土力學(xué)--第一章土的物理性質(zhì)和工程分類 (2)ppt課件

1、緒論土力學(xué)是力學(xué)的一個分支，是以土為研討對象的學(xué)科。其主要研討內(nèi)容：經(jīng)過研討土的物理、力學(xué)、物理化學(xué)性質(zhì)及微觀構(gòu)造，進一步認識土和土體在荷載、水、溫度等外界要素作用下的反響特性即土的緊縮性、剪切性、浸透性及動力特性。需求研討和處理的工程中的三大類問題：需求研討和處理的工程中的三大類問題： 土體穩(wěn)定或強度問題；土體穩(wěn)定或強度問題； 土體變形問題；土體變形問題； 滲流：浸透變形與浸透穩(wěn)定。滲流：浸透變形與浸透穩(wěn)定。2005年年7月月21日在廣州海珠區(qū)江南大道南海珠廣場深日在廣州海珠區(qū)江南大道南海珠廣場深基坑南邊發(fā)生滑坡基坑南邊發(fā)生滑坡比薩斜塔是意大利比薩斜塔是意大利比薩城大教堂的獨比薩城大教堂的獨

2、立式鐘樓，位于比立式鐘樓，位于比薩大教堂的后面薩大教堂的后面 鐘樓始建于鐘樓始建于1173年，年，設(shè)計為垂直建造，但設(shè)計為垂直建造，但是在工程開場后不久是在工程開場后不久便由于地基不均勻和便由于地基不均勻和土層松軟而傾斜土層松軟而傾斜 比薩比薩 (Pisa) 斜塔斜塔該城市人口密集。該城市人口密集。1850年開場抽取地下水，年開場抽取地下水，18911973年，年，整個老城下沉達整個老城下沉達8.7m呵斥地面道路、建筑及其他建筑設(shè)備的呵斥地面道路、建筑及其他建筑設(shè)備的破壞。破壞。墨墨西西哥哥城城的的下下沉沉土層中地下水位的下降，使有效應(yīng)力添加，使地基進一土層中地下水位的下降，使有效應(yīng)力添加，使

3、地基進一步固結(jié)沉降。步固結(jié)沉降。圣母教堂，因地表不均勻下沉使其發(fā)生嚴重傾斜，并成為危房圣母教堂，因地表不均勻下沉使其發(fā)生嚴重傾斜，并成為危房La Conchita 滑坡滑坡1996年發(fā)生在美國加年發(fā)生在美國加州的州的La Conchita ，因，因居民已提早撤離固未造居民已提早撤離固未造成人員傷亡成人員傷亡Santa Tecla 滑坡滑坡2001年年1月月13日，薩爾日，薩爾瓦多發(fā)生了瓦多發(fā)生了7.6級的強震，級的強震，震中位于震中位于Santa Miguel西南西南60英里。因此在英里。因此在Santa Tecla 呵斥呵斥 山體山體滑坡，最終導(dǎo)致滑坡，最終導(dǎo)致700多人多人遇難遇難本章主要

4、內(nèi)容本章主要內(nèi)容 1.1土的生成 1.2土的三相組成 1.3土的構(gòu)造、構(gòu)造 1.4土的三相物理性質(zhì)目的的測定及計算 1.5無粘性土的特性 1.6粘性土及粉土的特性 1.7粘性土水-土系統(tǒng)的工程物理-化學(xué)特性 1.8土的工程分類第第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 風(fēng)化、搬運、堆積風(fēng)化、搬運、堆積 巖石巖石 土土 壓密、巖化壓密、巖化一、土的概念一、土的概念土：土： 覆蓋在地表上的碎散礦物集合體。覆蓋在地表上的碎散礦物集合體。巖石：構(gòu)成地殼的根本物質(zhì)，是一種或多種礦巖石：構(gòu)成地殼的根本物質(zhì)，是一種或多種礦物的聚合體。物的聚合體。 統(tǒng)稱為大自然的產(chǎn)物統(tǒng)稱為大自然的產(chǎn)物土是巖石經(jīng)

5、過風(fēng)化后在不同條件下構(gòu)成的自然歷史的產(chǎn)物土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下構(gòu)成的自然歷史的產(chǎn)物巖石風(fēng)化分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。巖石風(fēng)化分為物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化。物理風(fēng)化：巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖物理風(fēng)化：巖石經(jīng)受風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等要素使擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等要素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程。整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程?；瘜W(xué)風(fēng)化：巖體或巖塊、巖屑與氧氣、二氧化碳等各種化學(xué)風(fēng)化：巖體或巖塊、巖屑與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接

6、觸，經(jīng)氧化、碳化和水化氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學(xué)變化，分解為極細顆作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學(xué)變化，分解為極細顆粒的過程。粒的過程。特征：特征：物理風(fēng)化：量變過程，構(gòu)成的土顆粒較粗；物理風(fēng)化：量變過程，構(gòu)成的土顆粒較粗；化學(xué)風(fēng)化：量變過程，構(gòu)成的土顆粒很細。化學(xué)風(fēng)化：量變過程，構(gòu)成的土顆粒很細。對普通的土而言，通常既閱歷過物理風(fēng)化，又有化學(xué)風(fēng)對普通的土而言，通常既閱歷過物理風(fēng)化，又有化學(xué)風(fēng)化，只不過哪種占優(yōu)勢而已?；徊贿^哪種占優(yōu)勢而已。土從其堆積或堆積的條件來看可分為：土從其堆積或堆積的條件來看可分為：沼澤土冰磧土風(fēng)積土河流

7、沖積土運積土殘積土土殘積土：巖石風(fēng)化后仍留在原地的堆積物。殘積土：巖石風(fēng)化后仍留在原地的堆積物。特點：濕熱地帶，粘土，深沉，松軟，易變；特點：濕熱地帶，粘土，深沉，松軟，易變； 冰冷地帶，巖塊或砂，物理風(fēng)化，穩(wěn)定冰冷地帶，巖塊或砂，物理風(fēng)化，穩(wěn)定。)(沼澤土有機土冰磧土風(fēng)積土沖積土運積土殘積土無機土土運積土：巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動等搬運離運積土：巖石風(fēng)化后經(jīng)流水、風(fēng)和冰川以及人類活動等搬運離 開生成地點后再堆積下來的堆積物。又分為沖積土、風(fēng)積土、開生成地點后再堆積下來的堆積物。又分為沖積土、風(fēng)積土、冰磧土和沼澤土等。冰磧土和沼澤土等。 沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑

8、沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑風(fēng)積土：由風(fēng)力帶動土粒經(jīng)過一段搬運間隔后堆積下來的堆積風(fēng)積土：由風(fēng)力帶動土粒經(jīng)過一段搬運間隔后堆積下來的堆積物；沒有層理、細砂或粉粒；黃土物；沒有層理、細砂或粉粒；黃土冰磧冰磧qi土：由冰川剝落、搬運構(gòu)成的堆積物；不成層、從土：由冰川剝落、搬運構(gòu)成的堆積物；不成層、從漂石到粘粒漂石到粘粒沼澤土：在沼澤地的堆積物；含有機質(zhì)、緊縮性高、強度低沼澤土：在沼澤地的堆積物；含有機質(zhì)、緊縮性高、強度低氣相固相液相+構(gòu)成土骨架，起決議作用構(gòu)成土骨架，起決議作用重要影響重要影響土體次要作用次要作用 1.2 1.2 土的三相組成土的三相組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物

9、，常稱土為三相土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱土為三相系。系。 固相：土的顆粒、粒間膠結(jié)物；固相：土的顆粒、粒間膠結(jié)物； 液相：土體孔隙中的水；液相：土體孔隙中的水； 氣相：孔隙中的空氣。氣相：孔隙中的空氣。當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；普通在地下水位以上地面以下一定深度內(nèi)的土的孔隙中普通在地下水位以上地面以下一定深度內(nèi)的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。根據(jù)土的粘性分：根據(jù)土的粘性分：

10、粘性土：顆粒很細；粘性土：顆粒很細；無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石直徑幾十至堆石直徑幾十cm甚至甚至1m一、土的固相一、土的固相 土的固相物質(zhì)包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)，是構(gòu)成土的固相物質(zhì)包括無機礦物顆粒和有機質(zhì)，是構(gòu)成土的骨架最根本的物質(zhì)，稱為土粒。對土粒應(yīng)從其礦物土的骨架最根本的物質(zhì)，稱為土粒。對土粒應(yīng)從其礦物成分、顆粒的大小來描畫。成分、顆粒的大小來描畫。一成土礦物：原生礦物，次生礦物一成土礦物：原生礦物，次生礦物 原生礦物是指巖漿在冷凝過程中構(gòu)成的礦物，如石英原生礦物是指巖漿在冷凝過程中構(gòu)成的礦物，如石英、長石、云母等。、長石

11、、云母等。 次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風(fēng)化作用后構(gòu)成的新礦物次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風(fēng)化作用后構(gòu)成的新礦物，如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土礦，如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土礦物以及碳酸鹽等。物以及碳酸鹽等。二土粒的大小和土的級配二土粒的大小和土的級配粒度，粒徑粒度，粒徑粒組：把工程性質(zhì)相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒組：把工程性質(zhì)相近的土粒合并為一組；某粒組的土粒含量定義為該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比粒含量定義為該粒組的土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量土的級配：土中各種大小的粒組中土粒的相對含量隨著顆粒大小的不同，土的性質(zhì)可以

12、有很大的差別。因隨著顆粒大小的不同，土的性質(zhì)可以有很大的差別。因此，人們經(jīng)常按照粒徑的范圍，將土粒分為假設(shè)干組，此，人們經(jīng)常按照粒徑的范圍，將土粒分為假設(shè)干組，粒組之間的分界尺寸稱為界限粒徑。表粒組之間的分界尺寸稱為界限粒徑。表1-1是國內(nèi)常用是國內(nèi)常用的一種粒組劃分。的一種粒組劃分。土土 粒粒 粒粒 組組 的的 劃劃 分分 表表1-11-1粒 組 名 稱粒徑范圍(mm) 一 般 特 征漂石或塊石卵石或碎石 20020060透水性很大，無粘性，無毛細水 粗 中 細602020552透水性大，無粘性，毛細水上升高度不超過粒徑大小 粗 中 細 極細0.05

13、易透水，當混入云母等雜質(zhì)時透水性減小，而壓縮性增加，無粘性，遇水不膨脹，干燥時松散；毛細水上升高度不大，但隨粒徑變小而增大 粗 細0.050.010.010.005透水性小，濕時稍有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象粘 粒 0.075mm 密度計法：粒徑密度計法：粒徑0.075mm 結(jié)合測定：既有粒徑結(jié)合測定：既有粒徑0.075mm 1.篩分法篩分法利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規(guī)定方利用一套孔徑由大到小的篩子，將按規(guī)定方法獲得的一定質(zhì)量的干試樣放入一次疊好的法獲得的一定質(zhì)量的干試樣放入一次疊好的篩中，置振篩機上充分振搖后，稱出留在各篩中，置振篩機上充分

14、振搖后，稱出留在各級篩上的土粒的質(zhì)量，按下式計算出小于某級篩上的土粒的質(zhì)量，按下式計算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分數(shù)土粒粒徑的土粒含量百分數(shù)X式中：式中：mi，m分別為小于某粒徑的土粒質(zhì)分別為小于某粒徑的土粒質(zhì)量及試樣總質(zhì)量量及試樣總質(zhì)量100mmXi105.02.01.0200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P105.01.050.010.0050.001粒徑粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級配累積曲線土的粒徑級配累積曲線水分法水分法粒徑粒徑(m

15、m)(mm)0.050.010.005百分數(shù)百分數(shù)P(%)P(%)2613.5102.密度計法密度計法用于分析粒徑小于用于分析粒徑小于0.1mm0.075mm的土，根據(jù)粗的土，根據(jù)粗顆粒下沉速度快，細顆粒下沉速度慢的原理，可以把顆粒下沉速度快，細顆粒下沉速度慢的原理，可以把顆粒按下沉速度進展粗細分組。實驗室常用比重計來顆粒按下沉速度進展粗細分組。實驗室常用比重計來進展細粒土的粒徑分析，稱為密度計法。進展細粒土的粒徑分析，稱為密度計法。3.土的級配曲線土的級配曲線 (四四)顆粒分析實驗曲線的主要用途顆粒分析實驗曲線的主要用途按粒徑分布曲線可求得：按粒徑分布曲線可求得：1土中各粒組的土粒含量，用于

16、粗粒土的分類和大致評土中各粒組的土粒含量，用于粗粒土的分類和大致評價土的工程性質(zhì)；價土的工程性質(zhì)；2某些特性粒徑，用于建筑資料的選擇和評價土級配的某些特性粒徑，用于建筑資料的選擇和評價土級配的好壞。好壞。根據(jù)某些特征粒徑，可得到兩個有用的目的，即不均勻系數(shù)根據(jù)某些特征粒徑，可得到兩個有用的目的，即不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)和曲率系數(shù)Cc，它們的定義為：，它們的定義為： 121060ddCu (13)式中：d10，d30和d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10，30和60時所對應(yīng)的粒徑。d10稱為有效粒徑； d60稱為限制粒徑。土的級配的好壞可由土中的土粒均勻程度和粒徑分布曲線的外形

17、來決議，而土粒的均勻程度和曲線的外形又可用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來衡量。Cu小，曲線陡； Cu大，易壓密；Cc過大，臺階在d10d30間； Cc過小，臺階在d30d60間；規(guī)范：純真礫、砂，Cu=5，且Cc=13時，級配良好，否那么，不良。6010230dddCc圖 土的顆粒級配曲線二、土的液相二、土的液相一結(jié)合水一結(jié)合水 強結(jié)合水性質(zhì)接近于固體，冰點很低，沸點較高，強結(jié)合水性質(zhì)接近于固體，冰點很低，沸點較高，且不能傳送壓力。且不能傳送壓力。 弱結(jié)合水也稱為薄膜水，不能傳送壓力，也不能在弱結(jié)合水也稱為薄膜水，不能傳送壓力，也不能在孔隙水中自在流動，但它可以因電場引力的作用從水膜孔隙水中自在流動，

18、但它可以因電場引力的作用從水膜厚的地方向水膜薄的地方轉(zhuǎn)移。由于它的存在，使土具厚的地方向水膜薄的地方轉(zhuǎn)移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影響土的緊縮性和強度，并使土的透水有塑性、粘性、影響土的緊縮性和強度，并使土的透水性變小。性變小。吸著水厚度影響要素：成土礦物；陽離子濃度及化學(xué)性吸著水厚度影響要素：成土礦物；陽離子濃度及化學(xué)性質(zhì)質(zhì)(陽離子價低陽離子價低,厚厚; 陽離子濃度高陽離子濃度高,薄薄)。二自在水二自在水分開土顆粒外表較遠，不受土顆粒電分子引力作分開土顆粒外表較遠，不受土顆粒電分子引力作用，且可自在挪動的水稱為自在水。用，且可自在挪動的水稱為自在水。分為毛細管水和重力水分為毛細管水

19、和重力水1.毛細管水毛細管水土中存在許多大小不同的相互連土中存在許多大小不同的相互連通的彎曲孔道，由于水分子與土通的彎曲孔道，由于水分子與土粒分子之間的附著力和水氣界面粒分子之間的附著力和水氣界面上的外表張力，于是，將引起迫上的外表張力，于是，將引起迫使相鄰?fù)亮Ｏ嗷シe緊的壓力，這使相鄰?fù)亮Ｏ嗷シe緊的壓力，這個壓力稱為毛管水壓力。個壓力稱為毛管水壓力。2.重力水重力水在重力或水位差作用下能在土中流動的自在水稱微重力在重力或水位差作用下能在土中流動的自在水稱微重力水。水。具有溶解才干，能傳送靜水和動水壓力，對土顆粒有浮具有溶解才干，能傳送靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。力作用。當它在土孔隙中流

20、動時，對所流經(jīng)的土體施加滲流力當它在土孔隙中流動時，對所流經(jīng)的土體施加滲流力亦稱動水壓力、浸透力，計算中應(yīng)思索其影響。亦稱動水壓力、浸透力，計算中應(yīng)思索其影響。三、土的氣相三、土的氣相存在土中的氣體分為兩種根本類型：一種是與大氣連存在土中的氣體分為兩種根本類型：一種是與大氣連通的氣體；另一種是與大氣不連通的以氣泡方式存在通的氣體；另一種是與大氣不連通的以氣泡方式存在的封鎖氣體。的封鎖氣體。一、土的構(gòu)造一、土的構(gòu)造1. 定義定義土?；蛲亮＜象w在空間的陳列和相互結(jié)合方式稱為土?；蛲亮＜象w在空間的陳列和相互結(jié)合方式稱為土的構(gòu)造土的構(gòu)造 1.3 1.3 土的構(gòu)造、構(gòu)造土的構(gòu)造、構(gòu)造2. 類型(a)

21、 單粒構(gòu)造 (b) 峰窩構(gòu)造 (c) 絮狀構(gòu)造(1)單粒構(gòu)造 如圖(a)所示。由顆粒大的土粒在水或空氣中下沉堆積而成。粗粒土都具有單粒構(gòu)造。單粒構(gòu)造可以分為疏松的和嚴密的。疏松單粒構(gòu)造的土孔隙大，骨架不穩(wěn)定，在外載作用下容易發(fā)生錯位，產(chǎn)生很大的變形或沉降，因此，這種土未經(jīng)處置普通不宜作為建筑物的地基。嚴密單粒構(gòu)造的土，由于顆粒陳列嚴密，強度高，緊縮性小，在動、靜載作用下都不會發(fā)生較大的沉降，是良好的天然地基。(2)峰窩構(gòu)造 如圖(b)所示。粒徑大約在0.020.002mm范圍內(nèi)的粉土或粘土顆粒，在水中單個下沉?xí)r，途中碰到已堆積的土粒時，由于土粒之間的分子引力大于土粒自重，使得土粒只能停留在最初

22、的接觸位置不能繼續(xù)下沉，這樣，一粒一粒相互吸引，最終將能構(gòu)成具有很大孔隙的蜂窩狀構(gòu)造。(3)絮狀構(gòu)造 如圖(c)所示。直徑小于0.002mm的極細粘粒，在水中可以長期懸浮而不下沉，假設(shè)水中摻有某些電解質(zhì)，顆粒間的排斥力能被動減弱，運動著的土粒可以相互碰撞凝聚成絮狀的小集粒而下沉，并相繼與已堆積的絮狀集粒接觸，構(gòu)成類似蜂窩而孔隙很大絮狀構(gòu)造又稱為二級蜂窩構(gòu)造。 以上三種構(gòu)造中，密實的單粒構(gòu)造工程性質(zhì)最好；蜂窩構(gòu)造和絮狀構(gòu)造假設(shè)遭到擾動，強度就會降低，緊縮性變高，難以作為天然地基。二、土的構(gòu)造二、土的構(gòu)造1. 定義同一土層中顆粒或顆粒結(jié)合體相互間的位置與充填空間情況稱為土的構(gòu)造。其實，這一定義與大

23、多書本一樣依然比較模糊，未交代構(gòu)造與構(gòu)造的關(guān)系。其實，土的構(gòu)造著重于細微觀，而構(gòu)造可以了解為土體的宏觀構(gòu)造。2. 類型土體的構(gòu)造普通可以分為以下四類： (1) 層狀構(gòu)造顧名思義，層狀構(gòu)造是由不同顏色和粒徑的土粒構(gòu)成的一層一層的構(gòu)造形狀。大部分細粒土的土層是這種構(gòu)造。 (2) 分散構(gòu)造土層中的土粒分布均勻，性質(zhì)相近，粗粒土大都是分散構(gòu)造。 (3) 裂隙狀構(gòu)造土體被許多不延續(xù)的小裂隙所分割，破壞了原狀土的整體性，使其工程性量變差，一些鞏固和硬塑形狀的粘土具有這種構(gòu)造。 (4) 結(jié)核狀構(gòu)造在細粒土中明顯摻有粗顆粒或各種結(jié)核。如含結(jié)核的黃土等，該類土的性質(zhì)主要決議于細粒土部分。 1.4 1.4 土的三

24、相物理性質(zhì)目的的測定及計算土的三相物理性質(zhì)目的的測定及計算土的物理、力學(xué)性質(zhì)不僅決議于它的三相組成性質(zhì)和它的土的物理、力學(xué)性質(zhì)不僅決議于它的三相組成性質(zhì)和它的構(gòu)造，而且還與三相之間量的比例關(guān)系親密相關(guān)。構(gòu)造，而且還與三相之間量的比例關(guān)系親密相關(guān)?？煞譃閮深悾嚎煞譃閮深悾航?jīng)過實驗測定，如含水量、密度和土粒相對密度，稱為經(jīng)過實驗測定，如含水量、密度和土粒相對密度，稱為 直接目的；直接目的；根據(jù)直接目的換算，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為根據(jù)直接目的換算，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接目的。間接目的。從右圖可以容易得到以下關(guān)系：從右圖可以容易得到以下關(guān)系：Vv = Vw + Va V = V

25、s + Vv = Vs + Vw + Va m = ms + mw 一、實驗直接測定的物理性質(zhì)目的一、實驗直接測定的物理性質(zhì)目的一土粒相對密度土粒比重一土粒相對密度土粒比重ds土粒相對密度定義為土粒的質(zhì)量或分量與同體積土粒相對密度定義為土粒的質(zhì)量或分量與同體積4時純水的質(zhì)量或分量之比無因次，其表達時純水的質(zhì)量或分量之比無因次，其表達式為：式為： 1.4.1或或 1.4.2式中：式中： 土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量；土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量； 4時純水的密度，時純水的密度，1.0g/cm3土粒相對密度在數(shù)值上等于土粒的密度土粒相對密度在數(shù)值上等于土粒的密度wswssswssVVmmd

26、wsssVdmsw土粒相對密度常用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水土粒相對密度常用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土假設(shè)干克裝入該空比重，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土假設(shè)干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算土粒相對密度：土粒相對密度： 21mmmmdsss m0 ms m1 m2 空瓶質(zhì)量空瓶質(zhì)量 烘干土的質(zhì)量烘干土的質(zhì)量 瓶瓶+水的質(zhì)量水的質(zhì)量 瓶瓶+土土+水的質(zhì)量水的質(zhì)量 m1+ms瓶瓶+水滿的質(zhì)量水滿的質(zhì)量+干土的質(zhì)量；干土的質(zhì)量； m1+ms-m2與土粒體積一樣的水的質(zhì)量。與

27、土粒體積一樣的水的質(zhì)量。二土的天然含水量二土的天然含水量w土的天然含水量，定義為土中水的質(zhì)量與土粒的質(zhì)量之比土的天然含水量，定義為土中水的質(zhì)量與土粒的質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示，其表達式為：，以百分數(shù)表示，其表達式為： 1.4.3將式將式1.4.2代入代入1.4.3中得中得測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，測定含水率常用的方法是烘干法，先稱出天然土的質(zhì)量，然后放在烘箱中，在然后放在烘箱中，在100105常溫下烘干，稱得干常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。土質(zhì)量，按上式可算得。%100swmmwsswVdm 三土的天然密度三土的天然密度與重度與重度土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量

28、，用土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量，用表示，單位為表示，單位為Mg/m3(或或g/cm3)。表達式如下：表達式如下： 1.4.5 對于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定。對于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定。awsawsVVVmmmVm二、間接換算得物理性質(zhì)目的二、間接換算得物理性質(zhì)目的一土的孔隙比一土的孔隙比e定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示，定義：土中孔隙的體積與土粒的體積之比，以小數(shù)表示，其表達式為：其表達式為： 1.4.10二土的孔隙率二土的孔隙率n定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比，或單位體積內(nèi)定義：土中孔隙的體積與土的總體積之比，或單位體積內(nèi)孔隙的體積，以百分數(shù)表示，其

29、表達式為：孔隙的體積，以百分數(shù)表示，其表達式為： 1.4.11 svVVe %100VVnv三土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分數(shù)表示，其表達式為： 1.4.12%100vwrVVS土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的分量，表達式為：土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的分量，表達式為： 1.4.14土烘干，體積要減小，因此，土的干密度不等于烘干土的土烘干，體積要減小，因此，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是評定土密實程度的目的，密度。土的干密度或干重度也是評定土密實程度的目的，干密度或干重度愈大闡明土愈密實，反之愈疏松。干密度或干重度愈大闡明土愈密實，反之愈疏松。gV

30、gmVWdssd四干密度d與干重度d 土的干密度：單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量，表達式： 1.4.13Vmsd五飽和密度五飽和密度sat與飽和重度與飽和重度sat飽和密度定義：土中孔隙完全被水充溢土處于飽和形狀時飽和密度定義：土中孔隙完全被水充溢土處于飽和形狀時單位體積土的質(zhì)量。表達式為單位體積土的質(zhì)量。表達式為 1.4.15VVmwvssat在飽和形狀下，單位體積土的分量稱為飽和重度，其表達式在飽和形狀下，單位體積土的分量稱為飽和重度，其表達式為：為： 1.4.16gVgVgmVVWsatwvswvssat六浮密度與浮重度有效重度 土在水下，遭到重力水的浮力作用，此時土中固體顆粒的質(zhì)量再扣去固體顆粒

31、排開水的質(zhì)量與土樣總體積之比 1.4.17 VVmwss浮密度浮密度與其相應(yīng)，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體積內(nèi)與其相應(yīng)，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體積內(nèi)的土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表達式為：的土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表達式為： 1.4.18 或或 1.4.19從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：或重度在數(shù)值上有如下關(guān)系：dsatdsatwsatgVgVgmVVWwsswss三、常用物理性質(zhì)目的的適用計算公式三、常用物理性質(zhì)目的的適用計算公式(重點、難點重點、難點)常用的土

32、的物理目的共有九個。知其中恣意三個，經(jīng)過換常用的土的物理目的共有九個。知其中恣意三個，經(jīng)過換算可以求出其他的六個。算可以求出其他的六個。一孔隙比與孔隙率的關(guān)系一孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，那么，那么 可知，孔隙的體積可知，孔隙的體積Vv為為e，土體的體積，土體的體積V為為1e，于是有：，于是有： 或或 eeVVnv1nne1 孔隙 e 1+e 土粒 1 三相表示圖asvVVe 二干密度與天然密度和含水量的關(guān)系二干密度與天然密度和含水量的關(guān)系設(shè)土體的體積設(shè)土體的體積V為為1，那么，那么d = ms /V，土體內(nèi)土粒的質(zhì)，土體內(nèi)土粒的質(zhì)量量ms為為d，由，由w=

33、 mw / ms水的質(zhì)量水的質(zhì)量mw為為w d。于是。于是，按，按t天然密度的定義可得：天然密度的定義可得： 或或 1-22)1 (1wwVmdddwd1三孔隙比與土粒相對密度和干密度的關(guān)系三孔隙比與土粒相對密度和干密度的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，那么按，那么按 ，孔隙的體積，孔隙的體積Vv為為e；由；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量得土粒的質(zhì)量ms為為s。于是，按。于是，按d的定義可得：的定義可得：運用式運用式16整理得：整理得： eVmssd11dwsdesvVVe 四飽和度與含水量、相對密度和孔隙比的關(guān)系四飽和度與含水量、相對密度和孔隙比的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為設(shè)

34、土體內(nèi)土粒的體積為1，那么按，那么按e=VV/VS得體積得體積VV=e；由；由s ms / Vs得土粒的質(zhì)量得土粒的質(zhì)量ms=s。按。按w= mw / ms ，得質(zhì)量，得質(zhì)量mw=ws，那么得體積，那么得體積Vw= mw / w =ws/w。于是，。于是， 當土飽和時，即當土飽和時，即Sr為為100，那么：，那么： 式中：式中：wsat飽和含水率。飽和含水率。ewdewVVSswsvwrssatdwe 五浮密度與土粒相對密度和孔隙比的關(guān)系五浮密度與土粒相對密度和孔隙比的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒體積為設(shè)土體內(nèi)土粒體積為1，那么按，那么按e=VV/VS ，孔隙的體積，孔隙的體積VV為為e；由；由s ms

35、/ Vs得土粒的質(zhì)量得土粒的質(zhì)量ms為為s。于是，按式。于是，按式浮密度的定義可得浮密度的定義可得 edeVVmwswswss111例題【例題【例題1-1】 某干砂試樣某干砂試樣 ，經(jīng)細雨后，體積，經(jīng)細雨后，體積未變，飽和度到達未變，飽和度到達Sr=40%，試問細雨后砂樣的密度、重度和含水量，試問細雨后砂樣的密度、重度和含水量各是多少？各是多少？70. 2,/1069. 133sdmkg33/1069. 1mkgd60. 01dwsde%0.9srdeS333/84. 1/1084. 11)1 (mtmkgedws3/4 .18mkNg 【例題【例題1-2】有一個完全飽和的粘土土樣，測得總體積

36、】有一個完全飽和的粘土土樣，測得總體積V1=100cm3，知土粒對，知土粒對水的相對密度水的相對密度ds=2.66，土樣含水量，土樣含水量w1=45%，將該土樣置于烘箱中烘了一，將該土樣置于烘箱中烘了一段時間之后，測得土樣的體積段時間之后，測得土樣的體積V2=95cm3，w2=35%，問土樣烘干前后的密，問土樣烘干前后的密度、干密度、孔隙比、飽和度各為多少？度、干密度、孔隙比、飽和度各為多少？20. 111sde311/21. 11cmgedwsd3111/755. 1)1 (cmgdgVmds12111gmms4 .16335. 1121)1 (22322/72.1cmgVm322/274.

37、 1cmgVmsd088. 11)1 (222wswde%57.85222edSsr【例題1-3】某一塊試樣在天然形狀下的體積為60cm3，稱得其質(zhì)量為108g，將其烘干后稱得質(zhì)量為96.43g，根據(jù)實驗得到的土粒比重ds為2.7，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度。【解】1知V60cm3，m=108g，那么由式14得 =mv=180/ 60=1.8g/cm32知知ms=96.43g，那么，那么 mw=mms=10896.43=11.57g按式按式18，于是，于是 w= mwms11.5796.43=12%3知知ds=2.7，那么，那么 Vs= ms /s=96

38、.43 2.735.7cm3 Vv=V Vs =6035.724.3cm3按式按式111，于是，于是vsVeV【例1-4】某土樣在天然形狀下的孔隙比 e=0.8，土粒比重 ds=2.68，含水量=24%，求：(a) 天然形狀下的重度、干重度和飽和度；(b)假設(shè)該土樣加水后，到達飽和形狀，計算飽和時的含水量及飽和重度(假定土的孔隙比堅持不變)。ewdws11解解:(a)32.68 9.81 1 0.24kN18.11m1 0.8318.11kN14.61m11 24%dw%4 .8080. 068. 224. 0ewdSsr0.8029.85%2.68satsewG32.680.89.8118.

39、97kN/m11 0.8ssatwGee(b)【例【例1-5】某飽和土樣重】某飽和土樣重0.4N ，體積為，體積為21.5 cm3。放入烘箱內(nèi)烘一。放入烘箱內(nèi)烘一段時間后取出，稱得其分量為段時間后取出，稱得其分量為0.33N，體積減小至，體積減小至15.7 cm3，飽和，飽和度為度為75% 。試求該土樣烘烤前的含水量。試求該土樣烘烤前的含水量 w、孔隙比、孔隙比 e 及干容重及干容重 d 。解：設(shè)烘一段時間后，孔隙體積為解：設(shè)烘一段時間后，孔隙體積為Vv2，孔隙水所占體積為，孔隙水所占體積為Vw2，那么：，那么：在烘后形狀：在烘后形狀：在烘前形狀：在烘前形狀：聯(lián)立求解得：聯(lián)立求解得：%7522

40、vwrVVS%100)7 .155 .21(1010/10)33. 04 . 0(2632vwrVVS36316 .101010/10)33. 04 . 0(6 . 3cmVw316 .10)7 .155 .21(8 . 4cmVv63610.6 101036%0.4 1010.6 1010w972. 06 .105 .216 .10e3630.4 10/(21.5 10 )13.68kN/m11 36%dw2vV2wV 上一節(jié)講的上一節(jié)講的9個三相目的主要是反映土的物理個三相目的主要是反映土的物理性質(zhì)的，還不能直接表現(xiàn)土的物理形狀，本性質(zhì)的，還不能直接表現(xiàn)土的物理形狀，本節(jié)講授反映土的物理形

41、狀的有關(guān)目的。節(jié)講授反映土的物理形狀的有關(guān)目的。 所謂土的物理形狀，對于粗粒土來講，就是所謂土的物理形狀，對于粗粒土來講，就是指它的密實程度；對于細粒土，那么是指它指它的密實程度；對于細粒土，那么是指它的軟硬程度即粘性土的稠度的軟硬程度即粘性土的稠度(consistency1.5 和和1.6 土的物理形狀目的土的物理形狀目的一、無粘性土粗粒土的密實度一、無粘性土粗粒土的密實度1.5節(jié)節(jié) 土的密實度土的密實度:指單位體積的土體中固體顆粒指單位體積的土體中固體顆粒的含量。的含量。 干容量干容量d和孔隙比和孔隙比e或孔隙率或孔隙率n都是表都是表示土的密實度的目的。示土的密實度的目的。 但這種直接用土

42、粒的含量或孔隙含量表示但這種直接用土粒的含量或孔隙含量表示密實度的方法具有明顯的缺陷密實度的方法具有明顯的缺陷:最主要的就最主要的就是它們沒有思索到土粒粒徑級配這一重要是它們沒有思索到土粒粒徑級配這一重要要素的影響，不同級配的砂土，即使孔隙要素的影響，不同級配的砂土，即使孔隙比一樣，所處的松密形狀并不會一樣。比一樣，所處的松密形狀并不會一樣。 為了更好的闡明粗粒土的密實形狀，可以將天然孔隙比為了更好的闡明粗粒土的密實形狀，可以將天然孔隙比e e與同一種土與同一種土的最密實形狀的孔隙比的最密實形狀的孔隙比emin emin 和最松散形狀孔隙比和最松散形狀孔隙比emax emax 進展對比，看進展

43、對比，看天然的天然的e e是接近是接近eminemin還是接近還是接近emaxemax，以此來判別它的密實度。這種度，以此來判別它的密實度。這種度量密實度的目的稱為相對密度量密實度的目的稱為相對密度(relative density)Dr (relative density)Dr 。 式中：式中： Dr Dr相對密實度；相對密實度； emax emax無粘性土處在最松形狀時的孔隙比；無粘性土處在最松形狀時的孔隙比； emin emin無粘性土處在最密形狀時的孔隙比；無粘性土處在最密形狀時的孔隙比； e e無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。比。 minmaxmaxe

44、eeeDr 顯然，當顯然，當e接近于接近于emin時，時，Dr 接近于接近于1，土，土呈密實形狀，當呈密實形狀，當e接近于接近于emax時，時，Dr接近接近于零，土呈松散形狀。通常根據(jù)于零，土呈松散形狀。通常根據(jù)Dr可以把可以把粗粒土的松密形狀分為以下三種：粗粒土的松密形狀分為以下三種： 0Dr0.33 松散松散 0.33 Dr0.67 中密中密 0.67 Dr 1 密實密實 天然砂土的密實度只能在現(xiàn)場利用規(guī)范貫入實天然砂土的密實度只能在現(xiàn)場利用規(guī)范貫入實驗、靜力觸探實驗等原位測試方法來獲得。通常驗、靜力觸探實驗等原位測試方法來獲得。通常根據(jù)規(guī)范貫入實驗的錘擊數(shù)根據(jù)規(guī)范貫入實驗的錘擊數(shù)N N

45、，將天然砂土分為，將天然砂土分為表表.2中的四種密實度形狀。中的四種密實度形狀。表表1.5.2 天然砂土的密實度劃分天然砂土的密實度劃分砂土密實度 松散稍密中密密實標準實驗擊數(shù)N1010N151530 碎石土可以用可挖性、可鉆性等方法進展現(xiàn)場鑒碎石土可以用可挖性、可鉆性等方法進展現(xiàn)場鑒別，普通也可區(qū)分為密實、中密和稍密三種密實別，普通也可區(qū)分為密實、中密和稍密三種密實度形狀。度形狀。 細粒土粘性土無法在實驗室測定最大和最小細粒土粘性土無法在實驗室測定最大和最小孔隙比，實踐上也不存在孔隙比，實踐上也不存在emaxemax和和eminemin，因此只能，因此只能根據(jù)孔隙比根據(jù)孔隙比

46、e e或干密度或干密度dd來判別其密實度。來判別其密實度。一粘性土的稠度形狀一粘性土的稠度形狀粘性粘性土土二界限含水率及其測定二界限含水率及其測定流態(tài)流態(tài)Vw0可塑態(tài)可塑態(tài)半固態(tài)半固態(tài) 固態(tài)固態(tài)膨脹膨脹收縮收縮wLwPwS測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限結(jié)合測定法。測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限結(jié)合測定法。測定液限的方法：碟式儀法、錐式液限儀、和液、塑限測定液限的方法：碟式儀法、錐式液限儀、和液、塑限結(jié)合測定法。結(jié)合測定法。結(jié)合測定儀錐式液限儀蝶式儀25擊合攏長度擊合攏長度13mm時含水率為液限時含水率為液限 土的縮限用收縮皿法測定。土的縮限用收縮皿法測定。10021wssmVVww式中：w

47、s土的縮限 w制備時的含水率V1濕試樣的體積cm3 ，V2干試樣的體積cm3pLpwwI三塑性指數(shù)和液性指數(shù)三塑性指數(shù)和液性指數(shù)103171017pppIIIpppLpLIwwwwwwI 1989和2002都根據(jù)I L將粘性土劃分成了表1.6.1中的五種形狀。 粘性土的軟硬形狀 表1.6.1狀 態(tài)堅 硬硬 塑可 塑軟 塑 流 塑液性指數(shù)I LI L 0 0 I L0.25 0.25IL0.75 0.751四靈敏度、觸變性及活動度四靈敏度、觸變性及活動度土的構(gòu)造構(gòu)成后就獲得了一定的強度，并且這種強土的構(gòu)造構(gòu)成后就獲得了一定的強度，并且這種強度會隨時間而增長。在含水量不變的情況下，將度會隨時間而增

48、長。在含水量不變的情況下，將原狀土捏碎，重新按原來的密度制備成重塑土，原狀土捏碎，重新按原來的密度制備成重塑土，由于原狀構(gòu)造遭到了徹底破壞，重塑土樣的強度由于原狀構(gòu)造遭到了徹底破壞，重塑土樣的強度會比原狀土樣有明顯的降低。原狀土樣的單軸抗會比原狀土樣有明顯的降低。原狀土樣的單軸抗壓強度壓強度ququ與重塑土樣的單軸抗壓強度與重塑土樣的單軸抗壓強度qu qu 之比稱之比稱為土的靈敏度為土的靈敏度StSt，即：，即： St = qu /qu (1.6.6) St = qu /qu (1.6.6) 根據(jù)靈敏度的大小可以將粘性土分為三類：低靈根據(jù)靈敏度的大小可以將粘性土分為三類：低靈敏土敏土1 S t

49、21 S t2；中靈敏土；中靈敏土2 St42 4S t 4。 與靈敏度親密相關(guān)的另一特性是觸變性。構(gòu)造受與靈敏度親密相關(guān)的另一特性是觸變性。構(gòu)造受破壞，強度降低以后的土，假設(shè)靜置不動，那么破壞，強度降低以后的土，假設(shè)靜置不動，那么土顆粒與水分子和離子會重新組合陳列，構(gòu)成新土顆粒與水分子和離子會重新組合陳列，構(gòu)成新的構(gòu)造，強度又將得到一定程度的恢復(fù)。這種在的構(gòu)造，強度又將得到一定程度的恢復(fù)。這種在含水量和密度不變的條件下，土因重塑而軟化，含水量和密度不變的條件下，土因重塑而軟化，又因靜置而逐漸硬化的性質(zhì)稱為土的觸變性。又因靜置而逐漸硬化的性質(zhì)稱為土的觸變性。 在實踐工程中，有時兩種粘土的塑性指

50、數(shù)在實踐工程中，有時兩種粘土的塑性指數(shù)Ip很接很接近，但性質(zhì)能夠會有很大差別，為了進一步加以近，但性質(zhì)能夠會有很大差別，為了進一步加以區(qū)別，英國土力學(xué)家斯肯普頓在區(qū)別，英國土力學(xué)家斯肯普頓在1953年又引入了年又引入了活動度活動度A的概念，即：的概念，即：A = Ip /m 式中式中m為粒徑小于為粒徑小于0.002mm的土粒質(zhì)量占土樣總的土粒質(zhì)量占土樣總質(zhì)量的百分數(shù)。質(zhì)量的百分數(shù)。 實驗設(shè)備實驗設(shè)備 擊實筒擊實筒V=1000cm3；擊實錘；擊實錘w=25牛頓牛頓 實驗條件實驗條件 土樣分層土樣分層n=3層；落高層；落高d=30cm；擊數(shù)；擊數(shù)N=27/層層 擊實能量擊實能量 3m/mKN5 .

51、607VwdNnE 實驗方法實驗方法 對對=常數(shù)的土；分三層壓實；常數(shù)的土；分三層壓實； 測定擊實后的測定擊實后的、，算定，算定d 留意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺留意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實儀寸的擊實儀土土1.7 粘性土水粘性土水-土系統(tǒng)的工程特性土系統(tǒng)的工程特性 土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，土的壓實性：指在一定的含水率下，以人工或機械的方法，使土可以壓實到某種密實度的性質(zhì)。使土可以壓實到某種密實度的性質(zhì)。1.8地基土的工程分類地基土的工程分類粗細是最為重要的。1. 碎石土碎石土 指粒徑大于指粒徑大于2mm的顆粒含量超越總土重的顆粒含量

52、超越總土重50%的土。根據(jù)粒組含量及顆粒外形，還的土。根據(jù)粒組含量及顆粒外形，還可按表可按表1.8.1細分為漂石、塊石、卵石、碎細分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫六類。石、圓礫和角礫六類。碎碎 石石 土土 的的 分分 類類 表表.1土的名稱 顆粒形狀粒 組 含 量漂石磨圓粒徑大于200mm的顆粒超過全重50%塊石棱角卵石磨圓粒徑大于20mm的顆粒超過全重50%碎石棱角圓礫磨圓粒徑大于2mm的顆粒超過全重50%角礫棱角注：分類時應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。2. 砂土砂土 指粒徑大于指粒徑大于2mm的顆粒含量不超越全重的的顆粒含量不超越全重的50%，而粒徑大于，而

53、粒徑大于0.075mm的顆粒含量超的顆粒含量超越全重的越全重的50%的土。砂土根據(jù)粒組含量不的土。砂土根據(jù)粒組含量不同又被細分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和同又被細分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂五類。如表粉砂五類。如表1.8.2所示。所示。砂砂 土土 的的 分分 類類 表表.2土的名稱粒 組 含 量礫砂(gravelly sand)粗砂(coarse sand)中砂(midium sand)細砂(fine sand)粉砂(silty sand)粒徑大于2mm的顆粒占全重25-50%粒徑大于0.5mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全重50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全重50%注：分類時應(yīng)根據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定。3. 粉土粉土 指粒徑大于指粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超越的顆粒含量不超越50%，且塑性指數(shù)，且塑性指數(shù)3I p 10的土。的土。 這類土既不具有砂土透水性大、容易排水這類土既不具有砂土透水性大、容易排水固結(jié)、抗剪強度較高的優(yōu)點，又不具有