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1、绪 论土力学课程的学习方法：土力学课程的学习方法：FF注重基本概念的理解，要咬文嚼字，理解加记忆；注重基本概念的理解，要咬文嚼字，理解加记忆；FF注意基本理论学习；注意基本理论学习；FF掌握基本的计算方法掌握基本的计算方法。土力学课程的学习要求土力学课程的学习要求：FF课后复习，每章学习完要复习；课后复习，每章学习完要复习；FF作业独立完成；作业独立完成；FF作业按时交作业按时交。第1页/共87页绪 论土力学的历史：土力学的历史：FF人类在同生存作斗争的历史中，积累了大量的土力学知识；人类在同生存作斗争的历史中，积累了大量的土力学知识；FF土力学作为一门系统的学科是以土力学作为一门系统的学科是
2、以太沙基太沙基的的19251925年出版的土年出版的土力学为标志；很多力学为标志；很多基本理论、试样方法基本理论、试样方法在在2020世纪世纪7070年代前就年代前就已经形成；已经形成；FF现代土力学在现代土力学在本构模型理论、计算方法、非饱和土力学本构模型理论、计算方法、非饱和土力学有较大有较大发展；量测技术的提高；土动力学理论、分析方法、测试手段发展；量测技术的提高；土动力学理论、分析方法、测试手段有很大发展和提高。有很大发展和提高。第2页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土的形成土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物（人工破碎;堆石坝的坝壳料；相当于物理风化）。
3、土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物根据来源分：有机土和无机土岩石风化分为物理风化和化学风化。物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。第3页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土的形成化学风化：化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为些岩石或
4、岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒极细颗粒的过程。的过程。特征：特征：FF物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；FF化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。化，只不过哪种占优而已。第4页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类土从其堆积或沉积的条件来看可分为：土从其堆积或沉积的条件来看可分为：残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。特点：湿热地带，粘土，深厚，松
5、软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。第5页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。风积土、冰碛土和沼泽土等。冲积土：由水流冲积而成；冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑颗粒分选、浑圆光滑 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后
6、沉积下来的堆积物；堆积物；没有层理、细砂或粉粒；没有层理、细砂或粉粒；黄土黄土 冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂不成层、从漂石到粘粒石到粘粒 沼泽土：在沼泽地的沉积物；沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度含有机质、压缩性高、强度低低第6页/共87页1-2 1-2 土的组成土的组成第一章 土的物理性质指标与工程分类土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系三相系。固相：土的颗粒、粒间胶结物；固相：土的颗粒、粒间胶结物；液相：土体孔隙中的水；液相：土体孔隙中的水；气相：孔隙中的空气。气
7、相：孔隙中的空气。第7页/共87页1-2 1-2 土的组成土的组成第一章 土的物理性质指标与工程分类当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土饱和土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为此时的土体属三相系，称为湿土湿土。根据土的粘性分：根据土的粘性分：粘性土：颗粒很细；粘性土：颗粒很细；无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石
8、、甚至堆石（直径几十堆石（直径几十cmcm甚至甚至11mm）第8页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（一）成土矿物（一）成土矿物原生矿物原生矿物：由：由物理风化物理风化生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；石英、长石、云母等；石英、长石、云母等；圆形、板状、块状圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑吸水力弱、稳定、无塑性；砂多为石英。性；砂多为石英。次生矿物次生矿物：由原生矿物经：由原生矿物经化学风化化学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、
9、伊利石、蒙脱石；片状、一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。极细；吸水力强、活泼、有塑性。第9页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的水铝硅酸盐矿物水铝硅酸盐矿物。其结构可分为晶体和非晶体，以其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物晶体矿物为主。为主。硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每个氧离子为个氧离子为22个相邻单元的硅原子共有组成个相邻单元的硅原子共有组成六边形孔
10、硅片；六边形孔硅片；铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为个氢氧离子为22个相邻单元的铝原子共有组个相邻单元的铝原子共有组成铝片；成铝片；第10页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：粘土矿物：高岭石：高岭石：长石风化产物，长石风化产物，11：11型晶格，一个型晶格，一个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。接，一个颗粒多达近百个晶层。伊利石：伊利石：云母在碱性介质中风化产物，云母在碱性介质中风化产物，2 2
11、：11型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；蒙脱石：蒙脱石：伊利石进一步风化，伊利石进一步风化，2 2：11型晶格，型晶格，晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；连接弱。连接弱。第11页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相（三）土粒的大小和土的级配（三）土粒的大小和土的级配粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之
12、比。义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。土的土的级配级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。第12页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的分布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验颗粒大小分析试验。常用的方法：筛分法：粒径常用的方法：筛分法：粒径0.0750.075mmmm 密度计法：粒径密度计法：粒径0.0750.0750.075mmmm，又有粒径又有粒径0.0750.075m
13、mmm 第13页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验1.筛分法利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（）式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量第14页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类2.密度计法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。第15页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类3.土的级配曲线（1）粒径分布曲线（2）粒组频率
14、曲线粒径分布曲线粒组频率曲线第16页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类(五五)颗粒分析试验曲线的主要用途颗粒分析试验曲线的主要用途按粒径分布曲线可求得：按粒径分布曲线可求得：（11）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程大致评估土的工程性质性质；（22）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配评价土级配的好坏。的好坏。根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数不均匀系数CuCu和曲率系和曲率系数数CcCc，它们的定义为：它们的定义为：
15、（1122）第17页/共87页 (1 (13)3)式中：式中：dd1010，dd3030和和dd6060为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为为1010，3030和和6060时所对应的粒径。时所对应的粒径。dd1010称为有效粒径；称为有效粒径；dd6060称为称为限制粒径限制粒径。第一章 土的物理性质指标与工程分类第18页/共87页土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状粒径分布曲线的形状来来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀
16、系数和曲率系数来衡量。数来衡量。CuCu小，曲线陡；小，曲线陡；CuCu大，易压密；大，易压密；CcCc过大，台阶在过大，台阶在d10d30d10d30间；间；CcCc过小，台阶在过小，台阶在d30d60d30d60间；间；第一章 土的物理性质指标与工程分类第19页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。双峰，谷点双峰，谷点3=5Cu=5，且且Cc=13Cc=13时，级配良好，否则，不时，级配良好，否则，不良。良。第20页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、土的液相二、土的液相（一）吸着水（一）
17、吸着水由土颗粒表面电分子力吸由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面的一层水。附在土粒表面的一层水。吸着水可分为吸着水可分为强吸着水强吸着水和和弱吸着水弱吸着水。第21页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、土的液相二、土的液相（一）吸着水（一）吸着水大多数粘粒表面带有大多数粘粒表面带有净的负电荷净的负电荷:1.1.原子替代原子替代;2.2.断键断键;3.3.氢氧离子中的氢离子被离解氢氧离子中的氢离子被离解;吸着水形成原因吸着水形成原因:土粒表面的负电土粒表面的负电荷荷,阳离子阳离子,氢键。氢键。第22页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、土的液相二、土的液相（一）吸着水（一）
18、吸着水 强吸着水性质强吸着水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递接近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。压力。弱吸着水弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和方转移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。强度，并使土的透水性变小。吸着水厚度影响因素：吸着水厚度影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学性质成土矿物；
19、阳离子浓度及化学性质(阳离子价阳离子价低低,厚厚;阳离子浓度高阳离子浓度高,薄薄)。第23页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类(二）自由水二）自由水离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可且可自由移动自由移动?的水称为自由水。的水称为自由水。（分为（分为毛细管水和重力水毛细管水和重力水）1.1.毛细管水毛细管水土中存在许多大小不同的相互连通土中存在许多大小不同的相互连通的弯曲孔道，由于水分子与土粒分的弯曲孔道，由于水分子与土粒分子之间的附着力和水气界面上的表子之间的附着力和水气界面上的表面张力，于是，面张力，于是，将引起迫使相邻
20、土将引起迫使相邻土粒相互积紧的压力，这个压力称为粒相互积紧的压力，这个压力称为毛管水压力毛管水压力。第24页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类在潮湿的粉、细砂中孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续在潮湿的粉、细砂中孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续的。这时，由于空袭中的气与大气连通，因此，孔隙中的压力亦将小的。这时，由于空袭中的气与大气连通，因此，孔隙中的压力亦将小于大气压力。于大气压力。由毛管水压力引起的摩擦阻力犹如给予砂土以某些粘聚力，以致在潮由毛管水压力引起的摩擦阻力犹如给予砂土以某些粘聚力，以致在潮湿的砂土中能开挖一定高度的直立坑壁。但一旦砂土被水浸饱和，则湿的
21、砂土中能开挖一定高度的直立坑壁。但一旦砂土被水浸饱和，则弯液面消失，毛管水压力变为零，这种粘聚力液就不再存在。把这种弯液面消失，毛管水压力变为零，这种粘聚力液就不再存在。把这种粘聚力称为粘聚力称为假粘聚力假粘聚力。第25页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类2.2.重力水重力水在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称微微重力水。重力水。具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。具有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加渗流力（亦称动水压当它在土孔隙中流动时，对所流经的土体施加
22、渗流力（亦称动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。力、渗透力），计算中应考虑其影响。第26页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类三、土的气相三、土的气相存在土中的气体分为两种基本类型：一种是与大气连通的气体；存在土中的气体分为两种基本类型：一种是与大气连通的气体；另一种是与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气体。另一种是与大气不连通的以气泡形式存在的封闭气体。第27页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类一、土粒间的相互作用一、土粒间的相互作用当粘粒在溶液中沉淀时，粒间引力主要当粘粒在溶液中沉淀时，粒间引力主要是范得华力（分子键），还有吸着水层是范得华力（分子键），还有吸着水层中
23、异性电荷引起的静电引力。中异性电荷引起的静电引力。引力引力:范得华力总是在极性颗粒之间产生引力，范得华力总是在极性颗粒之间产生引力，但它是一种短程力，约随粒间间距得六但它是一种短程力，约随粒间间距得六次方递减，而与溶液的性质无关。次方递减，而与溶液的性质无关。1-3 1-3 土的结构土的结构第28页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类一、土粒间的相互作用一、土粒间的相互作用斥力斥力:在两个土粒互相靠近，使颗粒表面吸着水层相搭接时，吸着水层中的在两个土粒互相靠近，使颗粒表面吸着水层相搭接时，吸着水层中的阳离子不足以平衡土粒上得净负电荷就发生粒间斥力。大小取决于溶阳离子不足以平衡土粒上得净
24、负电荷就发生粒间斥力。大小取决于溶液的性质，并随粒间间距得指数函数递减。液的性质，并随粒间间距得指数函数递减。1-3 1-3 土的结构土的结构第29页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、土的结构二、土的结构（一）单粒结构（一）单粒结构第30页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、土的结构二、土的结构（二）蜂窝状结构（二）蜂窝状结构第31页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、土的结构二、土的结构（三）絮状结构（三）絮状结构 角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征是土粒之角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭
25、接形式为主。这种结构的土粒呈间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。任意排列，具有较大的孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。片堆结构片堆结构第32页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标可分为两类：可分为两类：一类是必须一类是必须通过试验测定通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；指标；另一类是另一类是根据直接指标换算根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，
26、称为间接指标。间接指标。第33页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标一、试验直接测定的物理性质指标（一）土的密度与重度土的密度定义为单位体积土的质量，用表示，单位为Mg/m3(或g/cm3)。表达式如下：（1-4）对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。第34页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类土的土的重度重度亦称为亦称为容重容重，定义为单位体积土的重量，用，定义为单位体积土的重量，用表示，单位表示，单位为为kN/mkN/m33。表达式如下：表达式如下：（1-51-5）式中：式中：WW土的重量，单位为土的重量，单位为kNkN；g g
27、重力加速度。重力加速度。第35页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（二）土粒比重（二）土粒比重GsGs土粒比重定义为土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积土粒的质量（或重量）与同体积44时纯水的质量时纯水的质量（或重量）之比（或重量）之比（无因次），其表达式为：（无因次），其表达式为：（1-61-6）或或 （1-71-7）式中：式中：ss土粒的密度，即土粒单位体积的质量；土粒的密度，即土粒单位体积的质量；（ww）4444时纯水的密度，时纯水的密度，11g/cmg/cm33（ww）4444时纯水的重度。时纯水的重度。第36页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类土粒比重常用比
28、重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比重：（1-8）式中：m1瓶加水的质量；m2瓶加土加水的质量；ms烘干土的质量。第37页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（三）土的含水率（三）土的含水率ww土的土的含水率含水率，曾称为含水量，定义为，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示，其表达式为：以百分数表示，其表达式为：（1-91-9）测定含水率常用的方法是测定含水率常用的方法是烘干法烘干法，先称出天然土的质量，然后放在烘，先称出天然土的质量
29、，然后放在烘箱中，在箱中，在100100105105常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。第38页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、间接换算得物理性质指标二、间接换算得物理性质指标（一）土的孔隙比（一）土的孔隙比ee定义：土中定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，其表达式为：，以小数表示，其表达式为：（1-101-10）（二）土的孔隙率（二）土的孔隙率nn定义：土中定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内孔隙的体积，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：
30、以百分数表示，其表达式为：（1-111-11）第39页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（三）土的饱和度（三）土的饱和度SrSr定义：土中定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，其表达式，以百分数表示，其表达式为：为：（1-121-12）第40页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类土的干重度：土的干重度：单位体积内土粒的重量单位体积内土粒的重量，表达式为：，表达式为：（1-141-14）土烘干，体积要减小，因而，土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度土的干密度不等于烘干土的密度。土的干。土的干密度或干重度也是评定土密实程度
31、的指标，干密度或干重度愈大表明土密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。愈密实，反之愈疏松。（四）干密度（四）干密度dd与干重度与干重度dd土的干密度：土的干密度：单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量，表达式：，表达式：（1-131-13）第41页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（五）饱和密度（五）饱和密度satsat与饱和重度与饱和重度satsat饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的质量。表达式为：质量。表达式为：（1-151-15）第42页/共8
32、7页第一章 土的物理性质指标与工程分类在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：（1-161-16）第43页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（六）浮密度（六）浮密度与浮重度（有效重度）与浮重度（有效重度）土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度浮重度，即即有效重度有效重度的概念，其表达式为：的概念，其表达式为：（1-171-17）第44页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒与
33、其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为：质量与同体积水质量之差，其表达式为：（1-181-18）或或 （1-191-19）从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度在数值上有如下关系：在数值上有如下关系：第45页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类三、物理性质指标间的换算三、物理性质指标间的换算常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求出其余的六个。出其余的六个。（一）孔隙比与孔隙率的
34、关系（一）孔隙比与孔隙率的关系设土体内设土体内土粒的体积为土粒的体积为11，则，则e=Ve=Vvv/V/V可知，孔隙的体积可知，孔隙的体积VVvv为为ee，土体的土体的体积体积VV为（为（11ee），），于是有：于是有：（1-201-20）或或 （1-211-21）三相示意图（三相示意图（aa）第46页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（二）干密度与湿密度和含水率的关系二）干密度与湿密度和含水率的关系设设土体的体积土体的体积VV为为11，则，则dd=mmss/VV，土体内土粒的质量土体内土粒的质量mmss为为dd，由由w=mw=mww/m/mss水的质量水的质量mmww为为w w d
35、d。于是，按式（于是，按式（1144）的定义可得：）的定义可得：或或 （1-221-22）第47页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（三）孔隙比与比重和干密度的关系（三）孔隙比与比重和干密度的关系设土体内设土体内土粒的体积为土粒的体积为11，则按，则按e=Ve=Vvv/V/V，孔隙的体积孔隙的体积vvvv为为ee；由由ss mmss/V/Vss得土粒的质量得土粒的质量mmss为为ss。于是，按于是，按dd的定义可得：的定义可得：应用式（应用式（1166）整理得：）整理得：(1-23)(1-23)第48页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关
36、系（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系设土体内设土体内土粒的体积为土粒的体积为11，则按，则按e=Ve=Vvv/V/V得体积得体积vvvv=ee；由由ss m mss/V/Vss得得土粒的质量土粒的质量mmss=ss。按按w=mw=mww/m/mss ，水得质量，水得质量mmww=wwss，则水得体积则水得体积vvww=m=mww/w w=wwss/ww。于是，于是，SrSr定义可得：定义可得：（1-241-24）当土饱和时，即当土饱和时，即SrSr为为100100，则：，则：（1-251-25）式中：式中：wwsatsat饱和含水率。饱和含水率。第49页/共87页第一章 土的物理性质指标
37、与工程分类（五）浮密度与比重和孔隙比得关系（五）浮密度与比重和孔隙比得关系设土体内设土体内土粒体积为土粒体积为11，则按则按e=Ve=Vvv/V/V ，孔隙的体积，孔隙的体积VVvv为为ee；由由ss m mss/VVss得土粒的质量得土粒的质量mmss为为ss。于是，按式（于是，按式（111818）可得：）可得：（1-261-26）第50页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类【例题【例题1133】某一块试样在天然状态下的】某一块试样在天然状态下的体积为体积为6060cmcm33，称得其称得其质量质量为为108108gg，将其将其烘干后烘干后称得质量为称得质量为96.4396.43gg
38、，根据试验得到的土粒比重根据试验得到的土粒比重GGss为为2.72.7，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。隙率和饱和度。【解】（【解】（11）已知）已知VV60cm60cm33，m=108gm=108g，则由式（则由式（1144）得）得 =m =m v=180 v=180 60=1.8g/cm 60=1.8g/cm33第51页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（22）已知）已知mmss=96.43g=96.43g，则则 mmww=m=mmmss=108=10896.43=11.57g96.43=
39、11.57g按式（按式（1199），于是），于是 w=mw=mww m mss11.5711.5796.43=12%96.43=12%（33）已知已知GGss=2.7=2.7，则则 VVss=m=ms s ss=96.43=96.43 2.72.735.7cm35.7cm33 V Vvv=V=VVVss=60=6035.735.724.3cm24.3cm33按式（按式（111010），于是），于是 e=Ve=Vv v V Vss24.3 24.3 35.7=0.6835.7=0.68（44）按式（按式（111111）n=Vn=Vv v V V24.3 24.3 60=40.560=40.5（5
40、5）根据根据ww的定义的定义 V Vw w=m=mww ww=11.57=11.57 1111.57cm11.57cm33 于是按式（于是按式（111212）SStt=V=Vw w V Vvv=11.57=11.57 24.324.34848第52页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类1-5 1-5 无粘性土得相对密实度、无粘性土得相对密实度、粘性土得稠度及土的压实性粘性土得稠度及土的压实性一、无粘性土的相对密实度一、无粘性土的相对密实度常用相对密实度常用相对密实度DDrr来衡量来衡量无粘性土的松紧程度无粘性土的松紧程度，其定义为，其定义为 （1-271-27）式中：式中：DDrr相对
41、密实度；相对密实度；eemaxmax无粘性土处在最松状态时的孔隙比；无粘性土处在最松状态时的孔隙比；eeminmin无粘性土处在最密状态时的孔隙比；无粘性土处在最密状态时的孔隙比；ee00无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。第53页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类按式（123）可得相对密实度得使用表达式 （1-28）式中：dmax无粘性土的最大干密度；dmin无粘性土的最小干密度；d无粘性土的天然干密度或填筑干密度。将风干的无粘性土试样用漏斗法测定其最小干密度，用振击法测定其最大干密度。第54页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类在工程上，用
42、相对密实度在工程上，用相对密实度DrDr划分无粘性土的状态如下：划分无粘性土的状态如下：0 0Dr1/3 Dr1/3 疏松的疏松的 1/31/3Dr2/3 Dr2/3 中密的中密的 2/3 2/3Dr1 Dr1 密实的密实的第55页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类二、粘性土的稠度二、粘性土的稠度（一）粘性土的稠度状态（一）粘性土的稠度状态稠度稠度指粘性土的干湿程度或在某一指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。状态指标。流动、软、可塑、硬流动、软、可塑、硬等描述等描述
43、四种状态四种状态可塑性可塑性：土在外力作用下可改变形：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂，状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸除厚仍能保持已有的形状。外力卸除厚仍能保持已有的形状。第56页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（二）界限含水率及其测定（二）界限含水率及其测定1.1.界限含水率界限含水率粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这种种界限含水率界限含水率称为称为稠度界限或阿太堡界限稠度界限或阿太堡界限。液限（液限（WWLL）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可从流动状态
44、转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率；塑状态的上限含水率；塑限（塑限（WWpp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；可塑状态的下限含水率；缩限（缩限（WWss）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。第57页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类2.液、塑限的测定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。
45、液、塑限联合测定法：塑限5秒入土2mm时的含水率 10mm液限 5秒入土10mm时的含水率 17mm液限 5秒入土17mm时的含水率第58页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类2.液、塑限的测定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。25击合拢长度13mm时含水率为液限。第59页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类土的缩限用收缩皿法测定，把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干试样的体积并称量准确至0.1g后，按下式计算：（1-29）式中：ws土的缩限（）w制备时的含水率（）V1湿试样
46、的体积（cm3），V2干试样的体积（cm3）第60页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（三）塑性指数和液性指数（三）塑性指数和液性指数1.1.塑性指数塑性指数塑性指数：塑性指数：液限和塑限之差液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。的百分数值（去掉百分号）。用用IIpp表示，表示，取整数取整数，即：，即：塑性指数越高，塑性指数越高，吸着水含量可能高吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。，土的粘粒含量越高。第61页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类2.2.液性指数液性指数粘性土的状态可用液性指数来判别。粘性土的状态可用液性指数来判别。定义为：定义为：（1-311-31）式中：式
47、中：IILL液性指数，以小数表示；液性指数，以小数表示；ww土的天然含水率。土的天然含水率。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。了天然土所处的状态。当当wwwwpp时，时，IILL00，土处于土处于坚硬坚硬状态；状态；wwppwwwwLL时，时，00IILL1.01.0，土处于可塑状态；土处于可塑状态；wwLLww时，时，IILL1.01.0，土处于流动状态。土处于流动状态。第62页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类三、土的压实性土的压实性：指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，
48、使土能够压实到某种密实度的性质。填土的密实程度常以干密度表示击实试验 土工试验方法标准（国家标准）轻型：d5mm；V=947cm3,m=2.5kg,3层 25击，落高30.5cm重型：d5mmd5mm粒径的含量不超过粒径的含量不超过25253030时，仍可时，仍可用轻型击实，但要修正。用轻型击实，但要修正。问题：问题：d5mmd5mm粒径的含量较少时是剔除好：粒径的含量较少时是剔除好：还是修正好？或者干脆用重型？还是修正好？或者干脆用重型？第65页/共87页1-6 1-6 土的工程分类土的工程分类第一章 土的物理性质指标与工程分类粗粒土按颗粒组成进行分类；粘性土按塑性指数分类。粗粒土按颗粒组成
49、进行分类；粘性土按塑性指数分类。一、土的分类标准一、土的分类标准（一）巨粒土和含巨粒土的分类（一）巨粒土和含巨粒土的分类巨粒土和含巨粒土应按试样中所含巨粒土和含巨粒土应按试样中所含粒径大于粒径大于6060mmmm的巨粒组含量来的巨粒组含量来划分。试样中含巨粒组质量多于总划分。试样中含巨粒组质量多于总质量的质量的5050的土称为的土称为巨粒土巨粒土；试样；试样中巨粒组质量为总质量的中巨粒组质量为总质量的15155050的土称为的土称为巨粒混合土巨粒混合土；试样中巨粒组质量少于总质量的试样中巨粒组质量少于总质量的1515的土，的土，可扣除巨粒，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。可扣除巨粒，按粗粒
50、土或细粒土的相应规定分类定名。第66页/共87页第一章 土的物理性质指标与工程分类（二）粗粒土的分类（二）粗粒土的分类试样中粒径大于试样中粒径大于0.0750.075mmmm的粗粒组质量多于总质量的粗粒组质量多于总质量5050的土称为粗粒土。的土称为粗粒土。粗粒土又分为砾类土和砂类土两类。试样中粒径大于粗粒土又分为砾类土和砂类土两类。试样中粒径大于22mmmm的砾粒组质量的砾粒组质量多于总质量的多于总质量的5050的土称为砾类土；试样中粒径大于的土称为砾类土；试样中粒径大于22mmmm的砾粒组质量的砾粒组质量少于或等于总质量少于或等于总质量5050的土称为砂类土。的土称为砂类土。第67页/共8