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1、土力学土力学地基与基础教研室地基与基础教研室土的物理性质及分类土的物理性质及分类第第 2 章章 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类本章内容本章内容n n2.1 2.1 概述概述概述概述n n2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标土的三相比例指标土的三相比例指标n n2.32.3粘性土的物理特征粘性土的物理特征粘性土的物理特征粘性土的物理特征n n2.42.4无粘性土的密实度无粘性土的密实度无粘性土的密实度无粘性土的密实度n n2.52.5粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度n n2.62.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀
2、性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性n n2.72.7土的分类土的分类土的分类土的分类 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.1 2.1 概述概述土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标(松松密程度、干湿程度、轻重程度密程度、干湿程度、轻重程度)力学特性力学特性影影响响表表示示？2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.1 2.1 概述概述土的三个组成相的体积和质量上的比例关系松密程度松密程度干湿程度干湿程度轻重程度轻重程度特点:指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围
3、、联系与区别定义定义基本方法:三相草图法 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类 水气土粒 VaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.2.1土的三相比例关系图土的三相比例关系图 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标已知关系五个已知关系五个:共有九个参数共有九个参数:V Vv Vs Va Vw/ms m w ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量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,如如Vs对于饱和土对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测实验室测定定其它指其
4、它指标标 水气土粒 VaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.2.2指标的定义指标的定义1.1.室内测定的三个基本物理性质指标室内测定的三个基本物理性质指标土的密度、土粒相对密度（土粒比重）、土的含水量土的密度、土粒相对密度（土粒比重）、土的含水量土粒相对密度土粒相对密度定义定义: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:单位单位:无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围:粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65比重瓶法测比重瓶法测定定 2 2土
5、的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标土的含水量土的含水量定义定义:土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示。用百分数表示。表达式表达式:注意注意: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烘干法测定烘干法测定土的密度土的密度定义定义:单位体积土的质量单位体积土的质量表达式表达式:单位单位:kg/m3 或或 g/cm3一般范围一般范围:1.602.20 g/cm3相关指标相关指标:土的重度：土的重度：=g工程上更常用工程上更常用,用于计算用于计算土的自重应力土的自重应力环刀法测定环刀法测定 2 2土的物理性质及分类土的
6、物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2 2、特殊条件下土的密度、特殊条件下土的密度干密度干密度定义：土单位体积中固体颗粒部分的质量定义：土单位体积中固体颗粒部分的质量表达式表达式:相关指标相关指标:土的干重度：土的干重度：饱和密度饱和密度定义：土孔隙中充满水时的单位体积质量定义：土孔隙中充满水时的单位体积质量表达式表达式:相关指标相关指标:土的饱和重度：土的饱和重度：2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标浮密重或有效密度浮密重或有效密度定义：在地下水位以下，单位土体积中土粒的质量与同体积水定义：在地下水位以下，单位土体积中土粒的质量
7、与同体积水 的质量之差。的质量之差。表达式表达式:相关指标相关指标:土的浮重度：土的浮重度：各密度、重度之间的关系3 3、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定义：土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比定义：土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比表达式表达式:2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标孔隙率孔隙率定义：土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，定义：土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，以百分数计。以百分数计。表达式表达式:饱和度饱和度定义：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，定义：土中被水充满
8、的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分数计以百分数计表达式表达式:饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0 :干土干土Sr=1 :饱和土饱和土 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标2.2.3 指标的换算指标的换算设：设：推导：推导：2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标要点从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标土的
9、三个组成相的体积和质量上土的三个组成相的体积和质量上的比例关系的比例关系松密程度松密程度干湿程度干湿程度轻重程度轻重程度特点特点:指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标
10、v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标v表示土的密度和容重的指标表示土的密度和容重的指标三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系三相草图法是求取物三相草图法是求取物理性质指标的简单而理性质指标的简单而有效的方法有效的方法小结小结 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类土的物理状态指标土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)力学特力学特性性影响影响表表示示无粘性土无粘性土砂类土砂类土碎石土碎石土 2 2土的物理性质及分类
11、土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征粘性土的物理特征2.3.1粘性土的可塑性及界限含水量粘性土的可塑性及界限含水量粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水固态固态 半固态半固态塑态塑态 流态流态 稠度状态稠度状态强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水土中水的形态土中水的形态w含水量含水量塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界限缩限缩限ws搓条法搓条法锥式液限仪锥式液限仪 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征粘性土的物理特征2.3.2粘性土的物理状态指标粘性土的物理状态指标相对稠度相对稠度即使即
12、使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指数液性指数对不同的粘土，对不同的粘土，wP、wL 大小不同大小不同对同一种粘土，含水量可反映其稠度对同一种粘土，含水量可反映其稠度问题：问题：吸附弱结合水的能力，吸附弱结合水的能力，大大致反映粘土颗粒含量、粘致反映粘土颗粒含量、粘性大小性大小塑性指数塑性指数常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征粘性土的物理特征问题：仅适用于问题：仅适用于重塑土重塑土定义定义：IL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.25-0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑
13、可塑软塑软塑wpwwL天然稠度天然稠度定义：指原状土测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比定义：指原状土测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比可以用来划分路基的干湿状态可以用来划分路基的干湿状态 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.3粘性土的物理特征粘性土的物理特征2.3.3粘性土的结构性和触变性粘性土的结构性和触变性m:粒径小于粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比颗粒的质量占总土总质量的百分比A 1.25非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土活动度活动度灵敏度灵敏度原状土原状土结构性结构性相同含水量相同含水量密度、组成密度、组成粉碎粉碎重塑重塑
14、重塑土重塑土强度降低强度降低相同含水量、密度相同含水量、密度=原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类低灵敏（低灵敏（1St2）中灵敏（中灵敏（24）灵敏度愈高，其结构性愈强，灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈多受扰动后土的强度降低就愈多2.3粘性土的物理特征粘性土的物理特征触变性触变性 土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。是土结构随时间变化的宏观表现。含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因含水量不变
15、，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.4无粘性土的密实度无粘性土的密实度2.4.1砂土的相对密实度砂土的相对密实度密实度密实度如何衡量如何衡量?单位体积中固体颗粒含量的多少或孔隙含量单位体积中固体颗粒含量的多少或孔隙含量的多少的多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反映级配的影响，只能用于同一不能反映级配的影响，只能用于同一种土种土对对策策相对密实度相对密实度干容重
16、干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin=0.35emin=0.20 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.4无粘性土的密实度无粘性土的密实度e emaxmax:最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比e eminmin:最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比注意：注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难 相对密度：相对密度：D Dr r =1 =1 ,最密
17、状态最密状态 D Dr r =0=0 ,最松状态最松状态 D Dr r 1/3 ,1/3 ,松散状态松散状态 1/3 1/3 2/3 2/3 ,密实状态密实状态 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.4无粘性土的密实度无粘性土的密实度2.4.2无粘性土密实度划分的其他的方法无粘性土密实度划分的其他的方法 1、砂土按天然孔隙比划分；2、砂土按标准贯入击数划分；3、碎石土按重型动力触探击数划分；4、碎石土的野外鉴别。2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.5粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度2.5.1粉土的概念：粉土的概念：介于砂土和粘性土之间的土类。砂粒（20.075）粉粒（0.
18、0750.005）粘粒（小于0.005）历史上粗粒组下限：0.005 实验繁琐 0.1 未含细粒组砂土粗粒组下限:0.075现行规范现行规范：粉土为粒径0.075mm的颗粒含量不超过全重的50、塑性指数 的土。2.5.2粉土的密实度和湿度粉土的密实度和湿度密实度密实度：根据孔隙比划分为：密实、中密、稍密。：根据孔隙比划分为：密实、中密、稍密。湿度：湿度：根据含水量划分稍湿、湿、很湿。根据含水量划分稍湿、湿、很湿。2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.6.1土的胀缩性土的胀缩性指吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。指吸水膨胀和失水收缩两种变形特性。膨胀土的特点：膨胀土的特点：2.6土的胀缩性
19、、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性自由膨胀率：自由膨胀率：规范的规定：膨胀土的自由膨胀率规范的规定：膨胀土的自由膨胀率2.6.22.6.2土的湿陷性土的湿陷性定义、湿陷的内外在原因：定义、湿陷的内外在原因：湿陷性黄土的湿陷系数：湿陷性黄土的湿陷系数：规范的规定：规范的规定：2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.6.32.6.3土的冻胀性土的冻胀性：冻胀性的定义冻胀性的定义2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性级：不冻级：不冻级：弱冻胀级：弱冻胀级：冻胀级：冻胀级：强冻胀级：强冻胀级：特强冻胀级：特强冻胀冻胀分类：冻胀分类：平均冻胀率：平均冻胀率：2 2土的物
20、理性质及分类土的物理性质及分类2.7土的分类标准土的分类标准2.7.1分类原则分类原则简明、工程特性差异建筑工程系统：侧重于把土作为建筑地基和环境原状土原状土工程材料系统：工程材料系统：侧重于把土作为侧重于把土作为建筑材料建筑材料扰动土扰动土1、巨粒土和粗粒土的分类标准2、细粒土的分类标准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-GB50007-2002分类法：1、按沉积年代和地质沉积划分2、按颗粒级配（粒度成分）和塑性指标划分 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类碎石土土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于
21、200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主圆砾角砾粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%2.7土的分类标准土的分类标准 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类砂土土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25-50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于0.5mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全质量50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量85%粒径大于0.075mm的颗粒超过全质量50%2.7土的分类标准土的分类标准 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.7土的
22、分类标准土的分类标准粉土粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒的颗粒含量小于全质量含量小于全质量50%而塑而塑性指数性指数Ip10的土的土塑性指数塑性指数Ip10的土的土粘性土1017的土的土粘土粘土粉质粘土粉质粘土其他其他湿陷性黄土、红粘土、软土、填土等湿陷性黄土、红粘土、软土、填土等 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类2.7土的分类标准土的分类标准2.7.3公路桥涵地基土的分类公路桥涵地基土的分类公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 024-85）公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范（报批稿）（报批稿）（JTGD63-2007）与建筑地基基础设计规范相同与建筑地基基础设计规范相同2.7.4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（JTJ 051-93）公路土工试验规程公路土工试验规程（JTG E40-2007）10.1施行施行 2 2土的物理性质及分类土的物理性质及分类本章结束本章结束