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1、第2章土的性质及工程分类1第1页，共33页，编辑于2022年，星期一2.12.1概概 述述土的三相组成土的三相组成三相比例大小三相比例大小土土的的物物理理性性质质土土的的化化学学性性质质2第2页，共33页，编辑于2022年，星期一 土的三相图土的三相图 Three phase skeletalThree phase skeletal质量质量m体积体积V一、一、反映土轻重程度的指标反映土轻重程度的指标 1.土的天然密度土的天然密度：单位体积土的单位体积土的质量质量(g/cm3)气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVaVv一般一般1.61.62.2g2.2gcmcm3 3 环刀法环刀法蜡封法蜡封法
2、灌砂法灌砂法土的密度测定方法ma=02.2 土的物理性质指标土的物理性质指标2.2.1-2.2.2 土三相比例关系及指标定义土三相比例关系及指标定义3第3页，共33页，编辑于2022年，星期一注：注：1)：干密度：干密度(g/cm3)dry densitydry density 重力密度重力密度(简简称重度称重度)天然重度天然重度=g =g 干重干重度度 d d=d dg g 饱和饱和重度重度satsat=satsatg g 浮浮重度重度 =g=g2:)：饱和密度：饱和密度(g/cm3)saturated density saturated density3)：浮密度：浮密度(g/cm3)显然
3、：显然：satsatd d satsatd d 4第4页，共33页，编辑于2022年，星期一2.土粒相对密度土粒相对密度s（土粒比重）：无量纲（土粒比重）：无量纲单位体积土颗粒质量与单位体积土颗粒质量与44纯水单位体积的质量之比纯水单位体积的质量之比 粘性土粘性土：s s 2.72.72.752.75砂性土：砂性土：s s 2.652.65土中有机质含量增加，土粒土中有机质含量增加，土粒相对密度减小相对密度减小比重瓶法比重瓶法 土的相对密度土的相对密度测定方法测定方法s s土粒密度，即土颗粒单位体积的质量土粒密度，即土颗粒单位体积的质量(g/cm(g/cm3 3)气气水水土土粒粒msmwmVs
4、VwVVVama=05第5页，共33页，编辑于2022年，星期一二、反映土的松密程度的指标二、反映土的松密程度的指标1孔隙比孔隙比void ratiovoid ratio e=vv/vs2孔隙率孔隙率porosity porosity n=vv/v100%三、反映土中含水程度的指标三、反映土中含水程度的指标，SrSr1、土的、土的含水率含水率(含水量含水量)water contentwater content 用烘干法测定用烘干法测定 2土的饱和度土的饱和度 degree of saturationdegree of saturation Sr =vw/vv 100%Sr=100%完全饱和完全
5、饱和 Sr 80%饱和饱和 Sr r=0=0完全干燥完全干燥气气水水土土粒粒msmwmVsVwVVVama=06第6页，共33页，编辑于2022年，星期一注：注：（1）实验直接测定的指标为：实验直接测定的指标为：，ds(或或s）（2）各指标间关系可用三相草图法换算各指标间关系可用三相草图法换算,不必死记这些换算公式不必死记这些换算公式 土的三相比例指标换算公式（表土的三相比例指标换算公式（表2-2）n2.2.32.2.3指标间的换算指标间的换算2.2.3指标的换算指标的换算7第7页，共33页，编辑于2022年，星期一【例2-1】已知某土样=1700Kg/m3,ds=267,=14%求e、Sr及
6、sat【解】：用三相草图法，如图 令V=1 m3 则重量m=*V=1700kg 而=mm m=m+ms 解得ms=1490kg m=210kg Vs=ms/ds=1.49/2.67=0.558 m3 Vv=V-Vs=1-0.558=0.442 m3 V V=m=m/=210/1000=0.21 m3 在图中填各数 可得 e=VV/Vs=0.79 Sr=V/VV=0.47n五、例题分析五、例题分析 气气水水土土粒粒msmwmVsVwVVVama=08第8页，共33页，编辑于2022年，星期一2.3 2.3 黏性土的物理特性黏性土的物理特性n2.3.12.3.1黏性土的可塑性及界限含水率黏性土的可
7、塑性及界限含水率界限含水率：界限含水率：粘性土从一种状粘性土从一种状态变态变化到另一种状化到另一种状态态的含水率的含水率 1液限液限W WL L土由塑性状态变到流态的分界含水量。土由塑性状态变到流态的分界含水量。如如W WL L=28=28 表表示土的液限含水量为示土的液限含水量为28%28%测定：用锥式液限仪，通常用联合测定法测定：用锥式液限仪，通常用联合测定法2 2塑限塑限W WP P土由半固态到塑态的分界含水量。土由半固态到塑态的分界含水量。如如W WP P=12=12，表示土的，表示土的塑限含水量为塑限含水量为12%12%。测定：搓条法或联合测定法。测定：搓条法或联合测定法。3 3缩限
8、缩限W WS S0固态或半固态固态或半固态可塑状态可塑状态流动状态流动状态塑限塑限P液限液限L9第9页，共33页，编辑于2022年，星期一2.3.22.3.2黏性土的物理状态指标黏性土的物理状态指标1塑性指数塑性指数Ip plasticity indexplasticity index Ip=WLWp讨论：讨论：塑性指数表示粘土处在可塑状态时含水量的变化范围塑性指数表示粘土处在可塑状态时含水量的变化范围.Ip取决于：取决于：颗粒细颗粒细，土能吸附水量，土能吸附水量，IP；矿物成分，吸水能力矿物成分，吸水能力，IP，故蒙脱含量，故蒙脱含量，则，则IP；水中离子成分和浓度水中离子成分和浓度,价高阳
9、离子数价高阳离子数，IP。粘性土的分类常用于粘性土的分类常用于IP2液性指数液性指数IL liquidity indexliquidity index讨论讨论：IL表示土的软硬程度表示土的软硬程度,用用IL划分土的软硬状态，划分土的软硬状态，IL，土软土软,IL=1流动状态。流动状态。没考虑土的结构影响，在含水量相同时，原状土比没考虑土的结构影响，在含水量相同时，原状土比 重重塑土硬，故用塑土硬，故用IL判断重塑土合适，但对原状土偏于保守。判断重塑土合适，但对原状土偏于保守。10第10页，共33页，编辑于2022年，星期一3天然稠度天然稠度(natural consistency)测定：烘干法
10、测定：烘干法路基的干湿状态路基的干湿状态公路沥青路面设计规范公路沥青路面设计规范（JTJD60-2006）干燥干燥中湿中湿潮湿潮湿过湿过湿11第11页，共33页，编辑于2022年，星期一液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪下沉深度为下沉深度为17mm所对应的含水量为液限所对应的含水量为液限;下沉深度为下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限。处所对应的含水量为塑限。液限液限塑限塑限12第12页，共33页，编辑于2022年，星期一13第13页，共33页，编辑于2022年，星期一2.3.3黏性土的活动度、灵敏度和触变性黏性土的活动度、灵敏度和触变性n活动度：反映黏性土活动度：反映黏性土中所含矿物的活动性
11、中所含矿物的活动性A0.750.75A1.25不活动不活动正常正常活动活动14第14页，共33页，编辑于2022年，星期一2.3.3黏性土的灵敏度黏性土的灵敏度n灵敏度：灵敏度：低灵敏度低灵敏度中灵敏度中灵敏度高灵敏度高灵敏度15第15页，共33页，编辑于2022年，星期一n概念：概念：黏性土的抗剪强度随时间恢黏性土的抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质复的胶体化学性质n实质：微观结构多为片架结构，含实质：微观结构多为片架结构，含较多结合水，随着时间被破坏的原较多结合水，随着时间被破坏的原始黏聚力部分得到恢复始黏聚力部分得到恢复2.3.3黏性土的触变性、黏性土的触变性、16第16页，共33页，编辑
12、于2022年，星期一2.42.4 无粘性土的密实度无粘性土的密实度The compactness of none-cohesive soilThe compactness of none-cohesive soil 无无粘性土主要包括砂类土和碎石土，而影响无粘性土工程粘性土主要包括砂类土和碎石土，而影响无粘性土工程性质的主要因素是密实度性质的主要因素是密实度 1.孔隙比孔隙比e e（老规范）（老规范）:没考虑级配因素没考虑级配因素对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散孔隙比愈大，土愈松散。17第17页，共33
13、页，编辑于2022年，星期一2.2.由相对密实度由相对密实度D Dr r判断判断（公路规范用）（公路规范用）relative densityrelative density砂土在天然状态砂土在天然状态下孔隙比下孔隙比砂土在最密实状态时砂土在最密实状态时的孔隙比的孔隙比砂土在最松砂土在最松散状态时的散状态时的孔隙比孔隙比当当Dr=0=0时，时，e=emin，表示土处于最疏松状态，表示土处于最疏松状态;当当Dr=1.0时，时，e=emax，表示土体处于最密实状态，表示土体处于最密实状态Dr1/3疏松状态疏松状态1/3Dr2/3中密状态中密状态2/3Dr1密实状态密实状态优缺点？优缺点？18第18页
14、，共33页，编辑于2022年，星期一n三、例题分析三、例题分析 n【例】某砂土试样某砂土试样,试验测定土粒相对密度试验测定土粒相对密度ds=2.7,含水量含水量=9.43%,天然密度天然密度=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称得干。已知砂样最密实状态时称得干砂质量砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此。求此砂土的相对密度砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态并判断砂土所处的密实状态 【解答解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度相对密实度（
15、1/3,2/31/3,2/3中密状态中密状态19第19页，共33页，编辑于2022年，星期一3 3 据标准贯入击数判断据标准贯入击数判断（新规范采用）（新规范采用）建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范：N 30密实；密实；15N30N30中密；中密；10N1510N15稍密；稍密；N10N10松散松散公路桥涵地基及基础设计规范公路桥涵地基及基础设计规范N30密实；密实；10 N30N30中密；中密；5 5 N9 N9 稍密；稍密；N5N0.075mm的颗粒含量不超过全重的颗粒含量不超过全重的的50%的土的土21第21页，共33页，编辑于2022年，星期一2.5.2粉土的密实度和湿度粉土的密
16、实度和湿度密实度密实度密实密实中密中密稍密稍密e 0.90湿度湿度稍湿稍湿湿湿很湿很湿w3022第22页，共33页，编辑于2022年，星期一2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性n胀缩性：吸水膨胀和胀缩性：吸水膨胀和失水收缩的特性失水收缩的特性2.6.1土的胀缩性土的胀缩性自由膨胀率自由膨胀率膨胀土膨胀土裂隙发育、常有光滑面裂隙发育、常有光滑面和擦痕和擦痕多出露于阶地、山前多出露于阶地、山前常见浅层滑坡、地裂、坍塌常见浅层滑坡、地裂、坍塌裂隙随其气候张闭裂隙随其气候张闭23第23页，共33页，编辑于2022年，星期一n湿陷性湿陷性的概念：的概念：土在自重压力作用下或自重压力
17、和土在自重压力作用下或自重压力和附加压力作用下，受水浸湿后土附加压力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特征下陷的特征2.6.2土的湿陷性土的湿陷性24第24页，共33页，编辑于2022年，星期一湿陷系数湿陷系数非湿陷性非湿陷性湿陷性湿陷性2.6.2土的湿陷性土的湿陷性25第25页，共33页，编辑于2022年，星期一n冻胀性：土的冻胀和冻融给建筑物冻胀性：土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性或土工建筑物带来危害的变形特性2.6.3土的冻胀性土的冻胀性级级不不冻胀冻胀级级弱弱冻胀冻胀级冻胀级冻胀级级强强冻胀冻胀级级特特强强冻胀冻胀26
18、第26页，共33页，编辑于2022年，星期一2.7 2.7 土的分类土的分类n一、分类的目的：不同土间比较、评价、积累及交流一、分类的目的：不同土间比较、评价、积累及交流n二、分类体系与方法二、分类体系与方法 分类体系：分类体系：1.建筑工程系统分类体系建筑工程系统分类体系2.工程材料系统分类体系工程材料系统分类体系侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如：侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如：建筑建筑地基基础设计规范地基基础设计规范(GB50007-2002)地基土分类方法地基土分类方法,很注意土很注意土的结构性。的结构性。侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地
19、基工程。研究对侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研究对象为扰动土，例如：象为扰动土，例如：土的分类标准土的分类标准(GB/T50145-2007)工程用土工程用土的分类和的分类和公路土工试验规程公路土工试验规程(JTJ051-93)土的工程分类土的工程分类27第27页，共33页，编辑于2022年，星期一1 1、按沉积年代和地质成因划分、按沉积年代和地质成因划分老沉积土：第四纪晚更新世老沉积土：第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的土，呈超及其以前沉积的土，呈超固结状态、具有较高的结构强度固结状态、具有较高的结构强度新近沉积土：第四纪全新世近期沉积的土，一般呈欠固结状新近沉积土：第四
20、纪全新世近期沉积的土，一般呈欠固结状态、结构强度较低态、结构强度较低2.7.2建筑地基土的分类建筑地基土的分类建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)28第28页，共33页，编辑于2022年，星期一 2 2、根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地、根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类。基土（岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类。（与书上与书上P54P54稍有差异稍有差异）（1）岩石岩石 颗粒间牢固粘结颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬程
21、度可根据岩块的饱和单轴抗压强度坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类。分类。坚硬程度类别坚硬程度类别饱和单轴抗压饱和单轴抗压强度强度frk(Mpa)坚硬岩坚硬岩较硬岩较硬岩较软岩较软岩软岩软岩极软岩极软岩30frk60frk6015frk305frk15frk52.7.2建筑地基土的分类建筑地基土的分类29第29页，共33页，编辑于2022年，星期一（2）碎石土碎石土土中土中2mm2mm颗粒含量颗粒含量 全重全重50%50%，且颗粒间未，且颗粒间未经胶结的粗粒土经胶结的粗粒土（3）砂土砂土土中土中2mm2mm颗粒颗粒50%50%全部土重，且粒径全部土重，且粒径0.075mm0.075m
22、m的颗粒的颗粒50%50%全部土重。又可进一步分。全部土重。又可进一步分。（4）粉土粉土粒径粒径0.075mm0.075mm颗粒含量颗粒含量50%50%全土重，且全土重，且IP10IP10的土。的土。e0.6e1.0e1.0为软弱地基。为软弱地基。（5）粘性土粘性土塑性指数塑性指数IP10的土称为粘性土，粘性土的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细分。根据塑性指数细分。土的名称土的名称粘土粘土粉质粘土粉质粘土塑性指数塑性指数IP1710IP1730第30页，共33页，编辑于2022年，星期一3。其他。其他 软土：（软土：（e1e1，L L)压缩压缩性高、性高、强强度低度低和具有灵敏性、和具有灵敏
23、性、结结构性构性。其包括淤泥、淤泥其包括淤泥、淤泥质质粘性粘性土、淤泥土、淤泥质质粉土粉土。红粘土（云贵，广西）红粘土（云贵，广西）黄土（西北、华北）黄土（西北、华北）膨胀土：自由膨胀率膨胀土：自由膨胀率40%,40%,十几个省十几个省 多年冻土多年冻土 盐渍土盐渍土 污染土污染土31第31页，共33页，编辑于2022年，星期一碎石土、砂土、粉土的分类与碎石土、砂土、粉土的分类与建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范完全相完全相同。粘性土的定义稍有差异，除要满足塑性指数大于同。粘性土的定义稍有差异，除要满足塑性指数大于1010之外，还之外，还要求粒径大于要求粒径大于0.075mm0.075m
24、m的颗粒含量不超过总质量的颗粒含量不超过总质量50%50%的土，另外的土，另外按沉积年代划分黏土。按沉积年代划分黏土。3 3 公路路基土的分类公路路基土的分类 公路土工试验规程公路土工试验规程(JTGE40-2007)(JTGE40-2007)参照参照土的土的分类标准分类标准将土分为巨粒土、粗粒土、细粒土和将土分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土特殊土 a.巨粒土分类巨粒土分类若土中巨粒组含量多于若土中巨粒组含量多于15%,属于巨粒土属于巨粒土b.粗粒土的分类粗粒土的分类 巨粒含量少于等于巨粒含量少于等于15%15%，且巨粒组土粒与粗粒组土粒质量之和多，且巨粒组土粒与粗粒组土粒质量之和多于总质量
25、于总质量50%50%的土属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两的土属于粗粒土。粗粒土分为砾类土和砂类土两类。类。2.7.4公路桥涵地基土的分类公路桥涵地基土的分类32第32页，共33页，编辑于2022年，星期一c.细粒土的分类细粒土的分类 细粒组土粒质量多余或等于总质量细粒组土粒质量多余或等于总质量50%50%的土属于细粒的土属于细粒土。土。图中液限为图中液限为17mm液限液限土工分类土工分类标准标准细粒土参照塑性图细粒土参照塑性图(由由assgrandeassgrande提出）进行细分提出）进行细分分类体系见书分类体系见书P59P59图图2-142-1433第33页，共33页，编辑于2022年，星期一