土的物理性質(zhì)及工程分類

1、第一章 土的物理性質(zhì)及工程分類課堂教學(xué)實踐教學(xué)課時6（2）內(nèi)容提要1概述2. 土的組成與土的結(jié)構(gòu)3土的物理性質(zhì)指標4土的物理狀態(tài)指標5土的滲透與滲流6土的動力特性7土的工程分類能力培養(yǎng)要求1了解土的形成過程及其結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點；2理解各種物理性質(zhì)指標和狀態(tài)指標的定義及表達式，能根據(jù)指標判別土的性狀；3利用三相簡圖進行指標間的相互換算；4了解土的壓實機理；5重點掌握用規(guī)范法對土進行工程分類、定名。6重點掌握測定土的容重、比重、含水量的方法，掌握顆分試驗、擊實試驗原理，能夠正確使用液塑限聯(lián)合測定儀。7理解土的滲透規(guī)律；8了解一直水對工程的影響。教學(xué)形式教師主講、課堂討論、學(xué)生講評、提問答疑、工程案例分

2、析等第一次課第一節(jié) 土的組成、土的結(jié)構(gòu)教學(xué)目標1了解本門課主要特點、內(nèi)容及重要性；2熟悉土的定義及其形成過程；3能夠根據(jù)顆粒級配曲線判別土粒級配好壞；4了解土的各組成部分對土工程性質(zhì)的影響；5熟悉土的三種結(jié)構(gòu)的特點。 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計及安排第一節(jié) 土的組成與土的結(jié)構(gòu)土土粒（固相）水（液相）空氣（氣相）氣泡（氣相）土粒（液相）水（液相）一、土的固體顆粒1土的顆粒級配 粒組的概念： 確定各粒組相對含量的方法顆粒分析試驗試驗成果顆粒級配曲線【課堂討論】為什么土的級配曲線用半對數(shù)坐標？ 級配曲線的特點：半對數(shù)坐標 判別土體級配好壞的指標當同時滿足Cu5,Cc=13時，土的級配良好，否則，級配不良。2土粒的

3、礦物成分二、土中水三、土中氣體四、土的結(jié)構(gòu)五、土的構(gòu)造教學(xué)輔助資料工程圖片、文字資料等【校園現(xiàn)場觀察土的特點】【現(xiàn)場提問答疑】【本次課總結(jié)】1土是由固體（土粒）、液體（水）和氣體（空氣）三相所組成；2粒徑級配曲線的特點及用途；3常見土的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造形式?！緩?fù)習(xí)思考】1粘土顆粒表面哪一層水膜對土的工程性質(zhì)影響最大，為什么？2為什么土的級配曲線用半對數(shù)坐標？【課后作業(yè)】課后反饋意見復(fù)習(xí)舊課1土的特點2顆粒級配曲線特點及用途3土的三種結(jié)構(gòu)的特點。第二次課第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指標教學(xué)目標1理解物理性質(zhì)指標的定義及表達式；2能夠利用土的三相簡圖進行指標間的相互換算。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計及安排第二節(jié) 土的物理性質(zhì)指

4、標反映著土的物理狀態(tài),如干濕軟硬松密等。表示土的三相組成比例關(guān)系的指標,統(tǒng)稱為土的三相比例指標。一、土的三相圖 【注意】土的三相圖只是理想化地把土體中的三相分開，并不表示實際土體三相所占的比例。二、物理性質(zhì)指標1基本指標土的物理性質(zhì)指標中有三個基本指標可直接通過土工試驗測定,亦稱直接測定指標。 土的密度或土的天然重度：，（kg/m3），（kN/m3）。試驗測定方法：環(huán)刀法 土粒相對密度（土粒比重）Gs：土粒相對密度定義為土粒的質(zhì)量與同體積4oC純水的質(zhì)量之比。，無量綱。試驗測定方法：比重瓶法【課堂討論】相對密度（比重）與天然密度（重度）的區(qū)別【注意】從公式可以看出，對于同一種土，在不同的狀態(tài)（

5、重度、含水量）下，其比重不變； 土的含水量w土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示： 試驗測定方法：烘干法【討論】含水量能否超過100？從公式可以看出，含水量可以超出100。2間接指標（導(dǎo)出指標）測出上述三個基本試驗指標后，就可根據(jù)圖1-9所示的三相圖，計算出三相組成各自的體積上和質(zhì)量上的含量，并由此確定其它的物理性質(zhì)指標，即導(dǎo)出指標。 孔隙比孔隙比為土中孔隙何種與土粒體積之比，用小數(shù)表示：孔隙比是評價土的密實程度的重要物理性質(zhì)指標。 孔隙率土中孔隙體積與土的總體積之比：100孔隙率亦可用來表示同一種土的松、密程度。 飽和度土中所含水分的體積與孔隙體積之比, 飽和度可描述土體中孔隙被水充滿的

6、程度：顯然,干土的飽和度Sr =0,當土被完全飽和狀態(tài)時Sr =100%。砂土根據(jù)飽和度可劃分為下列三種濕潤狀態(tài)：Sr50% 稍濕，50%Sr80% 很濕，Sr80% 飽和?！居懻摗靠紫侗取⒖紫堵?、飽和度能否超過1或100？ 飽和密度和飽和重度飽和密度為土體中隙完全被水充滿時的土的密度：，（kg/m3）。飽和重度：sat=g，（kN/m3）。 干密度和干重度干密度單位體積中土粒的質(zhì)量：，（kg/m3）。干重度單位體積中土粒的重量：=rdg，（kN/m3）。 有效重度（浮重度），（kN/m3）。同樣條件下，上述幾種重度在數(shù)值上有如下關(guān)系： 3指標間的相互換算已知：r（g），Gs，we，n，Sr，

7、rsat（gsat），rd（gd），等的表達式。推導(dǎo)間接指標的關(guān)鍵在于：熟悉各個指標的定義及其表達式，能熟練利用土的三相簡圖。推導(dǎo)公式主要步驟：利用VS作為未知數(shù)，將土的三相圖中的各相物質(zhì)的質(zhì)量用r（g），Gs，w和VS表示出來，填在圖中；先將孔隙比e的表達式求出來，然后將其它指標用r（g）， Gs，w和e來表達。依上圖，將m（1w）Gs Vsrw和V（1e）Vs代入中可得： 注意：此時e已是“已知”的指標。根據(jù)各間接指標的定義，利用三相簡圖可求得： 或 ， 或 【課堂思考】可否用其它簡潔方法上述推導(dǎo)公式？如令Vs1?！菊n堂先自習(xí)例題后講解】【例1】某土樣經(jīng)試驗測得為1003，濕土質(zhì)量為187

8、g，烘干后，干土質(zhì)量為167 g。若土粒的相對密度Gs為2.66，試求該土樣的含水量g、密度r、重度g、干重度gd、孔隙比、飽和重度gsat和有效重度g。解題思路：利用定義先求w，r，g ，后根據(jù)公式求相關(guān)指標?！纠?】某完全飽和粘性土的含水量為w=40%，土粒相對密度Gs =2.7，試按定義求土的孔隙比和干密度。解題思路：本題給出的條件是飽和土Sr100利用三相圖求出各相的質(zhì)量和體積用定義求出e和rd。 解：設(shè)Vs1m3因Gs =2.7，則ms=GsPwVs=2.7×1×1=2.7t又w=40%，則mw=wms=0.4×2.7=1.08t水的密度=1，則Vw=1

9、.08 m3而完全飽和土，VvVw=1.08 m3則可解出=1.08÷1=1.08=2.7÷（1+1.08）=1.3t/ m3【現(xiàn)場提問答疑】【本次課小結(jié)】1各指標的定義；2利用三相圖進行指標間的相互換算?！緩?fù)習(xí)思考】1在土的三相比例指標中，哪些指標是直接測定的？用何方法？2在三相比例指標中，哪些指標的數(shù)值可以大于1，哪些不行？【課后作業(yè)】課后反饋意見復(fù)習(xí)舊課1物理性質(zhì)指標的定義及表達式；2利用土的三相簡圖進行指標間的相互換算。第三次課第三節(jié) 土的物理性質(zhì)指標第四節(jié) 土（巖）的工程分類第五節(jié) 土的壓實性教學(xué)目標1了解土和碎石土密實度的評定方法；2理解粘性土隨含水量變化時的分

10、界含水量（稠度界限）；3能夠按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50072002）對土進行工程分類；4領(lǐng)會土的擊實機理；5清楚最優(yōu)含水量與最大干密度關(guān)系，及影響它們的因素；6理解土的滲透規(guī)律；7了解一直水對工程的影響。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計及安排第三節(jié) 土的物理狀態(tài)指標一、無粘性土的密實度土的密實度單位土體中固體顆粒的含量。無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切關(guān)系。描述砂土密實狀態(tài)的指標有：1孔隙比孔隙比愈大，則土愈松散。缺陷：取原狀砂樣和測定孔隙比存在實際困難，故在實用上也存在問題。沒有考慮到顆粒級配這一重要因素對砂土密實狀態(tài)的影響。2相對密度Dr：將現(xiàn)場土的天然孔隙比e與該種土所能達到最密實時的孔隙比和最疏

11、松時的孔隙比相對比的方法，來表示孔隙比為e時土的密實度?！居懻摗肯鄬γ芏仁欠駮霈F(xiàn)Dr>1.0和Dr<0的情況？當e=emax時，表示土處于最疏松狀態(tài)，此時Dr=0。當e=emin時，表示土處于最密實狀態(tài)，此時Dr=1.0。用相對密度Dr判定砂土密實度的標準如下：Dr 疏松 Dr 中密 Dr 密實優(yōu)點：在理論上比孔隙比能夠更合理確定土的密實狀態(tài)。缺陷：測定e、emax與emin困難，通常多用于填方工程的質(zhì)量控制中，對于天然土尚難以應(yīng)用。3依規(guī)范GB50072002動觸探確定無粘性土的密實度標貫試驗N或N63.5，見表13。優(yōu)點：可現(xiàn)場測定土的密實度，得到廣泛應(yīng)用。4土的稠度（1）性

12、土的稠度狀態(tài)稠度指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力。稠度界限粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的分界含水量。塑限土從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)時的分界含水量。液限土從液性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄誀顟B(tài)時的分界含水量。注意：塑限、液限是一個含水量塑限、液限的測定方法液塑限聯(lián)合測定法。（2）粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)：Ip=wLwP 注意：計算時含水量要去百分號 結(jié)論：塑性指數(shù)表示土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍,其值的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,亦即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,土的比表面積越大,塑性指數(shù)就越高。 應(yīng)用：根據(jù)其值大小對粘性土進行分類。液性指數(shù)： 用途：根據(jù)其值

13、大小判定土的軟硬狀態(tài)（表14）?！居懻摗恳盒灾笖?shù)是否會出現(xiàn)IL>1.0和IL<0的情況？【例題先自習(xí)后講解】【例3】某砂土試樣,通過試驗測定土粒相對密度Gs=2.7,含水量w =9.43%,天然天然密度=1.66/3。已知砂樣牌最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62,牌最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45。試求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實狀態(tài)。解題思路：先利用三個基本指標求出天然孔隙比e土最密實時有最大干密度rdmax和最小孔隙比emin，土最疏松時有最小干密度rdmin和最大孔隙比emax。利用公式rd和e求得emin與emax。利用相對密度的定義式求得其密實

14、度。第四節(jié) 土（巖）的工程分類一、土工試驗規(guī)程中土的分類1一般程序2巨粒土和含巨粒土的分類和命名3粒土的分類和命名4細粒土分類和命名5特殊土分類6土的簡易鑒別、分類和描述注意：各類土的定義；利用塑性圖對細粒土進行分類的方法。二、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50072002）中地基土的分類作為建筑地基的土(巖),可分為巖石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。注意：各類土的定義；對碎石土、砂土進行分類時，應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定；依塑性指數(shù)對粉土、粘性土進行分類：粉土指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量的50% 、塑性指數(shù)IP10的土。粘性土是指塑性指數(shù)IP10的土。粘性土【例4先自習(xí)后講解】【例5】接例14,試按塑性指數(shù)IP確定A、B、C土的名稱。解題思路：先計算塑性指數(shù)；依塑性指數(shù)對粉土、粘性土進行命名?！纠?】圖115為某三種土A、B、C的顆粒級配曲線,試按地基規(guī)范分類法確定三種土的名稱。解題要點：能看懂顆粒級配曲線圖熟悉地基規(guī)范分類法；對碎石土、砂土進行分類時，應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。即 3教學(xué)輔助資料多媒體課件等【課堂練習(xí)】【學(xué)