土的物理性質(zhì)指標與工程分類

土的物理性質(zhì)指標與工程分類第一頁，共三十三頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容土的形成土的組成土的結構土的物理性質(zhì)指標無粘性土的相對密實度、粘性土的稠度及土的壓實性土的工程分類第二頁，共三十三頁，2022年，8月28日第1節(jié)土的形成土是指覆蓋在地表的松散顆粒的堆積物，是巖石風化的產(chǎn)物。巖石風化分為物理風化、化學風化和生物風化。物理風化：巖石經(jīng)受風、霜、雨、雪的侵蝕，或受波浪的沖擊、地震等引起各種力的作用，溫度的變化、凍脹等因素使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑的過程。第三頁，共三十三頁，2022年，8月28日化學風化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐漸產(chǎn)生化學變化，分解為極細顆粒的過程。第四頁，共三十三頁，2022年，8月28日生物風化作用1、生物機械風化作用2、生物化學風化作用第五頁，共三十三頁，2022年，8月28日第2節(jié)土的組成土是固體顆粒、水和空氣的混合物，常稱為三相系。固相:土的顆粒，構成土的骨架；液相:土體孔隙中的水及其溶解物；氣相:孔隙中的空氣固相氣相液相第六頁，共三十三頁，2022年，8月28日土按孔隙中被水充滿的程度分為飽和土、干土和濕土。當土骨架的孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當土骨架的孔隙僅含空氣時，就成為干土；一般在地下水位以上地面一下一定深度內(nèi)的土的孔隙中兼含空氣和水，此時的土體屬三相系，稱為濕土。第七頁，共三十三頁，2022年，8月28日（三）土粒的大小和土的級配土粒大小在某種程度上反映了土粒性質(zhì)上的差異，土粒的大小通常是以粒徑來表示。粒組：把大小相近的土粒合并為一組，稱為粒組粒組含量：該粒組中土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比土的級配：土中各粒組的相對含量。粘粒粉粒砂粒礫碎石塊石0.0050.075260200巨粒組粗粒組細粒組第八頁，共三十三頁，2022年，8月28日（四）顆粒大小分析試驗常用方法：篩分法和密度計法。篩分法：按下式計算出小于某土粒粒徑的土粒含量百分數(shù)X：式中：mi，m為小于某粒徑的土粒質(zhì)量及試樣總質(zhì)量。第九頁，共三十三頁，2022年，8月28日密度計法：利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量的方法。第十頁，共三十三頁，2022年，8月28日土的級配曲線1）粒徑分布曲線(常用)2）粒組頻率曲線(不常用)第十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日不均勻系數(shù)Cu曲率系數(shù)Cc式中:d10,d30和d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑的土粒含量分別為10%,30%和60%時所對應的粒徑。d10稱為有效粒徑；d60稱為限制粒徑。第十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日土的級配的好壞可由土中的土粒均勻程度和粒徑分布曲線的形狀來決定，而土粒的均勻程度和曲線的形狀又可用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來衡量。不均勻系數(shù)Cu的大小可用來衡量土顆粒的離散程度，Cu愈大，表示土粒愈不均勻。對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，它的級配是良好的；不能同時滿足上述條件時，它的級配是不良的。第十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日三、土的氣相存在土中的氣體分為兩種基本類型：一種是與大氣連通的氣體；另一種是與大氣不連通的以氣泡形式存在的封閉氣體。若土的飽和度低，土中氣體就與大氣相通，當土受到外力時，氣體很快從孔隙中排出，一般對土的工程性質(zhì)影響不大。但若土的飽和度很高，土中出現(xiàn)封閉氣泡時，外力將引起氣泡壓縮，而一旦外力除去或孔隙水排出，氣泡就膨脹。因而，封閉氣泡對土的工程性質(zhì)影響較大。第十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日第３節(jié)土的結構一、土粒間的相互作用當粘粒在溶液中沉淀時，粒間引力主要是范得華力（分子鍵），還有吸著水層中異性電荷引起的靜電引力。第十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日第４節(jié)土的物理性質(zhì)指標AirWaterSoilParticlesma=0mwmsmVaVwVsVvV第十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日土的物理性質(zhì)指標就是表示土中三相比例關系的一些物理量。可分為兩類：一類是必須通過試驗測定的，如含水率、密度和土粒比重，稱為直接指標；另一類是根據(jù)直接指標換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等稱為間接指標。第十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日一、試驗直接測定的物理性質(zhì)指標（一）土的密度ρ與重度γ

土的密度定義為單位體積土的質(zhì)量，表達式為：對于粘性土，土的密度常用環(huán)刀法測定。第十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日（二）土粒比重Gs土粒比重定義為土粒的質(zhì)量(或重量)與同體積4℃時純水的質(zhì)量(或重量)之比(無因次)，其表達式為：式中：ρs——土粒的密度，即土粒單位體積的質(zhì)量；(ρs)4℃——4℃時純水的密度，1g/cm3(γw)4℃——4℃時純水的重度?；虻谑彭摚踩?，2022年，8月28日土粒比重常用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質(zhì)量。然后把烘干土若干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質(zhì)量，按下式計算土粒比重：式中：m1——瓶加水的質(zhì)量；

m2——瓶加土加水的質(zhì)量；

ms——烘干土的質(zhì)量。第二十頁，共三十三頁，2022年，8月28日（三）土的含水率土的含水率，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。第二十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日二、間接換算的物理性質(zhì)指標（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：第二十二頁，共三十三頁，2022年，8月28日（三）土的飽和度Sr定義：土中孔隙水的體積與孔隙體積之比，以百分數(shù)表示，其表達式為：飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。

第二十三頁，共三十三頁，2022年，8月28日（四）干密度ρd與干重度γd土的干密度：單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量，表達式：土的干重度：單位體積內(nèi)土粒的重量，表達式為土烘干，體積要減小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干重度也是評定土密實程度的指標，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。第二十四頁，共三十三頁，2022年，8月28日（五）飽和密度ρsat與飽和重度γsat飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿，土處于飽和狀態(tài)時單位體積土的質(zhì)量。表達式為：在飽和狀態(tài)下，單位體積土的重量稱為飽和重度，其表達式為：第二十五頁，共三十三頁，2022年，8月28日（六）浮密度ρ’與浮重度（有效重度）γ’土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量減小，因此提出了浮重度，即有效重度的概念，其表達式為：與其相應，提出了浮密度的概念，土的浮密度是單位體積內(nèi)的土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表達式為：或第二十六頁，共三十三頁，2022年，8月28日從上述四種土的密度或重度的定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有如下關系常用的土的物理指標共有九個（土的密度、土粒比重、含水率、孔隙比、孔隙率、飽和度、干密度、飽和密度、飽和密度）。已知其中任意三個，通過換算可以求出其余的六個。第二十七頁，共三十三頁，2022年，8月28日第5節(jié)無粘性土的相對密實度、粘性土的稠度及土的壓實性一、無粘性土的相對密實度常用相對密實度Dr來衡量無粘性土的松緊程度，其定義為

式中：Dr—相對密實度；emax—無粘性土處在最松狀態(tài)時的孔隙比；emin—無粘性土處在最密狀態(tài)時的孔隙比；e0—無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。第二十八頁，共三十三頁，2022年，8月28日相對密實度也可表示為：

式中：ρdmax—無粘性土的最大干密度；ρdmin—無粘性土的最小干密度；ρd—無粘性土的天然干密度或填筑干密度。在工程上，用相對密實度Dr劃分無粘性土的狀態(tài)如下：

0＜Dr≤1/31/3＜Dr≤2/32/3＜Dr≤1

疏松的中密的密實的第二十九頁，共三十三頁，2022年，8月28日二、粘性土的稠度（一）粘性土的稠度狀態(tài)稠度指粘性土的干濕程度或在某一含水率下抵抗變形或破壞的能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標。剛沉積的粘土具有液體泥漿那樣的稠度，為極易流動的流動狀態(tài)；但隨著土體含水率的減小，體積收縮，從而喪失其流動能力，進入可塑狀態(tài)；第三十頁，共三十三頁，2022年，8月28日若含水率繼續(xù)減小，粘土在外力作用下易于碎裂，粘土已進入半固體狀態(tài)；最后，即使粘土進一步減小含水率，而它的體積也不再收縮，粘土就進入固體狀態(tài)。

可塑性：土在外力作用下可改變形狀但不顯著改變其體積也不開裂，外力卸除厚仍能保持已有的形狀。第三十一頁，共三十三頁，2022年，8月28日（二）界限含水率及其測定1.界限含水率粘性土從一種狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)，可用界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限。液限(WL)—從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的上限含水率；塑限(Wp)—從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率，也就是可塑狀態(tài)的下限含水