第二章 土物理力學(xué)性質(zhì)

1、2.2 2.2 土的三相組成及物理性質(zhì)指標(biāo)土的三相組成及物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) )力學(xué)特性力學(xué)特性影影響響表示表示土的三相比例指標(biāo)對(duì)研究土的性質(zhì)十分重要土的三相比例指標(biāo)對(duì)研究土的性質(zhì)十分重要土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系量上的比例關(guān)系密實(shí)程度密實(shí)程度干濕程度干濕程度特點(diǎn)特點(diǎn): : 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見

2、值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法基本方法: :三相草圖法三相草圖法什么是土的三相比例？什么是土的三相比例？一一. . 土的三相草圖土的三相草圖ma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積WaterAirSoilVaVwVsVvV三相草圖三相草圖WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量質(zhì)量體積體積 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas已知關(guān)系五個(gè)已知關(guān)系五個(gè):共有九個(gè)參數(shù)共有九個(gè)參數(shù): V Vv Vs Va V / ms m ma m剩下三個(gè)獨(dú)立變量剩下三個(gè)獨(dú)立變量三相草圖法三相草圖法物性指標(biāo)是比例關(guān)系物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一

3、參數(shù)為可假設(shè)任一參數(shù)為1對(duì)于飽和土對(duì)于飽和土, Va=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測(cè)定實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其它指標(biāo)其它指標(biāo)是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法是一種簡(jiǎn)單而實(shí)用的方法WaterWaterAirAirSoilSoilV Va aV Vw wV Vs sV Vv vV Vm ma a=0=0m mw wm ms sm m質(zhì)量質(zhì)量體積體積土的密度土的密度awswsVVVmmVm 土的容重土的容重= =g g單位單位: kg/m: kg/m3 3 或或 g/cmg/cm3 3單位單位: kN/m: kN/m3 3 一般范圍一般范圍: 1.602.20 g/cm: 1.602.20 g/cm3 3定義定義: : 土單

4、位體積的質(zhì)量土單位體積的質(zhì)量有時(shí)也稱土的天然密度有時(shí)也稱土的天然密度表達(dá)式表達(dá)式: :相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo): :三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念理解物性指標(biāo)的概念二、室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)二、室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)-土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量各種密度容重之間的大小關(guān)系：各種密度容重之間的大小關(guān)系：dsat dsat天然密度天然密度干密度干密度飽和密度飽和密度Vm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 飽和容重飽和容重WaterWaterAirAirSoilSoi

5、lV Va aV Vw wV Vs sV Vv vV Vm ma a=0=0m mw wm ms sm m質(zhì)量質(zhì)量體積體積土粒比重土粒比重 s s: : 土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量sssVm 單位單位: : 無量綱無量綱土粒比重一般范圍土粒比重一般范圍: : 粘性土粘性土 2.722.762.722.76砂砂 土土 2.652.652.69C4w C4wssG 4 4C C時(shí)純蒸餾水的密度時(shí)純蒸餾水的密度C4w =1.0 g/cm=1.0 g/cm3 3定義定義: : 土粒的密度與土粒的密度與4 4C C時(shí)純蒸餾水的密度的比值時(shí)純蒸餾水的密度的比值表達(dá)式表達(dá)式

6、: :土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度飽和度飽和度vwrVVS 表達(dá)式表達(dá)式: :定義定義: : 土中水的體積與孔隙體積的比值土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度飽和度表示孔隙中充滿水的程度S Sr r=0 : =0 : 干土干土S Sr r=1 : =1 : 飽和土飽和土土的含水量土的含水量ssswmmmmm(%)w 定義定義: : 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比, , 用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示注意注意: : 其實(shí)是含水比其實(shí)是含水比, , 可達(dá)到或超過可達(dá)到或超過100100表達(dá)式表達(dá)式: :孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率(

7、(孔隙度孔隙度) )svVVe VV(%)nv 關(guān)系關(guān)系: :e1en n1ne 在某種程度上反映土的松密在某種程度上反映土的松密定義定義: : 土中孔隙體積與固土中孔隙體積與固體顆粒體積之比體顆粒體積之比, , 無量綱無量綱表達(dá)式表達(dá)式: :定義定義: : 土中孔隙體積與總體土中孔隙體積與總體積之比積之比, , 用百分?jǐn)?shù)表示用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式表達(dá)式: :常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系常用的物理性質(zhì)指標(biāo)間的換算關(guān)系換算步驟換算步驟: : : :假設(shè)假設(shè)V Vs s=1(V=1=1(V=1或或m ms s=1),=1),并畫出三相草圖并畫出三相草圖; ; : :解出各相物質(zhì)成分的質(zhì)量和體積解出各

8、相物質(zhì)成分的質(zhì)量和體積; ; : :利用定義式導(dǎo)出所求的物理性質(zhì)指標(biāo)。利用定義式導(dǎo)出所求的物理性質(zhì)指標(biāo)。WaterWaterAirAirSoilSoilV Va aV Vw wV Vs sV Vv vV Vm ma a=0=0m mw wm ms sm m質(zhì)量質(zhì)量體積體積 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas已知關(guān)系五個(gè)已知關(guān)系五個(gè): :共有九個(gè)參數(shù)共有九個(gè)參數(shù): : V VV Vv v V Vs s V Va a V V / m / ms s m m m ma a m m物性指標(biāo)是比例關(guān)系物性指標(biāo)是比例關(guān)系: :可假設(shè)任一參數(shù)為可假設(shè)任一參數(shù)為1 1對(duì)于飽和土對(duì)于飽和土, V, V

9、a a=0=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量土的三相比例換算公式例題： 例題 在某住宅地基勘測(cè)中，已知一個(gè)鉆孔原狀土試樣結(jié)果為：土的密度1.80g/cm3，土粒比重2.70，土的含水量18。求其余6個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)。 小結(jié)小結(jié)物理性質(zhì)指標(biāo)物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系量上的比例關(guān)系密實(shí)程度密實(shí)程度干濕程度干濕程度特點(diǎn)特點(diǎn): : 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別單位或量綱、常見值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法基本方法: :三相草圖法三相草圖法

10、室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念理解物性指標(biāo)的概念其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)v表示土中孔隙含量的指標(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo)v表示土中含水程度的指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo)v表示土中密度和容重的指標(biāo)表示土中密度和容重的指標(biāo)三相草圖可用于確定三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系物性指標(biāo)之間的關(guān)系三相草圖法是求取物三相草圖法是求取物理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而有效的方法有效的方法2.3 粘性土的物理特性粘性土的物理特性粘性土的物理特性可以用

11、稠度表示。粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同時(shí)所表現(xiàn)出的物理狀態(tài)，反映土的軟硬程度。稠度是指粘性土含水量不同時(shí)所表現(xiàn)出的物理狀態(tài)，反映土的軟硬程度。粘性土從一種狀態(tài)過度到另一種狀態(tài)的分界含水量稱為界限含水量。粘性土從一種狀態(tài)過度到另一種狀態(tài)的分界含水量稱為界限含水量。塑限塑限p液限液限l稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或固態(tài)或半固態(tài)半固態(tài)塑態(tài)塑態(tài) 液態(tài)液態(tài) 強(qiáng)結(jié)合水膜最大強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水出現(xiàn)自由水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水弱結(jié)合水自由水自由水稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)含水量含水量w一、界限含水量的測(cè)定方法一、界限含水量的測(cè)定方法1、

12、液限液限L L錐式液限儀測(cè)定法：錐式液限儀測(cè)定法：76g錘經(jīng)錘經(jīng)5s恰好沉入土恰好沉入土10mm所對(duì)應(yīng)的含水量。所對(duì)應(yīng)的含水量。碟式液限儀測(cè)定法：以碟式液限儀測(cè)定法：以2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/秒的速度，使碟子反復(fù)秒的速度，使碟子反復(fù)起落，墜擊底座，當(dāng)起落，墜擊底座，當(dāng)25擊擊V型土槽合攏長(zhǎng)度恰好型土槽合攏長(zhǎng)度恰好13mm所對(duì)應(yīng)的含水量。所對(duì)應(yīng)的含水量。錐式液限儀錐式液限儀碟式液限儀碟式液限儀2、塑限塑限p滾搓法：滾搓法：將天然濕度的土體在毛玻璃上搓成直徑為將天然濕度的土體在毛玻璃上搓成直徑為3mm3mm 土條時(shí)，土條恰好產(chǎn)生裂縫并開始斷裂時(shí)的含水量土條時(shí)，土條恰好產(chǎn)生裂縫并開始斷裂時(shí)的含水量。液、塑性聯(lián)合測(cè)定

13、法：液、塑性聯(lián)合測(cè)定法：利用液、塑性聯(lián)合測(cè)定儀同時(shí)利用液、塑性聯(lián)合測(cè)定儀同時(shí)測(cè)定測(cè)定3 3份不同含水量的同一個(gè)土樣，得到圓錐下沉深度和份不同含水量的同一個(gè)土樣，得到圓錐下沉深度和含水量關(guān)系曲線，則曲線上對(duì)應(yīng)深度為含水量關(guān)系曲線，則曲線上對(duì)應(yīng)深度為10mm10mm及及2mm2mm時(shí)土?xí)r土樣的含水量就分別為該土的液限和塑限。樣的含水量就分別為該土的液限和塑限。圓錐入土深度與含水量關(guān)系圓錐入土深度與含水量關(guān)系液塑限聯(lián)合測(cè)定儀液塑限聯(lián)合測(cè)定儀二、塑性指數(shù)二、塑性指數(shù)I Ip p和液性指數(shù)和液性指數(shù)I IL LpLpI 反映吸附結(jié)合水的能力。能大致反映粘土顆粒的含量及其反映吸附結(jié)合水的能力。能大致反映粘

14、土顆粒的含量及其粘性粘性塑性指數(shù)塑性指數(shù)I Ip p工程上常用作粘性土與粉土定名的依據(jù)工程上常用作粘性土與粉土定名的依據(jù)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能充分反映粘土顆粒含量不能充分反映粘土顆粒含量 不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同不同的粘土礦物結(jié)合水的能力不同pLpLI 注意：僅適用于重塑土注意：僅適用于重塑土液性指數(shù)液性指數(shù)I IL LwpwwlIL1堅(jiān)硬狀態(tài)堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流流 態(tài)態(tài)0.00 0.250.25 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑反映粘性土天然狀態(tài)的軟硬程度反映粘性土天然狀態(tài)的軟硬程度 工程上作為確定粘性土承載力的重要指標(biāo)工程上作為確定粘性土承載力的重要指標(biāo)三、結(jié)構(gòu)特性

15、三、結(jié)構(gòu)特性u(píng)utqqS 03 uquq 相同含水量、密度相同含水量、密度1. 粘性土的靈敏度粘性土的靈敏度 S St t =原狀土原狀土結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性相同含水量相同含水量密度密度粉碎粉碎重塑重塑重塑土重塑土強(qiáng)度降低強(qiáng)度降低St11-22-44-88-1616粘性土粘性土不靈敏不靈敏低靈敏低靈敏中等靈中等靈敏敏靈敏靈敏很靈敏很靈敏流動(dòng)流動(dòng)原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度度含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為。土的

16、觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土微觀結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化變化引起的，是土微觀結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)。的宏觀表現(xiàn)。2. 粘性土的觸變性粘性土的觸變性 四、活動(dòng)度四、活動(dòng)度活性指數(shù)活性指數(shù)002. 0ppIA p0.002: 粒徑小于粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比總土總質(zhì)量的百分比A 1.25非活性粘土非活性粘土(高嶺石）高嶺石）正常粘土正常粘土活性粘土（蒙脫石）活性粘土（蒙脫石）粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒含量百分?jǐn)?shù)的比值稱粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒含量百分?jǐn)?shù)的比值稱為活動(dòng)度（活性指數(shù)）為活動(dòng)度（活性指數(shù)）反映粘性土中所含礦

17、物的反映粘性土中所含礦物的活動(dòng)性活動(dòng)性 同樣的結(jié)合水含量，所需不同礦物數(shù)是不一樣的。如何反映？同樣的結(jié)合水含量，所需不同礦物數(shù)是不一樣的。如何反映？影響影響1.4 無粘性土的密實(shí)特性無粘性土的密實(shí)特性無粘性土的松密程度無粘性土的松密程度力學(xué)特力學(xué)特性性密實(shí)度大密實(shí)度大結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度大、壓縮變形小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、強(qiáng)度大、壓縮變形小密實(shí)度小密實(shí)度小結(jié)構(gòu)疏松、不穩(wěn)定、壓縮變形大結(jié)構(gòu)疏松、不穩(wěn)定、壓縮變形大衡量無粘性土的密實(shí)度方法衡量無粘性土的密實(shí)度方法孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n相對(duì)密度相對(duì)密度D Dr r現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)測(cè)定現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)測(cè)定土的密實(shí)度通常是指單位體積中固體顆粒的含量土的密

18、實(shí)度通常是指單位體積中固體顆粒的含量定義定義:1.孔隙比孔隙比e或孔隙率或孔隙率nu密實(shí)度密實(shí)度如何衡量如何衡量? ?單位體積中固體顆粒含量的多少單位體積中固體顆粒含量的多少優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方便缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響 只能用于同一種土只能用于同一種土emin = 0.35emin = 0.20利用孔隙比利用孔隙比e或孔隙率分類或孔隙率分類孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n分類分類e emaxmax與與e emin min ：最大與最小孔隙比：最大與最小孔隙比相對(duì)密度相對(duì)密度minmaxmaxreeeeD D Dr r = 1 = 1 , , 最密狀態(tài)最密狀態(tài) D Dr r = 0 = 0 , , 最松狀態(tài)最松狀態(tài) D Dr r 1/3 , 1/3 , 疏松狀態(tài)疏松狀態(tài) 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)判別標(biāo)準(zhǔn)：判別標(biāo)準(zhǔn)：優(yōu)點(diǎn)：把土的級(jí)配因素考慮在內(nèi)，優(yōu)點(diǎn)：把土的級(jí)配因素考慮在內(nèi)， 理論上較為完善理論上較為完善缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：e e、e eminmin、 e emanman難以準(zhǔn)確測(cè)定難以準(zhǔn)確測(cè)定e 0.95 e 0.85 松松散散0.85 e 0.950.70 e 0.85 e 0.70 細(xì)細(xì) 砂砂 、 粉粉 砂砂0.75 e 0.850.60 e 0.75 e 0.60礫礫 砂砂 、 粗粗 砂砂 、中中