第二章土的物理性質(zhì)指標(biāo)ppt課件

1、四、土的物理與力學(xué)性質(zhì),三 相 草 圖,土的三相比例指標(biāo),土的物理性質(zhì)就是研究三相的質(zhì)量與體積間的相互比例關(guān) 系以及固、液兩相相互作用表現(xiàn)出來的性質(zhì)。,已知關(guān)系五個(gè):,共有九個(gè)參數(shù): V Vn Vs Va V / ms m ma m,三相草圖法,對(duì)于飽和土, Va=0,是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法,基本物理性質(zhì)試驗(yàn),為了確定三相草圖諸量中的三個(gè)量，通常進(jìn)行三個(gè)基本指標(biāo)的物理性質(zhì)試驗(yàn)： 土的密度試驗(yàn) 土粒相對(duì)密度試驗(yàn) 土的含水量試驗(yàn),土的三相基本指標(biāo),定義：土單位體積的質(zhì)量 表達(dá)式： 單 位: kg/m3 或 g/cm3 試驗(yàn)方法：環(huán)刀法 一般范圍: 1.602.20 g/cm3,土的（濕）密度 (天

2、然密度),土的三個(gè)基本指標(biāo),粘性土： r=1.82.0g/cm3 砂 土： r=1.62.0g/cm3 腐殖土： r=1.51.7g/cm3,測(cè)定方法：一般用“環(huán)刀法” ，用一個(gè)圓環(huán)刀（刀刃向下）放在削平的原狀土樣面上，徐徐削去環(huán)刀外圍的土，邊削邊壓，使保持天然狀態(tài)的土樣壓滿環(huán)刀內(nèi)，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣的質(zhì)量，求得它與環(huán)刀容積之比值即為其密度。,土的三個(gè)基本指標(biāo),土的（濕）密度 用烘干法測(cè)定,土樣,電子天平,環(huán)刀,定義：土粒密度是指固體顆粒的質(zhì)量ms與其體 積Vs之比；即土粒的單位體積質(zhì)量,表達(dá)式：,單位：g/cm3,土粒密度僅與組成土粒的礦物密度有關(guān)，而與土的孔隙大小 和含水多少無關(guān)。實(shí)際上是土中

3、各種礦物密度的加權(quán)平均值。,砂土的土粒密度一般為：2.65 g/cm3左右 粉質(zhì)砂土的土粒密度一般為：2.68g/cm3 粉質(zhì)粘土的土粒密度一般為：2.682.72g/cm3 粘土的土粒密度一般為：2.7-2.75g/cm3,土的三個(gè)基本指標(biāo),土粒的密度 s,土粒的密度值s在大小上等于土 的相對(duì)密度即等于土的比重G。,定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì) 量之比，用百分?jǐn)?shù)表示 表達(dá)式： 單 位: 無量綱 實(shí)驗(yàn)方法：烘干法,酒精燃燒法 一般范圍：變化范圍大,注意: 其實(shí)是含水比,可達(dá)到或超過100,土的含水量W,土的三個(gè)基本指標(biāo),測(cè)定方法：先稱小塊原狀土樣的濕土質(zhì)量m，然后置于烘箱內(nèi)維持100105烘至恒

4、重，再稱干土質(zhì)量ms，水的質(zhì)量mw為濕土和干土質(zhì)量之差。,鋁盒,烘箱,電子天平,土樣,土的三個(gè)基本指標(biāo),土的含水量W 用烘干法測(cè)定,定義：土的孔隙中完全沒有水時(shí)的密度， 稱干密度；是指土單位體積中土粒的重量， 即：固體顆粒的質(zhì)量與土的總體積之比值。,表達(dá)式：,單位： g/cm3,土的干密度一般常在1.31.8 g/cm3,在工程上常把干密度作為評(píng)定土體緊密程度的標(biāo)準(zhǔn)， 以控制填土工程的施工質(zhì)量。,土的干密度d,定義:土的孔隙完全被水充滿時(shí)的密度稱為 飽和密度。即，土的孔隙中全部充滿液態(tài) 水時(shí)的單位體積質(zhì)量,單位: g/cm3,土的飽和密度的常見值為1.82.30 g/cm3,土的飽和密度sat

5、,定義:土的浮密度是土單位體積中土 粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差.,= sat -w,單位: g/cm3,同一種土在體積不變的條件下，它的各種 密度在數(shù)值上有如下關(guān)系：,土的浮密度,表示土體密度和容重的指標(biāo),干密度：土被烘干時(shí)的密度， 干容重：,天然密度 天然容重,飽和密度：土被飽和時(shí)的密度， 飽和容重：,浮容重：,靜水下的有效容重,各種密度容重間的大小關(guān)系,天然密度 干密度 飽和密度,天然容重 干容重 飽和容重 浮容重,土的三相比例指標(biāo),表示土中孔隙含量的指標(biāo),砂類土：28-35% 粘性土：30-50%，有的可達(dá)60-70%,孔隙比e：土中孔隙體積與固體顆粒體積之比, 為無量綱,孔隙率(孔隙度

6、)n：土中孔隙體積與總體積之比, 用百分?jǐn)?shù)表示,土的三相比例指標(biāo),表示土中含水程度的指標(biāo),對(duì)干土：Sr=0 對(duì)飽和土：Sr=1,含水量：,飽和度：土中水的體積與孔隙體積的比值,飽和度表示孔隙中充滿水的程度：,土的三相比例指標(biāo),三相指標(biāo)換算,土的三相比例指標(biāo),三相指標(biāo)換算,土的三相比例指標(biāo),常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系,要點(diǎn),從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系 不鼓勵(lì)死記硬背 必要時(shí)利用三相草圖推導(dǎo),可分為兩類： 一類是必須通過試驗(yàn)測(cè)定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標(biāo)； 另一類是根據(jù)直接指標(biāo)換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標(biāo)。,土的三相比例指標(biāo),【例題1】某一塊試樣在天然狀態(tài)

7、下的體積為38.4cm3，稱得其質(zhì)量為67.21g，將其烘干后稱得質(zhì)量為49.35g，根據(jù)試驗(yàn)得到的土粒比重G為2.69，試求試樣的土的密度、干密度、含水率、飽和密度、孔隙比、孔隙率和飽和度。,【解】（1）已知V60cm3，m=108g，則由式（14）得 =m v=180 60=1.8g/cm3 （2）已知ms=96.43g，則 mw=mms=10896.43=11.57g 按式（19），于是 w= mw ms11.5796.43=12% （3）已知Gs=2.7，則 Vs= ms s=96.43 2.735.7cm3 Vv=VVs=6035.724.3cm3 按式（110），于是 e= Vv

8、Vs24.3 35.7=0.68 （4）按式（111） n= Vv V24.3 60=40.5 （5）根據(jù)w的定義 Vw = mw w=11.57 111.57cm3 于是按式（112） St= Vw Vv=11.57 24.348,2.2 土的三相比例指標(biāo),土的物理狀態(tài)指標(biāo),土的物理狀態(tài) 粗粒土的松密程度 粘性土的軟硬狀態(tài),土的物理性質(zhì)指標(biāo) (三相間的比例關(guān)系),表示,2.3 黏性土的物理特性,粘性土最主要的物理狀態(tài)特征與含水量有關(guān),粘性土,含水量,較硬,變軟,流動(dòng),2.3 黏性土的物理特性,粘性土的狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程,可塑狀態(tài)：黏性土在某含水量范圍內(nèi)，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，當(dāng)外力卸除

9、后仍能保持已有的形狀。,2.3 黏性土的物理特性,塑限wp,液限wl,固態(tài)或半固態(tài),可塑狀態(tài),流動(dòng)狀態(tài),強(qiáng)結(jié)合水,弱結(jié)合水,自由水,w,強(qiáng)結(jié)合水膜最大,出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水,2.3 黏性土的物理特性,測(cè)定塑限的方法： 搓滾法和液、塑限聯(lián)合測(cè)定法。 測(cè)定液限的方法： 碟式儀法和液、塑限聯(lián)合測(cè)定法,液、塑限聯(lián)合測(cè)定法： 塑限5秒入土2mm時(shí)的含水率 17mm液限 5秒入土17mm時(shí)的含水率,圓錐體入土深度與含水量的關(guān)系,2.3 黏性土的物理特性,液塑限聯(lián)合測(cè)定儀,液限：76g圓錐下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量 塑限：76g圓錐下沉深度為2mm處所對(duì)應(yīng)的含水量,2.3 黏性土的物理特性,吸附結(jié)合水的

10、能力；粘性大?。淮笾路从痴惩令w粒含量 反映了黏性土及其三相組成的基本特性,塑性指數(shù),2.3 黏性土的物理特性,土粒越細(xì)，比表面積越大，結(jié)合水含量越高，Ip越大 黏土礦物（尤以蒙脫石類）含量越多，水化作用越劇烈，結(jié)合 水含量越高， Ip越大 水中高價(jià)陽離子濃度越低，反離子層中的低價(jià)陽離子增加， Ip變大,工程上常按塑性指數(shù)對(duì)黏性土進(jìn)行工程分類,相對(duì)稠度,問題：僅適用于重塑土,對(duì)于不同的粘土，含水量相同，狀態(tài)可能不同,液性指數(shù)：,不同的粘土，p、l 大小不同,定義：,wp,w,wl,IL1,堅(jiān)硬狀態(tài) 可塑狀態(tài) 流 態(tài),0.00 0.25 0.25 0.75 0.75 1.00,硬塑 可塑 軟塑,是

11、指黏性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。對(duì)重塑土較為合適。,2.3 黏性土的物理特性,黏性土根據(jù)液性指數(shù)劃分軟硬狀態(tài),塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù),缺點(diǎn)：反映的是全部土顆粒吸附結(jié)和合的能力，不能充分反映粘土礦物表面活性的高低 （不能充分反映粘土顆粒含量）,不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同,活性指數(shù),p0.002: 粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比,A 1.25,非活性粘土 正常粘土 活性粘土,2.3 黏性土的物理特性,活動(dòng)度,反映黏性土中所含礦物的活動(dòng)性,孔隙比e 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便 缺點(diǎn)：無法反映土的級(jí)配因素,0.6,0.75,0.85,松散,中密,密實(shí),稍密,密

12、實(shí)度,如何衡量?,單位體積中固體顆粒含量的多少,2 土的物理性質(zhì)及分類,2.4 無黏性土的密實(shí)度,emax與emin ：最大與最小孔隙比,優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便,缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響 只能用于同一種土,對(duì)策,相對(duì)密度,孔隙比e或孔隙率n,emin = 0.35,emin = 0.20,2 土的物理性質(zhì)及分類, 2.4 無黏性土的密實(shí)度,相 對(duì) 密 度,假定第一種砂是理想的均勻圓球，不均勻系數(shù)Cu1.0 ，最密時(shí)的孔隙比e0.35，如果砂粒的比重G2.65，則最密時(shí)的干密度d1.96/cm3。 第二種砂同樣是理想的圓球。但其級(jí)配中除大的圓球外，還有小的圓球可以充填于孔隙中，不均勻系數(shù)Cu1.0, 最

13、密時(shí)的孔隙比e0.35。就是說這兩種砂若都具有同樣的孔隙比e0.35時(shí),對(duì)于第一種砂，已處于最密實(shí)的狀態(tài)，而對(duì)于第二種砂則不是最密實(shí)。,2 土的物理性質(zhì)及分類, 2.4 無黏性土的密實(shí)度,emax: 最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比,emin: 最小孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比,emax與emin ：最大與最小孔隙比,注意：室內(nèi)測(cè)得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難,優(yōu)點(diǎn)：計(jì)入土的級(jí)配因素，理論上比較完善。 缺點(diǎn)：天然孔隙比難

14、以獲取，且emax,emin的測(cè)定受人為的影響較大。,2 土的物理性質(zhì)及分類, 2.4 無黏性土的密實(shí)度,相對(duì)密度,粗粒土的相對(duì)密度,相對(duì)密度指標(biāo)主要用于人工填土，對(duì)天然砂土層采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法測(cè)定,優(yōu)點(diǎn)：計(jì)入土的級(jí)配因素，理論上比較完善。 缺點(diǎn)：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin的測(cè)定受人為的影響較大。,2 土的物理性質(zhì)及分類, 2.4 無黏性土的密實(shí)度,粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo): 相對(duì)密度Dr,細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo): 液性指數(shù)IL,定義 判別標(biāo)準(zhǔn),界限含水量 wP、wL 土中水形態(tài) 塑性指數(shù) Ip 吸附結(jié)合水的能力,定義 判別標(biāo)準(zhǔn),小 結(jié),2 土的物理性質(zhì)及分類, 2.4 無黏性土的

15、密實(shí)度,土顆粒或粒團(tuán)的 空間排列和相互聯(lián)結(jié),小 結(jié),2 土的物理性質(zhì)及分類,2.2 土的三相比例指標(biāo),土的組成 土的狀態(tài) 土的結(jié)構(gòu),建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范- GB50007-2002分類法,土的工程分類,目的： 便于調(diào)查研究； 便于分析評(píng)價(jià)； 便于交流 (基于共同的概念) 依據(jù)：最能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)的指標(biāo) 要求：要有一定的邏輯性、系統(tǒng)性， 綱目分明，簡(jiǎn)單易記，便于運(yùn)用,2 土的物理性質(zhì)及分類,2.2 土的三相比例指標(biāo),巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,土,建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002,2 土的物理性質(zhì)及分類,2.2 土的三相比例指標(biāo),土的名稱 粒組含量,粒徑大于2mm

16、的顆粒占全質(zhì)量25 - 50%,礫砂 粗砂 中砂 細(xì)砂 粉砂,粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質(zhì)量50%,粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質(zhì)量50%,粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量85%,粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量50%,建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002,巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,砂土,2 土的物理性質(zhì)及分類,2.2 土的三相比例指標(biāo),巖石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土,土,粉土 粘性土,粘性土：塑性指數(shù)Ip10的土,粉質(zhì)粘土：1017的土,非活性粘土： A 1.25,粉土：粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%而塑性指數(shù)Ip10

17、的土,建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002,2 土的物理性質(zhì)及分類,2.2 土的三相比例指標(biāo),【例題17】有A，B，C三種土，它們的粒徑分布曲線如圖所示。已知B土的液限為38，塑限為19，C土的液限為47，塑限為24。試對(duì)這三種土進(jìn)行分類。,2 土的物理性質(zhì)及分類,2.2 土的三相比例指標(biāo),【解】（1）對(duì)A土進(jìn)行分類： 從圖128曲線A查得粒徑大于60mm的巨粒含量為零，而粒徑大于0.075mm的粗粒含量為98，大于50，所以A土屬于粗粒土； 從圖中查得粒徑大于2mm的礫粒含量為63，大于50，所以A土屬于礫類土； 細(xì)粒含量為2，少于5，該土屬礫； 從圖中曲線查得d10，d30和d60分

18、別為0.32mm、1.65mm和3.55mm，因此，土的不均勻系數(shù) Cu= d60d10=3.55 0.3211.0 土的曲率系數(shù) Cc=(d30)2 d10 d601.652 0.323.55=2.40,2 土的物理性質(zhì)及分類,2.2 土的三相比例指標(biāo),由于Cu5，Cc13，所以A土屬于級(jí)配良好礫（GW）。 （2）對(duì)B土進(jìn)行分類： 從圖128的B曲線中查得大于0.075mm的粗粒含量為72，大于50，所以B土屬于粗粒土； 從圖中查得大于2mm的礫粒含量為8，小于50，所以B土屬于砂類土，但小于0.075mm的細(xì)粒含量為28，在1550%之間，因而B土屬于細(xì)粒土質(zhì)砂； 由于B土的液限為38，塑性指數(shù)Ip381919，在17mm塑性圖上落在CL區(qū)，故B土最后應(yīng)定名為粘土質(zhì)砂（SC）。,（3）對(duì)C土進(jìn)行分類： 從圖128的C曲線中查得大于0.0