清華大學(xué)胡黎明土力學(xué)-土的物理性質(zhì)和工程分類

土力學(xué)清華大學(xué)土木水利學(xué)院巖土工程研究所土力學(xué)（1）緒論第一章土的物理性質(zhì)與工程分類第二章土的滲透性和滲透破壞第三章土中應(yīng)力計(jì)算第四章土的變形特性第五章土的強(qiáng)度第一章土的物理性質(zhì)與工程分類對(duì)土的特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)解釋和定量描述土的形成滲透特性變形特性強(qiáng)度特性土的物理性質(zhì)土的三相組成土的物理狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)土的工程分類土的壓實(shí)性決定影響便于研究分析交流人工改造土的性質(zhì)第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成(TheNatureofSoil)§1.2土的三相組成(PhaseRelationships)§1.3土的物理狀態(tài)(PhysicalState)§1.4土的結(jié)構(gòu)(SoilStructures)§1.5土的工程分類(SoilClassification)§1.6土的壓實(shí)性(SoilCompaction)第一章土的物理性質(zhì)與工程分類第一講1.5第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成(TheNatureofSoil)§1.2土的三相組成(PhaseRelationships)§1.3土的物理狀態(tài)(PhysicalState)§1.4土的結(jié)構(gòu)(SoilStructures)§1.5土的工程分類(SoilClassification)§1.6土的壓實(shí)性(SoilCompaction)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)物形成過程形成條件物理力學(xué)性質(zhì)風(fēng)化巖石地球土地球影響§1.1土的形成搬運(yùn)、沉積§1.1土的形成風(fēng)化作用

Weathering生物風(fēng)化物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化量變無粘性土原生礦物質(zhì)變粘性土次生礦物植物、動(dòng)物和土壤微生物的活動(dòng)有機(jī)質(zhì)巖石和土的粗顆粒受各種氣候因素的影響產(chǎn)生脹縮而發(fā)生裂縫,或在運(yùn)動(dòng)過程中因碰撞和摩擦而破碎母巖表面和碎散的顆粒受環(huán)境因素的作用而改變其礦物的化學(xué)成分，形成新的礦物§1.1土的形成有機(jī)土§1.1土的形成搬運(yùn)與沉積殘積土無搬運(yùn)運(yùn)積土有搬運(yùn)殘積土強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化母巖體母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細(xì)小顆粒后，未經(jīng)搬運(yùn)殘留在原地的堆積物風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物§1.1土的形成顆粒表面粗糙多棱角粗細(xì)不均無層理渾圓度分選性運(yùn)積土風(fēng)：風(fēng)積土重力:坡積土

流水:洪積土沖積土湖泊沼澤沉積土海相沉積物冰川:冰積土土粒粗細(xì)不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠(yuǎn)細(xì)渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機(jī)物淤泥，土性差顆粒細(xì)，表層松軟，土性差土粒粗細(xì)變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理運(yùn)積土有搬運(yùn)風(fēng)化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運(yùn)到遠(yuǎn)近不同的地點(diǎn)所沉積的堆積物§1.1土的形成§1.1土的形成§1.1土的形成§1.1土的形成巖石因物理風(fēng)化作用破碎，在重力作用下堆積到山腳高山下的沖積錐群黃河沖積三角洲黃土第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成

風(fēng)化作用 搬運(yùn)與沉積§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性氣相固相液相++構(gòu)成土骨架起決定作用重要影響土體次要作用§1.2土的三相組成固體顆粒土中水土中氣體§1.2土的三相組成飽和土非飽和土干土各相性質(zhì)、比例關(guān)系和相互作用決定土的物理力學(xué)性質(zhì)§1.2土的三相組成固體顆粒粒徑級(jí)配礦物成分顆粒形狀土中水結(jié)合水自由水土中氣體§1.2土的三相組成粒徑大小和各粒徑成分在土中占的比例，對(duì)土的物理力學(xué)性質(zhì)起決定性作用§1.2土的三相組成固體顆粒

1.粒徑級(jí)配

粒組

粒組劃分

按粗細(xì)進(jìn)行分組，將粒徑接近的歸成一類粗粒土：以礫石和砂粒為主要組成的土，也稱無粘性土。細(xì)粒土：以粉粒、粘粒和膠粒為主要組成的土，也稱粘性土。dmm卵(碎)石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)0.075粗粒細(xì)粒巨粒60漂(塊)石200§1.2土的三相組成固體顆粒

1.粒徑級(jí)配(ParticleSizeDistribution)

分析方法： 篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

水分法：適用于細(xì)粒土(<0.075mm)比重計(jì)法表述方法：粒徑級(jí)配累積曲線用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示各粒組的相對(duì)含量105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級(jí)配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分?jǐn)?shù)P(%)2613.510§1.2土的三相組成固體顆粒篩分法d60d50d10d30d50d60d10d300.200.330.0050.063特征粒徑:

d50:平均粒徑d60:控制粒徑d10:有效粒徑d30

;1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線§1.2土的三相組成固體顆粒d60d50d10d301009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線§1.2土的三相組成d50d60d10d30CuCc0.200.330.0050.063662.41不均勻程度：不均勻系數(shù)

Cu=d60/d10

Cu≥5,級(jí)配不均勻連續(xù)程度：曲率系數(shù)

Cc=d302

/(d60×d10)

Cc=1～3,級(jí)配連續(xù)粗細(xì)程度：

用d50

表示

固體顆粒曲線d60d10d30CuCcY0.330.0050.081663.98G0.0632.41R0.0300.545曲線段:

某粒徑范圍內(nèi)顆粒的含量陡：相應(yīng)粒組質(zhì)量集中緩：相應(yīng)粒組含量少平臺(tái)：相應(yīng)粒組缺乏R：較大顆粒缺少Cc

小Y：較小顆粒缺少Cc

大Cc=1~3,級(jí)配連續(xù)1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線固體顆粒§1.2土的三相組成粒徑級(jí)配累積曲線1）粒組含量用于土的分類命名；2）不均勻系數(shù)Cu用于判定土的不均勻程度：

Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數(shù)Cc用于判定土的連續(xù)程度：

Cc=1~3,

級(jí)配連續(xù)土；Cc>3或Cc<1,級(jí)配不連續(xù)土4）Cu和Cc可用于判定土的級(jí)配優(yōu)劣：

Cu≥5且

Cc=1~3，級(jí)配良好的土

Cu<5或Cc>3或Cc<1,級(jí)配不良的土§1.2土的三相組成固體顆粒：粒徑級(jí)配§1.2土的三相組成§1.2土的三相組成固體顆粒：礦物成分原生礦物

石英、長(zhǎng)石、云母等次生礦物一般為粘土礦物，由硅片和鋁片構(gòu)成的晶包所組合而成，包括三種主要類型：

高嶺石、伊利石、蒙特石無定形氧化物膠體和可溶性鹽類§1.2土的三相組成固體顆粒：礦物成分粘土礦物:由硅片和鋁片所組合而成，顆粒呈片狀粘土礦物:高嶺石晶層間通過氫鍵聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)力強(qiáng)，晶格不能自由活動(dòng)，水難以進(jìn)入晶格間能組疊很多晶層，多達(dá)百個(gè)以上，成為一個(gè)顆粒。顆粒長(zhǎng)寬約0.3-3，厚約0.03-1。主要特征：顆粒較粗，不容易吸水膨脹和失水收縮，或者說親水能力差。SiSiAlAlSiSiAlAlSiSiAlAl高嶺石微粒1:1的兩層結(jié)構(gòu)§1.2土的三相組成固體顆粒：礦物成分2:1的三層結(jié)構(gòu)SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSi數(shù)層水分子粘土礦物:蒙特石晶層間是O2-對(duì)O2-的連結(jié)，聯(lián)結(jié)力很弱，水很容易進(jìn)入晶層之間。每一顆粒能組疊的晶層數(shù)較少。顆粒大小約為0.1-1m

，厚約0.001-0.01m。主要特征：顆粒細(xì)微，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水能力強(qiáng)。§1.2土的三相組成固體顆粒：礦物成分粘土礦物:伊利石云母在堿性介質(zhì)中風(fēng)化的產(chǎn)物。與蒙特石相似，由兩層硅片夾一層鋁片所形成的三層結(jié)構(gòu)，但晶層之間有鉀離子連結(jié)。主要特征：連結(jié)強(qiáng)度弱于高嶺石而高于蒙特石，其特征也介于兩者之間。2:1的三層結(jié)構(gòu)SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSi鉀離子§1.2土的三相組成固體顆粒：礦物成分粘土礦物的構(gòu)造粒徑比表面積脹縮性滲透性強(qiáng)度壓縮性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大§1.2土的三相組成比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積。對(duì)于粘性土，其大小直接反映土顆粒與四周介質(zhì),特別是水,相互作用的強(qiáng)烈程度,是代表粘性土特征的一個(gè)很重要的指標(biāo)。固體顆粒：礦物成分親水能力差中強(qiáng)粘土顆粒的表面電荷粘土膏的電泳電滲試驗(yàn)(列依斯,1809)§1.2土的三相組成固體顆粒：礦物成分粘土礦物的帶電性質(zhì)

研究表明：粘土顆粒表面帶電荷，凈電荷通常為負(fù)電荷

機(jī)理：離解、吸附、同晶型替換

雙電層：影響土中水的性質(zhì)§1.2土的三相組成§1.2土的三相組成固體顆粒：顆粒形狀原生礦物

圓狀、渾圓狀、棱角狀，比表面積小次生礦物

針狀、片狀、扁平狀，比表面積大§1.2土的三相組成氣相固相液相++構(gòu)成土骨架起決定作用重要影響土體次要作用§1.2土的三相組成固體顆粒土中水土中氣體§1.2土的三相組成飽和土非飽和土干土各相性質(zhì)、比例關(guān)系和相互作用決定土的物理力學(xué)性質(zhì)§1.2土的三相組成土中水結(jié)晶水 礦物內(nèi)部的水結(jié)合水 吸附在土顆粒表面的水自由水 電場(chǎng)引力作用范圍之外的水土中冰 由自由水凍成，凍脹融沉水蒸氣存在孔隙空氣中§1.2土的三相組成受顆粒表面電場(chǎng)作用力吸引而包圍在顆粒四周；不傳遞靜水壓力，不能任意流動(dòng)強(qiáng)結(jié)合水緊靠顆粒表面，固定致密排列具有固體的的特性密度>1g/cm3，蠕變性冰點(diǎn)處于零下幾十度溫度高于100oC時(shí)可蒸發(fā)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)外力作用下變形、移動(dòng)，可塑性不因重力而流動(dòng)，有粘滯性§1.2土的三相組成土中水(液相)：結(jié)合水§1.2土的三相組成粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽(yáng)離子強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水內(nèi)電層外電層自由水重力水毛細(xì)水自由水面之下在重力作用下可在土中自由流動(dòng)存在于固相和氣相之間在重力與表面張力作用下可在土粒間空隙中自由移動(dòng)§1.2土的三相組成土中水(液相)：自由水粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽(yáng)離子強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水內(nèi)電層外電層電場(chǎng)引力作用范圍之外上升高度r2hcw=2rTcos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、直徑互異、彼此連通的毛細(xì)管毛細(xì)升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石分析對(duì)象:

水柱土中水(液相)：自由水－毛細(xì)水土中毛細(xì)現(xiàn)象§1.2土的三相組成張力TTuc水hc2ruc=-hcw水壓+-TT2rTcos+ucπr2=0毛細(xì)管中的負(fù)靜水壓力土中水(液相)：自由水－毛細(xì)水§1.2土的三相組成r空氣水固體顆粒彎液面在非飽和土中，孔隙中含有水和氣，此時(shí)水多集中于顆粒間的縫隙處，稱為毛細(xì)角邊水。由于毛細(xì)張力的作用，會(huì)形成圖示的彎液面，使毛細(xì)角邊水產(chǎn)生負(fù)壓力，顆粒則受正壓力。這是稍濕的砂土顆粒間存在假凝聚力的原因土中水(液相)：自由水－毛細(xì)水§1.2土的三相組成§1.2土的三相組成土中氣(氣相)自由氣體：與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)影響不大封閉氣體： 其體積與壓力有關(guān)，會(huì)增加土的彈性； 阻塞滲流通道，降低滲透性；溶解在水中的氣體吸附于土顆粒表面的氣體

粒徑級(jí)配礦物成分顆粒形狀結(jié)合水(強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水)自由水(重力水、毛細(xì)水)

自由氣體封閉氣體§1.2土的三相組成小結(jié)土體由三部分組成：固相、液相和氣相固體顆粒土中水土中氣體第一章土的物理性質(zhì)與工程分類第二講3.0第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性復(fù)習(xí)§1.1土的形成風(fēng)化作用：物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化生物風(fēng)化 搬運(yùn)與沉積殘積土運(yùn)積土：坡積土；洪積土；沖積土；湖泊沼澤沉積土；海相沉積物；冰積土；風(fēng)積土復(fù)習(xí)§1.2土的三相組成土是三相體系：固相、液相和氣相1.固體顆粒

粒徑級(jí)配、礦物成分、顆粒形狀2.土中水 結(jié)合水、自由水3.土中氣體 自由氣體、封閉氣體復(fù)習(xí)§1.2土的三相組成固體顆粒：粒徑級(jí)配粒組劃分粒徑級(jí)配分析方法：篩分法、水分法粒徑級(jí)配累積曲線： dmm卵(碎)石礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)0.075粗粒細(xì)粒巨粒60漂(塊)石200復(fù)習(xí)§1.2土的三相組成固體顆粒：粒徑級(jí)配粒組劃分粒徑級(jí)配分析方法：篩分法、水分法粒徑級(jí)配累積曲線

特征粒徑 不均勻系數(shù) 曲率系數(shù) 判斷土級(jí)配優(yōu)劣d60d50d10d301009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級(jí)配累積曲線復(fù)習(xí)§1.2土的三相組成固體顆粒粒徑級(jí)配礦物成分

原生礦物：石英、長(zhǎng)石、云母等

粘土礦物：高嶺石、伊利石、蒙特石

帶電性質(zhì)：粘土顆粒凈電荷為負(fù)

顆粒形狀

原生礦物：圓狀、渾圓狀、棱角狀，比表面積小

次生礦物：針狀、片狀、扁平狀，比表面積大復(fù)習(xí)§1.2土的三相組成土中水結(jié)合水：

強(qiáng)結(jié)合水、弱結(jié)合水自由水： 毛細(xì)水、重力水土中氣

自由氣體封閉氣體復(fù)習(xí)粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽(yáng)離子強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水內(nèi)電層外電層第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)工程性質(zhì)影響表示§1.3土的物理狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)土的三相體積和質(zhì)量的比例關(guān)系特點(diǎn):

指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別核心:三相草圖法§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)三相草圖基本試驗(yàn)指標(biāo)其它物理性質(zhì)指標(biāo)物理狀態(tài)密實(shí)程度軟硬程度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積物理量關(guān)系:九個(gè)物理量:

VVvVsVaVω

msmωmam描述三相比例關(guān)系可設(shè)任一參數(shù)為1只有三個(gè)獨(dú)立變量對(duì)于干土,Vw=0只有兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測(cè)定§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：三相草圖對(duì)于飽和土,Va=0只有兩個(gè)獨(dú)立變量§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)基本試驗(yàn)指標(biāo)

土的密度土粒比重土的含水量其它物性指標(biāo)

孔隙含量指標(biāo) 含水程度指標(biāo) 密度和容重指標(biāo) WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的容重(重力密度)

=g

單位:kN/m3§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：基本試驗(yàn)指標(biāo) 土的密度：土單位體積的質(zhì)量，單位:kg/m3

或g/cm3

一般范圍:1.60～2.20g/cm3工程上更常用容重,用于計(jì)算土的自重應(yīng)力WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：基本試驗(yàn)指標(biāo) 土粒比重GS：土粒的密度與4?C時(shí)純水密度的比值

Gs無量綱一般范圍:

粘性土2.70～2.75

砂土2.65土粒比重Gs在數(shù)值上等于土粒的密度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：基本試驗(yàn)指標(biāo) 土的含水量 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,用百分?jǐn)?shù)表示

可達(dá)到或超過100％WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：基本試驗(yàn)指標(biāo) 土的密度 環(huán)刀法 土粒比重 比重瓶法 土的含水量 烘干法WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積教學(xué)試驗(yàn)§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：其它物性指標(biāo) 孔隙含量指標(biāo)：孔隙比e或孔隙度n

含水程度指標(biāo) 密度和容重指標(biāo)

一般：

細(xì)粒土大，粗粒土小砂類土：n＝28-35%粘性土：n＝30-50%有的可達(dá)60-70%WaterAirSolidVaVwVsVvV體積Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積反映同一種土的松密程度§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：其它物性指標(biāo) 孔隙含量指標(biāo)：孔隙比e或孔隙度n

含水程度指標(biāo)：飽和度Sr

土中水的體積與孔隙體積的比值WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積飽和度表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:干土Sr=1:飽和土§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：其它物性指標(biāo) 孔隙含量指標(biāo)：孔隙比e或孔隙度n

含水程度指標(biāo)：飽和度Sr

密度和容重指標(biāo)： 天然密度、濕密度或天然容重、濕容重 干密度或干容重 飽和密度或飽和容重 浮容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積浮密度有效容重§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)：其它物性指標(biāo) 孔隙含量指標(biāo)：孔隙比e或孔隙度n

含水程度指標(biāo)：飽和度Sr

密度和容重指標(biāo)： 天然密度、濕密度或天然容重、濕容重 干密度或干容重 飽和密度或飽和容重 浮容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)換算關(guān)系

教科書P18表1-5類別名稱定義式密度或容重天然密度=m/V土粒比重GsGs=s/w4C飽和密度satsat=(ms+wVV)/V干密度dd=ms/V浮容重=sat-w孔隙含量孔隙比ee=VV/Vs孔隙度nn=VV/V含水程度含水量=mw/ms飽和度SrSr=Vw/VV學(xué)習(xí)要點(diǎn)從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系不需死記硬背必要時(shí)利用三相草圖推導(dǎo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)§1.3土的物理狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)物理性質(zhì)指標(biāo)－小結(jié)

WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土體的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量的比例關(guān)系要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)基本物理性質(zhì)指標(biāo)土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖法1.有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念2.用于求取物性指標(biāo)，確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo)表示土中密度和容重的指標(biāo)第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性§1.3土的物理狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)粗粒土(無粘性土)的密實(shí)狀態(tài)細(xì)粒土(粘性土)的軟硬狀態(tài)§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài) 如何描述？粗粒土(無粘性土)的密實(shí)狀態(tài)

密實(shí)度：?jiǎn)挝惑w積中固體顆粒的含量細(xì)粒土(粘性土)的軟硬狀態(tài)

稠度：

土的軟硬程度或土對(duì)外力引起變形或破壞的抵抗能力§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－粗粒土的密實(shí)狀態(tài)密實(shí)度：

單位體積中固體顆粒的含量干密度；孔隙比e或孔隙率n優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響 只能用于同一種土相對(duì)密度

emax與emin：最大與最小孔隙比e=0.35e=0.20如何衡量？§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－粗粒土的密實(shí)狀態(tài)相對(duì)密度

emin

=0.35emin

=0.20最大孔隙比emax: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經(jīng)換算得到最大孔隙比最小孔隙比emin: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經(jīng)換算得到最小孔隙比注意：室內(nèi)測(cè)得理論上的emax與emin比較困難§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－粗粒土的密實(shí)狀態(tài)相對(duì)密度

粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)

判別標(biāo)準(zhǔn)

Dr=0, 最松狀態(tài)

Dr1/3, 疏松狀態(tài)

1/3<Dr2/3, 中密狀態(tài)

Dr>2/3, 密實(shí)狀態(tài)

Dr=1, 最密狀態(tài) 相對(duì)密度指標(biāo)主要用于人工填土，對(duì)天然砂土的密實(shí)度采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法測(cè)定§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－粗粒土的密實(shí)狀態(tài)天然砂土的密實(shí)度

原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)測(cè)定

判別標(biāo)準(zhǔn)

N63.5

10, 松散

10<N63.5

15, 稍密

15<N63.5

30, 中密

N63.5>30, 密實(shí)§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)

粗粒土(無粘性土)的密實(shí)狀態(tài)

密實(shí)度：?jiǎn)挝惑w積中固體顆粒的含量細(xì)粒土(粘性土)的軟硬狀態(tài)

稠度： 土的軟硬程度或土對(duì)外力引起變形或破壞的抵抗能力§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－細(xì)粒土軟硬狀態(tài)稠度狀態(tài)：與含水量有關(guān)

粘性土含水量較硬變軟流動(dòng)§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－細(xì)粒土軟硬狀態(tài)稠度狀態(tài)：與含水量有關(guān)

塑限P液限L稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)半固態(tài)塑態(tài)流態(tài)強(qiáng)結(jié)合水膜最大有一定量自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)w縮限S土顆粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強(qiáng)結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－細(xì)粒土軟硬狀態(tài)稠度狀態(tài)：與含水量有關(guān)

塑限P液限L稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)強(qiáng)結(jié)合水膜最大有一定量自由水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水含水量w縮限S界限含水量的測(cè)定液限的測(cè)定：液限儀塑限的測(cè)定：搓條法液塑限一起測(cè)定：聯(lián)合測(cè)定儀教學(xué)試驗(yàn)§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－細(xì)粒土軟硬狀態(tài)稠度狀態(tài)：與含水量有關(guān)同一種細(xì)粒土：含水量或飽和度不同的細(xì)粒土：

P、L

大小不同

含水量相同，稠度可能不同

如何判定？液性指數(shù)§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－細(xì)粒土軟硬狀態(tài)稠度狀態(tài)：不同的細(xì)粒土用液性指數(shù)來判定液性指數(shù)注意：僅適用于重塑土wPwwLIL0IL=0～1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00～0.250.25～0.750.75～1.00硬塑可塑軟塑能否用于判定原狀土的稠度狀態(tài)？表征土的天然含水量和界限含水量之間的相對(duì)關(guān)系§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－細(xì)粒土軟硬狀態(tài)稠度狀態(tài)：液性指數(shù)塑性指數(shù)－反映吸附弱結(jié)合水的能力，即粘性大??；－與土的比表面積和礦物成分有關(guān)－大致反映粘土顆粒含量－常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)Ip不能充分反映粘土礦物表面活性的高低活性指數(shù)p0.002:粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比A<0.75A=075–1.25A>1.25非活性粘土正常粘土活性粘土衡量土中粘土礦物吸附結(jié)合水的能力§1.3土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)－小結(jié)1.粗粒土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo):

相對(duì)密度Dr

2.細(xì)粒土的稠度狀態(tài)指標(biāo):

液性指數(shù)IL定義判別標(biāo)準(zhǔn)定義判別標(biāo)準(zhǔn)界限含水量

S、P、L

塑性指數(shù)Ip第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性§1.4土的結(jié)構(gòu)土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)力學(xué)特性土的結(jié)構(gòu)影響粗粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)重塑土的強(qiáng)度原狀土的強(qiáng)度<§1.4土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)：土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié) 與土的組成、沉積環(huán)境和沉積年代有關(guān)土顆粒所受作用力粗粒土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)§1.4土的結(jié)構(gòu)土顆粒所受作用力重力 土顆粒的自重形成的方向向下的力粒間力

庫(kù)侖力 顆粒表面的靜電引力或斥力范德華力

顆粒接觸點(diǎn)處的分子間引力，是細(xì)粒土粘結(jié)的主要原因膠結(jié)力

土粒間的膠體物質(zhì)通過化合鍵產(chǎn)生的作用力，強(qiáng)度較高

毛細(xì)力

土中毛細(xì)作用形成的力所有土細(xì)粒土細(xì)粒土所有土細(xì)粒土§1.4土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)：重力起決定性作用細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)片堆結(jié)構(gòu)（分散結(jié)構(gòu)）片架結(jié)構(gòu)（凝聚結(jié)構(gòu)）粒間力起主導(dǎo)作用§1.4土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu) 重力起決定性作用礦物成分：原生礦物排列形式：點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與面粒間作用力：重力、毛細(xì)力

§1.4土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)：粒間力起主導(dǎo)作用

粒間作用力

形成環(huán)境

排列形式表面力、膠結(jié)力(斥力減小、引力增加)片架結(jié)構(gòu)(凝聚結(jié)構(gòu))片堆結(jié)構(gòu)(分散結(jié)構(gòu))

示意圖表面力、膠結(jié)力(粒間斥力占優(yōu)勢(shì))淡水中沉積海水中沉積面與面邊、角與面；邊、角與邊§1.4土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)：粒間力起主導(dǎo)作用

物理性質(zhì)

示意圖孔隙較大、各向同性對(duì)擾動(dòng)較敏感密度較大各向異性

工程性質(zhì)強(qiáng)度低壓縮性高滲透性小強(qiáng)度高壓縮性低滲透性大天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結(jié)構(gòu)過渡向另一種結(jié)構(gòu)。粘性土一般具有團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。片架結(jié)構(gòu)(凝聚結(jié)構(gòu))片堆結(jié)構(gòu)(分散結(jié)構(gòu))§1.4土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)：靈敏度St-反映結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)原狀土重塑土強(qiáng)度降低相同含水量、密度St11-22-44-88-16>16粘性土不靈敏低靈敏中等靈敏靈敏很靈敏流動(dòng)=原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度粉碎，重塑相同含水量相同密度結(jié)構(gòu)性§1.4土的結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)：觸變性－反映粘性土結(jié)構(gòu)性含水量不變，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)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。目前尚沒有合理描述土觸變性的方法和指標(biāo)?！?.4土的結(jié)構(gòu)－小結(jié)土顆?；蛄F(tuán)的空間排列和相互聯(lián)結(jié)土粒間的作用力粘性土的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)土的結(jié)構(gòu)粗粒土的結(jié)構(gòu)單粒結(jié)構(gòu)細(xì)粒土的結(jié)構(gòu)分散結(jié)構(gòu)凝聚結(jié)構(gòu)重力起主導(dǎo)作用第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性§1.5土的工程分類將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類目的：便于調(diào)查研究、分析評(píng)價(jià)、交流依據(jù)：最能反映土的工程性質(zhì)的指標(biāo)

粗粒土：粒徑級(jí)配

細(xì)粒土：粒徑級(jí)配、礦物成分、顆粒形狀

吸附結(jié)合水的能力： 塑性指數(shù)、液限建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2002分類法水利部SL237-1999分類法§1.5土的工程分類將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類要求：要有一定的邏輯性、系統(tǒng)性 綱目分明，簡(jiǎn)單易記，便于運(yùn)用土巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土§1.5土的工程分類建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002分類依據(jù)

粒徑級(jí)配碎石土土的名稱顆粒形狀粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過全質(zhì)量50%卵石碎石圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超過全質(zhì)量50%§1.5土的工程分類建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002砂土土的名稱粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25～50%粒徑大于0.5mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過全質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過全質(zhì)量50%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂§1.5土的工程分類建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%而塑性指數(shù)Ip≤10的土塑性指數(shù)Ip>10的土粘性土10<Ip≤17的土Ip>17的土粉質(zhì)粘土粘土A<0.75A=0.75–1.25A>1.25非活性粘土正常粘土活性粘土粉土§1.5土的工程分類建筑場(chǎng)地基基礎(chǔ)規(guī)范GB50007-2002§1.5土的工程分類水利部SL237-1999分類法分類依據(jù)土顆粒組成及其特性土的塑性指標(biāo)：塑性圖（液限＋塑性指數(shù)）土中有機(jī)質(zhì)含量§1.5土的工程分類水利部SL237-1999分類法土的分類土巨粒土和含巨粒土粗粒土細(xì)粒土：根據(jù)塑性圖分類特殊土：黃土、膨脹土、紅粘土有機(jī)質(zhì)土：有機(jī)質(zhì)含量為5%～10%礫類土砂類土§1.5土的工程分類水利部SL237-1999分類法CH 高液限粘土CL 低液限粘土MH 高液限粉土ML 低液限粉土第一章土的物理性質(zhì)與工程分類§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的物理狀態(tài)§1.4土的結(jié)構(gòu)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實(shí)性§1.6土的壓實(shí)性土的壓實(shí) 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壓實(shí)性：

土在一定壓實(shí)能量作用下密度增長(zhǎng)的特性研究壓實(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):細(xì)粒土：夯打、碾壓；粗粒土：振動(dòng)§1.6土的壓實(shí)性一.室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)二.細(xì)粒土的壓實(shí)性三.粗粒土的壓實(shí)性一.室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

試驗(yàn)設(shè)備

擊實(shí)筒V=1000cm3；擊實(shí)錘w=25牛頓

試驗(yàn)條件

土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數(shù)N=27/層

擊實(shí)能量

試驗(yàn)方法

對(duì)=const的土，分三層壓實(shí)；測(cè)定擊實(shí)后的、，計(jì)算d

注意：僅適用于細(xì)粒土；對(duì)粗粒土，可用較大尺寸的擊實(shí)儀土§1.6土的壓實(shí)性二.細(xì)粒土的壓實(shí)性

§1.6土的壓實(shí)性1.擊實(shí)曲線2.理論分析3.影響因素4.壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)1.擊實(shí)曲線

特點(diǎn)：①具有峰值②位于飽和曲線之下

粘性土K很小，壓實(shí)過程中含水量幾乎不變，要想擊實(shí)到飽和狀態(tài)是不可能的。0481216202428含水量(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86g/cm3op=12.1%最大干密度最優(yōu)含水量§1.6土的壓實(shí)性一定擊實(shí)功壓實(shí)機(jī)理顆粒被擊碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒間聯(lián)結(jié)力被破壞而發(fā)生孔隙體積減小;氣被擠出或被壓縮等水膜潤(rùn)滑作用效果最佳;尚沒有形成封閉氣泡，氣易于排出;顆粒表面水膜很薄，相對(duì)移動(dòng)困難

水膜潤(rùn)滑作用不明顯;封閉氣泡難以排出;增加水的相對(duì)含量

op,ddmax

<op,d

<dmax

>op,d

<dmax§1.6土的壓實(shí)性2.理論分析

擊實(shí)功能土的級(jí)配E§1.6土的壓實(shí)性3.影響因素§1.6土的壓實(shí)性對(duì)于同一種土,最優(yōu)含水量和最大干密度并不恒定,而隨壓實(shí)功能變化。壓實(shí)功能愈大,最優(yōu)含水量愈小，相應(yīng)的最大干密度愈高。超過最優(yōu)含水量后，壓實(shí)功能的影響隨含水量的增加逐漸減小。擊實(shí)曲線均靠近于飽和曲線。§1.6土的壓實(shí)性3.影響因素§1.6土的壓實(shí)性擊實(shí)功能土的級(jí)配a.粘性土存在最優(yōu)含水量

op，在填土施工中應(yīng)該將土料的含水量控制在

op左右，以期得到dmax，通常取§1.6土的壓實(shí)性4.

壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)§1.6土的壓實(shí)性在op的干側(cè)：具有凝聚結(jié)構(gòu)的特征。土質(zhì)比較均勻，強(qiáng)度較高，較脆硬，不易壓密。但浸水時(shí)易產(chǎn)生附加沉降。在

op的濕側(cè)：具有分散結(jié)構(gòu)的特征。土體可塑性大，適應(yīng)變形的能力強(qiáng)。但強(qiáng)度