土力學第五講

1、1第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類第三節(jié)：土的物理性質(zhì)指標第三節(jié)：土的物理性質(zhì)指標基本指標：基本指標：(實測指標實測指標) 土的天然密度土的天然密度 土的相對密度土的相對密度 ds（土的比重）土的含水量土的含水量 w換算指標：換算指標： 土的孔隙比土的孔隙比 e土的孔隙度土的孔隙度 n土的飽和度土的飽和度 sr土的干密度土的干密度 d土的飽和密度土的飽和密度 sat土的浮密度土的浮密度 2第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類土的三相指標中土的三相指標中，土粒比重土粒比重ds，含水量含水量 和和 密度密度是通過是通過試驗測定的，可以根據(jù)這三個基本指

2、標換算出其余各指標試驗測定的，可以根據(jù)這三個基本指標換算出其余各指標sswmd r=vvsvevev=wwss100%mmmmww=崔=dsw 1+1+e質(zhì)量質(zhì)量m體積體積vvv=edsw ds(1)w 氣氣水水土粒土粒vs1取土粒體積為單位取土粒體積為單位1 1的一塊土，則的一塊土，則ssssswwsw/mvmdvrrrr=n基本指標和其他指標間的換算基本指標和其他指標間的換算3第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類swsw(1)11(1)mddveew rrrrw+=+換算關(guān)系式推導換算關(guān)系式推導11vvenneven=+-swddsws(1)1 11deedwrrrr

3、rr+=-=-=-干密度計算：干密度計算：孔隙比：孔隙比：sswsws1111dddwmdveedrrrrrrr=+4第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類vww()1sssatmvdeverrr+=+swswwsw111smvddveerrrrr-=+wwwwwssrvvmddsveeewrwrr=satwrrr-=兩式相兩式相減可得減可得wwwvmwswsmmdwwr=5第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類常用的三相指標換算公式見表常用的三相指標換算公式見表1.4.3（p22）由表由表1.4.3 知：相應(yīng)的重度公式與密度公式相似。知：相應(yīng)的重度公式

4、與密度公式相似。概念要求記住。概念要求記住。換算公式不要求死記，但是會推導。換算公式不要求死記，但是會推導?？荚嚕òㄒ恍┭芯可雽W考試）考推導?？荚嚕òㄒ恍┭芯可雽W考試）考推導。6第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類p例題例題1.1解法解法1：根據(jù)各指標的定義式來求解：根據(jù)各指標的定義式來求解1）確定三相組成的質(zhì)量與體積）確定三相組成的質(zhì)量與體積2）按定義計算其他各指標）按定義計算其他各指標gggcm3cm3cm3g/cm37第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類p例題例題1.1解法解法2：根據(jù)各指標的換算關(guān)系直接求解：根據(jù)各指標的換算關(guān)系直接求

5、解8第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類第四節(jié)：土的物理狀態(tài)指標第四節(jié)：土的物理狀態(tài)指標n無粘性土的密實特性無粘性土的密實特性無粘性土包括塊石、碎石、礫石和砂類土，它們均為單粒結(jié)構(gòu)，無內(nèi)聚力（粘結(jié)力）。物理性態(tài)指標為密實度。土的密實度：指單位體積中固體顆粒的含量。密實度越高，壓縮性就小，承載力越高。1、孔隙比e 2、相對密實度dr 3、現(xiàn)場原位標準貫入試驗錘擊數(shù)n（砂土） 和重型圓錐動力錘擊數(shù)n63.5（碎石土）判別無粘性土的密實度的常用方法有3種： 9第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類同樣的e=0.35，對砂1處于最密實狀態(tài)，而對砂2未達到最密實

6、。砂1砂2疏松狀態(tài)e1=0.40壓密狀態(tài)e2=0.35疏松狀態(tài)e3=0.35壓密狀態(tài) e40.35缺點：用一個指標e無法反映土的粒徑級配的因素孔隙比孔隙比e 10第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類方法的評價方法的評價優(yōu)點：優(yōu)點：應(yīng)用方便簡捷應(yīng)用方便簡捷 缺點：缺點：無法反映土的粒徑級配的好與壞無法反映土的粒徑級配的好與壞11第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類相對密實度法相對密實度法 方法的評價方法的評價優(yōu)點：優(yōu)點：把土的級配因素考慮在內(nèi)，理論上較為完善。比較全面反映無粘性土的密實度把土的級配因素考慮在內(nèi)，理論上較為完善。比較全面反映無粘性土的密實

7、度缺點：缺點：e 現(xiàn)場土的孔隙比emin 該種土所能達到最密 實狀態(tài)時的孔隙比emax最松散時的孔隙比測定測定emax、 emin時人為因素影響較大時人為因素影響較大12第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類現(xiàn)場試驗法現(xiàn)場試驗法 方法的評價方法的評價優(yōu)點：優(yōu)點：所測的密實度為原狀土的密實度所測的密實度為原狀土的密實度缺點：缺點：試驗操作比較難控制和掌握試驗操作比較難控制和掌握標準貫入試驗標準貫入試驗靜力觸探試驗靜力觸探試驗63.5kg的鋼錘，提升76cm，使貫入器貫入土中30cm所需要的錘擊數(shù)n63.5標準貫入試驗（先標準貫入試驗（先打入土中打入土中15cm不計數(shù)）不計數(shù)）

8、砂類土的密實度砂類土的密實度13第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類碎石土的密實度碎石土的密實度重型圓錐動力觸探錘擊數(shù)n63.5n63.555n63.5101020密實度松散稍密中密密實注：本表適用于平均粒徑小于等于50mm且最大粒徑不超過100mm的卵石、碎石、圓礫、角礫。重型圓錐動力觸與標準貫入試驗的設(shè)備略有不同。14第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類n粘性土的物理特性粘性土的物理特性粘性土顆粒很細，土的物理特征不能用以上指標衡量，而與含水量有很大關(guān)系。粘性土顆粒很細，土的物理特征不能用以上指標衡量，而與含水量有很大關(guān)系。強結(jié)合水土顆粒(a)

9、固態(tài)和半固態(tài)(b) 可塑狀態(tài)強結(jié)合水土顆粒弱結(jié)合水(c) 流動狀態(tài)自由水強結(jié)合水土顆粒弱結(jié)合水15第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類n粘性土的物理特性粘性土的物理特性粘性土隨著含水量的增加，土的狀態(tài)變化趨勢為：固態(tài)粘性土隨著含水量的增加，土的狀態(tài)變化趨勢為：固態(tài)半固態(tài)半固態(tài)可塑態(tài)可塑態(tài)液體狀態(tài)，相應(yīng)的地基土的承載力基本值會逐漸下降。液體狀態(tài)，相應(yīng)的地基土的承載力基本值會逐漸下降。土中含水量很少時，由于顆粒表面的電荷作用，水緊緊吸附于顆粒表面，土中含水量很少時，由于顆粒表面的電荷作用，水緊緊吸附于顆粒表面，成為強結(jié)合水。按水膜厚薄的不同，土表現(xiàn)為固態(tài)或半固態(tài)。成為強結(jié)合水

10、。按水膜厚薄的不同，土表現(xiàn)為固態(tài)或半固態(tài)。 當含水量增加時，被吸附在顆粒周圍的水膜加厚，土粒周圍有強結(jié)合當含水量增加時，被吸附在顆粒周圍的水膜加厚，土粒周圍有強結(jié)合水和弱結(jié)合水，在這種含水量情況下，土體可以被捏成任意形狀而不水和弱結(jié)合水，在這種含水量情況下，土體可以被捏成任意形狀而不破裂，這種狀態(tài)稱為塑態(tài)。破裂，這種狀態(tài)稱為塑態(tài)。 16第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類弱結(jié)合水的存在是土具有可塑狀態(tài)的原因。當含水量再增加時，土中弱結(jié)合水的存在是土具有可塑狀態(tài)的原因。當含水量再增加時，土中除結(jié)合水外還出現(xiàn)了較多的自由水，粘性土變成了液體呈流動狀態(tài)。除結(jié)合水外還出現(xiàn)了較多的

11、自由水，粘性土變成了液體呈流動狀態(tài)。反之，粘性土隨含水量的減少可從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)、半固態(tài)反之，粘性土隨含水量的減少可從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)、半固態(tài)及固態(tài)。及固態(tài)。 界限含水量：粘性土從一種狀態(tài)過渡到另外一種狀態(tài)的分界含水量。界限含水量：粘性土從一種狀態(tài)過渡到另外一種狀態(tài)的分界含水量。粘性土呈液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量稱為液限粘性土呈液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量稱為液限wl （%）即至液態(tài)時的含水量；即至液態(tài)時的含水量； （ liquid limit）粘性土呈塑態(tài)與半固態(tài)之間的分界含水量稱為塑限粘性土呈塑態(tài)與半固態(tài)之間的分界含水量稱為塑限wp （%）即至塑態(tài)時的含水量；即至塑態(tài)時的含水量

12、； （plasticity index）粘性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的分界含水量稱為縮限粘性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的分界含水量稱為縮限ws （%） 即至半固態(tài)的含水量。即至半固態(tài)的含水量。 （ shrink limit）工程中常用的是液限和塑限。工程中常用的是液限和塑限。17第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類界限含水量的測定方法界限含水量的測定方法 液限測定方法液限測定方法錐式液限儀測定法錐式液限儀測定法 將粘性土調(diào)成均勻的濃糊狀，裝入金屬杯中，將粘性土調(diào)成均勻的濃糊狀，裝入金屬杯中，刮平表面，放在底座上，用質(zhì)量為刮平表面，放在底座上，用質(zhì)量為76 g的圓的圓錐式液限儀來測定

13、錐式液限儀來測定wl。手持液限儀頂部小柄，。手持液限儀頂部小柄，將錐尖接觸土表面的中心，松手讓其在自重將錐尖接觸土表面的中心，松手讓其在自重作用下下沉，若液限儀經(jīng)作用下下沉，若液限儀經(jīng)5s沉入土中深度恰沉入土中深度恰好是好是10 mm，這時杯內(nèi)土樣的含水量為液限，這時杯內(nèi)土樣的含水量為液限wl，如液限儀沉入土樣中錐體的刻度高于或，如液限儀沉入土樣中錐體的刻度高于或低于土面，則表示土樣的含水量低于或高于低于土面，則表示土樣的含水量低于或高于液限。為了避免放錐的人為晃動的影響，可液限。為了避免放錐的人為晃動的影響，可采用電磁放錐的方法。采用電磁放錐的方法。(土工試驗方法標準土工試驗方法標準gb/t

14、 50123 1999；課本還給出了；課本還給出了建筑建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范液限的測定方法液限的測定方法)圖圖1.6.2(a) 碟式液限儀測定法碟式液限儀測定法 將調(diào)成糊狀的試樣裝在碟內(nèi)，刮平表面，將調(diào)成糊狀的試樣裝在碟內(nèi)，刮平表面，用特制開槽器將土樣劃開，形成用特制開槽器將土樣劃開，形成v形槽，形槽，以每秒兩轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動手柄，使碟子反復以每秒兩轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動手柄，使碟子反復起落，墜擊底座，當擊數(shù)為起落，墜擊底座，當擊數(shù)為25次，次，v形槽形槽合攏長度為合攏長度為13mm時，試樣的含水量即為時，試樣的含水量即為液限液限 wl。18第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工

15、程分類塑限測定方法塑限測定方法滾搓法滾搓法 用手將天然濕度的土樣搓成小圓球（球徑用手將天然濕度的土樣搓成小圓球（球徑小于小于10mm），放置在毛玻璃板上，再用），放置在毛玻璃板上，再用手掌搓滾成細條。當土條搓到直徑手掌搓滾成細條。當土條搓到直徑3mm時，恰好產(chǎn)生裂縫并開始斷裂，則此時土時，恰好產(chǎn)生裂縫并開始斷裂，則此時土條的含水量即為塑限；若土條推不到直徑條的含水量即為塑限；若土條推不到直徑3mm就已經(jīng)有裂縫，說明土樣的含水量就已經(jīng)有裂縫，說明土樣的含水量小于塑限，則須加少量水調(diào)勻后再搓條。小于塑限，則須加少量水調(diào)勻后再搓條。 液、塑限聯(lián)合測定法液、塑限聯(lián)合測定法 本試驗方法適用于粒徑小于本試

16、驗方法適用于粒徑小于0.5mm以及有機以及有機質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5%的土。試驗所的土。試驗所用的主要儀器是：用的主要儀器是：液、塑限聯(lián)合測定儀，包括帶標尺的圓錐液、塑限聯(lián)合測定儀，包括帶標尺的圓錐儀、電磁鐵、顯示屏、控制開關(guān)和試樣杯。儀、電磁鐵、顯示屏、控制開關(guān)和試樣杯。錐質(zhì)量為錐質(zhì)量為76 g，錐角為，錐角為30，讀數(shù)顯示形式，讀數(shù)顯示形式宜采用光電式、游標式和百分表；試樣杯內(nèi)宜采用光電式、游標式和百分表；試樣杯內(nèi)徑為徑為40mm，高度為，高度為30mm。天平：稱量天平：稱量200 g，最小分度值，最小分度值0.01 g。 19第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土

17、的物理性質(zhì)與工程分類塑性指數(shù)塑性指數(shù)ip （plasticity index）和液性指數(shù)和液性指數(shù)il （liquid index） 塑性指數(shù)塑性指數(shù) ip液性指數(shù)液性指數(shù) il 塑性指數(shù)：粘性土與粉土的液限與塑限的差值，去掉百分號。塑性指數(shù)：粘性土與粉土的液限與塑限的差值，去掉百分號。表明細顆粒土體處于可塑狀態(tài)下表明細顆粒土體處于可塑狀態(tài)下含水量變化的最大區(qū)間。含水量變化的最大區(qū)間。表示土的可塑范圍。液性指數(shù)，又稱相對稠度，是用土的含水量與塑限之差除以塑性指數(shù)液性指數(shù)，又稱相對稠度，是用土的含水量與塑限之差除以塑性指數(shù) 。plplwwwwi反映粘性土天然狀態(tài)的反映粘性土天然狀態(tài)的軟硬程度軟硬

18、程度 ip大，表明土吸附結(jié)合水多（粘粒含量高或礦物成分吸水能力強）砂類土粉土粉質(zhì)粘土粘土 3i 10i317i10 17ipppp20第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類p例題例題1.221第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類第五節(jié)：土的工程分類第五節(jié)：土的工程分類自然界中土的種類很多，工程性質(zhì)各異。為了便于研究和自然界中土的種類很多，工程性質(zhì)各異。為了便于研究和工程中的應(yīng)用，需要按其主要特征進行分類。工程中的應(yīng)用，需要按其主要特征進行分類。 目前還沒有統(tǒng)一土名和土的分類法目前還沒有統(tǒng)一土名和土的分類法 。本節(jié)將主要介紹常用的本節(jié)將主要介紹常用的建筑

19、地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范分類法。分類法。 土（包括巖石）的分類巖石碎石土砂土粘性土粉土人工填土22第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類一、巖石一、巖石1定義定義 巖石是顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，呈整體或具有節(jié)理、裂隙的巖體。巖石是顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，呈整體或具有節(jié)理、裂隙的巖體。2分類分類 根據(jù)其成因條件可分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。根據(jù)其成因條件可分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。 根據(jù)其堅硬程度劃分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖等根據(jù)其堅硬程度劃分為堅硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖等5類。類。 按風化程度可分為微風化、中風化和強風化。按風化程度可分為微風化、中風化

20、和強風化。3工程性質(zhì)工程性質(zhì) 微風化的硬質(zhì)巖石為最優(yōu)良地基，強風化的軟質(zhì)巖石工程性質(zhì)差，這類地微風化的硬質(zhì)巖石為最優(yōu)良地基，強風化的軟質(zhì)巖石工程性質(zhì)差，這類地基的承載力不如一般卵石地基承載力高。基的承載力不如一般卵石地基承載力高。23第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類二、碎石土二、碎石土1定義定義 土的粒徑土的粒徑d2mm的顆粒含量超過總土重的的顆粒含量超過總土重的50%的土。的土。2分類分類 根據(jù)土的粒徑級配中各粒組的含量和顆粒形狀進行分類定名。根據(jù)土的粒徑級配中各粒組的含量和顆粒形狀進行分類定名。 24第一章第一章 土的物理性質(zhì)與工程分類土的物理性質(zhì)與工程分類三、砂類土三、砂類土1定義定義 粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的的顆粒含量不超過全重的50%，粒徑大于，粒徑大于0.075 mm的顆粒含的顆粒含量超過全重的量超過全重的50%的土。的土。2分類分類 砂類土根據(jù)粒組含量不同又細分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂五類砂類土根據(jù)粒組含量