀法环刀的容积V=60cm3；环刀的质量m1；环刀和土的质量m2；测定土的含水量：烘干法测定土的含水量：烘干法称量盒质量m0；称量盒加湿土质量m1；称量盒加干土质量m2；思考题在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？用何方法？的？用何方法？含水量能否超过含水量能否超过100？孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过1或或100？塑限？液限塑限？液限? 塑性指数塑性指数? 液性指数液性指数?液性指数是否会出现液性指数是否会出现IL1.0和和IL0的情况？的情况？地基土分几大类？各类土的划分依据是什么？地基土分几大类？各类土的划分依据是什么？
