23土密實(shí)度、壓實(shí)和工程分類

2.2

無粘土性質(zhì)－了解

2.3

粘性土性質(zhì)－重點(diǎn)

2.4

土的壓實(shí)性－工作應(yīng)用

2.5土的工程分類－掌握粘土和粉土分類

2.6土的滲透性-熟悉達(dá)西定律土力學(xué)2/21/20231土力學(xué)講座系列四2.2無粘性土的相對(duì)密實(shí)度無粘性土定義：砂土、碎石土統(tǒng)稱為無粘性土。無粘性土工程性質(zhì)：排列越緊密，在外荷載作用下變形越小，強(qiáng)度越大2/21/20232土力學(xué)講座系列四2.2無粘性土的相對(duì)密實(shí)度對(duì)無粘性土來說，土體的松密程度對(duì)土的工程性質(zhì)影響很大。土的密實(shí)程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好；土的密實(shí)程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差。描述土的松緊程度的指標(biāo)有干密度和孔隙比，密實(shí)度在一定程度上可用其天然孔隙比來反映2/21/20233土力學(xué)講座系列四2.2無粘性土的相對(duì)密實(shí)度（1）天然孔隙比e優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡單、簡捷缺點(diǎn)：不能反映砂土的級(jí)配和顆粒形狀的影響，有時(shí)較疏松的級(jí)配良好的砂土孔隙比比較密實(shí)的顆粒均勻的砂土孔隙比還小。2/21/20234土力學(xué)講座系列四2.2無粘性土的相對(duì)密實(shí)度（1）無粘性土的孔隙比指標(biāo)。但是即便兩種無粘性土具有同樣的孔隙比也未必表明他們處于同樣的狀態(tài)。在工程上一般用相對(duì)密實(shí)度Dr來衡量無粘性土的松緊程度。2/21/20235土力學(xué)講座系列四（2）相對(duì)密實(shí)度Dr定義（理論表達(dá)式）定義（實(shí)用表達(dá)式）e0無粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比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2/21/20236土力學(xué)講座系列四emax:最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過長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經(jīng)換算得到最小孔隙比emax無粘性土處于最松狀態(tài)時(shí)的孔隙比，可由其最小干密度換算(漏斗和容器測定)

emin無粘性土處于最密狀態(tài)時(shí)的孔隙比，可由其最大干密度換算(風(fēng)干土樣分層夯實(shí))

2/21/20237土力學(xué)講座系列四相對(duì)密實(shí)度Dr無粘性土處于最密實(shí)的狀態(tài)

無粘性土處于最松散的狀態(tài)

在工程上，用相對(duì)密實(shí)度劃分無粘性土狀態(tài)如下：

疏松中密密實(shí)2/21/20238土力學(xué)講座系列四（3）標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)：SPT(standardpenetrationtest)試驗(yàn)時(shí)，將質(zhì)量為63.5kg的穿心錘，以76cm的落距，將標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的貫入器，自鉆孔底部預(yù)打15cm，記錄再打入30cm的錘擊次數(shù)，即為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N。優(yōu)點(diǎn)：真實(shí)可靠。砂土密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)N≤1010<N≤1515<N≤30>302/21/20239土力學(xué)講座系列四（4）碎石的野外鑒別方法確定密實(shí)程度：分為四類：密實(shí)中密稍密松散2/21/202310土力學(xué)講座系列四例題分析【例】某砂土試樣,試驗(yàn)測定土粒相對(duì)密度ds=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)

【解答】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∈（1/3,2/3]中密狀態(tài)2/21/202311土力學(xué)講座系列四2.3粘性土的性質(zhì)

土的物理狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài)對(duì)于粘性土，因粘土礦物含量高、顆粒細(xì)小，其物理狀態(tài)與含水量關(guān)系非常密切。力學(xué)特性影響表示本節(jié)要求掌握2/21/202312土力學(xué)講座系列四1.粘性土的稠度

定義：指粘性土在某一含水率下對(duì)外界引起的變形或破壞的抵抗能力，是粘性土最主要的物理狀態(tài)指標(biāo)。2/21/202313土力學(xué)講座系列四粘性土的稠度2/21/202314土力學(xué)講座系列四流動(dòng)狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能保持其形態(tài)，極易流動(dòng)

外力作用可改變其形狀，而不改變其體積，并在外力卸除后仍能保持已獲得的形狀水分蒸發(fā)，含水率減小，體積收縮含水率減小,喪失可塑性，外力作用下易于發(fā)生破裂體積不再收縮，空氣進(jìn)入土體，土的顏色變淡

2/21/202315土力學(xué)講座系列四液限流動(dòng)狀態(tài)與可塑狀態(tài)的界限含水率，可塑狀態(tài)的上限含水率LL(LiquidLimit)塑限可塑狀態(tài)與半固體狀態(tài)的界限含水率，可塑狀態(tài)的下限含水率PL(PlasticLimit)縮限半固體狀態(tài)與固體狀態(tài)的界限含水率，即粘性土隨著含水率的減小而體積開始不變的含水率。SL(ShrinkageLimit)粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粻顟B(tài)，可用某一分界含水率來區(qū)分，界限含水量（阿太堡界限Atterberglimits）2/21/202316土力學(xué)講座系列四2/21/202317土力學(xué)講座系列四塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑態(tài)

流態(tài)

強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)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)w2/21/202318土力學(xué)講座系列四粘性土從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖环N狀態(tài)是逐漸過渡的，并無明確的界限。2/21/202319土力學(xué)講座系列四2.塑限測定方法：搓滾法和液塑限聯(lián)合測定法2/21/202320土力學(xué)講座系列四塑限測定方法：搓滾法：調(diào)制均勻的濕圖樣，在毛玻璃上搓滾成3毫米直徑的土條，若這個(gè)時(shí)刻恰好出現(xiàn)裂縫，就把土條的含水率定為塑限液塑限聯(lián)合測定法：取代表性試樣，加入不同數(shù)量的純水，調(diào)制成三種不同稠度的試樣，用電磁落錐測定圓錐在自重76g作用下經(jīng)5～15秒后沉入試樣的深度。以含水率為橫坐標(biāo)，圓錐入土深度為縱坐標(biāo)，在雙對(duì)數(shù)紙上繪制關(guān)系曲線。入土深度2毫米所對(duì)應(yīng)的含水率為塑限。2/21/202321土力學(xué)講座系列四3.液限測定方法：液塑限聯(lián)合測定法：以圓錐體入土深度17mm土樣含水量即液限。

《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-1999）規(guī)定76g圓錐儀入土深度恰好為17毫米所對(duì)應(yīng)的含水率為17毫米液限，與碟式儀入土深度恰好為10毫米所對(duì)應(yīng)的含水率為10毫米液限一致。液塑限聯(lián)合測定法和碟式儀法

2/21/202322土力學(xué)講座系列四液限測定方法：2/21/202323土力學(xué)講座系列四4.縮限測定方法：收縮皿法

把土料的含水率調(diào)制到大于土的液限，然后將試樣分層填入收縮皿中，刮平表面，烘干，測出干土樣的體積并稱量至0.1克，按下式計(jì)算2/21/202324土力學(xué)講座系列四1）塑性指數(shù)

PI

(PlasticityIndex)液限和塑限之差的百分?jǐn)?shù)值（去掉百分號(hào)）稱為塑性指數(shù)塑性指數(shù)越大，可塑狀態(tài)含水率變化范圍也大。一般地，塑性指數(shù)越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土的分類指標(biāo)。

5.粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)2/21/202325土力學(xué)講座系列四2)液性指數(shù)

LI(LiquidityIndex)粘性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)用液性指數(shù)來判別。液性指數(shù)表征了土的天然含水率與界限含水率之間的相對(duì)關(guān)系，表達(dá)了天然土所處的狀態(tài)。2/21/202326土力學(xué)講座系列四判定土處于堅(jiān)硬狀態(tài)

土處于可塑狀態(tài)

土處于流動(dòng)狀態(tài)

3)粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)2/21/202327土力學(xué)講座系列四注意由于液限和塑限目前都是用擾動(dòng)土測定的，土的結(jié)構(gòu)已徹底破壞，而天然土含水率大于液限只是意味著：若土的結(jié)構(gòu)遭到破壞，它將轉(zhuǎn)變?yōu)檎硿酀{。2/21/202328土力學(xué)講座系列四4)天然稠度Naturalconsistency定義：指原狀土樣測定的液限和天然含水量的差值與塑性指數(shù)之比，符號(hào)wc作用：可用于劃分路基的干濕狀態(tài)。2/21/202329土力學(xué)講座系列四例題1某土樣的液限為38.6%，塑限為23.2%，天然含水量為25.5%，問該土樣處于何種狀態(tài)？解：已知=38.6%，=23.2%，w=25.5%，則

Ip=38.6–23.2=15.4所以，該土處于硬塑狀態(tài)。例題21.某粘土的含水量w=36.4%,液限wL=48%、塑限wp=25.4%，要求：1).計(jì)算該土的塑性指標(biāo)Ip；2).確定該土的名稱；3).計(jì)算該土的液性指標(biāo)IL；4).按液性指標(biāo)數(shù)確定土的狀態(tài)。

解：2/21/202330土力學(xué)講座系列四2.4土的壓實(shí)性公元前200多年，我國秦朝修筑馳實(shí)（行車大道），就有用“鐵錐筑土堅(jiān)實(shí)”的記載。土的壓實(shí)性指在一定的含水率下，以人工或機(jī)械的方法，使土體能夠壓實(shí)到某種密實(shí)程度的性質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究土的密實(shí)性是通過擊實(shí)試驗(yàn)進(jìn)行的。2/21/202331土力學(xué)講座系列四擊實(shí)試驗(yàn)

輕型：粒徑小于5毫米重型：粒徑小于40毫米25下，分三層擊實(shí)56下，分5層擊實(shí)2/21/202332土力學(xué)講座系列四一、土的壓實(shí)與含水率的關(guān)系壓實(shí)機(jī)理：土粒定向排列;孔隙體積減小;氣被擠出或被壓縮等0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.12/21/202333土力學(xué)講座系列四目的：依據(jù)：《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)分類法2.5土的工程分類是將工程性質(zhì)相近的土進(jìn)行分類便于研究及應(yīng)用能反映土的物理力學(xué)性質(zhì)－土的組成土的狀態(tài)土的結(jié)構(gòu)2/21/202334土力學(xué)講座系列四土：6類巖石碎石土砂土粉土粘性土人工填土《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)分類法掌握2/21/202335土力學(xué)講座系列四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%2/21/202336土力學(xué)講座系列四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%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于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%2/21/202337土力學(xué)講座系列四粉土粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于全質(zhì)量50%塑性指數(shù)Ip≤10的土塑性指數(shù)Ip>10的土粘性土10<Ip≤17Ip>17粘土粉質(zhì)粘土掌握掌握2/21/202338土力學(xué)講座系列四2.6土的滲透性

2/21/202339土力學(xué)講座系列四土的滲透性水透過土體孔隙的現(xiàn)象成為滲透osmosis

土具有被水透過的性能稱為土的滲透性permeability2/21/202340土力學(xué)講座系列四滲透理論一、滲透模型(a)水在土孔隙中的運(yùn)動(dòng)(b)滲流模型（層流）水在土孔隙中的運(yùn)動(dòng)軌跡與滲流模型假設(shè)：(1)在同一過水?dāng)嗝?，滲流模型的流量等于真實(shí)滲流的流量；(2)任意截面上，滲流模型的壓力與真實(shí)滲流的壓力相等；(3)在相同體積內(nèi)，滲流模型所受到的阻力與真實(shí)滲流所受到的阻力相等。2/21/202341土力學(xué)講座系列四二Darcy滲透定律由于土中孔隙一般非常微小，水在土體中流動(dòng)時(shí)的粘滯阻力很大，流速緩慢層流水在土中的滲透速度和試樣兩端水面間的水位差成正比，而與滲徑長度成反比

1856年法國學(xué)者Darcy對(duì)砂土的滲透性進(jìn)行研究2/21/202342土力學(xué)講座系列四流速與水力梯度的關(guān)系－砂土砂土的水力梯度與滲透速度呈線性關(guān)系，符合達(dá)西滲透定律。v=kiivO砂土2/21/202343土力學(xué)講座系列四流速與水力梯度的關(guān)系－粘土對(duì)于密