土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)

土的物理力學(xué)性質(zhì)及其指標(biāo)第一頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日土的三相組成及其比例指標(biāo)固相不同成分和結(jié)構(gòu)的土中，土的三相之間具有不同的比例。土的三相組成的重量和體積之間的比例關(guān)系不同，則土的重量性質(zhì)(輕、重情況)、含水性(含水程度)和孔隙性(密實(shí)程度)等基本物理性質(zhì)各不相同，并隨著各種條件的變化而改變。例如對(duì)同一成分和結(jié)構(gòu)的土，地下水位的升高或降低，都將改變土中水的含量；經(jīng)過(guò)壓實(shí)，其孔隙體積將減小。這些情況都可以通過(guò)相應(yīng)指標(biāo)的具體數(shù)字反映出來(lái)。

表示土的三相比例關(guān)系的指標(biāo)，稱(chēng)為土的三相比例指標(biāo)，亦即土的基本物理性質(zhì)指標(biāo)，包括土的顆粒比重、重度、含水量、飽和度、孔隙比和孔隙率等。液相氣相第二頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日土的三相比例指標(biāo)的定義顆粒比重G：土粒重量與同體積4攝氏度時(shí)水的重量之比，在數(shù)值上等于單位體積土粒（固體部分）的重量。重度：?jiǎn)挝惑w積土的重量干重度、飽和重度和浮重度含水量w：土中水的重量與土粒重量之比，用百分?jǐn)?shù)表示飽和度Sr：土中被水充滿(mǎn)的孔隙體積與孔隙總體積之比孔隙比e：孔隙體積與土粒體積（固體部分）之比?？紫堵蕁：孔隙體積與總體積之比。第三頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日顆粒比重決定于土的礦物成分，它的數(shù)值一般為。有機(jī)質(zhì)土為2．4—2．5；泥炭土為1．5一1．85而含鐵質(zhì)較多的粘件土可達(dá)2．8一Loc同—‘種類(lèi)的土，其顆粒比重變化幅度很小。顆粒比重可在試驗(yàn)室內(nèi)用比重版法測(cè)定。一般土的顆粒比重值見(jiàn)表23。由于顆粒變化的幅度不大，通?？砂唇?jīng)驗(yàn)數(shù)值選用。第四頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)粘性土的緊密狀態(tài)無(wú)粘性土:碎石土、砂土、粉土無(wú)粘性土的緊密狀態(tài)是判定其工程性質(zhì)的重要指標(biāo)，綜合反映了無(wú)粘性土顆粒的巖石和礦物組成、粒度組成、顆粒形狀和排列等對(duì)其工程性質(zhì)的影響。決定無(wú)粘性土緊密狀態(tài)的因素?zé)o粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)及其確定方法第五頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日決定無(wú)粘性土緊密狀態(tài)的因素受荷歷史：年代較老，有超壓密歷史的，密實(shí)度大形成環(huán)境：洪積、坡積比沖積、冰積、海積的密實(shí)度小顆粒組成：粗、不均勻，密實(shí)度大礦物成分及顆粒形狀：片狀云母與柱狀、粒狀顆粒組成比，密實(shí)度小第六頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)及其確定方法（1）天然孔隙比：砂土的承載力不論其顆粒組成的粗細(xì)，均隨著天然孔隙比的減小而顯著增大。通過(guò)測(cè)天然重度，換算天然孔隙比

天然重度測(cè)定方法：地下水位以上濕砂：環(huán)刀法地下水位以上干砂：灌砂法（注水法）地下水位以下砂土：難例子：劃分砂土密實(shí)度P81，表4-6

劃分粉土密實(shí)度P83，表4-9第七頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)粘性土緊密狀態(tài)指標(biāo)及其確定方法（2）相對(duì)密度：天然孔隙比作為砂土密實(shí)狀態(tài)的分類(lèi)指標(biāo)缺乏概括性，因土的密實(shí)度還與砂粒的形狀、粒徑級(jí)配等有關(guān)。例：疏松、級(jí)配良好的砂土孔隙比，比緊密、顆粒均勻的砂土孔隙比小。相對(duì)密度更有代表性。公式：P82（4-14）

1：密實(shí)狀態(tài)；0：松散狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)：較完善指標(biāo)，綜合反映各方面特征缺點(diǎn)：實(shí)際應(yīng)用困難，使用并不廣泛。例子：劃分砂土緊密狀態(tài)P83，表4-7第八頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日天然孔隙比相對(duì)密度例外：標(biāo)準(zhǔn)貫入或靜力觸探評(píng)定砂土的密實(shí)狀態(tài)。P83表4-8野外鑒別方法評(píng)定碎石土的密實(shí)狀態(tài)。P84表4-10采取原狀土樣第九頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日4.2.3粘性土的物理特征1粘性土的界限含水量2粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)第十頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日1粘性土的界限含水量粘性土隨著本身含水量的變化，可以處于各種不同的物理狀態(tài)，其工程性質(zhì)也相應(yīng)地發(fā)生很大的變化。固體狀態(tài)：可塑狀態(tài)：流塑-流動(dòng)狀態(tài)：第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日稠度：粘性土因含水量的變化而呈現(xiàn)出的各種不同物理狀態(tài)。可塑性：土在外力作用下，可以揉塑成任意形狀而發(fā)生裂縫，當(dāng)外力解除后仍能保持既得形狀的一種性能。界限含水量（稠度界限）：隨著含水量的變化，粘性土由一種稠度狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，相應(yīng)于轉(zhuǎn)變點(diǎn)的含水量。P84圖4-23縮限；塑限（塑性下限）；液限（流限，塑性上限）第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日液限的測(cè)定錐式液限儀：P85圖4-24碟式液限儀：P85圖4-25兩種儀器比較：

隨著液限的增加，兩種儀器所測(cè)得的差值增大，一般情況下碟式儀測(cè)得的液限大于錐式儀。第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日縮限的測(cè)定收縮皿法縮限=液限-烘干時(shí)失去水量第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日塑限的測(cè)定搓條法缺點(diǎn)：手工操作，人為因素影響大，成果不穩(wěn)定。探索新方法第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日（1）聯(lián)合測(cè)定法求液限、塑限P86圖4-26錐式儀；電磁放錐法；雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙：入土深度與含水量的關(guān)系曲線10mm：液限2mm：塑限第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日（2）按液限和塑限的相關(guān)關(guān)系確定塑限液限已知按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算塑限P86第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日2粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)液性指數(shù)第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日（1）塑性指數(shù)液限和塑限的差值P86（4-16）表示土處在可塑狀態(tài)的含水量的變化范圍。越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量的變化范圍也越大，可塑性就越強(qiáng)。大小與土中結(jié)合水的發(fā)育程度和含量有關(guān)，即與土的顆粒組成（粘粒含量）、礦物成分及土中水的離子成分和濃度等因素有關(guān)。塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)。第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日（1）液性指數(shù)P86（4-17）表征粘性土所處的軟硬狀態(tài)。值越大，土質(zhì)越軟；反之，土質(zhì)越硬。P87表4-11，按液性指數(shù)劃分粘性土的狀態(tài)。天然結(jié)構(gòu)土與擾動(dòng)結(jié)構(gòu)土的差別瓦式圓錐儀入土深度判定粘性土的天然狀態(tài)第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日4.2.4土的力學(xué)性質(zhì)決定地基變形、以至失穩(wěn)危險(xiǎn)性的主要因素：上部荷載的性質(zhì)、大小、分布面積、形狀及時(shí)間因素地基土的力學(xué)性質(zhì)：變形、強(qiáng)度第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)土的變形與強(qiáng)度性質(zhì)，必須從土的應(yīng)力與應(yīng)變的基本關(guān)系出發(fā)來(lái)研究。

近似：非線性-線性近似非均質(zhì)性-均質(zhì)性近似第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日基本概念：壓縮性：土在壓力作用下體積縮小的特性。固體土粒和水的可壓縮量小土的壓縮可施為土中孔隙體積的減小。土的固結(jié)：土的壓縮隨時(shí)間而增長(zhǎng)的過(guò)程。無(wú)粘性土：透水性大，固結(jié)快。粘性土：透水性小，固結(jié)慢。對(duì)于飽和軟粘性土，土的固結(jié)問(wèn)題是十分重要的。變形——壓縮性第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日變形——壓縮性室內(nèi)壓縮實(shí)驗(yàn)：壓縮儀的壓縮容器簡(jiǎn)圖壓縮試驗(yàn)時(shí)，用金屬環(huán)刀切取保持天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，并置于圓筒形壓縮容器的剛性護(hù)環(huán)內(nèi)，土樣上下各墊有一塊透水石，土樣受壓后土中水可以自由排出。由于金屬環(huán)刀和剛性護(hù)環(huán)的限制，土樣在壓力作用下只可能發(fā)生豎向壓縮，而無(wú)側(cè)向變形。土樣在天然狀態(tài)下或經(jīng)人工飽和后，進(jìn)行逐級(jí)加壓固結(jié)，以便測(cè)定各級(jí)壓力戶(hù)作用下土樣壓縮穩(wěn)定后的孔隙比變化。第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日土的孔隙比與相應(yīng)壓力的關(guān)系曲線，即土的壓縮曲線。壓縮曲線兩種方法繪制：直角坐標(biāo)系；雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系在常規(guī)試驗(yàn)中，一般按P＝0.05、0.1、0.2、0.3、0.4MPa五級(jí)加荷；試驗(yàn)時(shí)以較小的壓力開(kāi)始，采取小增量多級(jí)加荷，并加到較大的荷載(例如1-1.6MPa)為止。土的壓縮曲線第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日壓縮系數(shù)壓縮性不同的土，其壓縮曲線的形狀是不一樣的。曲線愈陡．說(shuō)明隨著壓力的增加，土孔隙比的減小愈顯著，因而土的壓縮性愈高.所以，曲線上任一點(diǎn)的切線斜率就表示了相應(yīng)壓力作用下土的壓縮性，稱(chēng)為壓縮系數(shù)。值越大，壓縮性越高。第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日壓縮指數(shù)土的e-p曲線改繪成半對(duì)數(shù)壓縮曲線e-logp時(shí)，它的后段接近直線。其斜率Cc稱(chēng)為土的壓縮指數(shù)值越大，壓縮性越高。在直線段范圍內(nèi)并不隨壓力而變，試驗(yàn)時(shí)要求斜率確定得很仔細(xì)，否則出入很大。低壓縮性土的Cc值一般小于0.2，Cc值大于0.4一般屬于高壓縮性土。第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日壓縮模量完全側(cè)限條件下的豎向附加壓應(yīng)力與相應(yīng)的應(yīng)變?cè)隽恐戎?值越小，壓縮性越高。為了便于比較和應(yīng)用，通常采用壓力間隔p1＝0.1MPa和p2＝0.2MPa所得的壓縮模量第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日強(qiáng)度-實(shí)質(zhì)上是土的抗剪強(qiáng)度問(wèn)題在工程實(shí)踐中，土的強(qiáng)度問(wèn)題涉及地基承載力；路堤、土壩的邊坡和天然土坡的穩(wěn)定性以及土作為工程結(jié)構(gòu)物的環(huán)境時(shí)，作用于結(jié)構(gòu)物上的土壓力和山巖壓力等問(wèn)題，如圖。土體在通常應(yīng)力狀態(tài)下的破壞，表現(xiàn)為塑性破壞，或稱(chēng)剪切破壞。即在土的自重或外荷載作用下，在土體中某一個(gè)曲面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力值達(dá)到了土對(duì)剪切破壞的極限抗力(這個(gè)極限抗力稱(chēng)為土的抗剪強(qiáng)度)，于是土體沿著該曲面發(fā)生相對(duì)滑移，土體失穩(wěn)。所以，土的強(qiáng)度問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是土的抗剪強(qiáng)度問(wèn)題。第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度粘性土的抗剪強(qiáng)度無(wú)粘性土的抗剪強(qiáng)度不但決定于內(nèi)摩擦角的大小，而且還隨正壓應(yīng)力的增加而增加，而內(nèi)摩擦角的大小與無(wú)粘性土的密實(shí)度、土顆粒大小、形狀、粗糙度和礦物成分、以及粒徑級(jí)配的好壞程度等因素都有關(guān)，元枯性土的密實(shí)度愈大、土顆粒愈大、形狀愈不規(guī)則、表而愈粗糙、級(jí)配愈好，則內(nèi)摩擦角愈大。此外，無(wú)枯性土的含水量對(duì)內(nèi)摩擦角的影響是水分在較粗顆粒之間起滑潤(rùn)作用，使摩阻力降低。不過(guò)原點(diǎn)第三十頁(yè)，共三十二頁(yè)，2022年，8月28日抗剪強(qiáng)度的庫(kù)侖定律在一定試驗(yàn)條件下得出的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角一般能反映土抗剪強(qiáng)度的大小，故稱(chēng)為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。過(guò)去對(duì)式(4-23)和式(4-24)的一種比較簡(jiǎn)單的說(shuō)明是：無(wú)粘性土的試驗(yàn)結(jié)果c＝0，是因?yàn)樗鼰o(wú)粘聚性；而粘性土的試驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)c，故將c理解為粘聚力。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)，人們已認(rèn)識(shí)到，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)是隨試驗(yàn)時(shí)的若干條件而變的，其中最重要的是試驗(yàn)時(shí)的排水條件，也就是說(shuō)，同一種土在不同排水條件下進(jìn)行試驗(yàn)，可以得出不同的c和fai值。因此，也有將c稱(chēng)為”視粘聚力”，意思是它表面上看來(lái)好象是內(nèi)聚力，其實(shí)不能真正代表粘性土的內(nèi)聚力，而只能代表粘性土抗剪強(qiáng)度的一部分，是在一定試驗(yàn)條件下得出應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線在應(yīng)力軸上的截距，同樣，fai也只是由試驗(yàn)結(jié)果得出的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系線的傾斜角，不能真正代表粒間的內(nèi)摩擦角。然而，由于按庫(kù)倫定律建立的概念在應(yīng)用上比較方便，許多分析方法也都建立在