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1、土土 力力 学学主讲教师:李新乐大连民族学院(xuyun)土建学院(xuyun)Soil Mechanics第一页，共36页。土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)及分类及分类第二章第二章对土的特点进行详细解释对土的特点进行详细解释(jish)和定量描述和定量描述本章特点本章特点(tdin):(tdin):看起来零散看起来零散学习要点学习要点:理清理清 各节间联系各节间联系 各节内层次各节内层次第二页，共36页。土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类2.1 2.1 土的三相比例土的三相比例(bl)(bl)指标指标 第三页，共36页。2.1 土的三相比例土的三相比例(bl
2、)指标指标 土的物理土的物理(wl)状态状态粗粒土的松密粗粒土的松密程度程度粘性土的软硬粘性土的软硬状态状态土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类土的物理性质指土的物理性质指标标(三相间的比例关系三相间的比例关系)力学力学特性特性影响影响表表示示第四页，共36页。概念概念(ginin)所谓土的物理性质就是表示土中三相比所谓土的物理性质就是表示土中三相比例关系的一些物理量。例关系的一些物理量。土的物理性质指标不仅可以描述土的物土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处理性质和它所处(su ch)(su ch)的状态，而且的状态，而且在一定程度上反映了土的力学性质。在一定程
3、度上反映了土的力学性质。第五页，共36页。土的物理性质指标土的物理性质指标(zhbio)的的分类分类一类是必须通过试验测定的，如含水量一类是必须通过试验测定的，如含水量（率）、密度和土粒相对密度，称为直（率）、密度和土粒相对密度，称为直接指标；接指标；一类是根据一类是根据(gnj)(gnj)直接指标换算的，如直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标指标 第六页，共36页。土的三相土的三相(sn xin)图图为便于说明这些物理性质为便于说明这些物理性质(wl(wl xngzh)xngzh)指标的定义和它们的换算关指标的定义和它们的换算关系，常用三
4、相图表示土体内三相的相系，常用三相图表示土体内三相的相对含量。对含量。第七页，共36页。WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类质量质量(zhling)体积体积(tj)土的三相比例指标土的三相比例指标 第八页，共36页。三相三相(sn xin)草草图图土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积已知关系已知关系(gun(gun x)x)五个五个:共有九个参数共有九个参数:V Vv Vs Va V/ms m ma m剩下三个独立变量剩
5、下三个独立变量三相草图法三相草图法物性指标是比例关系物性指标是比例关系:可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法土的三相比例指标土的三相比例指标 第九页，共36页。土的密度土的密度(md)(density)(md)(density)土粒相对密度土粒相对密度(md)(specific gravity of soil(md)(specific gravity of soil particles)particles)土的含水量土的含水量(water content)(water c
6、ontent)三个基本三个基本(jbn)(jbn)指标：指标：土的干密度土的干密度(md)(dry density)饱和密度饱和密度(md)(saturated density)浮密度浮密度(md)(buoyant density)描述土的孔隙体积相对含量的指标描述土的孔隙体积相对含量的指标孔隙比孔隙比(void)孔隙率孔隙率(porosity)饱和度饱和度(degree of saturation)特殊条件下土的密度特殊条件下土的密度第十页，共36页。土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积-土的密度
7、土的密度(md)、土粒密度、土粒密度(md)、土的含水量、土的含水量土的密度土的密度(md)(density)土的容重土的容重(重度重度)=g工程上更常用工程上更常用,用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位:kg/m3 或或 g/cm3单位单位:kN/m3 一般范围一般范围:1.602.20 g/cm3定义定义:土单位体积的质量土单位体积的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 表达式表达式:相关指标相关指标:三相草图有助于直观理三相草图有助于直观理解物性指标的概念解物性指标的概念第十一页，共36页。土的密度土的密度(md)和容重和容重测定
8、方法：环刀法测定方法：环刀法(do f)第十二页，共36页。土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒相对土粒相对(xingdu)密度密度(specific gravity of soil particles)单位单位(dnwi):无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围:4C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度=1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义:土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值表达式表达式:定义定义:土的质
9、量（或重量）与同体积土的质量（或重量）与同体积4时纯水的质量之比（无因次）时纯水的质量之比（无因次）表达式表达式:土粒比重土粒比重2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 第十三页，共36页。土粒相对土粒相对(xingdu)密度密度ds测定方法：测定方法：比比重重瓶瓶法法，事事先先将将比比重重瓶瓶注注满满纯纯水水，称称瓶瓶加加水水的的质质量量m1。然然后后把把烘烘干干(hn n)土土若若干干克克(ms)装装入入空空比比重重瓶瓶内内，再再加加纯纯水水至至满满，称称瓶瓶加加水水加加土土的的质质量量m2，按下式计算土粒比重，按下式计算土粒比重第十四页，共36页。土粒相对土粒相对(xingdu)密度密度
10、ds第十五页，共36页。土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水量土的含水量定义定义:土中水的质量土中水的质量(zhling)与土粒质量与土粒质量(zhling)之比之比,用百分数表示用百分数表示注意注意(zh y):其实是含水比其实是含水比,可达到或超过可达到或超过100表达式表达式:2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 water content or moisture content第十六页，共36页。土的含水量土的含水量测定方法：测定方法：烘干法。先称出天然烘干法。先称出天然(tinr
11、n)(tinrn)湿土湿土的质量，然后放在烘箱里，在的质量，然后放在烘箱里，在100100105105下烘干，称干土的质量。下烘干，称干土的质量。第十七页，共36页。间接换算间接换算(hun sun)(hun sun)的物理性的物理性质指标质指标 描述土的孔隙体积描述土的孔隙体积(tj)相对含量的指标相对含量的指标孔隙比孔隙比(void)孔隙率孔隙率(porosity)饱和度饱和度(degree of saturation)第十八页，共36页。v表示表示(biosh)土中孔隙含量土中孔隙含量的指标的指标孔隙孔隙(kngx)比比孔隙孔隙(kngx)率率(孔隙孔隙(kngx)度度)土的物理性质和分
12、类土的物理性质和分类换算指标换算指标关系关系:在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可达有的可达60-70%定义定义:土中孔隙体积与固体颗粒体土中孔隙体积与固体颗粒体积之比积之比,无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积体积定义定义:土中孔隙体积与总体积土中孔隙体积与总体积之比之比,用百分数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积体积三相草图可用于确定物三相草图可用于确定物性指标之间的关系性指标之间的关系2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 第十九
13、页，共36页。土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类饱和度饱和度WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义(dngy):土中水的体土中水的体积与孔隙体积的比值积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满饱和度表示孔隙中充满(chngmn)水的程度水的程度Sr=0 :干土干土Sr=1 :饱和土饱和土2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 第二十页，共36页。v表示土中含水程度表示土中含水程度(chngd)的指的指标标土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类含水量含水量饱和度饱和度WaterAirSoilVaVwV
14、sVvVma=0mwmsm质量质量体积体积2.1土的三相土的三相(sn xin)比例指标比例指标 第二十一页，共36页。土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类v表示表示(biosh)土中密度和容土中密度和容重的指标重的指标天然天然(tinrn)密度密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然容重天然容重干容重干容重浮容重浮容重浮密度浮密度有效容重有效容重饱和容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位:kg/m3 或或 g/cm3单位单位:kN/m3 定义定义:土被完全烘干时的密度土被完全烘干时的密度,等于等于 单位体积内土粒的质量
15、单位体积内土粒的质量表达式表达式:2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 第二十二页，共36页。干密度干密度(md)d(md)d干容重干容重dd土烘干，体积土烘干，体积(tj)(tj)要减小，因而土的要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干容重是评价土密实程度土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。工程的施工质量。第二十三页，共36页。饱和饱和(boh)(boh)密度密度satsat与饱和与饱和(boh)(b
16、oh)容重容重sat sat 定义：定义：土土中中孔孔隙隙完完全全(wnqun)被被水水充充满满，土土处处于于饱饱和和状状态态时时单单位位体体积积土土的的质质量量或或重量重量表达式：表达式：第二十四页，共36页。浮密度浮密度(md)(md)与浮容重与浮容重 定义：定义：单单位位(dnwi)体体积积内内土土粒粒质质量量与与同同体体积水质量之差积水质量之差表达式：表达式：第二十五页，共36页。各种密度各种密度(md)容重之间的大小容重之间的大小关系：关系：土的物理性质土的物理性质(wl xngzh)和分类和分类天然天然(tinrn)密度密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然容重天然容重干容重干容重浮
17、容重浮容重饱和容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 第二十六页，共36页。物理性质物理性质(wl xngzh)(wl xngzh)指标指标间的换算间的换算 常用的物理性质指标共有常用的物理性质指标共有9 9个，一般个，一般说，已知其中任意说，已知其中任意3 3个，通过个，通过(tnggu)(tnggu)换算，可以求其余换算，可以求其余6 6个。个。第二十七页，共36页。土的三相指标中土的三相指标中3 3个直接测定指标是个直接测定指标是 、。测定的方法分别：测定的方法分别：、。表示土的容重的指标有表示土的容
18、重的指标有 个，分别是个，分别是 。表示土中含水多少的指标有表示土中含水多少的指标有 。土的三相指标可以土的三相指标可以(ky)(ky)概括为概括为 个。个。课堂内容课堂内容(nirng)(nirng)考查：考查：第二十八页，共36页。孔隙(kngx)比与孔隙(kngx)率的关系 第二十九页，共36页。干密度干密度(md)(md)与湿密度与湿密度(md)(md)和和含水率的关系含水率的关系 第三十页，共36页。孔隙孔隙(kngx)(kngx)比与相对密度和干密度比与相对密度和干密度的关系的关系 第三十一页，共36页。饱和度与含水率、比重和孔隙饱和度与含水率、比重和孔隙(kngx)(kngx)比
19、的比的关系关系 当土饱和当土饱和(boh)(boh)时，即为时，即为Sr=100Sr=100则则 饱和饱和(boh)含含水率水率第三十二页，共36页。浮密度浮密度(md)(md)与相对密度与相对密度(md)(md)和和孔隙比的关系孔隙比的关系 第三十三页，共36页。n【例1】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为，求该土样的含水量、密度、重度、干重度d、孔隙(kngx)比e、饱和重度sat和有效重度 【解答(jid)】第三十四页，共36页。例题例题2 一击实试验：击实筒体积一击实试验：击实筒体积(tj)1000cm3，测得湿，测得湿土质量为土质量为1.95kg，取一质量为，取一质量为17.48g的湿土，烘干后质的湿土，烘干后质量为量为15.03g，计算含水量和干重度。，计算含水量和干重度。解：解：天然天然(tinrn)重重度度含水量含水量第三十五页，共36页。例题例题(lt)3 一体积为一体积为50cm33，土样孔隙比将减少多少？，土样孔隙比将减少多少？解：解：孔隙孔隙(kngx)比减小值比减小值土样的天然土样的天然(tinrn)密度密度土样的含水量土样的含水量第三十六页，共36页。