土質(zhì)與公路建筑材料課件

土質(zhì)與公路主講教師：郭乙歷建筑材料2012年2月四川省交通運輸職業(yè)學(xué)校土質(zhì)與公路主講教師：郭乙歷建筑材料2012年2月四川省交通運1單元一土質(zhì)

土的三項組成和粒度成分一土的物理性質(zhì)及指標(biāo)二黏性土的稠度與塑性三土的壓實性四土的工程分類及野外鑒別五目錄單元一土質(zhì)土的三項組成和粒度成分一土的物理2本章教學(xué)目的理解土的概念及土的三相組成的含義；掌握粒組劃分的原則、顆粒級配的測定方法和表示方法，以及如何判斷土的級配情況；掌握土的物理性質(zhì)及土的幾種密度；掌握黏性土的稠度與稠度指標(biāo)和擊實性與擊實規(guī)律；了解土類型及野外鑒別能力，掌握土的分類依據(jù)。

本章教學(xué)目的理解土的概念及土的三相組成的含義；3課題一土的三相組成和粒度成分形成過程形成條件影響物理力學(xué)性質(zhì)土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運、沉積風(fēng)化土地球巖石地球土的形成課題一土的三相組成和粒度成分形成過程影響物理力學(xué)性質(zhì)土是4課題一土的三相組成和粒度成分氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體的組成次要作用課題一土的三相組成和粒度成分氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，5課題一土的三相組成和粒度成分什么是土？土是由地殼巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積，形成由固體礦物、液態(tài)水和氣體組成的一種集合體。土是由固相（固體顆粒）、液相（液態(tài)水）、氣相（氣體）組成的三相體系。課題一土的三相組成和粒度成分什么是土？土是由地殼巖石經(jīng)風(fēng)6土的三相組成和及草圖固相：主要由礦物成分與有機質(zhì)成分組成。液相：指土中自由水，它填在顆粒間的孔隙率。氣相：指填充在土體孔隙率中的氣體。土的三相組成和及草圖固相：主要由礦物成分與有機質(zhì)成分組成7土的粒度成分一、粒組的劃分土的粒度是指顆粒的大小，通常以粒徑表示，以mm為單位。土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組就是一定的粒徑區(qū)段。土的成分劃分礦物成分粒度成分化學(xué)成分土的粒度成分一、粒組的劃分土的成分劃分礦物成分粒度成分化學(xué)成8粒組劃分的原則1.符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個粒組的成分與性質(zhì)無質(zhì)的變化，具相同或相似的成分與性質(zhì)；2.與粒組的分析技術(shù)條件相適應(yīng)，即不同大小的土?？刹捎貌煌倪m用方法進行分析；3.粒組界限值力求服從簡單的數(shù)學(xué)規(guī)律?！豆吠凉ぴ囼炓?guī)程》（JTGE40-2007)詳見粒料劃分表1-1粒組劃分的原則1.符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個粒9表1-1粒料劃分表表1-1粒料劃分表10粒度成分及粒度分析1、土的粒度成分指各種大小顆粒的相互比例關(guān)系（通常以占總質(zhì)量的百分比計）2、土的顆粒級配是指各顆粒之間的相互搭配關(guān)系。3、土的顆粒分析是用指定方法測定土的粒度成分的試驗。4、顆粒級配的測定方法直接測定法（如篩分法、移液管法等）間接測定法（肉眼鑒定法、比重計法）目前我國常用的是：1、篩分法；2、靜水沉降法粒度成分及粒度分析1、土的粒度成分指各種大小顆粒的相互比例關(guān)11顆粒分析試驗（篩分法）(T0115-93)本試驗方法適用分析粒徑大于0.075的土顆粒組成（大于60mm的粒徑不適用）。用一套標(biāo)土壤篩60-0.074mm孔徑不同的10層篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分數(shù)。細篩：孔徑：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074粗篩：孔徑：100,80,60,40,20,10,5,21、篩分法顆粒分析試驗（篩分法）(T0115-93)本試驗方法適用分析12顆粒分析試驗（靜水沉降法）2、靜水沉降法大小不同的顆粒在靜水中沉降的速度不同，大－快，?。＝?jīng)過時間T后，粒徑大于D的顆粒都沉淀到L深以下，吸出L段懸液烘干，即可得粒徑<D的粒組累計質(zhì)量。顆粒分析試驗（靜水沉降法）2、靜水沉降法大小不同的顆粒在靜水131、表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百分含量)填在已制好的表格內(nèi)。表1-2顆粒分析成果表顆粒級配的表示方法1、表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百14顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-1圖的粒度成分累計曲線圖顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-1圖的粒度成分累計曲線圖15顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-2圖的粒度成分累計曲線圖（數(shù)據(jù)P7頁1-4表）顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-2圖的粒度成分累計曲線圖16土的不均勻性系數(shù)和曲率系數(shù)1.土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10Cu<5的土視為級配不良的均粒土，而Cu≥5的土稱為級配良好的非均粒土。2.土的曲率系數(shù)Cc當(dāng)同時滿足不均系數(shù)Cu≥5和曲線系數(shù)Cc=1~3這兩個條件時，為級配連續(xù)良好的土；Cc

<1或Cc>3時，級配不連續(xù)。土的不均勻性系數(shù)和曲率系數(shù)1.土的不均勻系數(shù)Cu17思考題1.土的三相組成？2.何謂土粒粒組？土粒組如何劃分？3.什么是土的粒度成分（顆粒級配），工程中如何表示粒度成分？思考題1.土的三相組成？18課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)

三相組成的定性分析，進一步對土的三相組成作定量上的分析，即分析土三相組成部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系。土的物理性質(zhì)指標(biāo)——表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量，可分為如下兩類：通過試驗直接測定：土的天然密度、含水量、土的相對密度以實際指標(biāo)為依據(jù)推導(dǎo)而出的指標(biāo)：如:干密度、孔隙比、孔隙率、飽和度等物理性質(zhì)指標(biāo)課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)三相組成的定性分析，進19課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVvma土的物理性質(zhì)是指：固相、液相、氣相在體積和質(zhì)量方面的相互配比的數(shù)值。（如下圖）

課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)氣水土粒msmwmVsVwV20定義：土的相對密度:Gs指土在105℃~110℃下烘干至恒重時的質(zhì)量與同體積4℃蒸餾水質(zhì)量的比值。

表達式：取值范圍：它的數(shù)值一般在2.60~2.80g/cm3之間一、土的質(zhì)量指標(biāo)(相對密度）測定方法：比重瓶法定義：土的相對密度:Gs指土在105℃~110℃下烘干至恒重21密度試驗比重瓶法示意圖

m0msm1m2空瓶質(zhì)量烘干土的質(zhì)量瓶+水的質(zhì)量瓶+土+水的質(zhì)量

m1+ms——瓶+水（滿）的質(zhì)量+干土的質(zhì)量；

m1+ms-m2——與土粒體積相同的水的質(zhì)量。密度試驗比重瓶法示意圖m022土的密度是指土的總質(zhì)量與總體積之比，即單位體積土的質(zhì)量，其單位是g/cm3。1、天然密度定義：天然狀態(tài)下單位體積土的質(zhì)量，稱天然密度，表達式：（g/cm3）取值范圍：天然密度常見值為1.6~2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一個實測指標(biāo)。一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）測定方法：環(huán)刀法土的密度是指土的總質(zhì)量與總體積之比，即單位體積土的質(zhì)量，其單23密度試驗環(huán)刀法示意圖環(huán)刀法試驗密度試驗環(huán)刀法示意圖環(huán)24一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）2、干密度定義：土的孔隙中完全沒有水時的密度，稱土的干密度，指單位體積干土的質(zhì)量。表達式：

（g/cm3）取值范圍：干密度與土中含水多少無關(guān)，只取決于土的礦物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.4~1.7g/cm3之間。3、飽和密度定義：土的孔隙完全被水充滿時的密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態(tài)水時單位體積土的質(zhì)量一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）2、干密度25一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）表達式：取值范圍：1.8-2.3g/cm34、土的水下密度定義：在地下水位以下，土體受的浮力作用時，單位體積土體積中土粒的質(zhì)量扣除土體排開同體積水的質(zhì)量稱土的水下密度（或浸水密度）。表達式：

表達式幾種不同土的關(guān)系：

一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）表達式：4、土的水下密度26二、土的含水性指標(biāo)（一）土的含水率w土的含水率，曾稱為含水量，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：

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100℃～105℃常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。二、土的含水性指標(biāo)（一）土的含水率w27二、土的含水性指標(biāo)（二）土的飽和含水率wg定義為：土中中的空隙全部被充滿水，達到飽和時的含水率，以百分數(shù)表示，其表達式為：

二、土的含水性指標(biāo)（二）土的飽和含水率wg28二、土的含水性指標(biāo)（三）土的飽和度Sr定義：土孔隙中所含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分數(shù)表示。

取值飽和度可以說明土孔隙中充水的程度，其數(shù)值為0~100%。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。工程實際中，按飽和度大小常將砂類土劃分為如下三種含水狀況：

Sr<50%稍濕的

50%≤Sr≤80%

很濕的

Sr>80%飽和的二、土的含水性指標(biāo)（三）土的飽和度Sr29三、土的空隙性指標(biāo)（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，其表達式為：

（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)孔隙的體積，以百分數(shù)表示，其表達式為：

土中存在著許多空隙及其所具有這些特性，稱為空隙性三、土的空隙性指標(biāo)（一）土的孔隙比e土中存在著許多空隙及其所30三、土的空隙性指標(biāo)孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為（1＋e），于是有：

或三、土的空隙性指標(biāo)孔隙比與孔隙率的關(guān)系31三、土的空隙性指標(biāo)砂土的密實程度還可用相對密度（Dr）來表示。Dr=0時，土處于最疏松狀態(tài)；Dr=1時，土處于最密實狀態(tài)。（三）、砂類土的相對密度三、土的空隙性指標(biāo)砂土的密實程度還可用相對密度（Dr）來表示32三、土的空隙性指標(biāo)天然狀態(tài)砂土的密實度三、土的空隙性指標(biāo)天然狀態(tài)砂土的密實度33三、土的空隙性指標(biāo)土粒密度、天然密度、含水量是三個基本實測指標(biāo)、即通過試驗直接測定。六個換算指標(biāo)的換算方法：1、數(shù)學(xué)演算法【例】某一塊試樣在天然狀態(tài)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)試驗得到的土粒比重Gs為2.7，試求試樣的天然密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比和飽和度？三、土的空隙性指標(biāo)土粒密度、天然密度、含水量是三個基本實測指34三、計算題【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，則由式（P9頁1-6）天然密度ρ得：

ρ=m÷V=108÷60=1.8g/cm3（2）已知干土粒的質(zhì)量ms=96.43g，則土中水的含量ms=m－ms=108－96.43=11.57g按式（P10頁1-11）土的天然含水率

w=mw÷ms×100＝11.57÷96.43×100=12%（3）干密度ρd=ms÷V=96.43÷60=1.61g/cm3

三、計算題【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，則由35三、計算題（4）已知土粒的相對密度Gs=2.7，飽和密度ρf=（ms+Vn×ρw）÷V=(1.8×(2.7-1))÷(2.7×(1+12%))+1=2.01(g/cm3)（5）飽和度Sr=（Gsρw）÷（Gs（1+w）-ρ）×100=（2.7×1.8×12%）÷（2.7（1+12%）-1.8）×100＝48%（6）空隙比e=（（Gs（1+w））÷ρ）-1=（2.7×（1+12%））÷1.8-1=0.68三、計算題（4）已知土粒的相對密度Gs=2.7，飽和密度ρf36思考題1.某土樣體積為80cm3，經(jīng)測定，土粒相對密度為2.72，土樣的質(zhì)量為154g，烘干質(zhì)量為140g，該土樣的天然密度、干密度、飽和含水率、孔隙率各是多少？（P18頁練習(xí)4題）思考題1.某土樣體積為80cm3，經(jīng)測定，土粒相對密度為2.37課題三

黏土的稠度與塑性粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相互作用后所表現(xiàn)出來的物理性質(zhì)。

一、粘性土的稠度狀態(tài)（三種）稠度狀態(tài)半固態(tài)固態(tài)塑態(tài)液態(tài)課題三黏土的稠度與塑性粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相38課題三

黏土的稠度與塑性固態(tài)：含水量相對較少，粒間主要為強結(jié)合水連結(jié)，連結(jié)牢固，土質(zhì)堅硬，力學(xué)強度高，不能揉塑變形，形狀大小固定。課題三黏土的稠度與塑性固態(tài)：含水量相對39課題三

黏土的稠度與塑性塑態(tài)：含水量較固態(tài)為大，粒間主要為弱結(jié)合水連結(jié)，在外力作用下容易產(chǎn)生變形，可揉塑成任意形狀不破裂、無裂紋，去掉外力后不能恢復(fù)原狀。課題三黏土的稠度與塑性塑態(tài)：含水量較固態(tài)為大，40課題三

黏土的稠度與塑性流態(tài)：含水量繼續(xù)增加，粒間主要為液態(tài)水占據(jù)，連接極微弱，幾乎喪失抵抗外力的能力，強度極低，不能維持一定的形狀，土體呈泥漿狀，受重力作用即可流動。課題三黏土的稠度與塑性流態(tài)：含水量繼續(xù)增加，粒410固態(tài)塑態(tài)流態(tài)ω如何定量判斷粘性土的稠度狀態(tài)？0固態(tài)塑態(tài)流態(tài)ω如何定量判斷粘性土的稠度狀態(tài)？42二、界限含水量——稠度界限土從某種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時的界限含水量稱為稠度界限，又稱為Atterberg界限。工程上常用的有塑限ωP和液限ωL塑限：土從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗軕B(tài)時的界限含水量，簡稱塑限ωP液限：土從塑態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時的界限含水量，簡稱液限ωL

0固態(tài)塑態(tài)液態(tài)ω塑限ωP液限ωL二、界限含水量——稠度界限土從某種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時搓條法測定塑限將粘性土在毛玻璃上用手搓成直徑為3mm的土條時若恰好開始出現(xiàn)裂縫，此時的含水量就是塑限。搓條法測定塑限將粘性土在毛玻璃上用手搓成直徑為3mm的土條時錐式液限儀法測定液限

0.75N，錐角30°，錐體下沉深度為10mm，所對應(yīng)的含水量為粘性土的液限（放錐15秒）錐式液限儀法測定液限0.75N，錐聯(lián)合測定儀法測定液限和塑限聯(lián)合測定儀法測定液限和塑限液性指數(shù)IL：反映土的天然含水量與液限、塑限之間的關(guān)系，工程上用來表示土的稠度狀態(tài)。ωpωωL0ω-ωpωL-ωp稠度狀態(tài)液性指數(shù)堅硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1三、液性指數(shù)液性指數(shù)IL：反映土的天然含水量與液限、塑限之間的關(guān)系，工程四、粘性土的可塑性當(dāng)粘性土的含水量在某范圍內(nèi)時，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并在外力移去時能保持既得的形狀，土的這種性能叫可塑性。粘性土中含水量在液限與塑限兩個稠度界限之間時，土處于可塑狀態(tài)，具有可塑性，這是粘性土的獨特性能。四、粘性土的可塑性當(dāng)粘性土的含水量在某范圍內(nèi)塑性指數(shù)IP

ωL和ωP的差值可以反映可塑性的大小，工程上定義為塑性指數(shù)IP

IP=ωL-ωP計算結(jié)果中的百分號省略

1994年國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》按塑性指數(shù)IP將粘性土分為：

IP>17為粘土

17≥IP>10為粉質(zhì)粘土

IP≤10為粉土或砂類土。塑性指數(shù)IPωL和ωP的差值可以反映可塑性的從某地基取原狀土樣，測得土的液限ωL=47%，塑限ωP=18%，天然含水量ω=40%，問地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？解：求塑性指數(shù)：求液性指數(shù)：Ip>17，該地基土為粘土；查表，1.0>IL>0.75，得土處于軟塑狀態(tài)。例題1：從某地基取原狀土樣，測得土的液限ωL=47%，塑限ωP=18思考題1、某黏性土樣的天然含水率為32.4%，液限49.5%，塑限27.3%，問地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？（P24頁練習(xí)4題）思考題1、某黏性土樣的天然含水率為32.4%，液限49.5%51

在建造路堤、土壩等時，常需要填土。為增強土的密實度，降低其透水性和壓縮性，常采用分層壓實的辦法來加以處理。

壓實性——土體在外部壓實能量作用下，土顆?？朔ｉg阻力，產(chǎn)生相對位移，使土中的孔隙減少，密度增加，強度提高的特性。實踐表明：細粒土和粗粒土的壓實性不同。壓實細粒土宜用夯擊或碾壓機具；壓實粗粒土宜用振動機具。課題四土的壓實性在建造路堤、土壩等時，常需要填土。為增強土的密實度，52土的壓實性

土過濕過干都難以充分壓實。過濕，則土中自由水過多，夯實或碾壓時水難以從孔隙中排出，阻止顆粒的靠攏，從而會出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象（俗稱橡皮土）。過干，則土中主要是強結(jié)合水，顆粒間引力大，阻止顆粒的移動。只有當(dāng)含水量適當(dāng)時，壓實效果才會好。常用室內(nèi)擊實試驗確定最優(yōu)含水量。最優(yōu)含水量（wop）：一定的壓實能量下使土最容易壓實且能達到最大密實度時的含水量。由室內(nèi)擊實試驗測得。最大干密度（ρdmax）：與wop相應(yīng)的干密度。ρdmax越大，e越小。土的壓實性土過濕過干都難以充分壓實。過濕，則土中自由水過53擊實試驗與壓實曲線

擊實試驗：對同一種土配制若干份不同含水量的試樣，用同樣的壓實能量分別對每一份試樣進行擊實，測定各試樣相應(yīng)的含水量w和干密度ρd，然后繪制含水量與干密度關(guān)系曲線，即得壓實曲線（圖2-13），曲線峰值點對應(yīng)的即為最優(yōu)含水量wop和最大干密度ρdmax。擊實試驗與壓實曲線擊實試驗：對同一種土配制若干份不同含水54標(biāo)準(zhǔn)擊實儀器標(biāo)準(zhǔn)擊實儀器55土基的承載能力CBR:是一種評定土基及路面材料承載能力的主要指標(biāo)。CBR儀器設(shè)備土基的承載能力CBR:是一種評定土基及路面材料承載能力的主56路基壓實度檢測施工現(xiàn)場壓實度檢測（灌砂法）路基壓實度檢測施工現(xiàn)場壓實度檢測（灌砂法）57思考題練習(xí)1、簡述在施工過程中為何要對填土進行壓實？（P34頁練習(xí)1題）思考題練習(xí)1、簡述在施工過程中為何要對填土進行壓實？（P3458課五四土的工程分類及野外鑒別一、工程分類的一般原則和類型基本原則：

所劃分的土類能反映土性質(zhì)的變化規(guī)律，土的工程分類總起來可以歸納為三級分類：（1）顆粒組成的特征；（不均系數(shù)和曲率系數(shù)）（2）塑性指標(biāo)；（液限、塑限）（3）有機質(zhì)存在的情況。課五四土的工程分類及野外鑒別一、工程分類的一般原則和類59《公路土工試驗規(guī)程》中土的分類土巨粒粗粒細粒特殊漂石卵石礫類砂類粉類粘類有機質(zhì)黃土膨脹紅粘鹽漬凍土《公路土工試驗規(guī)程》中土的分類土巨粗細特漂卵礫砂粉粘有黃膨紅60巨粒土分類巨粒土漂（卵）石巨粒含量100%～75%漂（卵）石夾土巨粒含量75%～50%漂（卵）石質(zhì)土巨粒含量50%～15%漂石粒＞50%漂石?！?0%漂石粒＞50%漂石粒≤50%漂石粒＞卵石粒漂石粒＜卵石粒BCbBSICbSISIBSICb巨粒土分類巨粒土漂（卵）石漂（卵）石夾土漂（卵）石質(zhì)土漂石粒61粗粒土分類礫類土礫F<5%含細粒土礫F=5%～15%細粒土質(zhì)礫50%≥F>15%GWGPGF細粒土在塑性圖A線以下細粒土在塑性圖A線以上GMGC粗粒土分類礫類土礫含細粒土礫細粒土質(zhì)礫GWGPGF細粒土在塑62粗粒土分類砂類土砂F<5%含細粒土砂F=5%～15%細粒土質(zhì)砂50%≥F>15%SWSPSF細粒土在塑性圖A線以下細粒土在塑性圖A線以上SMSC粗粒土分類砂類土砂含細粒土砂細粒土質(zhì)砂SWSPSF細粒土在細63細粒土分類細粒土粉質(zhì)土粘質(zhì)土有機質(zhì)土高(低)液限粉土粗粒組≤25%含礫（砂）類高（低）液限粉土≤50%含礫（砂）類高（低）液限粘土≤25%含礫（砂）類高（低）液限粘土>25%≤50%A線以上有機質(zhì)高(低)液限粘土A線以下有機質(zhì)高(低)液限粘土MHML礫粒>砂粒礫粒<砂粒MHGMLGMHSMLSGHGL礫粒>砂粒礫粒<砂粒GHOGLOMHOMLOGHGGLGGHSGLS細粒土分類細粒土粉質(zhì)土粘質(zhì)土有機質(zhì)土高(低)液限含礫（砂）含64思考與練習(xí)1、土的分類依據(jù)是什么？如何進行分類？思考與練習(xí)1、土的分類依據(jù)是什么？如何進行分類？65土質(zhì)與公路主講教師：郭乙歷建筑材料2012年2月四川省交通運輸職業(yè)學(xué)校土質(zhì)與公路主講教師：郭乙歷建筑材料2012年2月四川省交通運66單元一土質(zhì)

土的三項組成和粒度成分一土的物理性質(zhì)及指標(biāo)二黏性土的稠度與塑性三土的壓實性四土的工程分類及野外鑒別五目錄單元一土質(zhì)土的三項組成和粒度成分一土的物理67本章教學(xué)目的理解土的概念及土的三相組成的含義；掌握粒組劃分的原則、顆粒級配的測定方法和表示方法，以及如何判斷土的級配情況；掌握土的物理性質(zhì)及土的幾種密度；掌握黏性土的稠度與稠度指標(biāo)和擊實性與擊實規(guī)律；了解土類型及野外鑒別能力，掌握土的分類依據(jù)。

本章教學(xué)目的理解土的概念及土的三相組成的含義；68課題一土的三相組成和粒度成分形成過程形成條件影響物理力學(xué)性質(zhì)土是巖石經(jīng)過風(fēng)化后在不同條件下形成的自然歷史的產(chǎn)物搬運、沉積風(fēng)化土地球巖石地球土的形成課題一土的三相組成和粒度成分形成過程影響物理力學(xué)性質(zhì)土是69課題一土的三相組成和粒度成分氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，起決定作用重要影響土體的組成次要作用課題一土的三相組成和粒度成分氣相固相液相++構(gòu)成土骨架，70課題一土的三相組成和粒度成分什么是土？土是由地殼巖石經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積，形成由固體礦物、液態(tài)水和氣體組成的一種集合體。土是由固相（固體顆粒）、液相（液態(tài)水）、氣相（氣體）組成的三相體系。課題一土的三相組成和粒度成分什么是土？土是由地殼巖石經(jīng)風(fēng)71土的三相組成和及草圖固相：主要由礦物成分與有機質(zhì)成分組成。液相：指土中自由水，它填在顆粒間的孔隙率。氣相：指填充在土體孔隙率中的氣體。土的三相組成和及草圖固相：主要由礦物成分與有機質(zhì)成分組成72土的粒度成分一、粒組的劃分土的粒度是指顆粒的大小，通常以粒徑表示，以mm為單位。土粒按粒徑大小分為若干組別，稱為粒組。粒組就是一定的粒徑區(qū)段。土的成分劃分礦物成分粒度成分化學(xué)成分土的粒度成分一、粒組的劃分土的成分劃分礦物成分粒度成分化學(xué)成73粒組劃分的原則1.符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個粒組的成分與性質(zhì)無質(zhì)的變化，具相同或相似的成分與性質(zhì)；2.與粒組的分析技術(shù)條件相適應(yīng)，即不同大小的土?？刹捎貌煌倪m用方法進行分析；3.粒組界限值力求服從簡單的數(shù)學(xué)規(guī)律?！豆吠凉ぴ囼炓?guī)程》（JTGE40-2007)詳見粒料劃分表1-1粒組劃分的原則1.符合粒徑變化所引起的質(zhì)的變化規(guī)律，即每個粒74表1-1粒料劃分表表1-1粒料劃分表75粒度成分及粒度分析1、土的粒度成分指各種大小顆粒的相互比例關(guān)系（通常以占總質(zhì)量的百分比計）2、土的顆粒級配是指各顆粒之間的相互搭配關(guān)系。3、土的顆粒分析是用指定方法測定土的粒度成分的試驗。4、顆粒級配的測定方法直接測定法（如篩分法、移液管法等）間接測定法（肉眼鑒定法、比重計法）目前我國常用的是：1、篩分法；2、靜水沉降法粒度成分及粒度分析1、土的粒度成分指各種大小顆粒的相互比例關(guān)76顆粒分析試驗（篩分法）(T0115-93)本試驗方法適用分析粒徑大于0.075的土顆粒組成（大于60mm的粒徑不適用）。用一套標(biāo)土壤篩60-0.074mm孔徑不同的10層篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分數(shù)。細篩：孔徑：2,1,0.5,0.25,0.1,0.074粗篩：孔徑：100,80,60,40,20,10,5,21、篩分法顆粒分析試驗（篩分法）(T0115-93)本試驗方法適用分析77顆粒分析試驗（靜水沉降法）2、靜水沉降法大小不同的顆粒在靜水中沉降的速度不同，大－快，?。?。經(jīng)過時間T后，粒徑大于D的顆粒都沉淀到L深以下，吸出L段懸液烘干，即可得粒徑<D的粒組累計質(zhì)量。顆粒分析試驗（靜水沉降法）2、靜水沉降法大小不同的顆粒在靜水781、表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百分含量)填在已制好的表格內(nèi)。表1-2顆粒分析成果表顆粒級配的表示方法1、表格法是將分析資料(各粒組的百分含量或小于某粒徑的累積百79顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-1圖的粒度成分累計曲線圖顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-1圖的粒度成分累計曲線圖80顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-2圖的粒度成分累計曲線圖（數(shù)據(jù)P7頁1-4表）顆粒級配累計曲線（圖解法）圖1-2圖的粒度成分累計曲線圖81土的不均勻性系數(shù)和曲率系數(shù)1.土的不均勻系數(shù)CuCu=d60/d10Cu<5的土視為級配不良的均粒土，而Cu≥5的土稱為級配良好的非均粒土。2.土的曲率系數(shù)Cc當(dāng)同時滿足不均系數(shù)Cu≥5和曲線系數(shù)Cc=1~3這兩個條件時，為級配連續(xù)良好的土；Cc

<1或Cc>3時，級配不連續(xù)。土的不均勻性系數(shù)和曲率系數(shù)1.土的不均勻系數(shù)Cu82思考題1.土的三相組成？2.何謂土粒粒組？土粒組如何劃分？3.什么是土的粒度成分（顆粒級配），工程中如何表示粒度成分？思考題1.土的三相組成？83課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)

三相組成的定性分析，進一步對土的三相組成作定量上的分析，即分析土三相組成部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系。土的物理性質(zhì)指標(biāo)——表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量，可分為如下兩類：通過試驗直接測定：土的天然密度、含水量、土的相對密度以實際指標(biāo)為依據(jù)推導(dǎo)而出的指標(biāo)：如:干密度、孔隙比、孔隙率、飽和度等物理性質(zhì)指標(biāo)課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)三相組成的定性分析，進84課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVvma土的物理性質(zhì)是指：固相、液相、氣相在體積和質(zhì)量方面的相互配比的數(shù)值。（如下圖）

課題二土的物理性質(zhì)及其指標(biāo)氣水土粒msmwmVsVwV85定義：土的相對密度:Gs指土在105℃~110℃下烘干至恒重時的質(zhì)量與同體積4℃蒸餾水質(zhì)量的比值。

表達式：取值范圍：它的數(shù)值一般在2.60~2.80g/cm3之間一、土的質(zhì)量指標(biāo)(相對密度）測定方法：比重瓶法定義：土的相對密度:Gs指土在105℃~110℃下烘干至恒重86密度試驗比重瓶法示意圖

m0msm1m2空瓶質(zhì)量烘干土的質(zhì)量瓶+水的質(zhì)量瓶+土+水的質(zhì)量

m1+ms——瓶+水（滿）的質(zhì)量+干土的質(zhì)量；

m1+ms-m2——與土粒體積相同的水的質(zhì)量。密度試驗比重瓶法示意圖m087土的密度是指土的總質(zhì)量與總體積之比，即單位體積土的質(zhì)量，其單位是g/cm3。1、天然密度定義：天然狀態(tài)下單位體積土的質(zhì)量，稱天然密度，表達式：（g/cm3）取值范圍：天然密度常見值為1.6~2.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一個實測指標(biāo)。一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）測定方法：環(huán)刀法土的密度是指土的總質(zhì)量與總體積之比，即單位體積土的質(zhì)量，其單88密度試驗環(huán)刀法示意圖環(huán)刀法試驗密度試驗環(huán)刀法示意圖環(huán)89一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）2、干密度定義：土的孔隙中完全沒有水時的密度，稱土的干密度，指單位體積干土的質(zhì)量。表達式：

（g/cm3）取值范圍：干密度與土中含水多少無關(guān)，只取決于土的礦物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.4~1.7g/cm3之間。3、飽和密度定義：土的孔隙完全被水充滿時的密度稱為飽和密度，是指土孔隙中全部充滿液態(tài)水時單位體積土的質(zhì)量一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）2、干密度90一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）表達式：取值范圍：1.8-2.3g/cm34、土的水下密度定義：在地下水位以下，土體受的浮力作用時，單位體積土體積中土粒的質(zhì)量扣除土體排開同體積水的質(zhì)量稱土的水下密度（或浸水密度）。表達式：

表達式幾種不同土的關(guān)系：

一、土的質(zhì)量指標(biāo)(土的密度）表達式：4、土的水下密度91二、土的含水性指標(biāo)（一）土的含水率w土的含水率，曾稱為含水量，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：

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100℃～105℃常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。二、土的含水性指標(biāo)（一）土的含水率w92二、土的含水性指標(biāo)（二）土的飽和含水率wg定義為：土中中的空隙全部被充滿水，達到飽和時的含水率，以百分數(shù)表示，其表達式為：

二、土的含水性指標(biāo)（二）土的飽和含水率wg93二、土的含水性指標(biāo)（三）土的飽和度Sr定義：土孔隙中所含水的體積與土中孔隙體積的比值稱為土的飽和度，以百分數(shù)表示。

取值飽和度可以說明土孔隙中充水的程度，其數(shù)值為0~100%。干土：Sr=0；飽和土：Sr=100%。工程實際中，按飽和度大小常將砂類土劃分為如下三種含水狀況：

Sr<50%稍濕的

50%≤Sr≤80%

很濕的

Sr>80%飽和的二、土的含水性指標(biāo)（三）土的飽和度Sr94三、土的空隙性指標(biāo)（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，其表達式為：

（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)孔隙的體積，以百分數(shù)表示，其表達式為：

土中存在著許多空隙及其所具有這些特性，稱為空隙性三、土的空隙性指標(biāo)（一）土的孔隙比e土中存在著許多空隙及其所95三、土的空隙性指標(biāo)孔隙比與孔隙率的關(guān)系設(shè)土體內(nèi)土粒的體積為1，則可知，孔隙的體積Vv為e，土體的體積V為（1＋e），于是有：

或三、土的空隙性指標(biāo)孔隙比與孔隙率的關(guān)系96三、土的空隙性指標(biāo)砂土的密實程度還可用相對密度（Dr）來表示。Dr=0時，土處于最疏松狀態(tài)；Dr=1時，土處于最密實狀態(tài)。（三）、砂類土的相對密度三、土的空隙性指標(biāo)砂土的密實程度還可用相對密度（Dr）來表示97三、土的空隙性指標(biāo)天然狀態(tài)砂土的密實度三、土的空隙性指標(biāo)天然狀態(tài)砂土的密實度98三、土的空隙性指標(biāo)土粒密度、天然密度、含水量是三個基本實測指標(biāo)、即通過試驗直接測定。六個換算指標(biāo)的換算方法：1、數(shù)學(xué)演算法【例】某一塊試樣在天然狀態(tài)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)試驗得到的土粒比重Gs為2.7，試求試樣的天然密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比和飽和度？三、土的空隙性指標(biāo)土粒密度、天然密度、含水量是三個基本實測指99三、計算題【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，則由式（P9頁1-6）天然密度ρ得：

ρ=m÷V=108÷60=1.8g/cm3（2）已知干土粒的質(zhì)量ms=96.43g，則土中水的含量ms=m－ms=108－96.43=11.57g按式（P10頁1-11）土的天然含水率

w=mw÷ms×100＝11.57÷96.43×100=12%（3）干密度ρd=ms÷V=96.43÷60=1.61g/cm3

三、計算題【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，則由100三、計算題（4）已知土粒的相對密度Gs=2.7，飽和密度ρf=（ms+Vn×ρw）÷V=(1.8×(2.7-1))÷(2.7×(1+12%))+1=2.01(g/cm3)（5）飽和度Sr=（Gsρw）÷（Gs（1+w）-ρ）×100=（2.7×1.8×12%）÷（2.7（1+12%）-1.8）×100＝48%（6）空隙比e=（（Gs（1+w））÷ρ）-1=（2.7×（1+12%））÷1.8-1=0.68三、計算題（4）已知土粒的相對密度Gs=2.7，飽和密度ρf101思考題1.某土樣體積為80cm3，經(jīng)測定，土粒相對密度為2.72，土樣的質(zhì)量為154g，烘干質(zhì)量為140g，該土樣的天然密度、干密度、飽和含水率、孔隙率各是多少？（P18頁練習(xí)4題）思考題1.某土樣體積為80cm3，經(jīng)測定，土粒相對密度為2.102課題三

黏土的稠度與塑性粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相互作用后所表現(xiàn)出來的物理性質(zhì)。

一、粘性土的稠度狀態(tài)（三種）稠度狀態(tài)半固態(tài)固態(tài)塑態(tài)液態(tài)課題三黏土的稠度與塑性粘性土的稠度與可塑性是土粒與水相103課題三

黏土的稠度與塑性固態(tài)：含水量相對較少，粒間主要為強結(jié)合水連結(jié)，連結(jié)牢固，土質(zhì)堅硬，力學(xué)強度高，不能揉塑變形，形狀大小固定。課題三黏土的稠度與塑性固態(tài)：含水量相對104課題三

黏土的稠度與塑性塑態(tài)：含水量較固態(tài)為大，粒間主要為弱結(jié)合水連結(jié)，在外力作用下容易產(chǎn)生變形，可揉塑成任意形狀不破裂、無裂紋，去掉外力后不能恢復(fù)原狀。課題三黏土的稠度與塑性塑態(tài)：含水量較固態(tài)為大，105課題三

黏土的稠度與塑性流態(tài)：含水量繼續(xù)增加，粒間主要為液態(tài)水占據(jù)，連接極微弱，幾乎喪失抵抗外力的能力，強度極低，不能維持一定的形狀，土體呈泥漿狀，受重力作用即可流動。課題三黏土的稠度與塑性流態(tài)：含水量繼續(xù)增加，粒1060固態(tài)塑態(tài)流態(tài)ω如何定量判斷粘性土的稠度狀態(tài)？0固態(tài)塑態(tài)流態(tài)ω如何定量判斷粘性土的稠度狀態(tài)？107二、界限含水量——稠度界限土從某種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時的界限含水量稱為稠度界限，又稱為Atterberg界限。工程上常用的有塑限ωP和液限ωL塑限：土從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樗軕B(tài)時的界限含水量，簡稱塑限ωP液限：土從塑態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時的界限含水量，簡稱液限ωL

0固態(tài)塑態(tài)液態(tài)ω塑限ωP液限ωL二、界限含水量——稠度界限土從某種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時搓條法測定塑限將粘性土在毛玻璃上用手搓成直徑為3mm的土條時若恰好開始出現(xiàn)裂縫，此時的含水量就是塑限。搓條法測定塑限將粘性土在毛玻璃上用手搓成直徑為3mm的土條時錐式液限儀法測定液限

0.75N，錐角30°，錐體下沉深度為10mm，所對應(yīng)的含水量為粘性土的液限（放錐15秒）錐式液限儀法測定液限0.75N，錐聯(lián)合測定儀法測定液限和塑限聯(lián)合測定儀法測定液限和塑限液性指數(shù)IL：反映土的天然含水量與液限、塑限之間的關(guān)系，工程上用來表示土的稠度狀態(tài)。ωpωωL0ω-ωpωL-ωp稠度狀態(tài)液性指數(shù)堅硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1三、液性指數(shù)液性指數(shù)IL：反映土的天然含水量與液限、塑限之間的關(guān)系，工程四、粘性土的可塑性當(dāng)粘性土的含水量在某范圍內(nèi)時，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并在外力移去時能保持既得的形狀，土的這種性能叫可塑性。粘性土中含水量在液限與塑限兩個稠度界限之間時，土處于可塑狀態(tài)，具有可塑性，這是粘性土的獨特性能。四、粘性土的可塑性當(dāng)粘性土的含水量在某范圍內(nèi)塑性指數(shù)IP

ωL和ωP的差值可以反映可塑性的大小，工程上定義為塑性指數(shù)IP

IP=ωL-ωP計算結(jié)果中的百分號省略

1994年國家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》按塑性指數(shù)IP將粘性土分為：

IP>17為粘土

17≥IP>10為粉質(zhì)粘土

IP≤10為粉土或砂類土。塑性指數(shù)IPωL和ωP的差值可以反映可塑性的從某地基取原狀土樣，測得土的液限ωL=47%，塑限ωP=18%，天然含水量ω=40%，問地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？解：求塑性指數(shù)：求液性指數(shù)：Ip>17，該地基土為粘土；查表，1.0>IL>0.75，得土處于軟塑狀態(tài)。例題1：從某地基取原狀土樣，測得土的液限ωL=47%，塑限ωP=18思考題1、某黏性土樣的天然含水率為32.4%，液限49.5%，塑限27.3%，問地基土是什么土，處于什么狀態(tài)？（P24頁