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1、1土的物理性质及分类土的物理性质及分类第二章第二章22.1 概述概述2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.3 黏性土的物理特征黏性土的物理特征2.4 无黏性土的密实性无黏性土的密实性2.5 粉土的密实度和湿度2.6 土的胀缩性、土的胀缩性、 湿陷性和冻胀性湿陷性和冻胀性2.7 土的分类土的分类第二章第二章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类3碎散性碎散性非连续介质非连续介质l 受力以后易变形受力以后易变形l 体积变化主要是孔隙变化体积变化主要是孔隙变化l 剪切变形主要由颗粒剪切变形主要由颗粒 相对位移引起相对位移引起l 强度低强度低岩石风化岩石风化的产物的产物2.1 2.1 概概 述述
2、4多相介质多相介质三相性三相性（三相体系）（三相体系） 受力后由土骨架、孔隙介受力后由土骨架、孔隙介 质共同承担质共同承担 存在复杂的相互作用存在复杂的相互作用 孔隙流体流动孔隙流体流动固相固相土骨架土骨架液相液相水水气相气相空气空气2 .1 概述5天然性天然性（自然变异性）（自然变异性）自然界的产物自然界的产物非均匀性非均匀性各向异性各向异性结构性结构性时空变异性时空变异性2 .1 概述6土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性土的三相组成土的物理状态土的结构土的工程分类土的压实性 决定决定影响如何获得较好的土如何获得较好的土便于研究和应用便于研究和应用2 .1 概述7土的三
3、个组成相的体积和质量上的比例关系松密程度松密程度干湿程度干湿程度轻重程度轻重程度特点: 指标概念简单，数量较多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法:三相草图法2 .1 概述82.1 概述概述2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.3 黏性土的物理特征黏性土的物理特征2.4 无黏性土的密实性无黏性土的密实性2.5 粉土的密实度和湿度2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7 土的分类土的分类第二章第二章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类9Water AirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积2
4、.2.1 土的三相比例关系图土的三相比例关系图2.2 土的三相比例指标10三相草图三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积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 Vw / ms m w ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法物性指标是比例关系物性指标是比例关系: :可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土, Va=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法2.2.1 土的三相比例关系图土的三相比例关系图2.2 土的三相
5、比例指标11WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积 s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量单位单位: 无量纲无量纲土粒相对密度的一般范围土粒相对密度的一般范围: 粘性土粘性土 2.702.76 砂砂 土土 2.652.694C时纯蒸蒸馏水的密度水的密度=1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义: 土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值表达式表达式:1.1.三个基本的三相比例指标三个基本的三相比例指标-室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质
6、指标（1）土粒的相对密度）土粒的相对密度/土粒的比重土粒的比重2.2.2 指标的定义指标的定义2.2 土的三相比例指标ds采用采用“比重瓶法比重瓶法”测定测定12WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积定义定义: 土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示用百分数表示 天然土层含水量变化很大。天然土层含水量变化很大。 一般而言，同一类土，含水量增大，强度降低。一般而言，同一类土，含水量增大，强度降低。 采用采用“烘干法烘干法”测定。测定。表达式表达式:1.1.三个基本的三相比例指标三个基本的三相比例指标-室内测定的三个物理性质指标
7、室内测定的三个物理性质指标（2）土的含水量）土的含水量2.2.2 指标的定义指标的定义2.2 土的三相比例指标13WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积（3）土的密度）土的密度土的重度土的重度=g工程上常用于计算土的自重应力工程上常用于计算土的自重应力单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3定义定义: 单位体积土的质量单位体积土的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度表达式表达式:相关指标相关指标:2.2.2 指标的定义指标的定义2.2 土的三相比例指标1.1.三个基本的三相比
8、例指标三个基本的三相比例指标-室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标采用采用“环刀法环刀法”测定测定14天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然重度天然重度干重度干重度浮重度浮重度浮密度浮密度 有效重度有效重度饱和重度饱和重度单位单位: kg/m3 或或 g/cm3单位单位: kN/m3 定义定义: 土单位体积中固体颗粒的质量土单位体积中固体颗粒的质量表达式表达式:2.2.2 指标的定义指标的定义2.2 土的三相比例指标2. 2. 特殊条件下土的密度特殊条件下土的密度定义定义: 土孔隙中充满水时，土孔隙中充满水时， 单位体积的质量单位体积的质量15各种密度、重度之间的大小
9、关系：各种密度、重度之间的大小关系：天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然重度天然重度干重度干重度浮重度浮重度饱和重度饱和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积2.2.2 指标的定义指标的定义2.2 土的三相比例指标16孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度) ). . 描述土的孔隙体积相对含量的指标描述土的孔隙体积相对含量的指标关系关系:在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可达有的可达60-70%定义定义: 土中孔隙体积与固体颗粒土中孔隙体积与固体颗粒体积之比体积
10、之比, 无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSolidVaVwVsVvV体积体积定义定义: 土中孔隙体积与土总土中孔隙体积与土总体积之比体积之比, 用百分数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid体积体积三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系2.2.2 指标的定义指标的定义2.2 土的三相比例指标17v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标含水量含水量饱和度饱和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与
11、孔隙体积的比值饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=100% : 饱和土饱和土2.2.2 指标的定义指标的定义2.2 土的三相比例指标砂土的湿度：稍湿砂土的湿度：稍湿Sr 50%；很湿：很湿：50% Sr 800%；饱和：饱和： Sr80%18常用的物理性质指标间的换算关系教科书教科书 P34-35 表表2-2要点从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导2.2.3 指标的换算指标的换算2.2 土的三相比例指标例题2-119小结小结物理性质指标物理性质指标土的三个
12、组成相的体积和质量上土的三个组成相的体积和质量上的比例关系的比例关系松密程度松密程度干湿程度干湿程度轻重程度轻重程度特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标v
13、表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标v表示土的密度和容重的指标表示土的密度和容重的指标三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系三相草图法是求取物三相草图法是求取物理性质指标的简单而理性质指标的简单而有效的方法有效的方法2.2 土的三相比例指标202.1 概述概述2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.3 黏性土的物理特征黏性土的物理特征2.4 无黏性土的密实性无黏性土的密实性2.5 粉土的密实度和湿度2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7 土的分类土的分类第二章第二章 土的组成
14、土的组成21土的物理状态指标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软硬程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标( (三相间的比例关系三相间的比例关系) )力学特性力学特性影响影响表表示示2.3 黏性土的物理特征22粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态 也称也称稠度状态稠度状态稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动2.3 黏性土的物理特征2.3.1 黏性土的可塑性及界限含水量黏性土的可塑性及界限含水量可塑性：黏性土在某含水量范围内，可用外力塑成任何形状而不可塑性：黏性土在某含水量范围内，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当外力移去后仍能保
15、持既得形状的性能。发生裂纹，并当外力移去后仍能保持既得形状的性能。界限含水量：黏性土由一种状态转到另一种状态的含水量，又称界限含水量：黏性土由一种状态转到另一种状态的含水量，又称阿太堡界限阿太堡界限23塑限塑限wp液限液限wl界限含界限含水量水量粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态塑态塑态 流态流态 强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态w1 土的物性与分类土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水
16、自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水吸附弱结合吸附弱结合水的能力水的能力塑性指数塑性指数2.3.1 黏性土的可塑性及界限含水量黏性土的可塑性及界限含水量2.3 黏性土的物理特征缩限缩限ws241 土的物性与分类2.3.1 黏性土的可塑性及界限含水量黏性土的可塑性及界限含水量2.3 黏性土的物理特征塑限塑限wp由搓条法确定由搓条法确定液限液限wl由锥式、碟由锥式、碟式液限仪试式液限仪试验确定验确定锥式液限仪联合确定锥式液限仪联合确定25吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小1 1、塑性指数、塑性指数常作为细粒土工程分类的依据常作为细
17、粒土工程分类的依据2.3.2 黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标2.3 黏性土的物理特征26相对稠度相对稠度问题：仅适用于问题：仅适用于重塑土重塑土即使即使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指数液性指数对不同的粘土，对不同的粘土，wp、wl 大小不同大小不同定义：定义：wpwwlIL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑对同一种粘土，含水量可反映其稠度对同一种粘土，含水量可反映其稠度问题：问题：2.3.2 黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标2.3 黏性土的物理特征2 2、液性指数、液性指数
18、27用于划分路基的干湿状态用于划分路基的干湿状态表表2-5定义：定义：2.3.2 黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标2.3 黏性土的物理特征3 3、天然稠度、天然稠度原状土样测定的液限和天然含水量之差与塑性指数之比原状土样测定的液限和天然含水量之差与塑性指数之比282.3.3 黏性土的活动度、灵敏度和触黏性土的活动度、灵敏度和触变性变性2.3 黏性土的物理特征1、黏性土的活动性、黏性土的活动性缺点缺点不能充分反映粘土颗粒含量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不同的粘土矿物结合水的能力不同活动度活动度m: 粒径小于粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比颗
19、粒的质量占总土总质量的百分比A 1.25不活动粘性土不活动粘性土 正常粘性土正常粘性土 活动粘性土活动粘性土29相同含水量、密度相同含水量、密度=原状土原状土结构性结构性相同含水量相同含水量密度、组成密度、组成粉碎粉碎重塑重塑重塑土重塑土强度降低强度降低 St（1，2（2，4 4粘性土粘性土低灵敏低灵敏中灵敏中灵敏高灵敏高灵敏原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度2.3.3 黏性土的活动度、灵敏度和触黏性土的活动度、灵敏度和触变性变性2.3 黏性土的物理特征2、黏性土的灵敏度、黏性土的灵敏度30含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又含水量不
20、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，称为因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性触变性。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，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。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。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。2.3.3 黏性土的活动度、灵敏度和触黏性土的活动度、灵敏度和触变性变性2.3 黏性土的物理特征3、黏性土的触变性、黏性土的触变性312.1 概述概述2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.3 黏性土的物理特征黏性土的物理特征2.4
21、 无黏性土的密实性无黏性土的密实性2.5 粉土的密实度和湿度2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7 土的分类土的分类第二章第二章 土的组成土的组成32e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比密实度密实度如何衡量如何衡量? ?单位体积中固体颗粒含量的多少单位体积中固体颗粒含量的多少 或或 孔隙含量的多少孔隙含量的多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反映级配的影响不能反映级配的影响 只能用于同一种土只能用于同一种土对对策策相对密实度相对密实度干重度干重度 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin = 0
22、.35emin = 0.202.4.1 砂土的相对密实度砂土的相对密实度2.4 无黏性土的密实度33e emaxmax: : 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，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e eminmin: : 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
23、小孔隙比到最小孔隙比e emaxmax与与e emin min ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比注意：注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难2.4.1 砂土的相对密实度砂土的相对密实度2.4 无黏性土的密实度表表2-62-6、2-7 2-7 划分标准划分标准34粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标 判别标准：判别标准： D Dr r = 1 = 1 , , 最密状态最密状态 D Dr r = 0 = 0 , , 最松状态最松状态 D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密实状态密实
24、状态相对密实度相对密实度2.4.1 砂土的相对密实度砂土的相对密实度2.4 无黏性土的密实度35砂土密实度按天然孔隙比划分：表砂土密实度按天然孔隙比划分：表2-8。砂土密实度按标准贯入击数砂土密实度按标准贯入击数N划分：表划分：表2-9和和2-10。碎石土密实度按重型动力触探击数碎石土密实度按重型动力触探击数N63.5划分：划分： 表表2-11 。碎石土密实度的野外鉴别：表碎石土密实度的野外鉴别：表2-12。2.4.2 2.4.2 无黏性土密实度划分的其他方法无黏性土密实度划分的其他方法2.4 无黏性土的密实度362.1 概述概述2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.3 黏性土的物理特征
25、黏性土的物理特征2.4 无黏性土的密实性无黏性土的密实性2.5 粉土的密实度和湿度2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7 土的分类土的分类第二章第二章 土的组成土的组成37黏性土具有的吸水膨胀和失水收缩的变形特性，称黏性土具有的吸水膨胀和失水收缩的变形特性，称为土的胀缩性。为土的胀缩性。自由膨胀率自由膨胀率 40%且具有一定工程特征的土，判定且具有一定工程特征的土，判定为膨胀土为膨胀土。2.6.1 2.6.1 土的胀缩性土的胀缩性2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性38土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作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
26、湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征，称为土的湿陷性。下陷的特征，称为土的湿陷性。黄土：形成于第四纪，颗粒以粉粒为主，黄色或黄黄土：形成于第四纪，颗粒以粉粒为主，黄色或黄褐色粉性土。褐色粉性土。湿陷系数湿陷系数 0.015的黄土，判定为湿陷性黄土的黄土，判定为湿陷性黄土。2.6.2 2.6.2 土的湿陷性土的湿陷性2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性39土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性，称为土的冻胀性。变形特性，称为土的冻胀性。土发生冻胀的原因：土中水分向冻结区迁移和积聚。土发生
27、冻胀的原因：土中水分向冻结区迁移和积聚。冻胀的危害性冻胀的危害性：隆起和软化：隆起和软化。土的冻胀性的分类：土的冻胀性的分类：P492.6.3 2.6.3 土的冻胀性土的冻胀性2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性402.1 概述概述2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.3 黏性土的物理特征黏性土的物理特征2.4 无黏性土的密实性无黏性土的密实性2.5 粉土的密实度和湿度2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7 土的分类土的分类第二章第二章 土的组成土的组成41目的：依据：2.7.1 2.7.1 土的分类原则和标准土的分类原则和标准是将工程性质相近的是将工程性质相近
28、的土归为一类土归为一类便于研究、交流及应用能反映土的物理力学性质土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构2.7 土的分类原则： 1、简明的原则2、工程特性差异的原则422.7 土的分类2.7.1 土的分类原则和标准土的分类原则和标准土的分类标准土的分类标准（GB145-90） 见见P50-5343建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法 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2.7 土的分类2.7.2 2.7.2 建筑地基土的分类法建筑地基土的分类法 1、按沉积年代和地、按沉积年代和地质成因划分质成因划分2、按颗粒级配和塑、按颗粒级配和塑性指数
29、划分性指数划分3、其他、其他44碎石土土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量漂石块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%2.7 土的分类2.7.2 建筑地基土的分类建筑地基土的分类45砂土土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25 - 50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于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%2.7 土的分类2.7.2 建筑地基土的分类建筑地基土的分类46粉土粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒的颗粒含量小于全质量含量小于全质量50%而塑而塑性指数性指数Ip10的土的土塑性指数塑性指数Ip10的土的土粘性土1017的土的土粘土粘土粉质粘土粉质粘土A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土2.7 土的分类2.7.2 建筑地基土的分类建筑地基土的分类472.7.3 公路桥涵地基土的分类公路桥涵地基土的分类 教科书教科书P55P55P59P592.7 土的分类2.7.4 公路基土的分类公路基土的分类
