土力學(xué)與地基基礎(chǔ)任務(wù)2 測試土的工程性質(zhì)

任務(wù)2測試土的工程性質(zhì)一、土的成因與組成

二、土的物理性質(zhì)指標(biāo)

三、土的工程性質(zhì)

四、土的物理狀態(tài)指標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)知道土的成因與組成，熟悉土的物理性質(zhì)指標(biāo)熟悉土的物理狀態(tài)指標(biāo)。重點土的組成土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的壓實及最優(yōu)含水量土的物理狀態(tài)指標(biāo)難點土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo)地表巖石長期在不同溫度、水、大氣、生物活動及其他外力作用的影響下，不斷破碎，并發(fā)生化學(xué)變化，這種變化稱為巖石的風(fēng)化。土的形成巖石的風(fēng)化

1、概念：2、巖石的風(fēng)化種類①物理風(fēng)化②化學(xué)風(fēng)化③生物風(fēng)化

一、土的成因與組成生物風(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)變粘性土次生礦物動植物的活動有機質(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,或在運動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。2.風(fēng)化作用種類1.物理風(fēng)化2.化學(xué)變化3.生物風(fēng)化地殼表層的巖石長期暴露在大氣中，經(jīng)受氣候的變化，會使巖石逐漸崩解，破碎成大小和形狀不同的一些碎塊物理風(fēng)化后形成的碎塊與水、氧氣、二氧化碳等物質(zhì)接觸，使巖石碎屑發(fā)生化學(xué)變化動植物和人類活動對巖石的破壞

搬運與沉積殘積土無搬運運積土有搬運土質(zhì)較好殘積土強風(fēng)化弱風(fēng)化微風(fēng)化母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細不均無層理母巖表層經(jīng)風(fēng)化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經(jīng)搬運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到遠近不同的地點所沉積的堆積物運積土有搬運風(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:

冰積土土粒粗細不同，性質(zhì)不均勻有分選性，近粗遠細渾圓度分選性明顯，土層交迭含有機物淤泥，土性差顆粒細，表層松軟，土性差土粒粗細變化較大，性質(zhì)不均勻顆粒均勻，層厚而不具層理

搬運與沉積巖石風(fēng)化（物理、化學(xué)、生物）作用巖石破碎、化學(xué)成分改變搬運沉積大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土）

主要成因類型殘積物坡積物

洪積物

沖積物

圖1-1河谷橫斷面圖

（一）殘積物定義：殘留在原地未被搬運的那一部分原巖風(fēng)化產(chǎn)物。分布：殘積物主要分布在巖石出露地表，經(jīng)受強烈風(fēng)化作用的山區(qū)、丘陵地帶與剝蝕平原。由于殘積物沒有層理構(gòu)造，裂隙多，均質(zhì)性很差，作為建筑物地基應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問題。特點：顆粒未被磨圓或分選，多為棱角狀粗顆粒土。殘積物與基巖之間沒有明顯界限，通常經(jīng)過一個基巖風(fēng)化帶而直接過渡到新鮮巖石，其礦物成分很大程度上與下臥基巖一致。殘積層：應(yīng)注意不均勻沉降和土坡穩(wěn)定性問題。坡積層：應(yīng)注意不均勻沉降和地基穩(wěn)定性問題。洪積層：應(yīng)注意土層的尖滅和透鏡體引起的不均勻沉降。（二）坡積物定義：雨雪水流的地質(zhì)作用將高處巖石風(fēng)化產(chǎn)物緩慢地沖刷剝蝕、順著斜坡向下移動、沉積在較平緩的山坡上而形成的沉積物。特點：自上而下呈現(xiàn)由粗而細的分選現(xiàn)象。其礦物成分與下臥基巖沒有直接關(guān)系。由于坡積物形成于山坡，常常發(fā)生沿下臥基巖傾斜面滑動；還由于組成物質(zhì)粗細顆粒混雜，土質(zhì)不均，厚度變化大。新近堆積物土質(zhì)疏松，壓縮性較大。定義：由暴雨或大量融雪驟然集聚而成的暫時性山洪急流，具有很大的剝蝕、搬運能力。它沖刷地表，挾帶著大量碎屑物質(zhì)堆積于山谷沖口或山前傾斜平原而形成洪積層。特點:

離山漸遠，顆粒變細，分布范圍逐漸擴大。其地貌特征是靠山近處窄而陡，離山遠處寬而緩，形如錐體，故稱為洪積錐（扇）。由相鄰溝谷口的洪積扇組成洪積扇群。（三）洪積層2.淤泥夾粘土透鏡體1.表土層3.黏土尖滅層4.砂土夾黏土層5.礫石層6.石灰?guī)r層土的層理構(gòu)造

洪積物的顆粒雖因搬運過程中的分選作用呈現(xiàn)漸變現(xiàn)象,但由于搬運距離短,顆粒的磨圓度仍不佳。此外，山洪是周期性產(chǎn)生的，每次的大小不盡相同，堆積物質(zhì)也不一樣。因此，洪積物常呈現(xiàn)不規(guī)則的層理構(gòu)造，如具有夾層、尖滅或透鏡體等產(chǎn)狀?？拷降鼗螂x山較遠地段的洪積物的承載力高，而過度地帶由于地下水溢出地表造成沼澤地帶，土質(zhì)軟、承載力低。

（四）沖積層定義：

沖積物是河流流水的地質(zhì)作用將兩岸基巖及其上部覆蓋的坡積、洪積物剝蝕后搬運沉積在河流坡降平緩地帶形成的沉積物。特點：

呈現(xiàn)明顯的層理構(gòu)造。由于搬運作用顯著，碎屑物質(zhì)由帶棱角顆粒經(jīng)滾磨、碰撞逐漸形成亞圓或圓形顆粒，其搬運距離越長，則沉積物質(zhì)越細。典型的沖積物是形成于河谷內(nèi)的沉積物，可分為平原河谷沖積層和山區(qū)河谷沖積層等。平原河谷橫斷面礫卵石中粗砂粉細砂粉質(zhì)黏土粉土黃土淤泥（二）土的組成

=++自然界中的土固體顆粒水氣體固體顆粒構(gòu)成土的骨架，骨架之間貫穿著孔隙，孔隙中填充有水和氣體，因此，土也被稱為三相孔隙介質(zhì)。

土的組成土的固體顆粒固相液相氣相三相體系干土二相體系水氣體飽和土土的組成

自然界中的土1.土顆粒的大小與土的性質(zhì)密切相關(guān)。如土顆粒由粗變細，土的性質(zhì)可由無粘性變?yōu)檎承?.按適當(dāng)?shù)牧椒秶?，分為若干粒組3.土的顆粒級配是指工程上常以土中各個粒組的相對含量(各個粒組占土粒總量的百分?jǐn)?shù))來表示土粒的大小及其組成情況固體顆粒固體顆粒結(jié)合水自由水強結(jié)合水弱結(jié)合水都不能傳遞靜水壓力毛細水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水在重力或壓力差作用下而運動的自由水土中氣體（影響較?。┮?、土的成因與組成(二）土的組成

(1)土的固體顆粒土的固體顆粒即為固相。

1)土粒的礦物成分土粒的礦物成分主要取決于母巖的成分及其所經(jīng)歷的風(fēng)化作用。①原生礦物。原生礦物是物理風(fēng)化產(chǎn)物，化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，具有較強的水穩(wěn)定性。其中以石英砂粒強度最高，硬度最大，穩(wěn)定性最好，而云母則最弱，石英和云母是粗顆粒土的主要成分。

②次生礦物。次生礦物是化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物，顆粒細小，比表面積大，活性強。其中高嶺石、伊利石、蒙脫石這3種復(fù)合的鋁—硅酸鹽晶體是最重要的次生礦物，蒙脫石具有很強的親水性，伊利石次之，高嶺土親水性最小，它們遇水膨脹，失水收縮。粘土礦物顆粒的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和基本特性粘土礦物的結(jié)晶結(jié)構(gòu)主要是由兩個基本單元組成的：

硅氧四面體；氫氧化鋁八面體。礦物的層狀結(jié)構(gòu)主要有高嶺石：膨脹性壓縮均較小。蒙脫石：膨脹性、壓縮均大。伊利石：膨脹性、壓縮性介于高嶺石和蒙脫石之間。高嶺石伊利石蒙脫石硅片的結(jié)構(gòu)(四面體片)

1．粘土礦物的結(jié)晶構(gòu)造鋁片的結(jié)構(gòu)(八面體片)

粘土礦物的晶格構(gòu)造高嶺石蒙脫石伊利石粒徑比表面積脹縮性滲透性強度壓縮性大10-20m2/g小大大小中80-100m2/g中中中中小800m2/g大小小大比表面積：單位質(zhì)量土顆粒所擁有的總表面積9克蒙脫土的總表面積大約與一個足球場一樣大1．粘土礦物的結(jié)晶構(gòu)造蒙脫石伊利石高嶺石蒙脫石研究表明：粘土顆粒的表面電荷，凈電荷通常為負(fù)電荷2．粘土的雙電層雙電層結(jié)構(gòu)示意圖

原生礦物

圓狀、渾圓狀、棱角狀次生礦物

針狀、片狀、扁平狀粘土的顆粒形狀2土粒大小及粒組劃分粒度：

粒組：

劃分粒組方式天然土是由大小不同的顆粒組成的，土粒的大小稱為粒度工程上常把大小相近的土粒合并為組，稱為粒組見表1-1

一、土的固體顆粒

顆粒的大小性質(zhì)不同塊石（漂石）六大粒組顆粒級配密實程度顆粒的成分碎石（卵石)礫石（圓石)砂粒粉粒粘粒將物理性質(zhì)接近的土粒歸為一組，依據(jù)粒徑的大小將土粒劃分為以下六大粒組：d>200mm為塊石（漂石）

20mm<d<200mm為碎石（卵石）2mm<d<20mm為礫石（圓石） 0.075mm<d<2mm為砂粒

0.005mm<d<0.075mm為粉粒d<0.005mm為粘粒1.粒組的劃分

為了表示土粒的大小及組成情況，通常以土中各個粒組的相對含量（各個粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)）來表示，稱為土的顆粒級配。

表1-1粒組劃分標(biāo)準(zhǔn)粒組名稱粒組范圍/mm一般特征漂石(塊石)粒組>200透水性很大，無黏性，無毛細水卵石（碎石）粒組20～200礫石粒組2～20透水性大，無黏性，毛細水上升高度不超過粒徑砂粒粒組0.075～2易透水，當(dāng)混入云母等雜質(zhì)時透水性減小，而壓縮性增加；無黏性，遇水不膨脹，干燥時松散；毛細水上升高度不大，隨粒徑變小而增大粉粒粒組0.005～0.075透水性小，濕時稍有黏性，遇水膨脹小，干燥時有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象黏粒粒組<0.005透水性很小，濕時有黏性、可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細水上升高度大，但速度慢3粒度成分及其表示方法

通常以土中各個粒組的相對含量（即各粒組占土?？偭康陌俜?jǐn)?shù)）來表示，稱為土的顆粒級配。1)累計曲線法（級配曲線）：2)表格法（見表1-2）

縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標(biāo)）。粒徑較均勻、級配不好、曲線較陡、粒徑相差較小、土不密實。粒徑不均勻、級配良好、曲線平緩、粒徑相差較大、土密實。顆粒級配的描述

工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度

d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應(yīng)的粒徑

工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫

累計曲線法（級配曲線）：

不均勻系數(shù)Cu=d60/d10，曲率系數(shù)Cc=d302/(d10·d60)

Cu反映大小不同粒組的分布情況。Cu↑，土粒大小分布范圍大，土的級配良好，Cu<5勻粒土，級配不好；而Cu>10級配良好的土；Cu>5且Cc=1~3級配良好。

3)三角坐標(biāo)法：表示三種粒組含量

h1+h2+h3=H取H=100%（道路、水利工程常用）圖1-4三角坐標(biāo)法表示粒度成分4粒度成分分析方法

試驗方法篩分法：適用于0.1mm(建筑工程0.075mm）≤d≤60mm比重計法:適用于d＜0.1mm(建筑工程0.075mm）篩分法確定各個粒組相對含量的顆粒分析試驗方法

適用粗顆粒土，一般用于粒徑小于等于60mm，大于0.075mm的土。它是用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。

試驗器具篩分法密度瓶法

適用于細顆粒土，一般用于粒徑小于0.075mm的土粒質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的10%以上的土。

密度瓶法

比重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三、土中氣體

airinsoils

1.非封閉氣體：受外荷作用時被擠出土體外，對土的性質(zhì)影響不大。

2.封閉氣體：對土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達到穩(wěn)定的歷時。

有封閉氣體的土，稱為橡皮土，工程中決不允許。

對于淤泥和泥炭等有機質(zhì)土，由于微生物的分解作用，在土中蓄積了某種可燃氣體（如硫化氫、甲烷等），使土層在自重作用下長期得不到壓密，而形成高壓縮性土層。

二、土中氣與大氣相連通的氣體與大氣相隔離的氣體土變形穩(wěn)定需要很短時間粗粒細粒土變形穩(wěn)定需要很長時間土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部位。三、土中水固態(tài)液態(tài)氣態(tài)凍土對土的性質(zhì)沒影響強結(jié)合水弱結(jié)合水結(jié)合水自由水毛細水重力水固態(tài)105粘滯狀態(tài)存在狀態(tài)強度大解凍時強度大大降低是土的液體相部分。

二、土中的水

Waterinsoils

水按其所吸引力大小分為：1、強結(jié)合水（吸著水）strongheldwater：性質(zhì)接近于固體，對土工程性質(zhì)影響較小，只有在>105℃烘烤才能蒸發(fā),土粒細↑，含量越大。2、弱結(jié)合水（薄膜水）heldwater：

使土具有塑性，凍結(jié)溫度-0.5～-30℃。

3、自由水freewater

：又可分為重力水gravitywater

：毛細水capillarywater

：土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒的大小、形狀、表面特征、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系的綜合特征。

1.定義2.分類單粒結(jié)構(gòu)由較粗的礫石、砂粒在重力作用下沉積而成（無結(jié)構(gòu)性土）。由較細土粒在水中沉積而成，孔隙較大。由細粒土在水中處于懸浮狀態(tài)凝聚成海綿絮狀的集合體。有結(jié)構(gòu)性土無結(jié)構(gòu)性土一、土的結(jié)構(gòu)2.3土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)

1．單粒結(jié)構(gòu)3．絮狀結(jié)構(gòu)2．蜂窩結(jié)構(gòu)指由土粒單元的大小、形狀、表面特征、相互排列及其聯(lián)結(jié)關(guān)系等因素形成的綜合特征。粗顆粒土在重力作用下沉積而成單粒結(jié)構(gòu)分為疏松和緊密緊密：強度較大、壓縮性小可作為良好的天然地基。

疏松型與緊密型相反懸浮在水中的粘粒凝聚成絮狀的粘粒集合體,形成空隙很大的絮狀結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)和絮狀結(jié)構(gòu)的土中存在大量孔隙，壓縮性高、抗剪強度低、透水性弱，其土粒之間的粘結(jié)力土的結(jié)構(gòu)

structureofsoils1.單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實狀態(tài)。

密實狀態(tài)疏松狀態(tài)圖1-6土的蜂窩結(jié)構(gòu)(2)蜂窩結(jié)構(gòu)是主要由粉粒(0.05～0.005mm)組成的土的結(jié)構(gòu)形式。圖1-7土的絮狀結(jié)構(gòu)(3)絮狀結(jié)構(gòu)是由黏粒(＜0.005mm)集合體組成的結(jié)構(gòu)形式。2.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點與點接觸，彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。

3.絮狀結(jié)構(gòu)：細微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu)。

蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)受擾動后強度降低

單粒結(jié)構(gòu)

a）疏松狀態(tài)b）緊密狀態(tài)

蜂窩狀結(jié)構(gòu)

絮狀結(jié)構(gòu)二、土的構(gòu)造1.定義：在同一土層中其結(jié)構(gòu)不同部分相互排列的特征稱為 土的構(gòu)造。2.特征：最大特征是成層性，即具有層理構(gòu)造。常見的有水平層理構(gòu)造和交錯層理構(gòu)造。另一特征是土的裂隙性。土中裂隙的存在大大降低了土體的強度和穩(wěn)定性，對工程不利。此外也應(yīng)注意到土中有無腐植質(zhì)、貝殼、結(jié)核體等包裹物以及天然或人為的空洞的存在。這些構(gòu)造特征都造成土的不均勻性。一、土的成因與組成土的構(gòu)造類型：(1)層狀構(gòu)造是土粒在沉積過程中，由于不同階段沉積物質(zhì)成分和顆粒大小不同，沿豎直方向呈層狀分布特征。

(2)分散構(gòu)造是土層顆粒間無大的差別，分布均勻，性質(zhì)相近，一般為厚度較大的粗粒土，如砂、卵石層等。

(3)裂隙構(gòu)造是指土體被許多不連續(xù)的小裂隙分割。六、土的構(gòu)造

1.層理構(gòu)造：土粒在沉積過程中,由于不同階段沉積的物質(zhì)成分、顆粒大小或顏色不同,而沿豎向呈現(xiàn)出成層特征。

2.裂隙構(gòu)造：土體被許多不連續(xù)的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各種鹽類的沉淀物。

土的特性

土與鋼材、混凝土等連續(xù)介質(zhì)相比，具有以下特性

高壓縮性

由于土是一種松散的集合體，土的壓縮性遠遠大于鋼筋和混凝土等。

強滲透性

土的滲透性遠比其他材料大。特別是粗粒土具有很強的滲透性。低承載力

土的抗剪強度較低，而土體的承載力實質(zhì)上取決于土的抗剪強度，故土的承載力較低。1）風(fēng)化2）搬運與沉積1.土的生成2.土的結(jié)構(gòu)：單粒結(jié)構(gòu)；蜂窩結(jié)構(gòu)；絮狀結(jié)構(gòu)。3.土的構(gòu)造：層狀構(gòu)造；分散構(gòu)造；裂隙構(gòu)造。4.土的工程特性:

1）壓縮性高；2）強度低；3）透水性大5.土的三相組成:氣相+液相+固相6.粒徑級配

篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

水分法：適用于細粒土(<0.075mm)本次課小結(jié):Cu=d60/d10

不均勻系數(shù)：Cu

≥5,級配不均勻Cc=d302

/(d60×d10)曲率系數(shù)（連續(xù)程度）:特征粒徑:d50:平均粒徑d60:控制粒徑d10:有效粒徑7.土中水結(jié)合水(強結(jié)合水、弱結(jié)合水)自由水(重力水、毛細水)8.土中氣體9.粘土顆粒與水的相互作用習(xí)題1-1按規(guī)范求出圖1-12顆粒級配曲線①、曲線②所示土中各粒組的百分比含量，并分析其顆粒級配情況。作業(yè)題2.4土的三相比例指標(biāo)一、三相簡圖為了研究方便，我們把本來交錯分布的三相分別集中起來，按體積和質(zhì)量的比例畫出來的圖。1土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的三相圖

氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVvV——土的總體積；Va——土中氣體所占的體積；Vw——土中水所占的體積；Vs——土中顆粒所占的體積；Vv——土中孔隙的體積；m——土的總質(zhì)量；mw——土中水的質(zhì)量；ms——土中顆粒的質(zhì)量。氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積V2.基本指標(biāo)

土的三相比例指標(biāo)中有三個指標(biāo)可用土樣進行試驗測定，稱為基本指標(biāo)，也稱為試驗指標(biāo)。

基本指標(biāo)土的密度和重度

土粒比重（土粒相對密度）ds

土的天然含水量w

土的物理性質(zhì)指標(biāo)

基本指標(biāo)

土的密度土粒相對密度1．干密度2．土的飽和密度3．土的有效密度4．土的孔隙比5．土的飽和度換算指標(biāo)

土的含水量可用土樣進行試驗測定，稱為基本指標(biāo)二、土的基本物理指標(biāo)土的物理指標(biāo)基本物理指標(biāo)——3個其它物理指標(biāo)——6個1、含水量（%）在天然狀態(tài)下，土中水的質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量之比的百分率，稱為～?！渴菢?biāo)志土的濕度的一個重要物理指標(biāo)。含水量大濕軟1.土的天然密度ρ：單位體積土的質(zhì)量(g/cm3)

一般ρ＝1.6～2.2g／cm3

環(huán)刀法蠟封法灌砂法土的密度測定方法2、土的天然重度土在天然狀態(tài)下，單位體積的重量，稱為～。一般土18～20

砂土16～20土的密度和重度

單位體積內(nèi)土的質(zhì)量稱為土的密度；單位體積內(nèi)土的重量稱為土的重度。

=m/V

（1-3）

=g

（1-4）

天然狀態(tài)下土的密度變化范圍比較大，一般黏性土=1.8～2.0g/cm3,砂土=1.6～2.0g/cm3。黏性土的密度一般用“環(huán)刀法”測定。3.土粒相對密度ｄs（土粒比重）：無量綱單位體積土顆粒質(zhì)量與4℃純水單位體積的質(zhì)量之比

粘性土：ｄs

＝2.7～2.75砂性土：ｄs

＝2.65土中有機質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小比重瓶法

土的相對密度測定方法ρs—土粒密度，即土顆粒單位體積的質(zhì)量(g/cm3)

氣水土粒msmwmVsVwVVVama=0換算指標(biāo)

氣水土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量m體積V1.干密度d和干重度d

干密度d

：單位體積內(nèi)土顆粒的質(zhì)量。

2．土的飽和密度sat和飽和重度sat

：飽和密度是指土中孔隙完全充滿水時，單位體積土的質(zhì)量；飽和重度是指土中孔隙完全充滿水時，單位體積內(nèi)土的重量。

sat=（ms+Vvρw）/V

干重度d

：單位體積內(nèi)土顆粒的重量。d

=ms/V

sat=satg

d

=ρdg注：1)：干密度(g/cm3)

drydensity重力密度(簡稱重度)天然重度γ=ρg干重度γd=ρdg飽和重度γsat=ρsatg浮重度γˊ=ρˊg2:)：飽和密度(g/cm3)saturateddensity3)：浮密度(g/cm3)顯然：ρsat>ρ>ρd>ρˊ

γsat>γ>γd>γˊ

三、其它指標(biāo)——換算指標(biāo)三、其它指標(biāo)——換算指標(biāo)1、干土重度（）2、土的飽和重度（）飽和土——孔隙完全被水充滿。3．土的有效密度＇和有效重度

＇

＇=（ms-Vsw）/V

g

＇=＇g

土的有效密度是指在地下水位以下，單位土體積中土粒的質(zhì)量扣除土體排開同體積水的質(zhì)量；土的有效重度是指在地下水位以下，單位土體積中土粒所受的重力扣除水的浮力。

3、有效重度（）4、土的孔隙比e——小數(shù)（0·6～1·0）4.土的孔隙比e和孔隙率n

孔隙比為土中孔隙體積與土粒體積之比，用小數(shù)表示；孔隙率為土中孔隙體積與土的總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。e=Vv/Vs

n=（Vv/V）×100%

孔隙比是評價土的密實程度的重要物理性質(zhì)指標(biāo)。一般孔隙比小于0.6的土是低壓縮性的土，孔隙比大于1.0的是高壓縮性的土。土的孔隙率也可用來表示土的密實程度。5、土的孔隙率n%6、土的飽和度描述土體中孔隙被水充滿的程度。干土為0；濕土為100%。反映土的密實程度5．土的飽和度Sr

土中水的體積與孔隙體積之比，稱為土的飽和度，以百分率表示。

Sr=（Vw/Vv）×100%

飽和度用作描述土體中孔隙被水充滿的程度。干土的飽和度Sr

=0%，當(dāng)土處于完全飽和狀態(tài)時Sr

=100%。根據(jù)飽和度，土可劃分為稍濕、很濕和飽和三種濕潤狀態(tài)：Sr≤50%稍濕50%＜Sr≤80%

很濕Sr＞80%

飽和二、反映土的松密程度的指標(biāo)1．孔隙比voidratio

e=vv/vs2．孔隙率porosity

n=vv/v×100%

三、反映土中含水程度的指標(biāo)——ω，Sr1、土的含水率(含水量)

watercontent

用烘干法測定

2．土的飽和度degreeofsaturation

Sr

=vw/v×100%Sr=1完全飽和Sr>0.8飽和Sr=0完全干燥氣水土粒msmwmVsVwVVVama=0注：（1）實驗直接測定的指標(biāo)為：ρ，ω，ds(或ρs）

（2）各指標(biāo)間關(guān)系可用三相草圖法換算,不必死記這些換算公式

四、指標(biāo)間的換算指標(biāo)間的換算氣水土粒dsρw

Vs＝11+e質(zhì)量m體積V

土的三相指標(biāo)中，土粒比重ds，含水量w和密度ρ是通過試驗測定的，可以根據(jù)三個基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)Vv=eωdsρw

ds（1＋w）ρw

推導(dǎo)：換算關(guān)系式：二、土的物理性質(zhì)指標(biāo)表1-2土的三相比例指標(biāo)常見數(shù)值范圍及常用換算公式二、土的物理性質(zhì)指標(biāo)表1-2土的三相比例指標(biāo)常見數(shù)值范圍及常用換算公式2.4.5各指標(biāo)的換算關(guān)系令VS=1，則Vv=e，V=1+e；土的重度：

土的孔隙比：

【例1】

一土樣試驗測得，重度γ＝17.5kN/m3，比重ds＝2.70，土的含水量w=10%，求孔隙比、飽和度和干重度?？紫侗龋猴柡投龋?/p>

干重度：

2.4.5各指標(biāo)的換算關(guān)系【例2】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度Gs為2.66，求該土樣的含水量w、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、飽和重度sat和有效重度

【解答】【例1-1】已知某土樣ρ=1700Kg/m3,ds=2．67

,

ω=14%求e、Sr及ρsat【解】：用三相草圖法，如圖①令V=1m3

②則重量m=ρ*V=1700kg③而ω=mω／mＳ

m=mω+ms

解得ms=1490kgmω=210gk④Vs=ms/ds=1.49/2.67=0.558m3⑤Vv=V-Vs=1-0.558=0.442m3

⑥Vω=mω/ρω=210/1000=0.21m3

在圖中填各數(shù)⑦可得e=VV/Vs=0.79Sr=Vω/VV=0.47五、例題分析氣水土粒msmwmVsVwVVVama=0【例1-1】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒相對密度ds為2.66，試求該土樣的含水量w、密度、重度、干重度d、孔隙比e、飽和度Sr、飽和重度sat和有效重度

＇。

【解答】w=mw/ms×100%=(187-167)×100%/167=11.98%=m/V=187/100=1.87g/cm3=g=1.87×10=18.7kN/m3d=dg=msg/V=167×10/100=16.7kN/m3e=ds(1+w)w/-1=2.66(1+0.1198)/1.87-1=0.593Sr=w

ds/e=0.1198×2.66/0.593=0.537=53.7%sat=(ds+e)w/(1+e)=(2.66+0.593)×10/(1+0.593)=20.4kN/m3

＇=(ds-1)w/(1+e)=sat-w=20.4-10=10.4kN/m32.4物理性質(zhì)指標(biāo)小結(jié)物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系密實程度干濕程度……特點:指標(biāo)概念簡單，數(shù)量很多要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義基本方法:三相草圖法室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標(biāo)土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念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)三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系三相草圖法是求取物理性質(zhì)指標(biāo)的簡單而有效的方法§2.3土的物理狀態(tài)指標(biāo)

土的物理狀態(tài)指標(biāo)

無粘性土的密實度

1．孔隙比2．相對密度粘性土的物理特征

3．標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)無粘性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)時，強度較高，壓縮性較小，可作為良好的天然地基判別砂土密實度指標(biāo)

1．塑性指數(shù)粘性土的工程特性與土中的含水量多少有很大關(guān)系2.液性指數(shù)一、無黏性土的密實度

砂土、碎石土統(tǒng)稱為無黏性土。無黏性土的密實度與其工程性質(zhì)有著密切的關(guān)系，呈密實狀態(tài)時，強度較高，壓縮性較小，可作為良好的天然地基；呈松散狀態(tài)時，則強度較低，壓縮性較大，為不良地基。判別砂土密實狀態(tài)的指標(biāo)

孔隙比e

相對密度Dr

動觸探確指標(biāo)無粘性土碎石土砂土密實疏松強度高密實度強度低一、無粘性土的密實度四、土的物理狀態(tài)指標(biāo)1.無黏性土的密實度

(1)用孔隙比e判別（老規(guī)范）:沒考慮級配因素采用天然孔隙比的大小來判別砂土的密實度，是一種較簡便的方法。對于同一種土，當(dāng)孔隙比小于某一限度時，處于密實狀態(tài)。孔隙比愈大，土愈松散。

emax與emin：最大與最小孔隙比

2.5.1無粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)密實度如何衡量?單位體積中固體顆粒含量的多少優(yōu)點：簡單方便缺點：不能反映級配的影響只能用于同一種土對策相對密度孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20emax: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與emin：最大與最小孔隙比注意：室內(nèi)測得理論上的最大與最小孔隙比有時很困難粗粒土的密實狀態(tài)指標(biāo)

判別標(biāo)準(zhǔn)：

Dr

=1

,最密狀態(tài)

Dr

=0

,最松狀態(tài)

Dr≤1/3,

疏松狀態(tài)1/3<

Dr≤

2/3,中密狀態(tài)

Dr>2/3

,密實狀態(tài)相對密度【例3】某砂土試樣,試驗測定土粒相對密度Gs=2.7,含水量w=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實狀態(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密實度∈（1/3,2/3]中密狀態(tài)三、例題分析【例】某砂土試樣,試驗測定土粒相對密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實狀態(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密實度∈（1/3,2/3]中密狀態(tài)3據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)判斷（新規(guī)范采用）《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》：N>30密實；15<N≤30中密；10<N≤15稍密；N≤10松散標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗方法

錘重(63.5kg)落距(76cm)入土中30cm錘擊數(shù)N

按動觸探確定無黏性土的密實度

在實際工程中，天然砂土的密實度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗的錘擊數(shù)N進行評定。天然碎石土的密實度，可按原位重型圓錐動力觸探的錘擊數(shù)N63.5進行評定?！兜鼗?guī)范》分別給出了判別標(biāo)準(zhǔn)，見表1-3。

表1-3砂土和碎石土密實度的評定密實度松散稍密中密密實按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N評定砂土密實度N≤1010≤N≤1515≤N≤30N＞30按N63.5評定碎石土的密實度N63.5≤55≤N≤1010≤N≤20N63.5＞201、碎石土的密實度重型圓錐動力觸探錘擊數(shù)N63·551020松散稍密中密密實N63·5判別方法四、土的物理狀態(tài)指標(biāo)2、砂土的密實度標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)NN101530松散稍密中密密實判別方法工程上用密實度來判定無粘性土的承載力密實壓縮性小強度高承載力大導(dǎo)入新課（一）界限含水量（二）塑性指數(shù)（三）液性指數(shù)二、粘性的物理特征2.5.2粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)也稱稠度狀態(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塑限wp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)塑態(tài)

流態(tài)

強結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水強結(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（%）半固態(tài)與固態(tài)之間的分界含水率。到固態(tài)后體積不再收縮而得名。液限1．液限、塑限和縮限（一）、界限含水量1、土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)為另一種狀態(tài)的分界含水量，叫～。固態(tài)半固態(tài)流動狀態(tài)可塑狀態(tài)2、可塑性：土在某一含水量范圍內(nèi)時，可以塑成任何形狀，并當(dāng)外力移去后仍保持所得形狀，土的這種特性叫做可塑性。所處狀態(tài)叫可塑狀態(tài)。塑限液限1.5粘性土的物理特性一粘性土的界限含水率界限含水率：粘性土從一種狀態(tài)變化到另一種狀態(tài)的含水率

1．液限WL——土由塑性狀態(tài)變到流態(tài)的分界含水量。如WL=28表示土的液限含水量為28%

測定：用錐式液限儀，通常用聯(lián)合測定法2．塑限WP——土由半固態(tài)到塑態(tài)的分界含水量。如WP=12，表示土的塑限含水量為12%。測定：搓條法或聯(lián)合測定法。3．縮限WS0固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL液塑限聯(lián)合測定儀下沉深度為10mm(或17mm)所對應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對應(yīng)的含水量為塑限。（二）、塑性指數(shù)對于粘性土來說——可塑性范圍越大越好1、定義：液限與塑限的差值，叫做～。一給土命名2、意義：工程上用粘性土1017粉質(zhì)粘土粘土——吸附結(jié)合水的能力；粘性大??；大致反映粘土顆粒含量

1）塑性指數(shù)常作為細粒土工程分類的依據(jù)缺點不能充分反映粘土顆粒含量

不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同活性指數(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2．塑性指數(shù)、液性指數(shù)（三）、液性指數(shù)判斷土的軟硬程度工程上用堅硬00.250.751硬塑可塑軟塑流塑相對稠度對于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同液性指數(shù)不同的粘土，wp、wL

大小不同定義：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1堅硬狀態(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2）液性指數(shù)二、粘性土的塑性指數(shù)Ip和液性指數(shù)Il1．塑性指數(shù)Ip

plasticityindex

Ip=WL－Wp討論：①塑性指數(shù)表示粘土處在可塑狀態(tài)時含水量的變化范圍.

②Ip取決于：

顆粒細↑，土能吸附水量↑，Ip↑；

礦物成分，吸水能力↑，Ip↑，故蒙脫含量↑，則Ip↑；

水中離子成分和濃度,價高陽離子數(shù)↑，Ip↓。

③粘性土的分類常用于Ip

2．液性指數(shù)ILliquidityindex討論：

①IL表示土的軟硬程度,用IL劃分土的軟硬狀態(tài)，IL↑，土軟↑,IL<0堅硬，IL>=1流動狀態(tài)。

②沒考慮土的結(jié)構(gòu)影響，在含水量相同時，原狀土比重塑土硬，故用IL判斷重塑土合適，但對原狀土偏于保守。表1-4黏性土狀態(tài)的劃分

狀態(tài)液性指數(shù)堅硬硬塑可塑軟塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1【例1-2

】某工程的土工試驗成果見表1-5。表中給出了同一土層三個土樣的各項物理指標(biāo)，試分別求出三個土樣的液性指數(shù),以判別土所處的物理狀態(tài)。表1-5土工試驗成果表（1）土樣1-1:IP

=wL－wP=34.8%－20.9%=13.9%

IL=(w－wP)/IP=(29.5－20.9)/13.9=0.62由表1-4可知，土處于可塑狀態(tài)；（2）土樣2-1:IP=wL－wP

=37.3%－25.8%=11.5%IL=(w-wP)/IP=(30.1－25.8)/11.5=0.37由表1-4可知，土處于可塑狀態(tài)