模塊土物理性質(zhì)與工程分類

1、模塊土物理性質(zhì)與工程分類模塊土物理性質(zhì)與工程分類第第1 1章章土的物理性質(zhì)及工程分類土的物理性質(zhì)及工程分類土的形成與組成、土的物理性質(zhì)指土的形成與組成、土的物理性質(zhì)指標(biāo)、土的物理狀態(tài)指標(biāo)、地基土的標(biāo)、土的物理狀態(tài)指標(biāo)、地基土的工程分類工程分類主要內(nèi)容主要內(nèi)容引例引例 香港寶城大廈，該大廈建于香港的某一山坡上，香港寶城大廈，該大廈建于香港的某一山坡上，19721972年雨季來(lái)臨年雨季來(lái)臨時(shí)，連續(xù)的大暴雨，引起了山坡上殘積土軟化而滑動(dòng)。時(shí)，連續(xù)的大暴雨，引起了山坡上殘積土軟化而滑動(dòng)。7 7月月1818日清日清晨晨7 7點(diǎn)鐘左右，數(shù)萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑，頃刻之間，寶城點(diǎn)鐘左右，數(shù)萬(wàn)立方米殘積土

2、從山坡上下滑，頃刻之間，寶城大廈被沖毀倒塌。因樓間凈距太小，寶城大廈倒塌時(shí)，砸毀相鄰一大廈被沖毀倒塌。因樓間凈距太小，寶城大廈倒塌時(shí)，砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。當(dāng)時(shí)寶城大廈居住著金城銀行等銀行界人幢大樓一角約五層住宅。當(dāng)時(shí)寶城大廈居住著金城銀行等銀行界人士，當(dāng)場(chǎng)死亡士，當(dāng)場(chǎng)死亡120120人，這起重大傷亡事故極大的震驚。人，這起重大傷亡事故極大的震驚。 原因分析：原因分析：山坡上殘積山坡上殘積土本身強(qiáng)度土本身強(qiáng)度較低，加之較低，加之雨水入滲使雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，步大大降低，使得土體滑使得土體滑動(dòng)力超過(guò)土動(dòng)力超過(guò)土的強(qiáng)度，于的強(qiáng)度，于是山坡土體是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)發(fā)生滑

3、動(dòng)。 概述 土的形成 土的組成物理性物理性質(zhì)質(zhì) 及及狀態(tài)狀態(tài)力學(xué)性質(zhì)工程特點(diǎn)1 1 土的形成與組成土的形成與組成 土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化、剝蝕、破碎、搬運(yùn)、沉積土是巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化、剝蝕、破碎、搬運(yùn)、沉積等過(guò)程后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物等過(guò)程后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運(yùn)、沉積搬運(yùn)、沉積1 1、土體的生成、土體的生成 風(fēng)風(fēng)化化巖石巖石地球土土地球生物風(fēng)化生物風(fēng)化物理風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化礦物成礦物成分未變分未變無(wú)粘性土無(wú)粘性土原生礦物原生礦物礦物成礦物成分改變分改變粘性土粘性土次生礦物次生礦物 風(fēng)化風(fēng)化作用分類作用分類有有 機(jī)機(jī) 質(zhì)質(zhì)巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影巖石和土的粗顆

4、粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫, ,或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程或在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中因碰撞和摩擦而破碎中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作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的化學(xué)成分，形成新的用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物礦物動(dòng)植物活動(dòng)引起的巖石和土體粗顆粒動(dòng)植物活動(dòng)引起的巖石和土體粗顆粒的粒度或成分的變化的粒度或成分的變化、土的成因類型、土的成因類型殘積土巖石風(fēng)化后殘留在原地形成的土。洪積土由暫時(shí)性洪流，將山區(qū)高地的碎屑物質(zhì)攜帶至溝口或平緩地帶堆積形成的土。坡積土位于山坡上方的碎屑物質(zhì)，在流水或重力作用下運(yùn)移到斜坡下方或坡麓處堆積形成的土。沖積

5、土碎屑物質(zhì)經(jīng)水流搬運(yùn)，在谷地、平原及河口地帶堆積形成的土。淤積土在靜水或緩慢流水中堆積而形成的土。冰積土碎屑物質(zhì)或塊石在冰川作用的搬運(yùn)下，在谷地或溝口堆積所形成的土。風(fēng)積土巖石風(fēng)化碎屑物質(zhì)經(jīng)風(fēng)力搬運(yùn)作用至異地降落，堆積所形成的土。海積土碎石、卵石土、砂土分布于沿岸濱海地帶。粘性土在沿海河口，岸灘廣泛分布“沉積土”基本上是在離我們最近的新生代第四紀(jì)（Q）形成的（距今約160萬(wàn)年），因此把土稱為“第四紀(jì)沉積物”。由于沉積歷史不長(zhǎng)，尚未膠結(jié)巖化，通常是松散軟弱的多孔體，與巖石的性質(zhì)有較大的差別。 力學(xué)特性力學(xué)特性土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)重塑土的強(qiáng)度重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度伊利石高嶺石b.倍半氧化

6、物及次生二氧化硅c.可溶性次生礦物（3）有機(jī)質(zhì)蒙 脫 石粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和粉粒的礦物成分是多樣性的，主要是石英和MgCO3MgCO3、CaCO3CaCO3等難溶鹽的顆粒；等難溶鹽的顆粒；土顆粒的大小和形狀土顆粒的大小和形狀 在自然界中存在的土在自然界中存在的土, ,都是由大小不同的土粒組成的，土的都是由大小不同的土粒組成的，土的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí), ,土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。因此可將土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。因此可將大小相近，性質(zhì)相似的顆粒劃歸為一組，稱為粒組，劃分粒組大小相近，性質(zhì)相似的顆粒劃歸為一組，稱為粒組，劃分粒組的分界尺寸稱為界限粒徑。常用

7、的分界尺寸稱為界限粒徑。常用200200、2020、2 2、把土粒分為六把土粒分為六大粒組大粒組: :漂石漂石( (塊石塊石) )顆粒顆粒、卵石卵石( (碎石碎石) )顆粒顆粒、圓礫（角礫）顆粒圓礫（角礫）顆粒、砂粒砂粒、粉粒及粘粒粉粒及粘粒。如下表如下表粘土的礦物成分主要有粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種粘土的礦物成分主要有粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類，它們都是次生礦物。難溶鹽類，它們都是次生礦物。2 2、土的粒組劃分、土的粒組劃分粒組統(tǒng)粒組統(tǒng)稱稱粒組名稱粒組名稱粒徑粒徑d d范圍（范圍（mmmm） 分析分析方法方法 主主 要要 特特 征征巨巨 粒粒漂石（塊石）粒漂石（塊石）粒

8、d200 d200 直接直接測(cè)定測(cè)定 透水性很大，壓縮性極小，透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)毛細(xì)性。顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)毛細(xì)性。卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒 60d200 60d200 粗粒粗粒礫礫粒粒 粗礫粗礫 20d60 20d60 篩篩 分分 法法 透水性大，壓縮性小，無(wú)粘透水性大，壓縮性小，無(wú)粘性，有一定毛細(xì)性。性，有一定毛細(xì)性。細(xì)礫細(xì)礫2d202d20砂砂粒粒 粗砂粗砂0.5d2 0.5d2 中砂中砂 0.25d0.5 0.25d0.5 細(xì)砂細(xì)砂0.075d0.25 0.075d0.25 細(xì)粒細(xì)粒粉粒粉粒 0.005d0.075 0.005d0.075 靜水靜水沉降沉降原理原理

9、 透水性小，壓縮性中等，毛透水性小，壓縮性中等，毛細(xì)上升高度大，微粘性。細(xì)上升高度大，微粘性。粘粒粘粒 d0.005 d0.005 透水性極弱，壓縮性變化大，透水性極弱，壓縮性變化大，具粘性和可塑性。具粘性和可塑性。土粒粒組的劃分土粒粒組的劃分 粒組：粒組：其粒徑的大小分為若干組別其粒徑的大小分為若干組別 界限粒徑：界限粒徑：劃分粒組的分界尺寸劃分粒組的分界尺寸土粒分為六大粒組：土粒分為六大粒組：漂石漂石(塊石塊石)顆粒、卵石顆粒、卵石(碎石碎石)顆粒、圓礫顆粒、圓礫(角礫角礫)顆粒、砂粒，粉粒及粘粒顆粒、砂粒，粉粒及粘粒顆粒級(jí)配：以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量（即顆粒級(jí)配：以土中各個(gè)粒組的相對(duì)含量

10、（即各粒組占土?？傊氐陌俜?jǐn)?shù)）表示土中顆粒各粒組占土粒總重的百分?jǐn)?shù)）表示土中顆粒的組成情況的組成情況3 3、土的顆粒級(jí)配、土的顆粒級(jí)配巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范中的分類法： 粒徑 2mm的質(zhì)量超過(guò)50%的稱為碎石土碎石土 粒徑2mm的質(zhì)量小于50而 的質(zhì)量超過(guò)50%的稱為砂土砂土 粒徑 的質(zhì)量小于50%的定為粉土或粘性粉土或粘性土土 碎石土、砂土和粉土又稱為無(wú)粘性土無(wú)粘性土土按顆粒級(jí)配的分類土按顆粒級(jí)配的分類表述方法表述方法：粒徑級(jí)配累積曲線粒徑級(jí)配累積曲線土的顆粒級(jí)配是通過(guò)土的顆粒大小分析試驗(yàn)測(cè)定的。土的顆粒級(jí)配是通過(guò)土的顆粒大小分析試驗(yàn)測(cè)定的。 篩分法：篩分法：適用于粒徑在適用于粒徑

11、在60mm 60mm 的土的土密度計(jì)法：密度計(jì)法：適用于粒徑小于適用于粒徑小于0.075 mm 0.075 mm 的土的土 將風(fēng)干、分散的代將風(fēng)干、分散的代表性土樣通過(guò)一套孔徑表性土樣通過(guò)一套孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩，充分篩不同的標(biāo)準(zhǔn)篩，充分篩選，將留在各級(jí)篩上的選，將留在各級(jí)篩上的土粒分別稱重，然后計(jì)土粒分別稱重，然后計(jì)算小于某粒徑的土粒含算小于某粒徑的土粒含量量。 篩分法（的土）篩分法（的土） 利用不同大利用不同大小的土粒在水小的土粒在水中的沉降速度中的沉降速度不同來(lái)確定小不同來(lái)確定小于某粒徑的土于某粒徑的土粒含量粒含量10200g10161824223872P%958778665536篩分法原理

12、圖篩分法原理圖 篩分法就是用一套標(biāo)準(zhǔn)篩子如篩分法就是用一套標(biāo)準(zhǔn)篩子如孔直徑孔直徑(mm)(mm)：2020、1010、，、，將烘干且分散了的將烘干且分散了的200g200g有代表性的有代表性的試樣倒入標(biāo)準(zhǔn)篩內(nèi)搖振，然后分別試樣倒入標(biāo)準(zhǔn)篩內(nèi)搖振，然后分別稱出留在各篩子上的土重，并計(jì)算稱出留在各篩子上的土重，并計(jì)算出各粒組的相對(duì)含量，即得土的顆出各粒組的相對(duì)含量，即得土的顆粒級(jí)配。粒級(jí)配。 密度計(jì)法密度計(jì)法( (也稱比重計(jì)法也稱比重計(jì)法) ) ：是沉降分析法的一種，另外還有移是沉降分析法的一種，另外還有移液管法液管法( (也稱吸管法也稱吸管法) )。該兩法的理。該兩法的理論基礎(chǔ)都是依據(jù)論基礎(chǔ)都是依

13、據(jù)Stokes(Stokes(司篤克斯司篤克斯) )定律，即球狀的細(xì)顆粒在水中的下定律，即球狀的細(xì)顆粒在水中的下沉速度與顆粒直徑的平方成正比沉速度與顆粒直徑的平方成正比粒徑粒徑(mm)(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)百分?jǐn)?shù)P(%)P(%)2613.510典典型型顆顆分分級(jí)級(jí)配配曲曲線線沉降分析結(jié)果沉降分析結(jié)果1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（）（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm) 為了定量的反映土的級(jí)配特征，工程中常為了定量的反映土的級(jí)配特征，工程中常用以下兩個(gè)級(jí)配指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)

14、土的級(jí)配優(yōu)劣。用以下兩個(gè)級(jí)配指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)土的級(jí)配優(yōu)劣。（1 1）不均勻）不均勻系數(shù)系數(shù)C Cu u： （2 2）曲率系）曲率系數(shù)數(shù)CcCc：C Cu= u= d d6060/ / d d10101060230dddCcC Cu u1010時(shí)，表示粒徑不均勻，級(jí)配良好；時(shí)，表示粒徑不均勻，級(jí)配良好；C Cu u5 5時(shí)，表示粒徑較均勻，級(jí)配不好。時(shí)，表示粒徑較均勻，級(jí)配不好。CcCc的范圍大約在的范圍大約在1 13 3。當(dāng)當(dāng)CcCc1 1或或CcCc3 3時(shí)，均表示級(jí)配曲線不連續(xù)。時(shí)，均表示級(jí)配曲線不連續(xù)。結(jié)結(jié)論論1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之

15、土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒徑特征粒徑: : d d6060 控制粒徑控制粒徑 d d10 10 有效粒徑有效粒徑 d d3030 中值粒徑中值粒徑不均勻程度：不均勻程度：C Cu u = d = d60 60 / d/ d1010 連續(xù)程度連續(xù)程度: : C Cc c = d = d30302 2 / / (d d6060 d d10 10 )粗細(xì)程度：粗細(xì)程度： 用平均粒徑用平均粒徑

16、d d5050 表示 1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（）105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線土的粒徑級(jí)配累積曲線d60d10d30連續(xù)程度連續(xù)程度: : C Cc c = d = d30302 2 / / ( (d d6060 d d10 10 ) ) 曲率系數(shù)曲率系數(shù)較大顆粒缺少較大顆粒缺少C Cc c 減小減小較小顆粒缺少較小顆粒缺少C Cc c 增大增大C C c c= = 13,級(jí)配連續(xù)性好級(jí)配連續(xù)性好曲線d60d10d30CuCcL0.33 0.0050

17、.081663.98M0.0632.41R0.0300.545粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：粒徑級(jí)配累積曲線及指標(biāo)的用途：粒組含量用于土的分類定名；粒組含量用于土的分類定名；工程中用不均勻系數(shù)工程中用不均勻系數(shù)CuCu評(píng)價(jià)土的不均勻程度：評(píng)價(jià)土的不均勻程度：Cu5, Cu5, 不均勻土；不均勻土；CuCu5,5,均勻土均勻土曲率系數(shù)曲率系數(shù)CcCc用于判定土的連續(xù)程度：用于判定土的連續(xù)程度：Cc= 1Cc= 13, 3, 級(jí)配連續(xù)土；級(jí)配連續(xù)土；CcCc3 3 或或CcCc1,1,級(jí)配不連續(xù)土。級(jí)配不連續(xù)土。不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)C Cu u和曲率系數(shù)和曲率系數(shù)C Cc c用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：

18、用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：當(dāng)當(dāng)C Cu u 55且且C C c c = =1 13 3 時(shí)，為級(jí)配良好的土；時(shí)，為級(jí)配良好的土；當(dāng)當(dāng)C Cu u 5 5或或C Cc c 3 3或或C Cc c 1 1時(shí)時(shí), ,為級(jí)配不良的土。為級(jí)配不良的土。根據(jù)土體中水分子受到電場(chǎng)力的作用大小根據(jù)土體中水分子受到電場(chǎng)力的作用大小, ,土體土體中的液態(tài)水主要可以分為中的液態(tài)水主要可以分為: :結(jié)合水結(jié)合水 借助于電分子引力牢固借助于電分子引力牢固 吸附在土顆粒表面的水吸附在土顆粒表面的水自由水自由水 電場(chǎng)引力作用范圍之外的水電場(chǎng)引力作用范圍之外的水重力水重力水毛細(xì)水毛細(xì)水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水液態(tài)水液態(tài)水

19、固態(tài)水固態(tài)水氣態(tài)水氣態(tài)水其含量及性質(zhì)其含量及性質(zhì)影響土的性質(zhì)影響土的性質(zhì)土中水分類土中水分類1.4.2 1.4.2 土中水土中水( (液相液相) )土中的水固態(tài)自由水氣態(tài)液態(tài)結(jié)合水重力水毛細(xì)水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水: :排列致密、定向性強(qiáng)排列致密、定向性強(qiáng)密度密度1g/cm1g/cm3 3冰點(diǎn)處于零下幾十度冰點(diǎn)處于零下幾十度具有固體的的特性具有固體的的特性溫度高于溫度高于105105C C時(shí)可蒸發(fā)時(shí)可蒸發(fā)弱結(jié)合水弱結(jié)合水: :位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性不因重力而移動(dòng)，有粘滯性

20、土中毛細(xì)現(xiàn)象土中毛細(xì)現(xiàn)象毛細(xì)水毛細(xì)水分布在土粒內(nèi)部相互貫通的分布在土粒內(nèi)部相互貫通的孔隙可以看成許多形狀不一、孔隙可以看成許多形狀不一、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管管重力水重力水是位于地下水位以下的土空是位于地下水位以下的土空隙中，能在重力或壓力作用隙中，能在重力或壓力作用下流動(dòng)。其性質(zhì)能傳遞靜水下流動(dòng)。其性質(zhì)能傳遞靜水壓力并產(chǎn)生浮力。壓力并產(chǎn)生浮力。1.4.3 1.4.3 土中氣體土中氣體( (氣相氣相) ) 土體中的氣體是指存于土體空隙中未被水占據(jù)土體中的氣體是指存于土體空隙中未被水占據(jù)的部分的部分, ,存在形式有兩種存在形式有兩種: :自由氣體自由氣體: :與大氣相

21、通與大氣相通, ,對(duì)土對(duì)土的性質(zhì)影響不大的性質(zhì)影響不大封閉氣體封閉氣體: :與大氣隔絕與大氣隔絕, ,增大增大土體的彈性和壓縮性土體的彈性和壓縮性土體中氣體土體中氣體2 2土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)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(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) )力學(xué)特力學(xué)特性性影響影響表表示示空氣空氣 Air水水 Water固體固體 Solidma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積九個(gè)物理量九個(gè)物理量: : V VV Vv v V Vs s V Va a V Vw w m m

22、s s m m w w m ma a m m物性指標(biāo)是物性指標(biāo)是比例關(guān)系比例關(guān)系: : 可假設(shè)任一可假設(shè)任一參數(shù)為參數(shù)為1 1土的三相簡(jiǎn)圖土的三相簡(jiǎn)圖wavwasVVVVVVV wwwaawsVm0mmmmm 物理量關(guān)系物理量關(guān)系: :三個(gè)基本物理性指標(biāo)三個(gè)基本物理性指標(biāo) 1. 1.土的重度土的重度 環(huán)刀法測(cè)得環(huán)刀法測(cè)得天然狀態(tài)下，土單位體積的重量，稱為土的重度天然狀態(tài)下，土單位體積的重量，稱為土的重度 )kN/m(103gVmgVG3.3.土粒比重土粒比重( (土粒相對(duì)密度土粒相對(duì)密度) )單位單位: : 無(wú)量綱無(wú)量綱范圍：范圍： 比重瓶法測(cè)得比重瓶法測(cè)得土粒重度與同體積土粒重度與同體積44

23、時(shí)純水的重時(shí)純水的重度比值度比值2. 2.土的含水量土的含水量單位單位: :無(wú)量綱無(wú)量綱一般范圍：變化范圍大一般范圍：變化范圍大%100(%)ssswmmmmmw土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，用百分?jǐn)?shù)表示烘干法、酒精燃燒法烘干法、酒精燃燒法 WSsSVmG 2.2 2.2 土的推算指標(biāo)土的推算指標(biāo) sdGV111swsddeew空氣空氣 AirAir水水 WaterWater固體固體 SolidSolidma=0ma=0mwmwmsmsm m質(zhì)量質(zhì)量VaVaVwVwVsVsVvVvV體積體積定義：土的孔隙中全部充滿水時(shí)單位體積土的重定義：土的孔隙中全部充滿

24、水時(shí)單位體積土的重 量。量。 公式：公式： 單位：?jiǎn)挝唬簁N/m3kN/m3 換算公式：換算公式：svwsatGVV()1swsatdee空氣空氣 Air水水 Water固體固體 Solidma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積 定義：地下水位以下，土體受水的浮力作用時(shí)，扣除水的浮力定義：地下水位以下，土體受水的浮力作用時(shí)，扣除水的浮力后單位體積土的重量。后單位體積土的重量。 公式：公式： 單位：?jiǎn)挝唬簁N/m3 kN/m3 換算公式：換算公式： (1)1swde VVWwss空氣空氣 Air水水 Water固體固體 Solidma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量VaVwVsVvV體積體積

25、孔隙比孔隙比e ：土中孔隙體積與土粒體積之比：土中孔隙體積與土粒體積之比 svVVe孔隙率孔隙率n n ：土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示：土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示 %100VVnv%100vrVVS土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示飽和度描述土中孔隙被水充飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土滿的程度。干土S Sr=0,r=0,飽和土飽和土S Sr=100%r=100%。砂土根據(jù)飽和度分砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài)為三種狀態(tài): : 反映土的密度指標(biāo)有五個(gè)：反映土的密度指標(biāo)有五個(gè)： d d satsatds反映土的濕度

26、指標(biāo)有兩個(gè)：反映土的濕度指標(biāo)有兩個(gè)： sr sr反映土的土的孔隙特征有兩個(gè)：反映土的土的孔隙特征有兩個(gè)：e ne n土的天然重度土的天然重度三個(gè)指標(biāo)最基本物理指標(biāo)，三個(gè)指標(biāo)最基本物理指標(biāo)，可直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定得出可直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定得出 天然含水量天然含水量土的相對(duì)密度土的相對(duì)密度dsds注注: : 以上以上9 9項(xiàng)物理性質(zhì)指標(biāo)，其中項(xiàng)物理性質(zhì)指標(biāo)，其中: :常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系換算步驟換算步驟: : : :假設(shè)假設(shè)V Vs s=1(V=1=1(V=1或或m ms s=1),=1),并畫(huà)出三相草圖并畫(huà)出三相草圖; ; : :解出各相物質(zhì)的質(zhì)量和體積的換算指標(biāo)

27、解出各相物質(zhì)的質(zhì)量和體積的換算指標(biāo); ; : :利用換算指標(biāo)按基本定義列出所求的物理指標(biāo)換算公式利用換算指標(biāo)按基本定義列出所求的物理指標(biāo)換算公式()+1d=W+W=Wd=W=W100WW=d=dV=W1VW=dwswswswwswwswssswsss所所以以得得由由式式得得由由式式%e+1=Ve=VVV=eVSV所所以以得得由由式式已知關(guān)系五個(gè)已知關(guān)系五個(gè): :物性指標(biāo)是比例關(guān)系物性指標(biāo)是比例關(guān)系: :可假設(shè)任一參數(shù)為可假設(shè)任一參數(shù)為1 1對(duì)于飽和土對(duì)于飽和土, V, Va a=0=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量剩下兩個(gè)獨(dú)立變量eedsw Vs11+1+e質(zhì)量質(zhì)量m體積體積VVv=edsw ds（1）w

28、空氣空氣 Air水水 Water固體固體 Solid【例1】某一原狀土樣，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得的基本指標(biāo)值如下：重度 ,含水量 ，土粒比重 。試求孔隙比 、孔隙率 、飽和度 、干重度 、飽和重度 以及浮重度 。316.7/kN m12.9%2.67sd enrSdsat【解答解答】(1)2.67(1 0.129) 10110.80516.7swde 0.80544.6%110.805ene0.129 2.6743%0.805srdSe316.714.8/11 0.129dkN m3()(2.670.805) 1019.3/110.805swsatdekN me319.3 109.3/satwkN m【例

29、2】3cmsd某飽和土體積為97 ，土的重力為，土烘干后重力為，求含水量、土粒比重 ,孔隙比e 和孔隙率n。1.98 1.64100%20.7%1.64ssWWW3361.98 1020.4/97 10WkN mV3533(1.98 1.64) 103.4 103410swwWWVmcmr水的體積【解答解答】340.5399734wsVeVV320.416.9/110.207dkN m6 . 2109 .16)539. 01 ()1 (wdsed土的土的力學(xué)特性力學(xué)特性土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) )可以用可以用來(lái)表示來(lái)表示土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)無(wú)

30、黏性土密實(shí)度無(wú)黏性土密實(shí)度黏性土物理特性黏性土物理特性3 3土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo)1 1無(wú)粘性土的密實(shí)度無(wú)粘性土的密實(shí)度u密實(shí)狀態(tài)：有密實(shí)狀態(tài)：有較高的強(qiáng)度較高的強(qiáng)度和和較低的壓縮性較低的壓縮性，是良好，是良好的建筑物地基；的建筑物地基；u松散狀態(tài)：尤其是尤其是細(xì)砂和粉砂不僅強(qiáng)度低，松散狀態(tài)：尤其是尤其是細(xì)砂和粉砂不僅強(qiáng)度低，且水穩(wěn)定性很差，容易產(chǎn)生流砂、液化等工程事故且水穩(wěn)定性很差，容易產(chǎn)生流砂、液化等工程事故。評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)方法 室內(nèi)測(cè)試孔隙比確定室內(nèi)測(cè)試孔隙比確定相對(duì)密度相對(duì)密度法法的方法的方法 利用利用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等原位測(cè)試方法等原位測(cè)試方法 野外觀測(cè)方法野外觀測(cè)方

31、法 D Dr r 0 0 最松狀態(tài)最松狀態(tài)D Dr r 0.330.33疏松狀態(tài)疏松狀態(tài)D Dr r 0.670.67中密狀態(tài)中密狀態(tài) D Dr r0.670.67密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)D Dr r = 1 = 1最密狀態(tài)最密狀態(tài)砂土的密實(shí)度砂土的密實(shí)度 minmaxmaxeeeeDr 相對(duì)密度法相對(duì)密度法maxee e砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比；砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比；砂土在最松散狀態(tài)下的孔砂土在最松散狀態(tài)下的孔隙比，隙比，“松砂器法松砂器法”測(cè)定測(cè)定砂土在最密實(shí)砂土在最密實(shí)狀態(tài)下的孔隙比，狀態(tài)下的孔隙比，“振擊法振擊法”測(cè)定。測(cè)定。mine按標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)確定按標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)驗(yàn)確定標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)貫貫入入試試

32、驗(yàn)驗(yàn)的的錘錘擊擊數(shù)數(shù)N N 密密實(shí)實(shí)度度 標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)貫貫入入試試驗(yàn)驗(yàn)的的錘錘擊擊數(shù)數(shù)N N 密密實(shí)實(shí)度度 N 1 10 0 松松散散 15 N 3 30 0 中中密密 10 30 密密實(shí)實(shí) 。砂土的密實(shí)度砂土的密實(shí)度 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（StandardPenetrationTest）標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)N錘重：落距：760mm打入深度：300mm砂土的密實(shí)度砂土的密實(shí)度 碎石土更不宜取得原狀土樣，也難于將貫入器擊入其中。對(duì)這類土可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察,根據(jù)其骨架顆粒含量、排列、可挖性及可鉆性鑒別。將碎石土分為密實(shí)、中密和稍密、松散四種。碎石土的密實(shí)度碎石土的密實(shí)度0固態(tài)固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)塑限塑限P

33、液限液限L半固態(tài)半固態(tài)縮限縮限s含水量含水量lps2 2粘性土的物理特性粘性土的物理特性粘性土隨含水量變化可改變土的物理形態(tài)粘性土隨含水量變化可改變土的物理形態(tài)界限含水量的測(cè)定方法界限含水量的測(cè)定方法1 1、液限、液限L L錐式液限儀測(cè)定法：錐式液限儀測(cè)定法：76g76g錘經(jīng)錘經(jīng)5s5s恰好沉入土恰好沉入土10mm10mm所所對(duì)應(yīng)的含水量。對(duì)應(yīng)的含水量。碟式液限儀測(cè)定法：以碟式液限儀測(cè)定法：以2 2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /秒的速度，使碟子反復(fù)起秒的速度，使碟子反復(fù)起落，墜擊底座，當(dāng)落，墜擊底座，當(dāng)2525擊擊V V型土槽合攏長(zhǎng)度恰好型土槽合攏長(zhǎng)度恰好13mm13mm所所對(duì)應(yīng)的含水量。對(duì)應(yīng)的含水量。錐式液限儀

34、錐式液限儀碟式液限儀碟式液限儀2 2、塑限、塑限p p滾搓法：將天然濕度的土體在毛玻璃上搓成滾搓法：將天然濕度的土體在毛玻璃上搓成直徑為直徑為3mm3mm土條時(shí)，土條恰好產(chǎn)生裂縫并開(kāi)始土條時(shí)，土條恰好產(chǎn)生裂縫并開(kāi)始斷裂時(shí)的含水量。斷裂時(shí)的含水量。液、塑性聯(lián)合測(cè)定法：液、塑性聯(lián)合測(cè)定法：利用液、塑性聯(lián)合測(cè)利用液、塑性聯(lián)合測(cè)定儀同時(shí)定儀同時(shí)測(cè)定測(cè)定3 3份不同含水量份不同含水量的同一個(gè)土樣，得到的同一個(gè)土樣，得到圓錐下沉深度和圓錐下沉深度和含水量關(guān)系曲線，則含水量關(guān)系曲線，則曲線上對(duì)應(yīng)深度為曲線上對(duì)應(yīng)深度為10mm10mm及及2mm2mm時(shí)土?xí)r土樣的含水量就分別為樣的含水量就分別為該土的液限和塑限

35、。該土的液限和塑限。圓錐入土深度與含水量關(guān)系圓錐入土深度與含水量關(guān)系粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)pLpI 塑性指數(shù)的數(shù)值大小可反映粘性土可塑范圍的大小，塑性塑性指數(shù)的數(shù)值大小可反映粘性土可塑范圍的大小，塑性指數(shù)越大，表明粘性性土粘性和塑性越好指數(shù)越大，表明粘性性土粘性和塑性越好（與粘粒含量有關(guān)，粘粒含量越多，吸附水的能力越大）；（與粘粒含量有關(guān)，粘粒含量越多，吸附水的能力越大）；塑性指數(shù)塑性指數(shù)I Ip p工程上常用塑性指數(shù)作為粘性土與粉土定名分類的依據(jù)工程上常用塑性指數(shù)作為粘性土與粉土定名分類的依據(jù)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能充分反映粘土顆粒含量不能充分反映粘土顆粒含量 不同的粘

36、土礦物吸服水的能力不同不同的粘土礦物吸服水的能力不同細(xì)粒土工程細(xì)粒土工程分類的依據(jù)分類的依據(jù)pLpLI 注意：僅適用于重塑土注意：僅適用于重塑土液性指數(shù)液性指數(shù)I IL LwpwwlI IL L011堅(jiān)硬狀態(tài)堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流流 態(tài)態(tài)0.00 0.00 0.25 0.25 0.75 0.75 硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑反映粘性土天然狀態(tài)的軟硬程度反映粘性土天然狀態(tài)的軟硬程度 工程上作為確定粘性土承載力的重要指標(biāo)工程上作為確定粘性土承載力的重要指標(biāo)黏性土的靈敏度和觸變性黏性土的靈敏度和觸變性u(píng)utqqS 03 uquq 相同含水量、密度相同含水量、密度1. 1. 粘性土的靈敏度粘性土的靈敏

37、度 S St t =原狀土原狀土結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性相同含水相同含水量密度量密度粉碎粉碎重塑重塑重塑土重塑土強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低S St t1-21-22-42-444粘性土粘性土低靈敏低靈敏中等靈敏中等靈敏高靈敏高靈敏原狀土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度原狀土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度含水量不變，密度不變，因重塑而含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。土的觸變性是土的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)土的觸變性是土的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土微觀結(jié)構(gòu)隨時(shí)間生變化引起的，是土微觀結(jié)構(gòu)隨

38、時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。變化的宏觀表現(xiàn)。2. 2. 粘性土的觸變性粘性土的觸變性 u 判斷土（巖）的工程特性判斷土（巖）的工程特性u(píng) 評(píng)價(jià)土作為建筑材料的適宜性評(píng)價(jià)土作為建筑材料的適宜性u(píng) 確定地基的確定地基的承載力承載力 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007GB5000720022002土的分類標(biāo)準(zhǔn)土的分類標(biāo)準(zhǔn)GBJ 145GBJ 14590904 4地基土的工程分類地基土的工程分類1 1、巖石、巖石按成因分類按成因分類巖漿巖巖漿巖沉積巖沉積巖變質(zhì)巖變質(zhì)巖按堅(jiān)硬程度分類按堅(jiān)硬程度分類frk515frk530frk1560frk30frk60飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk(MPa)

39、極軟巖軟巖較軟巖較硬巖堅(jiān)硬巖堅(jiān)硬程度類別frk515frk530frk1560frk30frk60飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk(MPa)極軟巖軟巖較軟巖較硬巖堅(jiān)硬巖堅(jiān)硬程度類別按完整程度分類按完整程度分類0.75完整性指數(shù)極破碎破碎較破碎較完整完整完整程度等級(jí)0.75完整性指數(shù)極破碎破碎較破碎較完整完整完整程度等級(jí)2 2、碎石土、碎石土土的名稱土的名稱 顆粒形狀顆粒形狀 粒組含量粒組含量漂石漂石塊石塊石圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主粒徑大于粒徑大于200mm的的顆粒超過(guò)全質(zhì)量顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%卵石卵石碎石碎石圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓形及亞圓

40、形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓礫圓礫角礫角礫粒徑大于粒徑大于20mm的顆的顆粒超過(guò)全質(zhì)量粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于粒徑大于2mm的顆的顆粒超過(guò)全質(zhì)量粒超過(guò)全質(zhì)量50%3 3、砂土、砂土土的名稱土的名稱 粒組含量粒組含量粒徑大于粒徑大于2mm2mm的顆粒的顆粒占全質(zhì)量占全質(zhì)量25 - 50%25 - 50%礫砂礫砂粗砂粗砂中砂中砂細(xì)砂細(xì)砂粉砂粉砂粒徑大于的顆粒超過(guò)粒徑大于的顆粒超過(guò)全質(zhì)量全質(zhì)量50%50%粒徑大于的顆粒超過(guò)粒徑大于的顆粒超過(guò)全質(zhì)量全質(zhì)量50%50%粒徑大于的顆粒超過(guò)粒徑大于的顆粒超過(guò)全質(zhì)量全質(zhì)量85%85%粒徑大于的顆粒超過(guò)全粒徑大于的顆粒超過(guò)全質(zhì)量質(zhì)量50%50%

41、4 4、粉土、粉土粒徑大于的顆粒含量小于全質(zhì)量粒徑大于的顆粒含量小于全質(zhì)量50%50%而塑性指數(shù)而塑性指數(shù)I Ip p1010的土的土塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip10Ip10的土的土5 5、粘性土、粘性土10Ip171017Ip17的土的土粘土粘土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土按沉積年代分類按沉積年代分類老粘性土：第四紀(jì)晚更新世老粘性土：第四紀(jì)晚更新世(Q(Q3 3) )及其以前沉積的粘性土。及其以前沉積的粘性土。沉積年代久，工程性質(zhì)較好；強(qiáng)度較高、壓縮性較低。物沉積年代久，工程性質(zhì)較好；強(qiáng)度較高、壓縮性較低。物理力學(xué)性質(zhì)比具有相近物理指標(biāo)的一般粘性土要好。理力學(xué)性質(zhì)比具有相近物理指標(biāo)的一般粘性土要好。 一般粘性土

42、：第四紀(jì)全新世一般粘性土：第四紀(jì)全新世(Q(Q4 4)()(文化期以前文化期以前) )沉積的粘沉積的粘性土。分布面積最廣，遇到的也最多，工程性質(zhì)變化很大。性土。分布面積最廣，遇到的也最多，工程性質(zhì)變化很大。 新近沉積的粘性土：文化期以來(lái)新近沉積的粘性土，一般新近沉積的粘性土：文化期以來(lái)新近沉積的粘性土，一般為欠固結(jié)的土，且強(qiáng)度較低。為欠固結(jié)的土，且強(qiáng)度較低。按塑性指數(shù)分類按塑性指數(shù)分類 土土 的的 名名 稱稱 粉粉 質(zhì)質(zhì) 粘粘 土土 粘粘 土土 塑塑 性性 指指 數(shù)數(shù)PI 1 1 0 0 1 1 7 7 粘性土粘性土1. 1. 軟土軟土 定義：特定地理環(huán)境或人為條件下形成的特殊性質(zhì)的土。定義：

43、特定地理環(huán)境或人為條件下形成的特殊性質(zhì)的土。 分布一般具有明顯的區(qū)域性。分布一般具有明顯的區(qū)域性。分類：軟土、人工填土、濕陷性土、紅粘土、膨脹土、多分類：軟土、人工填土、濕陷性土、紅粘土、膨脹土、多年年 凍土、混合土、鹽漬土、污染土等。凍土、混合土、鹽漬土、污染土等。特點(diǎn)：孔隙比大、天然含水量高、壓縮性高、強(qiáng)度低特點(diǎn)：孔隙比大、天然含水量高、壓縮性高、強(qiáng)度低種類：淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土種類：淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土u 淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于的淤泥：天然含水量大于液限，天然孔隙比大于等于的 粘性土粘性土u 淤泥質(zhì)土：天然孔隙比小于但大于等于的粘性土。淤泥質(zhì)土：

44、天然孔隙比小于但大于等于的粘性土。特殊土特殊土2. 2. 人工填土人工填土 定義：定義：人工填土是指由人類活動(dòng)而堆填的土。其物質(zhì)成分較雜，均勻性較差。人工填土是指由人類活動(dòng)而堆填的土。其物質(zhì)成分較雜，均勻性較差。分類：分類：根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式，填土可分為素填土、雜填土和沖填土三類。根據(jù)其物質(zhì)組成和堆填方式，填土可分為素填土、雜填土和沖填土三類。 素填土：由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的其中不含雜質(zhì)或素填土：由碎石、砂或粉土、粘性土等一種或幾種材料組成的其中不含雜質(zhì)或含雜質(zhì)很少。按主要組成物質(zhì)分為碎石素填土、砂性素土、粉性素填土及粘性填含雜質(zhì)很少。按主要組成物質(zhì)分為碎石素填土、砂性素土、粉性素填土及粘性