土的物理性質(zhì)水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)

1、第二章土的物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)本章學(xué)習(xí)要點(diǎn) :學(xué)習(xí)三相比例關(guān)系的計(jì)算( 三相草圖、 三個(gè)基本物理實(shí)驗(yàn)、九個(gè)常用三相比例指標(biāo)) 、土的物理性質(zhì)指標(biāo)、 水理性質(zhì)指標(biāo)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等內(nèi)容， 要求記住三相指標(biāo)的定義式， 熟練掌握三相指標(biāo)的換算。學(xué)習(xí)粗粒土和細(xì)粒土壓實(shí)特性與壓實(shí)機(jī)理， 擊實(shí)試驗(yàn)與擊實(shí)功對(duì)壓實(shí)曲線的影響的壓實(shí)特性在分層壓實(shí)處理地基中的應(yīng)用意義。第一節(jié)土的物理性質(zhì)土是土粒（固體相） ，水（液體相）和空氣（氣體相）三者所組成的；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(lái)的性質(zhì)。土的物理性質(zhì)指標(biāo)，可分為兩類：一類是必須通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定的，如含水量，密度

2、和土粒比重；另一類是可以根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的指標(biāo)換算的；如孔隙比，孔隙率和飽和度等。土的基本物理性質(zhì)土的三相圖（見(jiàn)教材P62 圖）一、土粒密度 (particle density)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：smsg/cm3Vs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(wú)關(guān)。實(shí)際上是土中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/cm 3土粒密度是實(shí)測(cè)指標(biāo)。二、土的密度

3、 (soil density)土的密度是指土的總質(zhì)量m 與總體積V之比，也即為土的單位體積的質(zhì)量。其中：V=Vs+Vv;m=ms+mw按孔隙中充水程度不同，有天然密度，干密度，飽和密度之分。1天然密度（濕密度）(density)天然狀態(tài)下土的密度稱天然密度，以下式表示：m msmwg/cm3VVsVv土的密度取決于土粒的密度，孔隙體積的大小和孔隙中水的質(zhì)量多少，它綜合反映了土的物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)特征。砂土一般是 .4 g/cm 3粉質(zhì)砂土及粉質(zhì)粘土.4 g/cm3粘土為 .4 g/cm3泥炭沼澤土：.4 g/cm 3土的密度可在室內(nèi)及野外現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定。室內(nèi)一般采用“環(huán)刀法”測(cè)定，稱得環(huán)刀內(nèi)土樣質(zhì)量

4、，求得環(huán)刀容積；兩者之比值。2干密度（ dry density ）土的孔隙中完全沒(méi)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。dmsg/cm3V干密度反映了土的孔隙生，因而可用以計(jì)算土的孔隙率，它往往通過(guò)土的密度及含水率計(jì)算得來(lái)，但也可以實(shí)測(cè)。土的干密度一般常在1.41.7 g/cm 3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。3飽和密度（saturatio density）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，可用下式表示：msVv wg/cm3satV式中：w ：水

5、的密度（工程計(jì)算中可取1 g/cm3）土的飽和密度的常見(jiàn)值為1.82.30 g/cm 3此外：（ 1）浮密度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，即=(m -v )/V 或 'satws s w由此可見(jiàn)：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：ssatd'（ 2）容重：?jiǎn)挝惑w積的重量三、土的含水性土的含水性指土中含水情況，說(shuō)明土的干濕程度。1含水率（含水量）土的含水量定義為土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即wmw100%m ms100%msms土的含水率也可用土的密度與干密度計(jì)算得到：ws100%s室內(nèi)測(cè)定：一般用“洪干法”，先稱小

6、塊原狀土樣的濕土質(zhì)量，然后置于烘箱內(nèi)維持100105 攝氏度烘至恒重，再稱干土質(zhì)量，濕、干土質(zhì)量之差與干土質(zhì)量的比值就是土的含水量。天然狀態(tài)下土的含水率稱土的天然含水率。一般砂土天然含水率都不超過(guò)40%，以1030% 最為常見(jiàn)；一般粘土大多在1080% 之間，常見(jiàn)值2050% 。土的孔隙全部被普通液態(tài)水充滿時(shí)的含水率稱飽和含水率Vvw100%w satmsw 水的密度 ,又稱飽和水容度。飽和含水率又稱飽和水密度，它既反映了水中孔隙充滿普通液態(tài)水時(shí)的含水特性，又反映了孔隙的大小。土的含水率又可分為體積含水率與引用體積含水率：體積含水率nw：為土中水的體積與體積之比。Vwnw100%V引用體積含水

7、率ew：為土中水的體積與土粒體積之比。Vwew100%V2飽和度（ degree of saturation）定義為：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即：vwsr100%vv或天然含水率與飽和含水率之比：w100%srwsat飽和度愈大，表明土中孔隙中充水愈多，它在0100%；干燥時(shí) Sr=0 。孔隙全部為水充填時(shí)， Sr=100%。工程上 Sr 作為砂土濕度劃分的標(biāo)準(zhǔn)。Sr < 50%稍濕的Sr = 5080% 很濕的Sr > 80%飽和的工程研究中，一般將Sr 大于 95%的天然粘性土視為完全飽和土；而砂土Sr 大于 80% 時(shí)就認(rèn)為已達(dá)到飽和了。四、土的孔隙性孔

8、隙性指土中孔隙的大小，數(shù)量、形狀、性質(zhì)以及連通情況。1孔隙率（ porosity ）與孔隙比 (void ratio)孔隙率（ n）：是土的孔隙體積與土體積之比，或單位體積土中孔隙的體積，以百分?jǐn)?shù)表示，即：Vvn100%V孔隙比：定義為土中孔隙體積與土粒體積之比，以小數(shù)表示，即：eVvVs孔隙比和孔隙率（度）都是用以表示孔隙體積含量的概念。兩者有如下關(guān)系：ne 或 en1e1 n土的孔隙比或孔隙度都可用來(lái)表示同一種土的松，密程度。它隨土形成過(guò)程中所受的壓力、粒徑級(jí)配和顆粒排列的狀況而變化。一般說(shuō)：粗粒土的孔隙度小，細(xì)粒土的孔隙度大。孔隙比 e 是個(gè)重要的物理性指標(biāo)，可以用來(lái)評(píng)價(jià)天然土層的密實(shí)程

9、度。一般 e<0.6 的土是密實(shí)的低壓縮性土； e>1.0 的土是疏松的無(wú)壓縮性土。飽和含水率是用質(zhì)量比率來(lái)反映土的孔隙性結(jié)構(gòu)指標(biāo)的，它與孔隙率和孔隙比，有如下關(guān)系：nwsat ?ewsat ?dwsw2砂土的相對(duì)密度對(duì)于砂土，孔隙比有最大值與最小值，即最松散狀態(tài)和最緊密狀態(tài)的孔隙比。em in ：一般采用“振擊法”測(cè)定；em ax ：一般用“松砂器法”測(cè)定。砂土的松密程度還可以用相對(duì)密度來(lái)評(píng)價(jià)：Dremaxeemaxenin式中： emax ：最大孔隙比。emin ：最小孔隙比。e：天然孔隙比。砂土按相對(duì)密度分類：0 Dr0.33疏松的0.33Dr0.66中密的0.66Dr1密實(shí)

10、的通常砂土的相對(duì)密度的實(shí)用表達(dá)式為：Drdd mind maxd maxd mind因?yàn)樽畲蠡蜃钚「擅芏瓤芍苯忧蟮?。Dr 在工程上常應(yīng)用于： （ 1）評(píng)價(jià)砂土地基的允許承載力；（ 2）評(píng)價(jià)地震區(qū)砂體液化； （ 3）評(píng)價(jià)砂土的強(qiáng)度穩(wěn)定性。例題：某天然砂層，密度為1.47g/cm3 ，含水量 13%，由試驗(yàn)求得該砂土的最小干密度為 1.20g/cm3 ；最大干密度為1.66 g/cm3 ；問(wèn)該砂層處于哪種狀態(tài)？解：已知：1.47 w13%d min1.20g/cm3 d max 1.66g/cm3由公式：Dr1 w得 d1.30g/cm3dd mind max1.301.201.661.661.2

11、00.28d maxd mind1.30Dr0.280.33該砂層處于疏松狀態(tài)。五、基本物理性質(zhì)指標(biāo)間的相互關(guān)系1、孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積Vs =1，則孔隙體積 Vve，土體體積 V Vs Vv1 e ，于是，由Vvenn1 e或 eV1 n2、干密度與濕密度和含水量的關(guān)系設(shè)土體體積 V=1 ，則土體內(nèi)土粒質(zhì)量msd ，水的質(zhì)量： mw w d于是由：mms mw1wVdVd1w3、孔隙比與比重和干密度的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積Vs1，則孔隙體積 Vve ，土粒質(zhì)量 mss ，于是：由ms 得：Vsd1ees1dG swe1d4、飽和度與含水量，比重和孔隙比的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積Vs

12、=1，則孔隙體積 Vve ，土粒質(zhì)量 mss ，孔隙水質(zhì)量 mww s孔隙水體積： Vwwsww s由： SrVw 得 SrwwVvees wGsw e當(dāng) Sr100% 時(shí)，土飽和，則：ewmG s式中： wm 飽和含水量，G s ：土粒比重。常見(jiàn)的物理性質(zhì)指標(biāo)及互相關(guān)系換算公式見(jiàn)教材P69 表 5-5例題：某原狀土樣，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得天然密度1.67g / cm3 含水量 w=12 。9%，土粒比重Gs=2.67，求孔隙比e，孔隙度n 和飽和度Sr。解：繪三相草圖（ 1）設(shè)土的體積 V=1.0cm3根據(jù)密度定義得：mV1.6711.67g（2）根據(jù)含水量定義得：mwwms0.129 ms從三相圖可

13、知：mmamwms ma 0mwmsm ，即 0.129ms ms 1.67ms1.671.18g1.129mw1.67 1.480.19g（ 3）根據(jù)土粒比重定義：土粒的質(zhì)量與同體積純蒸餾水在4 攝氏度時(shí)質(zhì)量之比，即GsmssVs4 度ww G s2.67w1s2.6712.67g / cm3Vsms1.480.554cm3s2.67（4） Vwmw0.1900.190cm31.0w（5）從三相可知VVaVwVS1cm3或 Va1 VwVs10.554 0.190 0.256cm3 VvVVs10.5540.446Vv（6）根據(jù)孔隙比定義：e得VaVw0.2560.190.805e0.554

14、Vs（7）根據(jù)孔隙度定義：nVv 得VVaVw0.2560.190.44644.6%n1V或 ne0.8050.446 44.6%1e 1 0.805（8）根據(jù)飽和度定義：SrVw 得VvSrVw0.190.42642.6%Vw0.256Va0.19例題薄壁取樣器采取的土樣，測(cè)出其體積V 與重量分別為38.4cm3 和 67.21g，把土樣放入烘箱烘干， 并在烘箱內(nèi)冷卻到室溫后，測(cè)得重量為 49.35g。試求土樣的（天然密度），d （干密度）， w （含水量）， e（孔隙比）， n（孔隙率），飽和度。（ G s2.69 ）解：mmsmw67.211.750g / cm3VVsVv38.40ms

15、mmv49.351.285g / cm3dV38.40Vmwmms67.21 49.35100% 36.19% w100%49.35msms eG sw12.69111.0931.285d ne1.093100%52.22%1e11.093w ? G s36.192.6989.07% Sre1.093第二節(jié)土的水理性質(zhì)一、粘性土的稠度（consistency）和塑性 (plasticity)（一）稠度與液性指數(shù)粘性土的物理狀態(tài)常以稠度來(lái)表示。稠度的涵義是指土體在各種不同的濕度條件下，受外力作用后所具有的活動(dòng)程度。粘性土的稠度，可以決定粘性土的力學(xué)性質(zhì)及其在建筑物作用下的性狀。在土質(zhì)學(xué)中， 常采

16、用下列稠度狀態(tài)來(lái)區(qū)別粘性土在各種不同溫度條件下所具備的物理狀態(tài)。粘性土的標(biāo)準(zhǔn)稠度及其特征稠度狀態(tài)稠度的特征標(biāo)準(zhǔn)溫度或稠度界線液流狀呈薄層流動(dòng)液體狀呈厚層流動(dòng)觸變界限粘流狀（觸變狀）液限 Wc粘塑狀具有塑體的性質(zhì)，并粘著其他物體粘著性界限塑體狀具有塑體的性質(zhì)，但不粘著其他物體稠塑狀塑限 Wp半固體狀失掉塑體性質(zhì)，具有半固體性質(zhì)收縮界限 Ws固體狀具有固體性質(zhì)固體狀相鄰兩稠度狀態(tài)，既相互區(qū)別又是逐漸過(guò)渡的，稠度狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變界限叫稠度界限，用含水量表示，稱界限含水量。在稠度的各界限值中，塑性上限（ Wl ）和塑性下限（ Wp ）的實(shí)際意義最大。它們是區(qū)別三大稠度狀態(tài)的具體界限，簡(jiǎn)稱液限和塑限。土所

17、處的稠度狀態(tài)，一般用液性指數(shù)IL （即稠度指標(biāo)B）來(lái)表示I LWW pWcWp式中： W 天然含水量Wl 液限含水量Wp 塑限含水量按液性指數(shù)（ I L ）粘性土的物理狀態(tài)可分為：堅(jiān)硬： IL0軟塑： 0.75 I L1硬塑： 0I L0.25流塑： I L1可塑： IL0.75在稠度變化中，土的體積隨含水量的降低而逐漸收縮變小，到一定值時(shí)，盡管含水量再降低，而體積卻不再縮小，其變化過(guò)程見(jiàn)教材圖所示。（二）塑性和塑性指數(shù)（plasticity index ）塑性的基本特征： （ 1）物體在外力作用下，可被塑成任何形態(tài)，而整體性不破壞；即不產(chǎn)生裂隙。（ 2）外力除去后，物體能保持變形后的形態(tài)，而

18、不恢復(fù)原狀。有的物體是在一定的溫度條件下具有塑性；有的物體在一定的壓力條件下具有塑性；而粘性土則是在一定的濕度條件下具有塑性粘性土具有塑性，砂土沒(méi)有塑性，故粘性土又稱塑性土，砂土稱非塑性土。在巖土工程中常用二個(gè)界限含水量（又稱 Atterberg 界限，瑞典土壤學(xué)家， 1911 年）表示粘性土的塑性。（ 1）、塑性下限或稱塑限：是半固態(tài)和塑態(tài)的界限含水量，它是使土顆粒相對(duì)位移而土體整體性不破壞的最低含水量。（ 2）、塑性上限或稱液限：即塑態(tài)與流態(tài)的界限含水量，也即是強(qiáng)結(jié)合水加弱結(jié)合水的含量。二個(gè)界限含水量的差值為塑性指數(shù)(plasticity index)，即： Ip=Wl Wp塑性指數(shù)表示粘

19、性土具有可塑性的含水量變化范圍，以百分?jǐn)?shù)表示。 塑性指數(shù)數(shù)值愈大，土的塑性愈強(qiáng)，土中粘粒含量越多。例題：從某地基取原狀土樣， 測(cè)的土的液限為 37.4%，塑限為 23.0%，天然含水量為26.0%，問(wèn)地基土處于何種狀態(tài)？解： 已知： wc37.4%w p23.0%w16.0%I pwLw p0.3740.23 0.14414.4%I Lw w p0.260.23I p0.1440.21 0I L0.25該地基土處于硬塑狀態(tài)（三）影響粘性土可塑性的因素粘性土塑性大小決定于土的成分及孔隙水溶液的性質(zhì)。土的成分包括粒度成分、礦物成分及交換陽(yáng)離子成分；孔隙水溶液的性質(zhì)是指化學(xué)成分及濃度。1、礦物成分（

20、 1）土的礦物成分不同，其晶格構(gòu)造各異，對(duì)水的結(jié)合程度不一樣；例如：蒙脫石具有較大的可塑性。（ 2）礦物成分決定著顆粒的形狀與分散程度。只有片狀結(jié)構(gòu)的礦物破壞后才表現(xiàn)出可塑性。例如：黑云母，綠泥石，高嶺石等。（3）礦物成分還影響著土的分散程度；2、有機(jī)質(zhì)含量對(duì)土的可塑性有明顯的影響表層土含有機(jī)質(zhì)較多，因有機(jī)質(zhì)的分散度較高，顆粒很細(xì)，比表面積大，當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量高時(shí)，無(wú)論液限值或塑限值均較高。3、土中的可溶鹽類溶于水后，改變了水溶液的離子成分和濃度，從而影響擴(kuò)散層厚度的變化，導(dǎo)致土的可塑性的增強(qiáng)或減弱。4、粒度成分對(duì)粘性土可塑性的影響主要取決于土中粘粒含量的多少；粘粒含量愈多，分散程度愈高，具有較大

21、的可塑性。5、孔隙溶液的化學(xué)成分，濃度和PH值對(duì)可塑性的影響，是通過(guò)電位、擴(kuò)散層的厚度的影響表現(xiàn)出來(lái)的。一般來(lái)說(shuō)：PHPHie大 或 大，d大粘性性的可塑性增強(qiáng)。當(dāng)PH=PHie ，粘性土基本上不表現(xiàn)塑性。（四）粘性土的活性指數(shù)粘性土的粘性和可塑性被認(rèn)為是由顆粒表面的吸著水引起的。因此，塑性指數(shù)的大小在一定程度上反映了顆粒吸附水能力的強(qiáng)弱。Skempton（斯開(kāi)普頓）通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：對(duì)給定的土，其塑性指數(shù)與小于0.002mm顆粒的含量成正比，并建議用活性指標(biāo)來(lái)衡量土內(nèi)粘土礦物吸附水的能力。其定義為： AI p顆粒的含量0.002mm其中： A 活性指數(shù)或親水性指數(shù)。根據(jù)活性指標(biāo)的大小，他把粘性土

22、分為：非活性粘土： A0.75正常粘土： A0.75 1.25活性粘土： A1.25活性粘土的礦物成分以吸水能力很強(qiáng)的蒙脫石等礦物為主，而非活性粘土中的礦物成分，則以高嶺石等吸水能力較差的礦物為主。（五）靈敏度（St）靈敏度反映粘性土結(jié)構(gòu)性的強(qiáng)弱。quStq0式中： St 粘性土的靈敏度qu 原狀土的靈敏度q0 與原狀土密度、 含水量相同，結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。靈敏度分下列幾類：St1不靈敏St48靈敏St1 2低靈敏St8 16很靈敏St2 4中等靈敏St16流動(dòng)靈敏度高的土，其結(jié)構(gòu)性愈高，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈多，施工時(shí)應(yīng)特別注意保護(hù)基槽，使結(jié)構(gòu)不擾動(dòng)，避免降低地基強(qiáng)度。

23、觸變性：當(dāng)粘性土結(jié)構(gòu)受擾動(dòng)時(shí)，土的強(qiáng)度降低。但靜置一段時(shí)間，土的強(qiáng)度又逐漸增長(zhǎng)，這種性質(zhì)稱為土的觸變性。 這是由于土粒、 離子和水分子體系隨時(shí)間而趨于新的平衡狀態(tài)之故。二、粘性土的脹縮性及崩解性（一）粘性土的脹縮性粘性土由于含水量的增加而發(fā)生體積增大的性能稱膨脹性；由于土中水分蒸發(fā)而引起體積減少的性能稱收縮性；兩者統(tǒng)稱脹縮性。粘性土的膨脹性和收縮性對(duì)基坑、邊坡、坑道及地基土的穩(wěn)定性有著很重要的意義。1、膨脹性 (expansibility)一般認(rèn)為引起土體膨脹的原因主要有以下幾方面：粘粒的水化作用、粘性表面雙電層的形成、擴(kuò)散層增厚等因素。 其膨脹大致分兩個(gè)階段： 第一階段： 干粘粒表面吸附單層

24、水分子；“晶層間膨脹”或“粒間膨脹”第二階段：由于雙電層的形成，使粘?；蚓舆M(jìn)一步推開(kāi)。 “滲透膨脹”粘性土的膨脹性常用下列指標(biāo)表示：膨脹率 ep：原狀土樣膨脹后體積的增量與原體積之比，以百分率表示。V VV0100%epV0V0常用線膨脹率：ephh0100%h0式中： h0 土樣原來(lái)的高度，cmh土樣膨脹穩(wěn)定后的高度，cm若 ep 直接以小數(shù)表示時(shí)，稱膨脹系數(shù)。 膨脹力 Pp ：土樣膨脹時(shí)產(chǎn)生的最大壓力值。Pp10wA（ KPa）式中： W 施加在試樣上的總平衡荷載，NA 試件面積，cm2 膨脹含水率 W sl：土樣膨脹穩(wěn)定后的含水率，此時(shí)擴(kuò)散層已達(dá)到最大厚度，結(jié)合水含量增至極限狀態(tài)。Ws

25、lmsl100%ms式中： msl 土樣膨脹穩(wěn)定后土中水的質(zhì)量，gms干土樣的質(zhì)量，g自由膨脹率Fs：一定體積的擾動(dòng)風(fēng)干土樣體積之增量與原體積之比，以百分率表示。VV0100%FsV0式中： V0烘干土的原始體積V 膨脹變形穩(wěn)定后的體積2、收縮性(shrinkage)粘性土的收縮性是由于水分蒸發(fā)引起的。其收縮過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段（AB ）表示了土體積的縮小與含水率的減小成正比，呈直線關(guān)系； 土之減小的體積等于水分散失的體積；第二階段（BC）表示了土體積的縮小與含水率的減少呈曲線關(guān)系。土體積的減少量小于失水體積，隨著含水率的減少，土體積收縮愈來(lái)愈慢。見(jiàn)教材圖所示。若將體積變化與失水體積呈

26、直線部分外推延長(zhǎng)至Y 軸，那么 CE 為空氣所占的孔隙容積；EO 為固體顆粒的體積，由 C 點(diǎn)引水平線交AB 的延長(zhǎng)線于D ，則 D 點(diǎn)的含水率即為收縮限Ws。當(dāng)土中含水率小于收縮限 Ws 時(shí)，土體積收縮極??；隨著含水率的增加，土體積增大，當(dāng)含水率大于液限時(shí)，土體坍塌。所以液限與縮限為土與水相互作用后，土體積隨含水率變化之上、下限，以縮性指數(shù) Is 表示。I swLws表征粘性土的收縮性指標(biāo)有：1） 體縮率 es：試樣收縮減小的體積與收縮前體積的比值。以百分率表之。V0Ves100%V0式中： V 0收縮前的體積，cm332） 線縮率 esl：試樣收縮后的高度減小量與原高度之比，以百分率表之。

27、l 0lesl100%l 0式中： l 0 試樣原始高度，cml 試樣經(jīng)收縮后的高度，cm3） 縮限 Ws ：作圖法求得4） 收縮系數(shù)：作圖法求得（二）粘性土的崩解性(slaking)定義：粘性土由于浸水而發(fā)生崩解散體的特性稱崩解性。粘性土的崩解形式是多種多樣的：有的是均勻的散粒狀，有的呈鱗片狀，碎塊狀或崩裂狀等。崩解現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于土水化，使顆粒間連接減弱及部分膠結(jié)物溶解而引起的崩解。是表征土的抗水性的指標(biāo)。評(píng)價(jià)粘性土的崩解性一般采用下列三個(gè)指標(biāo)：1、崩解時(shí)間：一定體積的土樣完全崩解所需的時(shí)間；2、崩解特征：土樣在崩解過(guò)程的各種現(xiàn)象，即出現(xiàn)的崩解形式；3、崩解速度：土樣在崩解過(guò)程中質(zhì)量的損失

28、與原土樣質(zhì)量之比，和時(shí)間的關(guān)系。土崩解性的影響因素（ 1）物質(zhì)成分：礦物成分，粒度成分及交換陽(yáng)離子成分；（ 2）土的結(jié)構(gòu)特征（結(jié)構(gòu)連接） ；（ 3）含水量；（ 4）水溶解的成分及濃度。一般來(lái)說(shuō)：土的崩解性在很大程度上與原始含水量有關(guān)。干土或未飽和土比飽和土崩解得要快得多。三、粘性土透水性（自修）四、粘性土毛細(xì)性（自修）第三節(jié)土的力學(xué)性質(zhì)定義：是指土在外力作用下所表現(xiàn)的性質(zhì)，主要為變形和強(qiáng)度特性。一、土的壓縮性（一）土的壓縮變形的本質(zhì)土的壓縮性是指在壓力作用下體積壓縮小的性能。從理論上， 土的壓縮變形可能是： （ 1）土粒本身的壓縮變形； （2）孔隙中不同形態(tài)的水和氣體的壓縮變形；（ 3）孔隙中

29、水和氣體有一部分被擠出，土的顆粒相互靠攏使孔隙體積減小。試驗(yàn)表明： 土的壓縮是氣體壓縮的結(jié)果。接近自然界的假設(shè)：土的壓縮主要是由于孔隙中的水分和氣體被擠出，土粒相互移動(dòng)靠攏，致使土的孔隙體積減小而引起的。研究土的壓縮性，就是研究土的壓縮變形量和壓縮過(guò)程，既研究壓力與孔隙體積的變化關(guān)系以及孔隙體積隨時(shí)間變化的情況。有側(cè)限壓縮（無(wú)側(cè)脹壓縮）：指受壓土的周圍受到限制，受壓過(guò)程中基本上不能向側(cè)面膨脹，只能發(fā)生垂直方向變形。無(wú)側(cè)限壓縮（有側(cè)脹壓縮）：受壓土的周圍基本上沒(méi)有限制，受壓過(guò)程中除垂直方向變形外，還將發(fā)生側(cè)向的膨脹變形。研究方法：室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)兩種。（二）壓縮試驗(yàn)和壓縮系數(shù)1壓縮曲線

30、：若以縱坐標(biāo)表示在各級(jí)壓力下試樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比e ，以橫坐標(biāo)表示壓力 p，根據(jù)壓縮試驗(yàn)的成果，可以繪制出孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，稱壓縮曲線。壓縮曲線的形狀與土樣的成分，結(jié)構(gòu)，狀態(tài)以及受力歷史等有關(guān)。若壓縮曲線較陡，說(shuō)明壓力增加時(shí)孔隙比減小得多，則土的壓縮性高；若曲線是平緩的，則土的壓縮性低。2壓縮系數(shù)：e-p 曲線中某一壓力范圍的割線斜率稱為壓縮系數(shù)。e1e2eeiei 1a tgp1或 api 1pip2p此式為土的力學(xué)性質(zhì)的基本定律之一，稱為壓縮定律。其比例系數(shù)稱為壓縮系數(shù)，用a表示，單位是 1/Mpa壓縮系數(shù)是表示土的壓縮性大小的主要指標(biāo)，壓縮系數(shù)大， 表明在某壓力變化范圍內(nèi)孔隙比減

31、少得越多，壓縮性就越高。在工程實(shí)際中，規(guī)范常以p1=0.1Mpa ，p2 =0.2Mpa 的壓縮系數(shù)即 a1-2作為判斷土的壓縮性高低的標(biāo)準(zhǔn)。但當(dāng)壓縮曲線較平緩時(shí)，也常用p1=100Kpa 和 p3=300Kpa 之間的孔隙比減少量求得 a1-3。低壓縮性土： a1-20.1Mpa -1中壓縮性土： 0.1 a1-2 0.5 Mpa -1高壓縮性土： a1-20.5 Mpa -13壓縮指數(shù) (Cc) ：將壓縮曲線的橫坐標(biāo)用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示。Cc=(e1-e2)/(lgp2 lgp )，因?yàn)?e-lgp1曲線在很大壓力范圍內(nèi)為一直線，故Cc 為一常數(shù)， 故用 e-lgp 曲線可以分析研究Cc，Cc

32、越大，土的壓縮性越高。當(dāng) Cc 0.2 時(shí)，屬于低壓縮性土；當(dāng)Cc 0.4 時(shí)屬于高壓縮性土。壓縮系數(shù)和壓縮指數(shù)關(guān)系：Cc a( p2p1)lg p2lg p1a=Cclg( p2 / p1)p2p14壓縮模量（ Es）：是指在側(cè)限條件下受壓時(shí)壓應(yīng)力z 與相應(yīng)應(yīng)變 qz 之比值；即Es z/ qz單位： Mpa壓縮模量與壓縮系數(shù)之關(guān)系：Es 越大，表明在同一壓力范圍內(nèi)土的壓縮變形越小，土的壓縮性越低。Es 1+e1/a式中： e1 ：相應(yīng)于壓力p1 時(shí)土的孔隙比。a ：相應(yīng)于壓力從 p1增至 p 時(shí)的壓縮系數(shù)。2（三）載荷試驗(yàn)和變形模量室內(nèi)有側(cè)限的壓縮試驗(yàn)不能準(zhǔn)確地反映土層的實(shí)際情況，因此，可

33、在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原位載荷試驗(yàn)，某條件近似無(wú)側(cè)限壓縮。載荷試驗(yàn)結(jié)果可以繪制壓力P 與變形量 s 的關(guān)系和變形量 s與時(shí)間 T 的關(guān)系曲線。從載荷試驗(yàn)結(jié)果可看出，一般土地基的變形可分為三個(gè)不同階段：1壓密變形階段：相當(dāng)于曲線oa 段， s-p 的關(guān)系近直線，此階段變形主要是土的孔隙體積被壓縮而引起土粒發(fā)生垂直方向?yàn)橹鞯奈灰?，稱壓密變形。地基土在各級(jí)荷載作用下變形，是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而趨于穩(wěn)定。2剪切變形階段：相當(dāng)于曲線的ab 段， s-p 的關(guān)系不再保持直線關(guān)系，而是隨著p 的增大，s 的增大逐漸加大。此階段變形是在壓密變形的同時(shí)，地基土中局部地區(qū)的剪應(yīng)力超過(guò)土的抗剪強(qiáng)度，而引起土粒之間相互錯(cuò)動(dòng)的位移，稱

34、剪切變形，也稱塑性變形。地基由壓密變形階段過(guò)渡到局部剪切變形階段的臨界荷載， 稱為地基土的臨塑荷載或比例界限壓力。3完全破壞階段：塑性變形區(qū)的不斷發(fā)展，導(dǎo)致地基穩(wěn)定性的逐漸降低，而且趨向完全破壞階段。即b 點(diǎn)以下的一段。地基達(dá)到完全破壞時(shí)的臨界荷載，稱為地基的極限荷載。相當(dāng)b 的壓力。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，若作用在基礎(chǔ)底面每單位面積的壓力不超過(guò)地基土的臨塑荷載，則一般能保證地基的穩(wěn)定和不致產(chǎn)生過(guò)大的變形，確保建筑物的安全和正常使用。故常選用臨塑荷載作為地基土的允許承載力。載荷試驗(yàn)的結(jié)果，除了用以確定地基土的允許承載力外，還可以提供地基計(jì)算中所需要的另一個(gè)壓縮性指標(biāo)變形模量E0。變形模量 E0

35、：是指在無(wú)側(cè)限條件下受壓時(shí)，壓應(yīng)力與相應(yīng)應(yīng)變之比值，即E0 z/ z土的變形模量，一般是用載荷試驗(yàn)成果繪制的 s-p 關(guān)系曲線，以曲線中的直線變形段，按彈性理論公式求得，即E0（ 1 2）P/Sd式中：土的泊松比；P：載荷板上的總荷重；S：與載荷P 相應(yīng)的壓縮量；d：相應(yīng)于園形荷載板的直徑cm,即 dA（式中 A 為載荷板面積）（四）土的變形模量與壓縮模量的關(guān)系土的變形模量和壓縮模量，是判斷土的壓縮性和計(jì)算地基壓縮變形量的重要指標(biāo)。為了建立變形模量和壓縮模量的關(guān)系，在地基設(shè)計(jì)中， 常需測(cè)量土的側(cè)壓力系數(shù)和側(cè)膨脹系數(shù)。側(cè)壓力系數(shù)：是指?jìng)?cè)向壓力x 與豎向壓力 z 之比值，即： x/ z土的側(cè)膨脹系

36、數(shù) （泊松比）：是指在側(cè)向自由膨脹條件下受壓時(shí)，側(cè)向膨脹的應(yīng)變 x與豎向壓縮的應(yīng)變z 之比值，即 x/ z根據(jù)材料力學(xué)廣義胡克定律推導(dǎo)求得和的相互關(guān)系， /(1 )或 /（ 1）土的側(cè)壓力系數(shù)可由專門儀器測(cè)得，但側(cè)膨脹系數(shù)不易直接測(cè)定，可根據(jù)土的側(cè)壓力系數(shù)，按上式求得。在土的壓密變形階段，假定土為彈性材料，則可根據(jù)材料力學(xué)理論，推導(dǎo)出變形模量E0 和壓縮模量 Es 之間的關(guān)系。22E0(12u ) Es，令 12u1 u1 u則 Eo Es當(dāng) 0 0.5時(shí)， 1 0，即 Eo/Es 的比值在 01 之間變化，即一般 Eo 小于 Es。但很多情況下Eo/Es 都大于 1。其原因?yàn)椋?一方面是土不

37、是真正的彈性體，并具有結(jié)構(gòu)性；另一方面就是土的結(jié)構(gòu)影響；三是兩種試驗(yàn)的要求不同；（五）土的受力歷史和前期固結(jié)壓力膨脹曲線： 在作壓縮試驗(yàn)得到壓縮曲線后， 然后逐漸御去荷重， 算出每級(jí)御荷后膨脹變形穩(wěn)定時(shí)的孔隙比，則可繪出御荷后的孔隙比與壓力的關(guān)系曲線，稱膨脹系數(shù)。彈性變形： 在御荷后可以恢復(fù)的那部分變形， 稱土的彈性變形， 主要是結(jié)合水膜的變形封閉氣體的壓縮和土粒本身的彈性變形等。殘余變形： 御荷后， 仍不能恢復(fù)的那部分變形，稱土的殘余變形。因?yàn)橥亮：徒Y(jié)構(gòu)單元產(chǎn)生相對(duì)位移，改變了原有接觸點(diǎn)位置；孔隙水和氣體被擠出。試驗(yàn)結(jié)果表明：土的殘余變形常比彈性變形大得多。1擾動(dòng)飽和粘性土的壓縮曲線：由圖（

38、見(jiàn)教材P97 圖 6-7）可見(jiàn)，再壓縮曲線和膨脹曲線只能在壓縮曲線的左方，并以壓縮主支曲線為界線。若以半對(duì)數(shù)坐標(biāo)，即用 lgp 為橫坐標(biāo)，則試驗(yàn)證明壓縮主支曲線是一條直線。2重負(fù)荷載作用下的壓縮曲線：條件：用不太大的同一壓力重復(fù)加荷和御荷， 彈性變形和殘余變形將隨著重復(fù)次數(shù)的增加而減小， 壓縮曲線越來(lái)平緩， 其中殘余變形減小的更快，荷載重復(fù)次數(shù)足夠多時(shí)，新的殘余變形將會(huì)更小，直至完全消失，土就具有彈性變形的性質(zhì)。見(jiàn)教材P97 圖 6-8。3擾動(dòng)土和原狀土的壓縮曲線由于原狀土具有較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)聯(lián)接力，當(dāng)外加荷重較小，沒(méi)有克服這種阻力時(shí)，土不會(huì)發(fā)生壓縮； 只有當(dāng)外荷大于土的結(jié)構(gòu)阻力，土才開(kāi)始?jí)嚎s。 因

39、此原狀土的壓縮曲線一般比擾動(dòng)土的壓縮曲線要平緩。一般來(lái)說(shuō)重復(fù)加荷、御荷以及土的結(jié)構(gòu)、成分、狀態(tài)對(duì)土的壓縮性的影響很大， 特別是土體的受力歷史應(yīng)引起足夠的重視。歷史上的荷載作用，使土層保留一定的結(jié)構(gòu)性，對(duì)土的壓縮性有一定影響。土的前期固結(jié)壓力：是指土層在過(guò)去歷史上曾經(jīng)受過(guò)的最大固結(jié)壓力，通常用Pc 來(lái)表示。前期固結(jié)壓力也是反映土體壓密程度及判別其固結(jié)狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。固結(jié)比： OCR Pc/Po目前土層所承受的上覆土的自重壓力Po 進(jìn)行比較，可把天然土層分三種不同的固結(jié)狀態(tài)。（1） PcPo，稱正常固結(jié)土，是指目前土層的自重壓力就是該地層在歷史上所受過(guò)的最大固結(jié)壓力。（ 2） PcPo，稱超前固結(jié)

40、土，是指土層歷史上曾受過(guò)的固結(jié)力，大于現(xiàn)有土的自重壓力。使土層原有的密度超過(guò)現(xiàn)有的自重壓力相對(duì)的密度，而形成超壓狀態(tài)。（ 3） PcPo，稱欠固結(jié)土，即土層在自重壓力下尚未完成固結(jié)。新近沉積的土層如淤泥、充填土等處于欠壓密狀態(tài)。一般當(dāng)施加土層的荷重小于或等于土的前期固結(jié)壓力時(shí)， 土層的壓縮變形量將極小甚至可以不計(jì)； 當(dāng)荷重超過(guò)土的前期固結(jié)壓力時(shí)，土層的壓縮變形量將會(huì)有很大的變化。在其它條件相同時(shí)，超固結(jié)土的壓縮變形量<正常固結(jié)土的壓縮量<欠固結(jié)土的壓縮量。（六）土的壓縮過(guò)程土是松軟多孔， 它在荷重作用下的壓縮變形不是瞬時(shí)就能達(dá)到穩(wěn)定， 而是需要有個(gè)時(shí)間過(guò)程，所需時(shí)間的長(zhǎng)短隨土層性質(zhì)

41、，排水條件和地基情況而不同。在壓縮過(guò)程中，由外力荷重使土中一點(diǎn)引起的壓應(yīng)力，是由兩種不同的壓力來(lái)分擔(dān)：，；1有效壓力 ，由土顆粒接觸點(diǎn)所承擔(dān)的壓力（又粒間壓力）2孔隙水壓力，即由孔隙中水所承擔(dān)的壓力（指超靜水壓力）。土的壓縮過(guò)程，實(shí)質(zhì)是這兩種壓力的分擔(dān)轉(zhuǎn)移過(guò)程。，當(dāng)壓力剛加上，孔隙中水來(lái)不及排出，完全由水來(lái)承擔(dān)；即， 0；水在孔隙水壓力的作用下，逐漸向外排出，土粒逐漸承擔(dān)孔隙水減小的那部分壓力，壓應(yīng)力由和兩部分承擔(dān)，當(dāng)有效壓力逐漸增大到全部承擔(dān)壓應(yīng)力時(shí)，水便停止流出，這時(shí)， 0，壓縮過(guò)程也就停止?？梢?jiàn)：（ 1）只有有效壓力才能壓縮土的孔隙體積，引起土的壓縮，這種由孔隙水的滲透而引起的壓縮過(guò)程，

42、稱為滲透固結(jié)。（ 2）滲透固結(jié)過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是孔隙水壓力向有效壓力轉(zhuǎn)移的過(guò)程；這一過(guò)程所需的時(shí)間，就是地基壓縮變形達(dá)到最終穩(wěn)定的時(shí)間。 壓縮穩(wěn)定所需的時(shí)間的長(zhǎng)短， 常取決于孔隙水的向外滲流的速度。（七）影響土的壓縮性的主要因素土的壓縮性實(shí)質(zhì)上說(shuō)明土的孔隙和連結(jié)在外力作用下可能產(chǎn)生的變化。影響土的壓縮性的主要因素包括土的粒度成分和礦物成分、含水率、密實(shí)度、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征。土的受力條件（受力性質(zhì)、大小、速度等）也影響著土的壓縮特點(diǎn)。1粒度成分和礦物成分的影響（1）在常見(jiàn)的可塑狀態(tài)下，隨著粘粒含量的增多，結(jié)合水膜愈厚，土的透水性減弱，壓縮量增大而固結(jié)速度緩慢。（2）親水性強(qiáng)的礦物形成的結(jié)合水膜較厚，尤

43、其在飽和軟塑狀態(tài)下，則土的壓縮量較大，固結(jié)較慢。（ 3）腐殖質(zhì)含量愈多，土的壓縮性越大，固結(jié)越慢。土的塑性指數(shù)或液限能綜合說(shuō)明粒度和礦物成分的影響。一般飽和粘性土，塑性指數(shù)或液限愈大，則土的壓縮系數(shù)或壓縮指數(shù)愈大。國(guó)外根據(jù)試驗(yàn)成果總結(jié)出飽和粘性土壓縮指數(shù)CC 和液限 WL 具有大致的關(guān)系：CC=0.009（ WL -10）2含水率的影響天然含水率或塑性指數(shù)I L 決定著土的連結(jié)強(qiáng)度，隨著含水率的增大，土的壓縮性增強(qiáng)。3密實(shí)度的影響粘性土的密實(shí)度與連結(jié)有關(guān)，隨著密實(shí)度的增大（孔隙比較?。?，土的接觸點(diǎn)有所增多，連結(jié)增強(qiáng)，則土的壓縮性減弱。4結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響土的結(jié)構(gòu)狀態(tài)也影響著土的連結(jié)強(qiáng)度，原狀土和

44、擾動(dòng)土是不一樣的，擾動(dòng)土的壓縮性比原狀土增強(qiáng)。5構(gòu)造特征的影響土的構(gòu)造特征不同，其所受的固結(jié)壓力也不同，故壓縮性也不同。6受力歷史的影響經(jīng)卸荷后再加荷的再壓縮曲線比較平緩，重復(fù)次數(shù)愈多， 則曲線愈緩， 可見(jiàn)受力歷史的影響。在研究土的壓縮性，必須結(jié)合土的受荷歷史，考慮前期固結(jié)壓力影響，才能得出更符合實(shí)際的結(jié)果。7增荷率和加荷速度的影響增荷率愈大，則土的壓縮性愈高。加荷速度越快，土的壓縮性愈快。8動(dòng)荷載的影響在動(dòng)荷載的作用下，土將產(chǎn)生附加的壓縮性。試驗(yàn)表明： 土的振動(dòng)壓縮曲線與靜荷載壓縮曲線是及其相似的，但壓縮量較大， 一般隨著動(dòng)荷載作用強(qiáng)度的增大而增大，這與土的特性和所受的靜荷載大小有關(guān)。在動(dòng)荷載作用下，土地的壓密量大小除取決于振動(dòng)加速度（振動(dòng)頻率和振幅）外，還與作用的時(shí)間有關(guān)，動(dòng)荷載的時(shí)間愈長(zhǎng)，壓縮量愈大，最終趨于穩(wěn)定。動(dòng)荷載作用下土的變形同樣包括彈性變形和塑性變形兩部分：動(dòng)荷載較小時(shí)， 主要為彈性變形，動(dòng)荷增大時(shí)，塑性變