《土力學》課件第2章土的性質(zhì)及工程分類

1、2 土的物理性質(zhì)及分類概 述土的三相比例指標黏性土的物理特征無黏性土的密實度粉土的密實度和濕度土的脹縮性、濕陷性和凍脹性土的分類主要內(nèi)容12.1概 述土的三相組成三相比例大小土的物理性質(zhì)土的學性質(zhì)2 土的三相圖 Three phase skeletal質(zhì)量m體積V一、反映土輕重程度的指標 1.土的天然密度：單位體積土的質(zhì)量(g/cm3) 氣水土粒msmwmVsVwVVaVv一般1.62.2gcm3 環(huán)刀法蠟封法灌砂法土的密度測定方法ma=02.2 土的物理性質(zhì)指標2.2.1-2.2.2 土三相比例關系及指標定義3注：1)：干密度(g/cm3) dry density 重力密度(簡稱重度)天然重

2、度=g 干重度 d=dg 飽和重度sat=satg 浮重度 =g2:)：飽和密度(g/cm3) saturated density3)：浮密度(g/cm3)顯然：satd satd 42.土粒相對密度s（土粒比重）：無量綱單位體積土顆粒質(zhì)量與4純水單位體積的質(zhì)量之比 粘性土：s 2.72.75砂性土：s 2.65土中有機質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小比重瓶法 土的相對密度測定方法s土粒密度，即土顆粒單位體積的質(zhì)量(g/cm3) 氣水土粒msmwmVsVwVVVama=05二、反映土的松密程度的指標1孔隙比void ratio e=vv/vs2孔隙率porosity n=vv/v100% 三、反映

3、土中含水程度的指標，Sr1、土的含水率(含水量) water content 用烘干法測定 2土的飽和度 degree of saturation Sr =vw/vv 100%Sr=100% 完全飽和 Sr80%飽和 Sr=0完全干燥氣水土粒msmwmVsVwVVVama=06注： （1） 實驗直接測定的指標為：，ds(或s） （2） 各指標間關系可用三相草圖法換算,不必死記這些換算公式 土的三相比例指標換算公式（表2-2）2.2.3指標間的換算2.2.3指標的換算7【例2-1】已知某土樣 =1700Kg/m3 ,ds=267,=14% 求e、Sr及sat【解】：用三相草圖法，如圖 令V=1

4、m3 則重量m= *V=1700kg 而=mm m=m+ms 解得ms=1490kg m=210kg Vs=ms/ds= 1.49/2.67= 0.558 m3 Vv = V-Vs =1-0.558=0.442 m3 V=m/= 210/1000 = 0.21 m3 在圖中填各數(shù) 可得 e =VV / Vs=0.79 Sr= V/VV=0.47五、例題分析 氣水土粒msmwmVsVwVVVama=082.3 黏性土的物理特性2.3.1黏性土的可塑性及界限含水率界限含水率：粘性土從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的含水率 1液限WL土由塑性狀態(tài)變到流態(tài)的分界含水量。如WL=28 表示土的液限含水量為28

5、% 測定：用錐式液限儀，通常用聯(lián)合測定法2塑限WP土由半固態(tài)到塑態(tài)的分界含水量。如WP=12，表示土的塑限含水量為12%。 測定：搓條法或聯(lián)合測定法。3縮限WS0固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)塑限P液限L92.3.2黏性土的物理狀態(tài)指標1塑性指數(shù)Ip plasticity index Ip=WLWp討論： 塑性指數(shù)表示粘土處在可塑狀態(tài)時含水量的變化范圍. Ip取決于： 顆粒細，土能吸附水量，IP； 礦物成分，吸水能力，IP，故蒙脫含量，則IP； 水中離子成分和濃度,價高陽離子數(shù)，IP。 粘性土的分類常用于IP2液性指數(shù)IL liquidity index討論： IL表示土的軟硬程度, 用IL劃分

6、土的軟硬狀態(tài)，IL， 土軟, IL=1流動狀態(tài)。 沒考慮土的結構影響，在含水量相同時，原狀土比 重塑土硬，故用IL判斷重塑土合適，但對原狀土偏于保守。103天然稠度(natural consistency)測定：烘干法路基的干濕狀態(tài)公路瀝青路面設計規(guī)范（JTJD60-2006）干燥中濕潮濕過濕11液塑限聯(lián)合測定儀下沉深度為17mm所對應的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對應的含水量為塑限。 液限塑限12132.3.3黏性土的活動度、靈敏度和觸變性活動度：反映黏性土中所含礦物的活動性A0.750.75A1.25不活動正?；顒?42.3.3黏性土的靈敏度靈敏度：低靈敏度中靈敏度高靈敏度15概念：

7、黏性土的抗剪強度隨時間恢復的膠體化學性質(zhì)實質(zhì)：微觀結構多為片架結構，含較多結合水，隨著時間被破壞的原始黏聚力部分得到恢復2.3.3黏性土的觸變性、162.4 無粘性土的密實度The compactness of none-cohesive soil 無粘性土主要包括砂類土和碎石土，而影響無粘性土工程性質(zhì)的主要因素是密實度 1.孔隙比e （老規(guī)范）:沒考慮級配因素對于同一種土，當孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)?？紫侗扔螅劣缮?。 172.由相對密實度Dr判斷（公路規(guī)范用）relative density砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀態(tài)時的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時的孔隙比當Dr=0時

8、， e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);當Dr=1.0時， e=emax，表示土體處于最密實狀態(tài)Dr1/3疏松狀態(tài)1/3Dr2/3中密狀態(tài)2/3Dr1密實狀態(tài)優(yōu)缺點？18三、例題分析 【例】某砂土試樣,試驗測定土粒相對密度ds=2.7,含水量=9.43%,天然密度=1.66/cm3。已知砂樣最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實狀態(tài) 【解答】砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相對密實度（1/3,2/3中密狀態(tài)193 據(jù)標準貫入擊數(shù)判斷（新規(guī)范采用）建筑地基基礎設計規(guī)范：N30密實

9、；15N30中密；10N15稍密； N10松散公路橋涵地基及基礎設計規(guī)范N30密實；10 N30中密；5 N9 稍密； N0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%的土212.5.2粉土的密實度和濕度密實度密實中密稍密e 0.90濕度稍濕濕很濕w30222.6土的脹縮性、濕陷性和凍脹性脹縮性：吸水膨脹和失水收縮的特性2.6.1土的脹縮性自由膨脹率膨脹土裂隙發(fā)育、常有光滑面和擦痕多出露于階地、山前常見淺層滑坡、地裂、坍塌裂隙隨其氣候張閉23濕陷性的概念：土在自重壓力作用下或自重壓力和附加壓力作用下，受水浸濕后土的結構迅速破壞而發(fā)生顯著附加下陷的特征2.6.2土的濕陷性24濕陷系數(shù)非濕陷性濕陷性2

10、.6.2土的濕陷性25凍脹性：土的凍脹和凍融給建筑物或土工建筑物帶來危害的變形特性2.6.3土的凍脹性級不凍脹級弱凍脹級凍脹級強凍脹級特強凍脹262.7 土的分類一、分類的目的：不同土間比較、評價、積累及交流二、分類體系與方法 分類體系：1.建筑工程系統(tǒng)分類體系2.工程材料系統(tǒng)分類體系側重把土作為建筑地基和環(huán)境，研究對象為原狀土，例如：建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002)地基土分類方法,很注意土的結構性。側重把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基工程。研究對象為擾動土，例如：土的分類標準(GB/T50145-2007)工程用土的分類和公路土工試驗規(guī)程(JTJ051-93)土的工

11、程分類271、按沉積年代和地質(zhì)成因劃分老沉積土：第四紀晚更新世Q3及其以前沉積的土，呈超固結狀態(tài)、具有較高的結構強度新近沉積土：第四紀全新世近期沉積的土，一般呈欠固結狀態(tài)、結構強度較低2.7.2建筑地基土的分類建筑地基基礎設計規(guī)范(GB500072002)28 2、根據(jù)土粒大小、粒組的土粒含量或土的塑性指數(shù)把地基土（巖）分為巖石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大類。（與書上P54稍有差異）（1）巖石 顆粒間牢固粘結,呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，堅硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類。 堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(Mpa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30frk60frk601

12、5frk305frk15frk52.7.2建筑地基土的分類29（2）碎石土土中2mm顆粒含量全重50%，且顆粒間未經(jīng)膠結的粗粒土（3） 砂土土中2mm顆粒50%全部土重，且粒徑0.075mm的顆粒50%全部土重。又可進一步分。（4）粉土粒徑0.075mm顆粒含量50%全土重，且IP10的土。e1.0為軟弱地基。（5）粘性土塑性指數(shù)IP10的土稱為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細分。土的名稱粘土粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)IP1710IP17303。其他 軟土：（e1，L )壓縮性高、強度低和具有靈敏性、結構性。其包括淤泥、淤泥質(zhì)粘性土、淤泥質(zhì)粉土。 紅粘土（云貴，廣西）黃土（西北、華北） 膨脹土：自由膨脹率40%,十幾個省 多年凍土 鹽漬土 污染土31碎石土、砂土、粉土的分類與建筑地基基礎設計規(guī)范完全相同。粘性土的定義稍有差異，除要滿足塑性指數(shù)大于10之外，還要求粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過總質(zhì)量50%的土，另外按沉積年代劃分黏土。3 公路路基土的分類 公路土工試驗規(guī)程(JTGE40-2007) 參照土的分類標準將土分為巨粒土、粗粒土、細粒土和特殊土 a.巨粒土分