土力學1-第2章

1、內蒙古工業(yè)大學內蒙古工業(yè)大學 工程管理專業(yè)工程管理專業(yè)土力學土力學1 1之第二章之第二章土的物理性質與工程分類土的物理性質與工程分類 本章提要本章提要 本章特點本章特點 學習要點學習要點第二章：土的物理性質與工程分類第二章：土的物理性質與工程分類 對土的特點進行詳細解釋對土的特點進行詳細解釋 對土的組成和狀態(tài)進行定量描述對土的組成和狀態(tài)進行定量描述 內容瑣碎、零散內容瑣碎、零散 理清各節(jié)間聯系理清各節(jié)間聯系 理清各節(jié)內層次理清各節(jié)內層次 注意物理概念的把握注意物理概念的把握仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水滲透特性變形特性強度特性土的結構構造土的結構構造土的三相組成土的三相組成土的生成土的生成

2、土的工程分類：便于研究和應用土的工程分類：便于研究和應用土的壓實性：如何獲得較好的土土的壓實性：如何獲得較好的土決定決定土的物理性質土的物理性質土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水第二章：土的物理性質與工程分類第二章：土的物理性質與工程分類2.1 2.1 土的生成與特性土的生成與特性2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成2.3 2.3 土的物理性質指標土的物理性質指標2.4 2.4 土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(tài)指標2.5 2.5 地基土的工程分類地基土的工程分類仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水土土 的的 生生 成成土土巖石巖石風化、搬運、沉積風化、搬運、沉積地質成巖作

3、用地質成巖作用土的組成、結構土的組成、結構和物理力學性質和物理力學性質過程、條件過程、條件2.22.2 土的形成土的形成 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水土的生成與風化作用土的生成與風化作用 物理風化物理風化 化學風化化學風化 生物風化生物風化 巖石和土的粗顆粒受各種氣巖石和土的粗顆粒受各種氣候等物理因素的影響產生脹候等物理因素的影響產生脹縮而發(fā)生裂縫縮而發(fā)生裂縫, ,或在運動過或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是顆粒大小發(fā)生量的變化是顆粒大小發(fā)生量的變化 礦物成分與母巖相同，稱原礦物成分與母巖相同，稱原生礦物生礦物 產生無粘性土產生無粘性土2.22.2 土的形成土的形

4、成 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水 母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物的化學成分，形成新的礦物 顆粒成分發(fā)生質的變化顆粒成分發(fā)生質的變化 礦物成分與母巖不同，稱次礦物成分與母巖不同，稱次生礦物生礦物 形成十分細微的土顆粒，最形成十分細微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類主要為粘性顆粒及可溶鹽類土的生成與風化作用土的生成與風化作用 物理風化物理風化 化學風化化學風化 生物活動生物活動2.22.2 土的形成土的形成 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水 包括植物、動物和土壤微包括植物、動物和土壤微生物的作用生

5、物的作用 可加劇物理和化學風化可加劇物理和化學風化 構成土中有機質和營養(yǎng)物構成土中有機質和營養(yǎng)物質的生物循環(huán)質的生物循環(huán) 導致腐殖質的形成，改變導致腐殖質的形成，改變土壤的結構土壤的結構土的生成與風化作用土的生成與風化作用 物理風化物理風化 化學風化化學風化 生物活動生物活動2.22.2 土的形成土的形成 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水 殘積土殘積土 無搬運無搬運 運積土運積土 有搬運有搬運搬運與沉積搬運與沉積母巖表層經風化作用破碎成母巖表層經風化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經搬巖屑或細小顆粒后，未經搬運殘留在原地的堆積物運殘留在原地的堆積物 殘積土殘積土 強風化強風化 弱風化弱風化 微

6、風化微風化 母巖體母巖體 顆粒表面粗糙顆粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗細不均粗細不均 無明顯層理無明顯層理2.22.2 土的形成土的形成 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.12.1 土的形成土的形成 搬運與沉積搬運與沉積 殘積土殘積土 無搬運無搬運 運積土運積土 有搬運有搬運風化所形成的土顆粒，受自然力的風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物的堆積物 坡積土：坡積土：土粒粗細不同，性質不均土粒粗細不同，性質不均 洪積土：洪積土：有分選性，近粗遠細有分選性，近粗遠細 沖積土：沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭渾圓度分選性明顯，土層交迭

7、 湖泊沼澤沉積土：湖泊沼澤沉積土：含有機物淤泥，土性差含有機物淤泥，土性差 海相沉積物：海相沉積物：顆粒細，表層松軟，土性差顆粒細，表層松軟，土性差 冰積土：冰積土：土粒粗細變化較大，性質不均勻土粒粗細變化較大，性質不均勻 風積土：風積土：顆粒均勻，層厚而不具層理顆粒均勻，層厚而不具層理仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.1 2.1 土的結構土的結構 土土 的的 結結 構構土顆?；蛄F的空間排土顆粒或粒團的空間排列和相互聯結列和相互聯結 原狀土和原狀土和重塑重塑土的強度土的強度 沉積或碾壓土沉積或碾壓土的各向異性的各向異性 土的結構土的結構土體土體的性質的性質 土粒間的作用力土粒間的作用力

8、粗粒土的結構粗粒土的結構 細粒土的結構細粒土的結構 粘性土的結構性指標粘性土的結構性指標仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.1 2.1 土的結構土的結構 粗粒土的結構粗粒土的結構- -單粒結構單粒結構F粒間作用力：粒間作用力：重力起重力起決定性的作用決定性的作用。在非。在非飽和土中，還受到毛飽和土中，還受到毛細力的作用細力的作用F排列形式：點與點排列形式：點與點 點與面點與面單粒結構單粒結構示意圖示意圖仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.4 2.4 土的結構土的結構 細粒土的結構細粒土的結構 形成環(huán)境形成環(huán)境 粒間作用力粒間作用力 排列形式排列形式淡水中沉積淡水中沉積表面力、膠結力表面力、

9、膠結力（粒間斥力占優(yōu)勢（粒間斥力占優(yōu)勢) )面與面面與面天然通常不是單一結構，可能是呈多種類型的綜天然通常不是單一結構，可能是呈多種類型的綜合結構。往往先形成團粒合結構。往往先形成團粒海水中沉積海水中沉積表面力、膠結力表面力、膠結力（斥力減小引力增加（斥力減小引力增加) )邊、角與面邊、角與面邊、角與邊邊、角與邊示意圖示意圖蜂窩結構蜂窩結構絮狀結構絮狀結構仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.12.1土的結構土的結構 細粒土的結構細粒土的結構仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水細土顆粒間的作用力細土顆粒間的作用力 范德華力：范德華力：接觸點處的分子引力，作用范圍為接觸點處的分子引力，作用范圍為幾

10、個分子的距離，是細粒土粘結在一起的主因幾個分子的距離，是細粒土粘結在一起的主因 庫侖力：庫侖力：顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離顆粒表面的靜電引力或斥力，隨距離衰減的速度比范德華力慢衰減的速度比范德華力慢 膠結力：膠結力：土粒間通過膠體連結在一起，作用力土粒間通過膠體連結在一起，作用力是化合鍵，具有較高的強度是化合鍵，具有較高的強度 毛細力：毛細力：土中毛細作用形成的力土中毛細作用形成的力 土中細顆粒，比表面積大，重量輕，重力不起重要的土中細顆粒，比表面積大，重量輕，重力不起重要的作用，其他粒間力起主導作用：作用，其他粒間力起主導作用：2.1 2.1 土的結構土的結構 仁者樂山仁者樂山 智者樂

11、水智者樂水含水量不變，密度不變，因重塑而強度含水量不變，密度不變，因重塑而強度降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸恢復的現象，稱為恢復的現象，稱為觸變性觸變性。2.1 2.1 土的結構土的結構 反映粘性土結構性的指標反映粘性土結構性的指標 土的觸變性是土結構中聯結形態(tài)發(fā)生土的觸變性是土結構中聯結形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結構隨時間變化的變化引起的，是土結構隨時間變化的宏觀表現。宏觀表現。 目前尚沒有合理的描述土觸變性的方目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標。法和指標。 靈敏度靈敏度 觸變性觸變性仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水土中氣體土中氣體 氣相氣相 次要

12、作用次要作用固體顆粒固體顆粒 固相固相 構成土體骨架構成土體骨架 起決定作用起決定作用土中水土中水 液相液相 重要影響重要影響土體的三相構成土體的三相構成飽和土飽和土 ：土體孔隙完全被水充滿：土體孔隙完全被水充滿干干 土土 ：土體孔隙完全被氣充滿：土體孔隙完全被氣充滿非飽和土：孔隙中水和氣均存在非飽和土：孔隙中水和氣均存在2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 固體顆粒固體顆粒 - - 礦物成分礦物成分固體成分固體成分原生礦物原生礦物 - 石英、長石、云母等石英、長石、云母等次生礦物次生礦物礦物質礦

13、物質腐殖質腐殖質無定形氧化物膠體無定形氧化物膠體可溶鹽可溶鹽粘土礦物粘土礦物具有和原生礦物很不相同的特性具有和原生礦物很不相同的特性對粘土性質的影響很大對粘土性質的影響很大仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 粘粘 土土 礦礦 物物粘土礦物是一種復合的鋁粘土礦物是一種復合的鋁- -硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和片和鋁片構成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙特石三種類型。蒙特石三種類型。 硅片硅片 鋁片鋁片SiSi氧離子氧離子O2-硅離子硅離子Si4+硅硅

14、- -氧四面體氧四面體 硅片的結構硅片的結構 硅片簡圖硅片簡圖仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 粘粘 土土 礦礦 物物粘土礦物是一種復合的鋁粘土礦物是一種復合的鋁- -硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和片和鋁片構成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙特石三種類型。蒙特石三種類型。OH1-鋁離子鋁離子Al3+鋁鋁- -氫氧八面體氫氧八面體 硅片的結構硅片的結構 硅片簡圖硅片簡圖Al Al 硅片硅片 鋁片鋁片仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水 晶層間通過氫鍵聯

15、結，聯結力強，晶晶層間通過氫鍵聯結，聯結力強，晶格不能自由活動，水難以進入晶格間格不能自由活動，水難以進入晶格間 能組疊很多晶層，多達百個以上，成能組疊很多晶層，多達百個以上，成為一個顆粒。顆粒長寬約為一個顆粒。顆粒長寬約0.3-3 ，厚厚約約0.03-1 。 主要特征：顆粒較粗，不容易吸水膨主要特征：顆粒較粗，不容易吸水膨脹和失水收縮，或者說親水能力差。脹和失水收縮，或者說親水能力差。2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 粘粘 土土 礦礦 物物依硅片和鋁片組疊依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三種類型：成如下三種類型： 高嶺石高嶺石 蒙特石蒙特石 伊

16、利石伊利石Si SiAl AlSi SiAl AlSi SiAl Al高嶺高嶺石微粒石微粒1:1的兩的兩層結構層結構仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水 晶層間是晶層間是O2-對對O2-的連結，聯結力很的連結，聯結力很弱，水很容易進入晶層之間。弱，水很容易進入晶層之間。 每一顆粒能組疊的晶層數較少。顆粒每一顆粒能組疊的晶層數較少。顆粒大小約為大小約為0.1-1 ，厚約，厚約0.001-0.01 。 主要特征：顆粒細微，具有顯著的吸主要特征：顆粒細微，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水能力強。水能力強。2:1的三的三層結構層結構Si SiAl AlSi

17、SiSi SiAl AlSi Si數層數層水分子水分子2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 粘粘 土土 礦礦 物物依硅片和鋁片組疊依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三種類型：成如下三種類型： 高嶺石高嶺石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 粘粘 土土 礦礦 物物 是云母在堿性介質中風化的產物。是云母在堿性介質中風化的產物。 與蒙特石相似，由兩層硅片夾一層與蒙特石相似，由兩層硅片夾一層鋁片所形成的三層結構，但晶層之鋁片所形成的三層結構，但晶層之間有鉀離子連結間有鉀離子連

18、結。 主要特征：連結強度弱于高嶺石而主要特征：連結強度弱于高嶺石而高于蒙特石，其特征也介于兩者之高于蒙特石，其特征也介于兩者之間。間。2:1的三的三層結構層結構Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si鉀離子鉀離子依硅片和鋁片組疊依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三種類型：成如下三種類型： 高嶺石高嶺石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水固體顆粒固體顆粒 - - 顆粒大小顆粒大小 粒組粒組 按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類 界限粒徑界限粒徑d(mm)礫石礫石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒膠粒膠粒6

19、020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 細粗 中 細0.075粗粒粗粒細粒細粒粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。粗粒土：以礫石和砂礫為主要組成的土，也稱無粘性土。細粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。細粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。巨粒巨粒602.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水固體顆粒固體顆粒 - - 粒徑級配粒徑級配F 粒徑級配：粒徑級配：各粒組的相對含量，用質量百分各粒組的相對含量，用質量百分 數來表示數來表示F 分析方法：分析方法： 篩分法：適用于粗粒土

20、篩分法：適用于粗粒土 孔徑大小不同的篩子孔徑大小不同的篩子 水分法：適用于細粒土水分法：適用于細粒土 常采用比重計法常采用比重計法F 表述方法表述方法: : 粒徑級配累積曲線粒徑級配累積曲線2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 固體顆粒固體顆粒 - - 粒徑級配粒徑級配孔徑孔徑105.02.01.0(0.075)200g土土篩余篩余0101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數小于某粒徑之土質量百分數P P（

21、）（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)(mm)P100958778665536土的粒徑級配土的粒徑級配累積曲線累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分數百分數P(%)P(%)262613.513.51010篩篩分分法法仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數（）小于某粒徑之土質量百分數（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)(mm) 土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線固體顆

22、粒固體顆粒 級配曲線級配曲線d60d50d10d30特征粒徑特征粒徑: 斜率斜率: : 某粒徑范圍內顆某粒徑范圍內顆 粒的含量粒的含量 陡陡- -相應粒組含量多相應粒組含量多 緩緩- -相應粒組含量少相應粒組含量少 平臺平臺- -相應粒組缺乏相應粒組缺乏d50 : 平均粒徑平均粒徑d60 : 控制粒徑控制粒徑d10 : 有效粒徑有效粒徑d302.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 固體顆粒固體顆粒 土的粗細度：土的粗細度：用用d50 表示表示 土的不均勻程度：土的不均勻程度：用不用不均勻系數：均勻系

23、數： Cu = d60 / d10 表示，表示，Cu 5，稱為不均，稱為不均勻土，反之稱為均勻土勻土，反之稱為均勻土 連續(xù)程度連續(xù)程度: 用曲率系數用曲率系數 Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量度量, Cc=13為連續(xù)級為連續(xù)級配配, 33或或13 或或 Cc1為級配不連續(xù)土為級配不連續(xù)土F 不均勻系數不均勻系數Cu和曲率系數和曲率系數Cc 用于判定土的用于判定土的級配優(yōu)劣級配優(yōu)劣： Cu 5且且 Cc=13為級配為級配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰點處于零下幾十度冰點處于零下幾十度 完全不能移動，具有固體的特性完全不能移動，具有固體的特性 溫度

24、略高于溫度略高于100C時可蒸發(fā)時可蒸發(fā)- 弱結合水：弱結合水： 受電場引力作用，為粘滯水膜受電場引力作用，為粘滯水膜 外力作用下可以移動外力作用下可以移動 不因重力而流動，有粘滯性不因重力而流動，有粘滯性粘土粘土顆粒顆粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子陽離子陽離子強結合水強結合水弱結合水弱結合水自由水自由水土中水土中水 結合結合水水n 結合水：結合水：受顆粒表面電場作用力受顆粒表面電場作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動的水壓力，不能任意流動的水仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2

25、.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 土中水土中水 - 毛細水：毛細水：由于土體孔隙的毛細由于土體孔隙的毛細作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛細水承受表面張力和重力的毛細水承受表面張力和重力的作用作用- 重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流動中自由流動土中水土中水 自由自由水水n 自由水：自由水：不受顆粒電場引不受顆粒電場引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛細水毛細水重力水重力水仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.2 2.2 土的三相組成土的三相組成 土中水土中水 氣相氣相 - - 土中氣土中氣

26、F自由氣體：自由氣體：與大氣連通連通的氣體與大氣連通連通的氣體對土的性質影響不大對土的性質影響不大F封閉氣體：封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體被土顆粒和水封閉的氣體其體積與壓力有關。會增加土的彈性；其體積與壓力有關。會增加土的彈性；阻塞滲流通道，降低滲透性阻塞滲流通道，降低滲透性F溶解在水中的氣體溶解在水中的氣體F吸附于土顆粒表面的氣體吸附于土顆粒表面的氣體仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理性質指標土的物理性質指標 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質指標土的物理性質指標( (三相間

27、的比例關系三相間的比例關系) )表表示示影響影響力學特性力學特性仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 物理性質指標物理性質指標土的三個組成相的體積土的三個組成相的體積和質量上的比例關系和質量上的比例關系密實程度密實程度干濕程度干濕程度 特點特點: : 指標概念簡單，數量很多指標概念簡單，數量很多 要點：要點： 名稱、概念或定義、符號、表達式、名稱、概念或定義、符號、表達式、 單位或量綱、常見值或范圍、聯系與區(qū)別單位或量綱、常見值或范圍、聯系與區(qū)別 基本方法基本方法:定義定義三相草圖法三相草圖法仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.

28、3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 空氣空氣 Air三三 相相 草草 圖圖水水 Water固體固體 Solidma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水1.3 1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 三三 相相 草草 圖圖九個物理量九個物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m物性指標是比物性指標是比例關系例關系: 可假設可假設任一參數為任一參數為1wavwasVVVVVVV wwwaawsVm0mmmmm 物理量關系物理量關系:空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwV

29、sVvV體積體積三個獨立變量，三個獨立變量，干土或飽和土二干土或飽和土二個獨立變量個獨立變量其它指標：其它指標：三相草圖法計算三相草圖法計算實驗室實驗室測定測定仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 基本物理性質試驗基本物理性質試驗為了確定三相草圖諸量中的三個量，通為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進行三個基本的物理性質試驗：常進行三個基本的物理性質試驗：F 土的密度試驗土的密度試驗F 土粒比重試驗土粒比重試驗F 土的含水量試驗土的含水量試驗仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水1.3 1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物

30、理性質指標 定義：土單位體積的質量定義：土單位體積的質量 表達式：表達式： 單單 位位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范圍一般范圍: 1.602.20 g/cm3awswsVVVmmVm n 土的密度土的密度 空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積 相關指標相關指標: : 土的容重土的容重 = g 單位單位: kN/m3 工程上更常用工程上更常用, 用于計算土的用于計算土的自重應力自重應力基本試驗指標基本試驗指標-土的密度土的密度仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水1.3 1.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 定義：土粒的密度與定義：

31、土粒的密度與4C時時純蒸餾水密度的比值純蒸餾水密度的比值 表達式：表達式： 單單 位位: 無量綱無量綱 一般范圍：粘性土一般范圍：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.65C4wsC4wsss)(VmGn 土粒比重土粒比重Gs基本試驗指標基本試驗指標-土粒比重土粒比重C4w =1.0 g/cm3土粒比重在數值上土粒比重在數值上等于土粒的密度等于土粒的密度空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 基本試驗指標基本試驗指標 - 含水量含水量 定義：土中水的質量與土

32、粒質定義：土中水的質量與土粒質 量之比，用百分數表示量之比，用百分數表示 表達式：表達式： 單單 位位: 無量綱無量綱 一般范圍：變化范圍大一般范圍：變化范圍大ssswmmmmm(%)w 注意注意: : 其實是含水比其實是含水比, ,可達到或超過可達到或超過100100n 土的含水量土的含水量W空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 n 可表示同一種土的松密，二者之間存在關系：可表示同一種土的松密，二者之間存在關系：表示土中孔隙含量的指標表示土中孔隙含量的指標e

33、1en n1ne 砂類土：砂類土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%，有的可達，有的可達60-70%svV/Ve n 孔隙比孔隙比e：土中孔隙體積與固土中孔隙體積與固體顆粒體積之比體顆粒體積之比, 為無量綱為無量綱V/V(%)nvn 孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙體土中孔隙體積與總體積之比積與總體積之比, 用百分數表示用百分數表示可用三相草圖推出可用三相草圖推出空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 表示土中含水程度的指標表示土中含水程度的指標對

34、干土：對干土：Sr=0對飽和土：對飽和土：Sr=1 swmm(%)wn 含水量：含水量：vwrVVS n 飽和度：飽和度：土中水的體積與孔土中水的體積與孔隙體積的比值隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水飽和度表示孔隙中充滿水的程度：的程度：空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 表示土體密度和容重的指標表示土體密度和容重的指標n 干密度：干密度：土被烘干時的密度，土被烘干時的密度， 干容重：干容重：gddV/msdn 天然密度天然密度 天然容重天然容重awswsV

35、VVmmVm gn 飽和密度：飽和密度：土被飽和時的密度，土被飽和時的密度， 飽和容重：飽和容重：VVmvwssat gsatsat wsat n 浮容重：浮容重：靜水下的靜水下的有效容重有效容重浮密度浮密度空氣空氣水水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水各種密度容重間的大小關系各種密度容重間的大小關系dsat dsatn 天然密度天然密度n 干密度干密度n 飽和密度飽和密度VmmVmwsVVmvwssat V/msdn 天然容重天然容重n 干容重干容重n 飽和容重飽和容重n 浮容重浮容重gdd g gsatsat wsat 空氣空氣水

36、水固體固體ma=0mwmsm質量質量VaVwVsVvV體積體積2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理性質指標物理性質指標 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(tài)指標土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質指標土的物理性質指標( (三相間的比例關系三相間的比例關系) )表表示示影響影響力學特性力學特性密實度密實度稠度稠度2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 粗粒土的密實狀態(tài)粗

37、粒土的密實狀態(tài)n 密實度：密實度：通常指單位體積中固體顆粒含量的多少通常指單位體積中固體顆粒含量的多少簡單方便，但只能用于同一種簡單方便，但只能用于同一種土，不能反映級配的影響土，不能反映級配的影響 l 物理性質指標物理性質指標：孔隙比：孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n） 干容重干容重 d demin = 0.35emin = 0.20minmaxmaxreeeeD l 相對密度相對密度：e emaxmax與與e emin min ：最大與最小孔隙比：最大與最小孔隙比仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 l 相對密度相對密度mi

38、nmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 粗粒土的相對密度粗粒土的相對密度l 粗粒土的密粗粒土的密實度標準實度標準 Dr = 0 最松狀態(tài)最松狀態(tài) Dr 1/3疏松狀態(tài)疏松狀態(tài)1/3 2/3密實狀態(tài)密實狀態(tài) Dr = 1最密狀態(tài)最密狀態(tài)l 相對密度指標主要用于人工填土，對天然相對密度指標主要用于人工填土，對天然砂土層采用砂土層采用原位標準貫入試驗原位標準貫入試驗法測定法測定仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 n 粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度稠度，稠度，稠

39、度是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力抵抗能力稠度狀態(tài)與含水量有關稠度狀態(tài)與含水量有關粘性土粘性土含水量含水量較硬較硬變軟變軟流動流動粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 塑限塑限w wp p液限液限w wl l粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或固態(tài)或半固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài) 流動狀態(tài)流動狀態(tài) 強結合水強結合水弱結合水弱結合水自由水自由水w w土顆粒土顆粒強結合水強結合水弱結合水弱結合水土顆粒土顆粒強結合水強結合

40、水土顆粒土顆粒自由水自由水弱結合水弱結合水強結合水強結合水強結合水膜最大強結合水膜最大出現相當數量自由水出現相當數量自由水粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)稠度界限稠度界限稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)含水量含水量土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)示意圖示意圖仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 pLpLwwwwI 液性指數：液性指數：wpwwl IL 0 堅硬堅硬(半固態(tài)半固態(tài)) 0IL 0.25硬塑硬塑0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑流塑土的稠度狀態(tài)土的稠度狀態(tài)液性指液性指數數不同的粘土，不同的粘土，wp、wl 大小不同。對于不同大小

41、不同。對于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同F液性指數液性指數是表征土的含水量與分界含水量之是表征土的含水量與分界含水量之間相對關系的指標。對重塑土較為合適。間相對關系的指標。對重塑土較為合適。仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2.3 2.3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 pLpwwI 塑性指數塑性指數n 問題：反映的是全部土顆粒吸附結和合的能力，不能問題：反映的是全部土顆粒吸附結和合的能力，不能充分反映粘土礦物表面活性的高低充分反映粘土礦物表面活性的高低 n 活性指數：活性指數：002. 0ppIA 粒徑小于粒徑小于0.002mm0.0

42、02mm顆粒的質量顆粒的質量占總土總質量的百分比占總土總質量的百分比A 1.25活性粘土活性粘土n 定義：定義：大體上表示土的大體上表示土的弱結合水含量弱結合水含量 反映吸附結合水的反映吸附結合水的能力能力，即粘性大小，即粘性大小 大致反映粘土顆粒含量大致反映粘土顆粒含量 常作為細粒土工程分類的依據常作為細粒土工程分類的依據仁者樂山仁者樂山 智者樂水智者樂水2 2。3 3 土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 物理狀態(tài)指標物理狀態(tài)指標 pLpLwwwwI F 粗粒土的密實狀態(tài)指標粗粒土的密實狀態(tài)指標: : 相對密度相對密度D Dr r F 細粒土的稠度狀態(tài)指標細粒土的稠度狀態(tài)指標: : 液性指數液性指數I IL L 定義定義 判別標準判別標準 界限含水量界限含水