土的物理狀態(tài)指標(biāo)及擊實(shí)性課件

第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

一、砂土的密實(shí)狀態(tài)砂土的密實(shí)狀態(tài)對(duì)其工程性質(zhì)影響很大，密實(shí)的砂土，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度較高，壓縮性較小，是良好的天然地基；疏松的砂土，特別是飽和的松散粉細(xì)砂，結(jié)構(gòu)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易產(chǎn)生流砂，在振動(dòng)荷載作用下，可能會(huì)發(fā)生液化，對(duì)工程建筑不利。判別砂土的密實(shí)度可以采用以下三種方法。

1.孔隙比判別判別砂土密實(shí)度最簡(jiǎn)便的方法是用孔隙比，如表1。砂土的密實(shí)度

表1土的名稱密

實(shí)

度密

實(shí)中

密稍

密松

散礫砂、粗砂、中砂e<0.600.60≤e≤0.750.75<e≤0.85e>0.85細(xì)砂、粉砂e<0.700.70≤e≤0.850.85<e≤0.90e>0.95第五節(jié)土的物理狀態(tài)指標(biāo)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響只能用于同一種土第六章土的物理性質(zhì)及工程分類一、砂土的密實(shí)狀態(tài)1第六章

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2.相對(duì)密度判別

相對(duì)密度Dr是將天然孔隙比e與最疏松狀態(tài)的孔隙比emax及最密實(shí)狀態(tài)的孔隙比emin進(jìn)行對(duì)比，作為衡量砂土密實(shí)度的指標(biāo)，其表達(dá)式為：

由式可知，若砂土的e＝emax，則Dr＝0，砂土處于最疏松狀態(tài)；若e＝emin，則Dr＝1，砂土處于最密實(shí)狀態(tài)。因此，工程上常按以下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)砂土的松密程度：

Dr≥0.67時(shí)，為密實(shí)狀態(tài)；0.33<Dr<0.67時(shí)，為中密狀態(tài)；

Dr≤0.33時(shí)，為松散狀態(tài)。emax——砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比e砂土在天然狀態(tài)下孔隙比emin——砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比第六章土的物理性質(zhì)及工程分類2.相2emax:最大孔隙比將松散的風(fēng)干土樣通過長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再換算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再換算得到最小孔隙比emax與emin：最大與最小孔隙比emax:最大孔隙比emin:最小孔隙比emax與emi3【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對(duì)密度Dr,并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)（土體體積為1000cm3

）【解】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(duì)密實(shí)度∈（0.33,0.67）中密狀態(tài)【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.74【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對(duì)密度Dr,并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)（土體體積為1000cm3

）【解】砂土在天然狀態(tài)下的密度砂土最大密度砂土最小密度相對(duì)密實(shí)度∈（0.33,0.67）中密狀態(tài)

【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.75第六章

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采用相對(duì)密度Dr來評(píng)價(jià)砂土的松密程度在理論上是合理的但在實(shí)際上，測(cè)定最大孔隙比emax和最小孔隙比emin沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)測(cè)定砂土的天然孔隙比e也有很大困難。由于這些原因，砂土的相對(duì)密度Dr的測(cè)定誤差是很大的。故在實(shí)際工作中，應(yīng)用較多的是現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)來評(píng)價(jià)砂土的松密程度。

3.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的原位試驗(yàn)。該方法是用質(zhì)量為63.5kg的穿心錘，以76cm的落距將貫入器打入土中30cm時(shí)所需要的錘擊數(shù)作為判別指標(biāo)，稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N。顯然，錘擊數(shù)N愈大，表明土層愈密實(shí)；錘擊數(shù)N愈小，土層愈疏松。我國(guó)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021－2001）中按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N劃分砂土密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)如表所示。N>3015<N≤3010<N≤15N≤10標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N密實(shí)中密稍密松散密實(shí)度按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N值確定砂土密實(shí)度

第六章土的物理性質(zhì)及工程分類采用相對(duì)密度Dr來6第六章

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二、粘性土的稠度

1.稠度狀態(tài)

粘性土隨著含水率的變化，可具有不同的狀態(tài)。當(dāng)含水率很高時(shí)，土可成為液體狀態(tài)的泥漿；隨著含水率的減少，土的流動(dòng)性逐漸消失，開始一種奇特性質(zhì)――可塑性（即在外力作用下，土可以塑成任何形狀而不產(chǎn)生裂縫，解除外力后仍保持其所塑形狀），進(jìn)入可塑狀態(tài)；當(dāng)含水率繼續(xù)減小，土失去了可塑性，變成半固態(tài)；直至達(dá)到固態(tài)，體積不再收縮。這幾種狀態(tài)反映了粘性土的軟硬程度或抵抗外力的能力，稱為稠度，即稠度是指粘性土在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類二、粘性土的稠度1.7稠度是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,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征

粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限液塑限測(cè)定根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。0固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的8

固態(tài)與半固態(tài)：當(dāng)土中的含水率很小，結(jié)合水膜很薄，水全部為強(qiáng)結(jié)合水時(shí)，把土粒牢牢地連在一起，形成固態(tài)?？伤軕B(tài)：隨著含水率的增加，土粒周圍結(jié)合水水膜除強(qiáng)結(jié)合水外還有弱結(jié)合水，土體處于可塑態(tài)。在這種狀態(tài)下，土體具有可塑性，保持其形變的特性。

液態(tài)：當(dāng)含水率繼續(xù)增加，土中除結(jié)合水外還有自由水，土粒間的結(jié)合水聯(lián)結(jié)消失，土體處于流動(dòng)狀態(tài)。固態(tài)與半固態(tài)：當(dāng)土中的含水率很小，結(jié)合水膜很薄9第六章

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圖

粘性土的界限含水率第六章土的物理性質(zhì)及工程分類圖粘性土的界限含水率10第六章

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2.

界限含水率粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的分界含水率稱為界限含水率，也稱稠度界限。

⑴液限液限也稱流限，是可塑狀態(tài)與液態(tài)的分界含水率。在我國(guó)采用錐式液限儀來測(cè)定粘性土的液限。錐式儀重76g，錐尖頂角30o，將土樣調(diào)制成膏狀，使錐尖接觸土面并在自重沉入土膏中，當(dāng)沉入深度恰好是10mm（17mm）時(shí)的含水率即為液限

第六章土的物理性質(zhì)及工程分類2.界限含水率⑴11第六章

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⑵塑限半固態(tài)與可塑態(tài)的分界含水率，稱為塑限。塑限一般采用滾搓法測(cè)定。即用雙手將天然濕度的土樣搓成小圓球（球徑小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滾成水土條，若土條搓到直徑為3mm時(shí)恰好開始斷裂，這時(shí)斷裂土條的含水率就是塑限。滾搓法受人為因素的影響較大，因而成果不穩(wěn)定。⑶縮限固態(tài)與半固態(tài)的分界含水率稱縮限，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積不再變時(shí)的含水率。土的縮限用收縮皿法測(cè)定。《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237－1999）中規(guī)定，液限和塑限的測(cè)定采用液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀，碟式液限儀測(cè)定土的液限、滾搓法測(cè)定土的塑限，收縮皿法測(cè)定土的縮限，具體試驗(yàn)方法和有關(guān)規(guī)定可參閱該試驗(yàn)規(guī)程。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類⑵塑限⑶縮限12液塑限聯(lián)合測(cè)定儀下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限第六章

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液塑限聯(lián)合測(cè)定儀下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液13第六章

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3.塑性指數(shù)與液性指數(shù)

⑴塑性指數(shù)液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)）稱塑性指數(shù)，用表示，取整數(shù)，即：

塑性指數(shù)表示處在可塑狀態(tài)時(shí)土的含水率變化范圍。其值愈大，土的塑性也愈高。粘性土的塑性高低，與粘粒含量有關(guān)，一般粘粒含量愈多，礦物的親水性愈強(qiáng)，結(jié)合水的含量愈大，因而土的塑性也就愈大。所以塑性指數(shù)是一個(gè)全面反映土的組成情況的指標(biāo)，因此，塑性指數(shù)可作為粘性土的工程分類依據(jù)?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）中規(guī)定：

塑性指數(shù)>10的土為粘性土：10<≤17為粉質(zhì)粘土；＞17為粘土。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類3.塑性指數(shù)與液14第六章

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⑵液性指數(shù)含水率對(duì)粘性土的狀態(tài)有很大的影響，但對(duì)于不同的土，即使具有相同的含水率，也未必處于同樣的狀態(tài)。粘性土的狀態(tài)可用液性指數(shù)來判別，其定義為

式中：

――液性指數(shù)，以小數(shù)表示；

――土的天然含水率；

其余符號(hào)意義同前。狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1第六章土的物理性質(zhì)及工程分類⑵液性指數(shù)狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬15第六章

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值得注意的是：液限和塑限都是用重塑土測(cè)定的。用判別粘性土的狀態(tài)時(shí)，沒有考慮土的結(jié)構(gòu)影響，所以按上述標(biāo)準(zhǔn)判別天然土是保守的。粘性土在某含水量范圍內(nèi)，用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，外力移去后仍能保持既得形狀。----可塑性第六章土的物理性質(zhì)及工程分類值得注意的是：粘性16擊實(shí)：指通過夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性擊實(shí)性：指土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長(zhǎng)的特性研究擊實(shí)性的目的：

以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)密度

擊實(shí)方法：室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):

夯打、振動(dòng)、碾壓第六節(jié)土的擊實(shí)性擊實(shí)：指通過夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提17第六章

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擊實(shí)儀主要部件規(guī)格表試驗(yàn)方法錘底直徑（mm）錘質(zhì)量（kg）落高（mm）擊實(shí)筒護(hù)筒高度（mm）內(nèi)徑（mm）筒高（mm）容積cm3輕型512.5305102116947.450重型514.54571521662103.950第六章土的物理性質(zhì)及工程分類擊實(shí)儀主要部件規(guī)格表試驗(yàn)錘18第六章

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圖6-8兩種擊實(shí)儀示意圖（a）輕型擊實(shí)儀；（b）重型擊實(shí)儀；（c）2.5kg擊錘；（d）4.5kg擊錘1－套筒；2－擊實(shí)筒；3－底板；4－墊塊；5－提手；6－導(dǎo)筒；7－硬橡皮墊；8－擊錘第六章土的物理性質(zhì)及工程分類圖6-8兩種擊實(shí)儀示意19第六章

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試驗(yàn)時(shí)，將含水率為一定值的擾動(dòng)土樣分層裝入擊實(shí)筒中，每鋪一層（共3～5層）后均用擊錘按規(guī)定的落距和擊數(shù)錘擊土樣，最后被壓實(shí)的土樣充滿擊實(shí)筒。稱重計(jì)算出濕密度，并可算出干密度。由一組幾個(gè)（不少于5個(gè)）不同含水率的同一種土樣分別按上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，繪制一條擊實(shí)曲線，如圖所示。2、擊實(shí)曲線擊實(shí)曲線反映土的壓實(shí)特性如下：第六章土的物理性質(zhì)及工程分類試驗(yàn)時(shí)，將含水率202.擊實(shí)曲線特點(diǎn)：①具有峰值，即最大干密度與最優(yōu)含水量②位于飽和曲線之下

0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.1第六章

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2.擊實(shí)曲線特點(diǎn)：048121第六章

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（1）對(duì)于某一土樣，在一定的擊實(shí)功能作用下，只有當(dāng)土的含水率為某一適宜值時(shí)，土樣才能達(dá)到最密實(shí)，因此在擊實(shí)曲線上就反映出有一峰值，峰點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值為最大干密度，對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為最優(yōu)含水率。

（2）土在擊實(shí)（壓實(shí)）過程中，通過土粒的相互位移，很容易將土中氣體擠出，但要擠出土中水分來達(dá)到壓實(shí)的效果，對(duì)于粘性土，不是短時(shí)間的加載所能辦到的。一般壓實(shí)最好的土，氣體含量也還有3％～5％（以總計(jì)）留在土中，亦即擊實(shí)土不可能被擊實(shí)到完全飽和狀態(tài)，擊實(shí)曲線必然位于飽和曲線的左側(cè)而不可能與飽和曲線有交點(diǎn)如圖所示。按下式計(jì)算土的飽和含水率：第六章土的物理性質(zhì)及工程分類（1）對(duì)于某一土樣22第六章

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式中：――飽和含水率，％；――水的密度，g/cm3；――土粒比重；――干密度，g/cm3。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類式中：23第六章

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（3）當(dāng)含水率低于最優(yōu)含水率時(shí)，干密度受含水率變化的影響較大，即含水率變化對(duì)干密度的影響在偏干時(shí)比偏濕時(shí)更加明顯.因此，擊實(shí)曲線的左段（低于最優(yōu)含水率）比右段的坡度陡。二、土的壓實(shí)度

土的壓實(shí)度或壓實(shí)系數(shù)，定義為工地壓時(shí)要求達(dá)到的干密度與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)所得到的最大干密度之比值，可由下式表示：第六章土的物理性質(zhì)及工程分類（3）當(dāng)含水率低于24第六章

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在工程中，填土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)常以壓實(shí)度來控制。要求壓實(shí)度越接近于1，表明對(duì)壓實(shí)質(zhì)量的要求越高。根據(jù)工程性質(zhì)及填土的受力狀況，所要求的壓實(shí)度是不一樣的。必須指出，現(xiàn)場(chǎng)施工的填土壓實(shí)，無論是在壓實(shí)能量、壓實(shí)方法還是在土的變形條件方面，與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)都存在著一定的差異。因此，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)用來模擬工地壓實(shí)僅是一種半經(jīng)驗(yàn)的方法，要使填土壓實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)施工確保質(zhì)量，達(dá)到要求的壓實(shí)度，還應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。在工地上對(duì)壓實(shí)度的檢驗(yàn)，一般可用環(huán)刀法、灌砂（或水）法、濕度密度儀法或核子密度儀法等來測(cè)定土的干密度和含水率，具體選用哪種方法，可根據(jù)工地的實(shí)際情況決定。三、土的壓實(shí)機(jī)理及其影響因素1.

壓實(shí)機(jī)理第六章土的物理性質(zhì)及工程分類在工程中，填土的質(zhì)量25第六章

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在外力作用之下土的壓實(shí)機(jī)理，可以用結(jié)合水膜潤(rùn)滑及電化學(xué)性質(zhì)等理論來解釋。

情況一：在粘性土中含水率較低時(shí)，由于土粒表面的結(jié)合水膜較薄，土粒間距較小，土粒的相對(duì)位移阻力大，在擊實(shí)功能作用下，比較難以克服這種阻力，因此壓實(shí)效果就差。

情況二：隨著土中含水率增加，結(jié)合水膜增厚，土粒間距也逐漸增加，這時(shí)斥力增加引力相對(duì)減小，壓實(shí)功能比較容易克服粒間引力而使土粒相互位移，趨于密度，壓實(shí)效果較好。情況三：但當(dāng)土中含水率繼續(xù)增大時(shí)，雖能使粒間引力減少，土中也會(huì)出現(xiàn)自由水，擊實(shí)時(shí)孔隙中過多的水分不易立即排出，勢(shì)必阻止土粒的靠攏，同時(shí)排不出去的氣體，以封閉氣體的形式存在于土體內(nèi)，擊實(shí)時(shí)氣泡暫時(shí)減小，很大一部分擊實(shí)功能由孔隙氣承擔(dān)，轉(zhuǎn)化為孔隙壓力，粒間所受的力減小，擊實(shí)僅能導(dǎo)致土粒更高程度的定向排列，而土體幾乎不發(fā)生體積變化，所以壓實(shí)效果反而下降。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類在外力作用之下土的26第六章

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試驗(yàn)證明，粘性土的最優(yōu)含水率與其塑限含水率十分接近，大致為對(duì)于無粘性土，因擊實(shí)時(shí)土中多余的水分容易排出，它的干密度與含水率之間沒有峰值點(diǎn)反映在擊實(shí)曲線上，故最優(yōu)含水率的概念一般不適用于無粘性土。但對(duì)它們可使用震動(dòng)壓密方法，以求得良好壓密效果。無粘性土的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，常以相對(duì)密實(shí)度Dr控制，一般不進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)。

2.影響土壓實(shí)性的主要因素影響土壓實(shí)性的因素很多，包括土的水率、土類及級(jí)配、擊實(shí)功能、毛細(xì)管壓力以及孔隙壓力等，其中前三種影響因素是最主要的。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類試驗(yàn)證明，粘性土的最優(yōu)含水272、影響土的擊實(shí)效果的因素

影響土壓實(shí)性的因素很多，主要有含水量、擊實(shí)功能、土的種類和級(jí)配等

1）含水量的影響ρdmaxωρd0ωop當(dāng)含水率較低時(shí)，擊實(shí)后的干密度隨含水量的增加而增大。而當(dāng)干密度增大到某一值后，含水量的繼續(xù)增加反招致干密度的減小。干密度的這一最大值稱為該擊數(shù)下的最大干密度，與它對(duì)應(yīng)的含水量稱為最優(yōu)含水量

說明：當(dāng)擊數(shù)一定時(shí)，只有在某一含水量下才獲得最佳的擊實(shí)效果

2、影響土的擊實(shí)效果的因素影響土壓實(shí)性的因素很多，主282）擊實(shí)功能的影響說明：填料的含水率過高或過低都是不利的。含水率過低，填土遇水后容易引起濕陷；過高又將惡化填土的其他力學(xué)性質(zhì)。因此，在實(shí)際施工中填土的含水率控制得當(dāng)與否，不僅涉及到經(jīng)濟(jì)效益，而且影響到工程質(zhì)量a.土料的最大干密度和最優(yōu)含水量不是常數(shù)。最大干密度隨擊數(shù)的增加而逐漸增大,最優(yōu)含水量逐漸減小。然而，這種變化速率是遞減的。同時(shí)，光憑增加擊實(shí)功能來提高土的最大干密度是有限的b.當(dāng)含水量較低時(shí)擊數(shù)的影響較顯著。當(dāng)含水量較高時(shí)，含水量與干密度關(guān)系曲線趨近于飽和線，這時(shí)提高擊實(shí)功能是無效的

2）擊實(shí)功能的影響說明：填料的含水率過高或過低都是不利的。含293)土類和級(jí)配的影響擊實(shí)試驗(yàn)表明，在相同擊實(shí)功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指數(shù)愈大，壓實(shí)愈困難，最大干密度愈小，最優(yōu)含水量愈大說明：土的級(jí)配對(duì)土的壓實(shí)性影響很大。級(jí)配良好的土，易于壓實(shí)，級(jí)配不良的土，不易壓實(shí)，因?yàn)榧?jí)配良好的土有足夠的細(xì)粒去充填較粗粒形成的孔隙，因而能獲得較高的干密度

4)擊實(shí)方式

夯實(shí)、輾壓、振動(dòng)；輾壓對(duì)粘土比較合適3)土類和級(jí)配的影響擊實(shí)試驗(yàn)表明，在相同擊實(shí)功能下，30①不存在最優(yōu)含水量；②在完全風(fēng)干和飽和兩種狀態(tài)下易于擊實(shí)；③潮濕狀態(tài)下ρd明顯降低。四、粗粒土的壓實(shí)性

1.壓實(shí)特點(diǎn)粗砂

ω

=4~5%中砂

ω=7%；時(shí)，干密度最小

①不存在最優(yōu)含水量；四、粗粒土的壓實(shí)性1.壓實(shí)特312.理論分析▼對(duì)粗粒土，擊實(shí)過程中可以自由排水，不存在細(xì)粒土中出現(xiàn)的現(xiàn)象。▼在潮濕狀態(tài)下，存在著假凝聚力，加大了阻力。3.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)▼常用相對(duì)密度控制Dr>0.7－0.75▼施工過程中要么風(fēng)干，要么就充分灑水，使土料飽和2.理論分析▼對(duì)粗粒土，擊實(shí)過程中可以自由排水，不存在細(xì)粒32第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

一、砂土的密實(shí)狀態(tài)砂土的密實(shí)狀態(tài)對(duì)其工程性質(zhì)影響很大，密實(shí)的砂土，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，強(qiáng)度較高，壓縮性較小，是良好的天然地基；疏松的砂土，特別是飽和的松散粉細(xì)砂，結(jié)構(gòu)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)，容易產(chǎn)生流砂，在振動(dòng)荷載作用下，可能會(huì)發(fā)生液化，對(duì)工程建筑不利。判別砂土的密實(shí)度可以采用以下三種方法。

1.孔隙比判別判別砂土密實(shí)度最簡(jiǎn)便的方法是用孔隙比，如表1。砂土的密實(shí)度

表1土的名稱密

實(shí)

度密

實(shí)中

密稍

密松

散礫砂、粗砂、中砂e<0.600.60≤e≤0.750.75<e≤0.85e>0.85細(xì)砂、粉砂e<0.700.70≤e≤0.850.85<e≤0.90e>0.95第五節(jié)土的物理狀態(tài)指標(biāo)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響只能用于同一種土第六章土的物理性質(zhì)及工程分類一、砂土的密實(shí)狀態(tài)33第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

2.相對(duì)密度判別

相對(duì)密度Dr是將天然孔隙比e與最疏松狀態(tài)的孔隙比emax及最密實(shí)狀態(tài)的孔隙比emin進(jìn)行對(duì)比，作為衡量砂土密實(shí)度的指標(biāo)，其表達(dá)式為：

由式可知，若砂土的e＝emax，則Dr＝0，砂土處于最疏松狀態(tài)；若e＝emin，則Dr＝1，砂土處于最密實(shí)狀態(tài)。因此，工程上常按以下標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)砂土的松密程度：

Dr≥0.67時(shí)，為密實(shí)狀態(tài)；0.33<Dr<0.67時(shí)，為中密狀態(tài)；

Dr≤0.33時(shí)，為松散狀態(tài)。emax——砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的孔隙比e砂土在天然狀態(tài)下孔隙比emin——砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比第六章土的物理性質(zhì)及工程分類2.相34emax:最大孔隙比將松散的風(fēng)干土樣通過長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再換算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再換算得到最小孔隙比emax與emin：最大與最小孔隙比emax:最大孔隙比emin:最小孔隙比emax與emi35【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對(duì)密度Dr,并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)（土體體積為1000cm3

）【解】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(duì)密實(shí)度∈（0.33,0.67）中密狀態(tài)【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.736【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對(duì)密度Dr,并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)（土體體積為1000cm3

）【解】砂土在天然狀態(tài)下的密度砂土最大密度砂土最小密度相對(duì)密實(shí)度∈（0.33,0.67）中密狀態(tài)

【例1】某砂土試樣,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.737第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

采用相對(duì)密度Dr來評(píng)價(jià)砂土的松密程度在理論上是合理的但在實(shí)際上，測(cè)定最大孔隙比emax和最小孔隙比emin沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)測(cè)定砂土的天然孔隙比e也有很大困難。由于這些原因，砂土的相對(duì)密度Dr的測(cè)定誤差是很大的。故在實(shí)際工作中，應(yīng)用較多的是現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)來評(píng)價(jià)砂土的松密程度。

3.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的原位試驗(yàn)。該方法是用質(zhì)量為63.5kg的穿心錘，以76cm的落距將貫入器打入土中30cm時(shí)所需要的錘擊數(shù)作為判別指標(biāo)，稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N。顯然，錘擊數(shù)N愈大，表明土層愈密實(shí)；錘擊數(shù)N愈小，土層愈疏松。我國(guó)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021－2001）中按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N劃分砂土密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)如表所示。N>3015<N≤3010<N≤15N≤10標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N密實(shí)中密稍密松散密實(shí)度按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N值確定砂土密實(shí)度

第六章土的物理性質(zhì)及工程分類采用相對(duì)密度Dr來38第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

二、粘性土的稠度

1.稠度狀態(tài)

粘性土隨著含水率的變化，可具有不同的狀態(tài)。當(dāng)含水率很高時(shí)，土可成為液體狀態(tài)的泥漿；隨著含水率的減少，土的流動(dòng)性逐漸消失，開始一種奇特性質(zhì)――可塑性（即在外力作用下，土可以塑成任何形狀而不產(chǎn)生裂縫，解除外力后仍保持其所塑形狀），進(jìn)入可塑狀態(tài)；當(dāng)含水率繼續(xù)減小，土失去了可塑性，變成半固態(tài)；直至達(dá)到固態(tài)，體積不再收縮。這幾種狀態(tài)反映了粘性土的軟硬程度或抵抗外力的能力，稱為稠度，即稠度是指粘性土在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類二、粘性土的稠度1.39稠度是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,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征

粘性土由某一種狀態(tài)過渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限液塑限測(cè)定根據(jù)《土工試驗(yàn)規(guī)程》(SL237-007-1999)規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。0固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的40

固態(tài)與半固態(tài)：當(dāng)土中的含水率很小，結(jié)合水膜很薄，水全部為強(qiáng)結(jié)合水時(shí)，把土粒牢牢地連在一起，形成固態(tài)?？伤軕B(tài)：隨著含水率的增加，土粒周圍結(jié)合水水膜除強(qiáng)結(jié)合水外還有弱結(jié)合水，土體處于可塑態(tài)。在這種狀態(tài)下，土體具有可塑性，保持其形變的特性。

液態(tài)：當(dāng)含水率繼續(xù)增加，土中除結(jié)合水外還有自由水，土粒間的結(jié)合水聯(lián)結(jié)消失，土體處于流動(dòng)狀態(tài)。固態(tài)與半固態(tài)：當(dāng)土中的含水率很小，結(jié)合水膜很薄41第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

圖

粘性土的界限含水率第六章土的物理性質(zhì)及工程分類圖粘性土的界限含水率42第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

2.

界限含水率粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的分界含水率稱為界限含水率，也稱稠度界限。

⑴液限液限也稱流限，是可塑狀態(tài)與液態(tài)的分界含水率。在我國(guó)采用錐式液限儀來測(cè)定粘性土的液限。錐式儀重76g，錐尖頂角30o，將土樣調(diào)制成膏狀，使錐尖接觸土面并在自重沉入土膏中，當(dāng)沉入深度恰好是10mm（17mm）時(shí)的含水率即為液限

第六章土的物理性質(zhì)及工程分類2.界限含水率⑴43第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

⑵塑限半固態(tài)與可塑態(tài)的分界含水率，稱為塑限。塑限一般采用滾搓法測(cè)定。即用雙手將天然濕度的土樣搓成小圓球（球徑小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滾成水土條，若土條搓到直徑為3mm時(shí)恰好開始斷裂，這時(shí)斷裂土條的含水率就是塑限。滾搓法受人為因素的影響較大，因而成果不穩(wěn)定。⑶縮限固態(tài)與半固態(tài)的分界含水率稱縮限，亦即粘性土隨著含水率的減小而體積不再變時(shí)的含水率。土的縮限用收縮皿法測(cè)定。《土工試驗(yàn)規(guī)程》（SL237－1999）中規(guī)定，液限和塑限的測(cè)定采用液、塑限聯(lián)合測(cè)定儀，碟式液限儀測(cè)定土的液限、滾搓法測(cè)定土的塑限，收縮皿法測(cè)定土的縮限，具體試驗(yàn)方法和有關(guān)規(guī)定可參閱該試驗(yàn)規(guī)程。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類⑵塑限⑶縮限44液塑限聯(lián)合測(cè)定儀下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

液塑限聯(lián)合測(cè)定儀下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液45第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

3.塑性指數(shù)與液性指數(shù)

⑴塑性指數(shù)液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)）稱塑性指數(shù)，用表示，取整數(shù)，即：

塑性指數(shù)表示處在可塑狀態(tài)時(shí)土的含水率變化范圍。其值愈大，土的塑性也愈高。粘性土的塑性高低，與粘粒含量有關(guān)，一般粘粒含量愈多，礦物的親水性愈強(qiáng)，結(jié)合水的含量愈大，因而土的塑性也就愈大。所以塑性指數(shù)是一個(gè)全面反映土的組成情況的指標(biāo)，因此，塑性指數(shù)可作為粘性土的工程分類依據(jù)?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）中規(guī)定：

塑性指數(shù)>10的土為粘性土：10<≤17為粉質(zhì)粘土；＞17為粘土。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類3.塑性指數(shù)與液46第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

⑵液性指數(shù)含水率對(duì)粘性土的狀態(tài)有很大的影響，但對(duì)于不同的土，即使具有相同的含水率，也未必處于同樣的狀態(tài)。粘性土的狀態(tài)可用液性指數(shù)來判別，其定義為

式中：

――液性指數(shù)，以小數(shù)表示；

――土的天然含水率；

其余符號(hào)意義同前。狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1第六章土的物理性質(zhì)及工程分類⑵液性指數(shù)狀態(tài)液性指數(shù)堅(jiān)硬47第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

值得注意的是：液限和塑限都是用重塑土測(cè)定的。用判別粘性土的狀態(tài)時(shí)，沒有考慮土的結(jié)構(gòu)影響，所以按上述標(biāo)準(zhǔn)判別天然土是保守的。粘性土在某含水量范圍內(nèi)，用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，外力移去后仍能保持既得形狀。----可塑性第六章土的物理性質(zhì)及工程分類值得注意的是：粘性48擊實(shí)：指通過夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提高土的強(qiáng)度、減小土的壓縮性和滲透性擊實(shí)性：指土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長(zhǎng)的特性研究擊實(shí)性的目的：

以最小的能量消耗獲得最大的壓實(shí)密度

擊實(shí)方法：室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn):

夯打、振動(dòng)、碾壓第六節(jié)土的擊實(shí)性擊實(shí)：指通過夯打、振動(dòng)、碾壓等，使土體變得密實(shí)、以提49第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

擊實(shí)儀主要部件規(guī)格表試驗(yàn)方法錘底直徑（mm）錘質(zhì)量（kg）落高（mm）擊實(shí)筒護(hù)筒高度（mm）內(nèi)徑（mm）筒高（mm）容積cm3輕型512.5305102116947.450重型514.54571521662103.950第六章土的物理性質(zhì)及工程分類擊實(shí)儀主要部件規(guī)格表試驗(yàn)錘50第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

圖6-8兩種擊實(shí)儀示意圖（a）輕型擊實(shí)儀；（b）重型擊實(shí)儀；（c）2.5kg擊錘；（d）4.5kg擊錘1－套筒；2－擊實(shí)筒；3－底板；4－墊塊；5－提手；6－導(dǎo)筒；7－硬橡皮墊；8－擊錘第六章土的物理性質(zhì)及工程分類圖6-8兩種擊實(shí)儀示意51第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

試驗(yàn)時(shí)，將含水率為一定值的擾動(dòng)土樣分層裝入擊實(shí)筒中，每鋪一層（共3～5層）后均用擊錘按規(guī)定的落距和擊數(shù)錘擊土樣，最后被壓實(shí)的土樣充滿擊實(shí)筒。稱重計(jì)算出濕密度，并可算出干密度。由一組幾個(gè)（不少于5個(gè)）不同含水率的同一種土樣分別按上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，繪制一條擊實(shí)曲線，如圖所示。2、擊實(shí)曲線擊實(shí)曲線反映土的壓實(shí)特性如下：第六章土的物理性質(zhì)及工程分類試驗(yàn)時(shí)，將含水率522.擊實(shí)曲線特點(diǎn)：①具有峰值，即最大干密度與最優(yōu)含水量②位于飽和曲線之下

0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.1第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

2.擊實(shí)曲線特點(diǎn)：048153第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

（1）對(duì)于某一土樣，在一定的擊實(shí)功能作用下，只有當(dāng)土的含水率為某一適宜值時(shí)，土樣才能達(dá)到最密實(shí)，因此在擊實(shí)曲線上就反映出有一峰值，峰點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)值為最大干密度，對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為最優(yōu)含水率。

（2）土在擊實(shí)（壓實(shí)）過程中，通過土粒的相互位移，很容易將土中氣體擠出，但要擠出土中水分來達(dá)到壓實(shí)的效果，對(duì)于粘性土，不是短時(shí)間的加載所能辦到的。一般壓實(shí)最好的土，氣體含量也還有3％～5％（以總計(jì)）留在土中，亦即擊實(shí)土不可能被擊實(shí)到完全飽和狀態(tài)，擊實(shí)曲線必然位于飽和曲線的左側(cè)而不可能與飽和曲線有交點(diǎn)如圖所示。按下式計(jì)算土的飽和含水率：第六章土的物理性質(zhì)及工程分類（1）對(duì)于某一土樣54第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

式中：――飽和含水率，％；――水的密度，g/cm3；――土粒比重；――干密度，g/cm3。第六章土的物理性質(zhì)及工程分類式中：55第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

（3）當(dāng)含水率低于最優(yōu)含水率時(shí)，干密度受含水率變化的影響較大，即含水率變化對(duì)干密度的影響在偏干時(shí)比偏濕時(shí)更加明顯.因此，擊實(shí)曲線的左段（低于最優(yōu)含水率）比右段的坡度陡。二、土的壓實(shí)度

土的壓實(shí)度或壓實(shí)系數(shù)，定義為工地壓時(shí)要求達(dá)到的干密度與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)所得到的最大干密度之比值，可由下式表示：第六章土的物理性質(zhì)及工程分類（3）當(dāng)含水率低于56第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

在工程中，填土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)常以壓實(shí)度來控制。要求壓實(shí)度越接近于1，表明對(duì)壓實(shí)質(zhì)量的要求越高。根據(jù)工程性質(zhì)及填土的受力狀況，所要求的壓實(shí)度是不一樣的。必須指出，現(xiàn)場(chǎng)施工的填土壓實(shí)，無論是在壓實(shí)能量、壓實(shí)方法還是在土的變形條件方面，與室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)都存在著一定的差異。因此，室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)用來模擬工地壓實(shí)僅是一種半經(jīng)驗(yàn)的方法，要使填土壓實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)施工確保質(zhì)量，達(dá)到要求的壓實(shí)度，還應(yīng)該進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)。在工地上對(duì)壓實(shí)度的檢驗(yàn)，一般可用環(huán)刀法、灌砂（或水）法、濕度密度儀法或核子密度儀法等來測(cè)定土的干密度和含水率，具體選用哪種方法，可根據(jù)工地的實(shí)際情況決定。三、土的壓實(shí)機(jī)理及其影響因素1.

壓實(shí)機(jī)理第六章土的物理性質(zhì)及工程分類在工程中，填土的質(zhì)量57第六章

土的物理性質(zhì)及工程分類

在外力作用之下土的壓實(shí)機(jī)理，可以用結(jié)合水膜潤(rùn)滑及電化學(xué)性質(zhì)等理論來解釋。

情況一：在粘性土中含水率較低時(shí)，由于土粒表面的結(jié)合水膜較薄，土粒間距較小