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1、关于土的物理性质与工程分类1第1页，讲稿共42张，创作于星期日21.2 1.2 土的三相组成土的三相组成气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用1 土的物性与分类第2页，讲稿共42张，创作于星期日3固体颗粒物理状态力学特性粒径级粒径级配配1.21.2土的三相组成土的三相组成矿物成矿物成分分颗粒形颗粒形状状 1 土的物性与分类第3页，讲稿共42张，创作于星期日4粒径级配颗粒大小各粒径成分在土中占的比例狭义的粒径级配影响土性的主因1.21.2土的三相组成土的三相组成1 土的物性与分类第4页，讲稿共42张，创作于星期日5 土有三个组成部分：固相、
2、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相 小结小结1.固体颗粒固体颗粒2.土中水土中水3.土中气体土中气体 粒径级粒径级配配 矿物矿物成分成分 颗粒形颗粒形状状 结合水 (强结合水、弱结合水)自由水 (重力水、毛细水)自由自由气体气体封闭封闭气体气体1.21.2土的三相组成土的三相组成1 土的物性与分类第5页，讲稿共42张，创作于星期日6三相草图三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积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三相草图法三相草图法物性指标
3、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1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第6页，讲稿共42张，创作于星期日72.2.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WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的密度土的容重土的容重=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
4、 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:单位体积土的质量单位体积土的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度表达式表达式: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1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类g:牛顿牛顿/千克千克第7页，讲稿共42张，创作于星期日8WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s:土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量单位单位:无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围:粘性
5、土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.654C时纯蒸蒸馏水的密度水的密度=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:1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第8页，讲稿共42张，创作于星期日9WaterAirSolidVaVwVsVvVma=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表达式表
6、达式:1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第9页，讲稿共42张，创作于星期日10v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度).其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标关系关系: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:WaterAirSolidVaVwVsVvV体积体积定义定义:土中孔隙体积与总体积之比土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示用百分数表
7、示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid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1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第10页，讲稿共42张，创作于星期日11v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标含水量含水量饱和度饱和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义:土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与孔隙体积的比值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1.2 土的物理状态土的物理状态1
8、 土的物性与分类第11页，讲稿共42张，创作于星期日12v表示土的表示土的密度和容重密度和容重的指标的指标天然密度天然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WaterAirSolidVaVwVsVvVma=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单位体积内土粒的质量表达式表达式:1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第12页，讲稿共42张，创作于星期日13各种密度容重之间的大小
9、关系：各种密度容重之间的大小关系：天然密度天然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饱和容重饱和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第13页，讲稿共42张，创作于星期日14e emaxmax与与e emin min：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比1.粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态二.物理状态指标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单位体积中固体颗粒含量的多少 或或 孔隙含量的多少孔隙含量的多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反映
10、级配的影响不能反映级配的影响 只能用于同一种土只能用于同一种土对对策策相对密度相对密度干容重干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin=0.35emin=0.201.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第14页，讲稿共42张，创作于星期日15e 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e emaxmax与与e emin min：最大与
11、最小孔隙比最大与最小孔隙比注意：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二.物理状态指标1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第15页，讲稿共42张，创作于星期日16粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标 判别标准：判别标准：D Dr r =1 =1 ,最密状态最密状态 D Dr r =0=0 ,最松状态最松状态 D Dr r 1/3 ,1/3 ,疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 2/3 ,密实状态密实状态相对密度相对密度二.物理状态指标1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第16页，讲稿共42张，创作于星期日
12、172.粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态也称也称稠度状态稠度状态稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动二.物理状态指标1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类第17页，讲稿共42张，创作于星期日18塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界限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固态或固态或半固态半固态塑态塑态 流态流态 强结合水膜最大出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态w二.物理状态指标1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类土颗粒土颗粒强
13、结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水吸附弱结合水的能力塑性指数塑性指数第18页，讲稿共42张，创作于星期日19相对稠度相对稠度问题：仅适用于问题：仅适用于重塑土重塑土即使即使含水量相同，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 大小不同大小不同定义：定义：wpwwlIL1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硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑二.物理状态指标1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类对同一种粘土，含水量可反映
14、其稠度对同一种粘土，含水量可反映其稠度问题：问题：第19页，讲稿共42张，创作于星期日20吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘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缺点缺点不能充分反映粘土颗粒含量不能充分反映粘土颗粒含量 不同的粘土矿物结合水的能力不同不同的粘土矿物结合水的能力不同活性指数活性指数p0.002: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二.物理状态指标1.2 土的物理状态土的
15、物理状态1 土的物性与分类第20页，讲稿共42张，创作于星期日21粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标:相对密度相对密度Dr 小结粘性土的稠度状态指标粘性土的稠度状态指标:液性指数液性指数IL引入引入定义定义判别标准判别标准稠度界限稠度界限稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态塑性指数塑性指数液性指数液性指数引入引入定义定义判别标准判别标准二.物理状态指标1.2 土的物理状态土的物理状态1 土的物性与分类粗粒土与粘性土为何采用不粗粒土与粘性土为何采用不同的物理状态指标？同的物理状态指标？反映土的细观特点反映土的细观特点与力学特性有更直接的联系与力学特性有更直接的联系便于量测便
16、于量测第21页，讲稿共42张，创作于星期日22F粒间作用力：粒间作用力：重力起决重力起决定性的作用定性的作用。在非饱和。在非饱和土中，还受到毛细力的土中，还受到毛细力的作用作用F排列形式：点与点排列形式：点与点 点与面点与面单粒结构单粒结构示意图示意图第22页，讲稿共42张，创作于星期日23范德华力：范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为几接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因库仑力：库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢速度比范德华力慢胶结力：胶结力：土粒间通
17、过胶体连结在一起，作用力是化土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度合键，具有较高的强度毛细力：毛细力：土中毛细作用形成的力土中毛细作用形成的力 土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用：其他粒间力起主导作用：第23页，讲稿共42张，创作于星期日24 形成环境形成环境 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式淡水中沉积淡水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势（粒间斥力占优势)面与面面与面天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构。天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构
18、。往往先形成团粒往往先形成团粒凝聚结构凝聚结构海水中沉积海水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加（斥力减小引力增加)边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边示意图示意图分散结构分散结构 第24页，讲稿共42张，创作于星期日25 灵敏度灵敏度 触变性触变性S St t1 11-21-22-42-44-84-88-168-161616粘性土粘性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 ququ原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度qu和重塑土的无侧限抗压强度和重塑土
19、的无侧限抗压强度qu之比之比第25页，讲稿共42张，创作于星期日26含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又含水量不变，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，称为因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性触变性。土的触变性是土结构中联结形态发生变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化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。表现。目前尚没有合理的描述土触变性的方法目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。和指标。灵敏度灵敏度 触变性触变性第26页，讲稿共42张，创作于星期日27土的结构土的结构土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列
20、和相互联结空间排列和相互联结粗粒土的结构粗粒土的结构单粒结构单粒结构重力起主导作用重力起主导作用粒间力起粒间力起主导作用主导作用粘性土的粘性土的结构性指标结构性指标细粒土的结构细粒土的结构分散结构分散结构 凝聚结构凝聚结构第27页，讲稿共42张，创作于星期日28目的：依据：建筑地基基础设计规范-GB50007-2002分类法 水利部SL237-001-1999分类法1.4 1.4 土的工程分类土的工程分类是将工程性质相近的土归为一类便于研究、交流及应用能反映土的物理力学性质土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构1 土的物性与分类第28页，讲稿共42张，创作于星期日291.5 1.5
21、土的工程分类土的工程分类 土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒占的颗粒占全质量全质量25-50%25-50%砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.5mm0.5mm的颗粒超过的颗粒超过全质量全质量50%50%粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗粒的颗粒超过全质量超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量85%85%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒的颗粒超过全质量超过全质量50%50%建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-20
22、02岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土砂土砂土第29页，讲稿共42张，创作于星期日301.5 1.5 土的工程分类土的工程分类 岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土土粉土粉土粘性土粘性土n 粘性土：粘性土：塑性指数塑性指数Ip10的土的土 粉质粘土：粉质粘土：10I1017的土的土 非活性粘土：非活性粘土：A 1.25n粉土：粉土：粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质的颗粒含量小于全质量量50%而塑性指数而塑性指数Ip 10的土的土建筑场地基基础规范建筑场地基基础规范GB50007-2002GB50007-2002第30页，
23、讲稿共42张，创作于星期日311.5 1.5 土的工程分类土的工程分类 水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法 土颗粒组成及其特性土颗粒组成及其特性 塑性指标：液限、塑限、塑性指数塑性指标：液限、塑限、塑性指数 有机质含量有机质含量n 土的分类土的分类 巨粒土和含巨粒土巨粒土和含巨粒土 粗粒土：粗粒土：砾类土、砂类土砾类土、砂类土 细粒土：根据塑性图分类细粒土：根据塑性图分类 特殊土：特殊土：黄土、膨胀土、红粘土黄土、膨胀土、红粘土n 分类依据：分类依据：第31页，讲稿共42张，创作于星期日32压实：压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以指通过夯打、振动、
24、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性研究击实性的目的：以最小的能量消耗获得最大的压实密度 击实方法：室内击实试验现场试验:夯打、振动、碾压1.5 1.5 土的压实性土的压实性1 土的物性与分类第32页，讲稿共42张，创作于星期日33一.室内击实试验 试验设备试验设备 击实筒击实筒V=V=1000cm3；击实锤击实锤w=25牛顿牛顿 试验条件试验条件 土样分层土样分层n=3层；落高层；落高d=30cm；击数击数N=27/层层 击实能量击实能量 试验方法试验方法 对对=cosnst的土；分三
25、层压实；的土；分三层压实；测定击实后的测定击实后的、，算定算定d 注意注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土1.5 土的压实性土的压实性1 土的物性与分类第33页，讲稿共42张，创作于星期日341 1.击实曲线击实曲线 特点：特点：具有峰值具有峰值位于饱和曲线之下位于饱和曲线之下 粘性土渗透系数很小，压实粘性土渗透系数很小，压实过程中含水量几乎不变，要过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能想击实到饱和状态是不可能的的。0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)2.01.81.61.4干密度干密度 d(g/
26、cm3)饱和曲线饱和曲线 dmax=1.86wop=12.1二.细粒土的压实性 最大干密度最优含水量1.5 土的压实性土的压实性1 土的物性与分类第34页，讲稿共42张，创作于星期日352 2.理论分析理论分析 压实机理：压实机理：颗粒被击碎，土粒定向排列颗粒被击碎，土粒定向排列;粒团破碎，粒间联结力被破坏粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小而发生孔隙体积减小;空气被挤出或被压缩等空气被挤出或被压缩等水膜润滑作用效果最佳水膜润滑作用效果最佳;尚没有形成封闭气泡，气体易于排出尚没有形成封闭气泡，气体易于排出;颗粒表面水膜很薄，相对移动困难颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 水膜润滑作用不明显
27、水膜润滑作用不明显;封闭气泡难以排出封闭气泡难以排出;水的相对含量增加水的相对含量增加 op,d dmax op,d op,d9598%级土石坝级土石坝 Dc9295%二.细粒土的压实性 1.5 土的压实性土的压实性1 土的物性与分类第38页，讲稿共42张，创作于星期日39不存在最优含水量不存在最优含水量；在完全风干和饱和两种状态在完全风干和饱和两种状态 下易于击实下易于击实；潮湿状态下潮湿状态下d明显降低明显降低。三.粗粒土的压实性 1 1.击实曲线击实曲线特点特点20%粗砂粗砂 =45%中砂中砂 =7%；时，干密度最小时，干密度最小 2 2.理论分析理论分析 对粗粒土，击实过程中可以自由排
28、水，不存在细粒土中出现的现象。对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。3 3.压实标准压实标准 常用相对密度常用相对密度控制控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和 1.5 土的压实性土的压实性1 土的物性与分类第39页，讲稿共42张，创作于星期日40小结一.室内击实试验 二.细粒土的压实性 三.粗粒土的压实性 1.1.击实曲线击实曲线2 2.理论分析理论分析 3 3.影响因素影响因素4 4.压实标准压实标准1.1
29、.击实曲线击实曲线2 2.理论分析理论分析 3.3.压实标准压实标准1.5 土的压实性土的压实性1 土的物性与分类第40页，讲稿共42张，创作于星期日411 土的物性与分类1.1 1.1 土的形成土的形成物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物残积土残积土无搬运运积土运积土有搬运土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物重力重力:坡积土坡积土流水流水:洪积土、冲积土、湖相土、海相土洪积土、冲积土、湖相土、海相土冰川冰川:冰积土冰积土风力：风力：风积土风积土第41页，讲稿共42张，创作于星期日421.21.2土的三相组成土的三相组成1 土的物性与分类 土有三个组成部分：固相、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相1.固体颗粒固体颗粒2.土中水土中水3.土中气体土中气体 粒径粒径级配级配 矿物成矿物成分分 颗粒形颗粒形状状 结合水 (强结合水、弱结合水)自由水 (重力水、毛细水)自由气自由气体体封闭气封闭气体体第42页，讲稿共42张，创作于星期日