土的物理性質(zhì)及.ppt

1 4土的物理性質(zhì)指標(biāo) 三相組成的定性分析 進(jìn)一步對(duì)土的三相組成作定量上的分析 即分析土三相組成部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系 土的物理性質(zhì)指標(biāo) 表示土中三相比例關(guān)系的一些物理量 可分為如下兩類 為了便于計(jì)算 用圖所示的土的三相組成示意圖來(lái)表示各部分之間的數(shù)量關(guān)系 土的三相組成示意圖 天然狀態(tài)下土單位體積的質(zhì)量 g cm3或t m3粘性土 砂土 腐質(zhì)土 一般用 環(huán)刀法 測(cè)定 1 4 1直接測(cè)定的物理性質(zhì)指標(biāo)1 土的密度 又稱天然密度 土粒比重Gs 土粒相對(duì)密度 土粒質(zhì)量與同體積的4 時(shí)純水的質(zhì)量之比 即 其中 土粒密度 g cm3 4 時(shí)純水的密度 1g cm3或1t m3 天然水密度 1g cm3 土粒比重取決于礦物成分 一般土 2 6 2 8 有機(jī)質(zhì)土 2 4 2 5 泥炭土 1 5 1 8 土粒比重Gs 測(cè)定方法 比重瓶法 事先將比重瓶注滿純水 稱瓶加水的質(zhì)量m1 然后把烘干土若干克 ms 裝入空比重瓶?jī)?nèi) 再加純水至滿 稱瓶加水加土的質(zhì)量m2 按下式計(jì)算土粒比重 土的含水率 含水率 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比 以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式 一般 土的含水量越大 其強(qiáng)度越低 粗砂的含水量接近于零 淤泥可達(dá)60 一般用 烘干法 測(cè)定 土的含水率 測(cè)定方法 烘干法 先稱出天然濕土的質(zhì)量 然后放在烘箱里 在100 105 下烘干 稱干土的質(zhì)量 1 4 2間接換算的物理性質(zhì)指標(biāo)土的孔隙比e 定義 土中孔隙的體積與土粒的體積之比 以小數(shù)表示表達(dá)式 用于評(píng)價(jià)土的密實(shí)度和壓縮性 e1 0疏松 高壓縮性 土中孔隙率n 定義 土中的孔隙的體積與土的總體積之比 以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式 土的飽和度Sr 定義 土中孔隙水的體積與孔隙體積之比 以百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式 干土Sr 0 飽和土Sr 100 4 土的干密度 d 飽和密度 rat 浮密度 干密度 土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量 工程上用作評(píng)定土體密實(shí)度 控制填土工程的施工質(zhì)量 飽和密度 土孔隙中充滿水時(shí)土體的單位體積質(zhì)量 浮密度 單位土體中土粒的有效質(zhì)量 在地下水位以下 扣除浮力后單位土體積中土粒的質(zhì)量 1 4 3物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算 孔隙比與孔隙率的關(guān)系 干密度與天然密度的關(guān)系 質(zhì)量m 體積V 孔隙比和干密度的關(guān)系 飽和度與含水率和孔隙比的關(guān)系 當(dāng)土飽和時(shí) 即為Sr 100 則 浮密度和孔隙比的關(guān)系 例題分析 例 某土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得體積為100cm3 濕土質(zhì)量為187g 烘干后 干土質(zhì)量為167g 若土粒的相對(duì)密度Gs為2 66 求該土樣的含水量 密度 重度 干重度 d 孔隙比e 飽和重度 sat和有效重度 解答 無(wú)粘性土 密實(shí)度粘性土的物理特征 含水量 1 5土的物理狀態(tài)指標(biāo) 1 5 1無(wú)粘性土的密實(shí)度劃分標(biāo)準(zhǔn) 1 孔隙比e 礫 粗 中砂 優(yōu)點(diǎn) 簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn) 無(wú)法反映土的級(jí)配因素 0 6 0 75 0 85 松散 中密 密實(shí) 稍密 2 相對(duì)密度Dr定義 優(yōu)點(diǎn) 計(jì)入土的級(jí)配因素 理論上比較完善 缺點(diǎn) 天然孔隙比難以獲取 且emax emin的測(cè)定受人為的影響較大 判別標(biāo)準(zhǔn) Dr 1 最密狀態(tài)Dr 0 最松狀態(tài)Dr 1 3 疏松狀態(tài)1 32 3 密實(shí)狀態(tài) 3 根據(jù)原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別 按標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N判別砂土密實(shí)度 錘重 63 5kg 標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)N63 5 落距 760mm 打入深度 300mm 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) StandardPenetrationTest 1 5 2粘性土的物理特征 液限 塑限 縮限塑性指數(shù)液性指數(shù) 液限 塑限 縮限 一 定義液限 L 塑限 p 縮限 s二 測(cè)定方法 測(cè)定塑限的方法 搓滾法和液 塑限聯(lián)合測(cè)定法 測(cè)定液限的方法 碟式儀法和液 塑限聯(lián)合測(cè)定法 10mm液限 我國(guó)標(biāo)準(zhǔn) 過(guò)渡時(shí)期的液限 17mm液限 國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn) 土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) 液塑限聯(lián)合測(cè)定法 25擊合攏長(zhǎng)度 13mm時(shí)含水率為液限 碟式儀法 粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù) 塑性指數(shù)IP 表示土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍 IP wL wP 省去 IP越大 土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也越大 土顆粒越細(xì) 粘粒含量越高 土能吸附的結(jié)合水量越多 則IP越大 IP在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種主要因素 故常用于對(duì)粘性土進(jìn)行分類 液性指數(shù)IL 表示粘性土軟硬程度的一個(gè)指標(biāo) 評(píng)判土的軟硬程度 由此可見(jiàn) 當(dāng)0 w wP IL 0 土處于固態(tài)或半固態(tài)當(dāng)wPwL IL 1 土處于流態(tài)故可根據(jù)IL的大小評(píng)判土的軟硬程度 分為如下5種 表粘性土軟硬狀態(tài)的劃分 1 5 3土的壓實(shí)性 在建造路堤 土壩等時(shí) 常需要填土 為增強(qiáng)土的密實(shí)度 降低其透水性和壓縮性 常采用分層壓實(shí)的辦法來(lái)加以處理 壓實(shí)性 土體在外部壓實(shí)能量作用下 土顆粒克服粒間阻力 產(chǎn)生相對(duì)位移 使土中的孔隙減少 密度增加 強(qiáng)度提高的特性 實(shí)踐表明 細(xì)粒土和粗粒土的壓實(shí)性不同 壓實(shí)細(xì)粒土宜用夯擊或碾壓機(jī)具 壓實(shí)粗粒土宜用振動(dòng)機(jī)具 最優(yōu)含水率 土過(guò)濕過(guò)干都難以充分壓實(shí) 過(guò)濕 則土中自由水過(guò)多 夯實(shí)或碾壓時(shí)水難以從孔隙中排出 阻止顆粒的靠攏 從而會(huì)出現(xiàn)軟彈現(xiàn)象 俗稱橡皮土 過(guò)干 則土中主要是強(qiáng)結(jié)合水 顆粒間引力大 阻止顆粒的移動(dòng) 只有當(dāng)含水量適當(dāng)時(shí) 壓實(shí)效果才會(huì)好 常用室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)確定最優(yōu)含水量 最優(yōu)含水量 wop 一定的壓實(shí)能量下使土最容易壓實(shí)且能達(dá)到最大密實(shí)度時(shí)的含水量 由室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)測(cè)得 最大干密度 dmax 與wop相應(yīng)的干密度 dmax越大 e越小 擊實(shí)試驗(yàn)與擊實(shí)曲線 擊實(shí)試驗(yàn) 對(duì)同一種土配制若干份不同含水量的試樣 用同樣的壓實(shí)能量分別對(duì)每一份試樣進(jìn)行擊實(shí) 測(cè)定各試樣相應(yīng)的含水量w和干密度 d 然后繪制含水量與干密度關(guān)系曲線 即得擊實(shí)曲線 曲線峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的即為最優(yōu)含水量wop和最大干密度 dmax 圖2 13含水量 干密度曲線 擊實(shí)功 擊實(shí)功越大 最大干密度越大 最優(yōu)含水率越小 粘粒含量 粘粒含量越少 最大干密度越大 顆粒級(jí)配 顆粒級(jí)配越均勻 擊實(shí)效果越差 壓實(shí)效果 壓實(shí)度 為便于工地現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)質(zhì)量控制 工程上常采用壓實(shí)度Dc來(lái)控制 Dc值越接近1 則表示對(duì)壓實(shí)質(zhì)量要求越高 對(duì)高速公路主要受力層 要求Dc值達(dá)0 95 對(duì)I II級(jí)土石壩 Dc值應(yīng)達(dá)0 95 0 98 理論飽和曲線 定義 土處于飽和狀態(tài)下的干密度 d與含水量w的關(guān)系曲線 由Sr 100 e wGs 可得理論飽和曲線方程為 土壓實(shí)到 dmax時(shí) 其飽和度一般為80 因此 壓實(shí)曲線只能位于理論飽和曲線的下方 不可能與之相交 采用室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)來(lái)模擬現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)是半經(jīng)驗(yàn)法 1 6土的工程分類 一 分類的目的和原則 土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別 目的在于通過(guò)通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn) 便于在不同土類間作有價(jià)值的比較 評(píng)價(jià) 積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的交流 分類原則 1 分類要簡(jiǎn)明 既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì) 又要測(cè)定方法簡(jiǎn)單 使用方便 2 土的分類體系所采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性 二 分類體系與方法 分類體系 2 建筑工程系統(tǒng)分類體系 1 工程材料系統(tǒng)分類體系 側(cè)重把土作為建筑地基和環(huán)境 研究對(duì)象為原狀土 例如 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007 2002 地基土分類方法 側(cè)重把土作為建筑材料 用于路堤 土壩和填土地基工程 研究對(duì)象為擾動(dòng)土 例如 土的分類標(biāo)準(zhǔn) GBJ145 90 工程用土的分類和 公路土工試驗(yàn)規(guī)程 JTJ051 93 土的工程分類 三 土的分類標(biāo)準(zhǔn) GBJ145 90 根據(jù)各粒組的相對(duì)含量把土分為巨粒土 含巨粒土 粗粒土和細(xì)粒土四大類 a 巨粒土和含巨粒土的分類 巨粒土和含巨粒土按土中粒徑大于60mm的巨粒含量區(qū)分 若土中巨粒含量多于50 屬于巨粒土 若土中巨粒含量在15 50 之間 屬于含巨粒土 b 粗粒土的分類 巨粒含量少于15 剔除巨粒后 若土中粒徑大于0 075mm的粗粒含量多于余土的50 屬于粗粒土 粗粒土分為礫類土和砂類土兩類 礫粒組質(zhì)量多于總質(zhì)量50 的土稱為礫類土 c 細(xì)粒土的分類 土中粒徑小于0 075mm的細(xì)粒含量多于或等于50 且粗粒含量少于25 的土屬于細(xì)粒土 圖中液限為17mm液限 細(xì)粒土按塑性圖進(jìn)行細(xì)分 2 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007 2002 粉土 d 0 075mm的顆粒含量小于等于50 全重且IP 10的土 分為砂質(zhì)粉土 d10 地基土工程分類 碎石土 粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50 的土分為 漂 塊石 卵 礫石 圓 角礫 表1 15 粒組含量由大至小以最先符合者確定 砂土 粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重的50 且粒徑大于0 075mm的顆粒超過(guò)全重50 的土分為礫砂 粗 中 細(xì)砂 粉砂 表1 16 粘性土 IP 10的土 按IP分為 粉質(zhì)粘土 1017 表1 17 a 碎石土的分類 粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50 的土稱為碎石土 b 砂土的分類 粒徑大于2mm