土力學1-土物理性質及分類

1、 第第 章：土的組成和物理性質章：土的組成和物理性質1.11.1 土的三相組成土的三相組成1.21.2 土的三相比例指標土的三相比例指標1.31.3 土的結構土的結構1.41.4 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率1.51.5 砂土的密實度砂土的密實度1.61.6 土的壓實原理土的壓實原理1.71.7 土的工程分類土的工程分類 土的三相圖土的三相圖三相比例指標可分為三相比例指標可分為試驗指標（基本指標）試驗指標（基本指標）和和換算指標換算指標 為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進行為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進行三個基本的物理性質試驗：三個基本的物理性質試驗：F 土的密度試驗土的密

2、度試驗F 土粒密度試驗土粒密度試驗F 土的含水率試驗土的含水率試驗 awswsVVVmmVm 1. 土的密度土的密度 一般范圍一般范圍: 1.602.20 g/cm3土的重力密度土的重力密度10g 環(huán)刀：內(nèi)徑61.8mm和79.8mm，高度20mm。 定義：定義：干土粒干土粒的質量與其的質量與其 體積之比體積之比 表達式：表達式： 單單 位位: 一般范圍：粘性土一般范圍：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.652. 土粒密度土粒密度 sssVms 定義：定義：土粒的質量與土粒的質量與4C時同時同體積水的質量之比體積水的質量之比 表達式：表達式： 單單 位位: 無量綱無量綱 一般范圍：粘性

3、土一般范圍：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.65Cwssd4C4wss)(Vm土粒比重土粒比重dsC4w =1.0 g/cm3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 測定方法：測定方法： m0 ms m1 m2 空瓶空瓶質量質量 烘干土烘干土的質量的質量 瓶瓶+水水的質量的質量 瓶瓶+土土+水水的質量的質量 m1+ms瓶瓶+水（滿）水（滿）的質量的質量+干土干土的質量；的質量； m1+ms-m2與土粒體積相同的水與土粒體積相同的水的質量。的質量。 定義：定義： 表達式：表達式：ssswmmmmm(%)w 3. 土的含水率土的含水率W 1.1.土的干密度土的干密度

4、d d土的固相質量與土的總體積之比土的固相質量與土的總體積之比Vmsd2.2.土的飽和密度土的飽和密度satsat土的孔隙中全部為水充滿時的密度土的孔隙中全部為水充滿時的密度VVmwvssat3.3.土的有效密度（或浮密度）土的有效密度（或浮密度）扣除浮力以后的固相質量與土的總體積之比?？鄢×σ院蟮墓滔噘|量與土的總體積之比。VVmwsswsatdsats 反映土單位體積重力的反映土單位體積重力的mggVsddmggVsvwsatsatmVggVsswmVggV天然重度天然重度干重度干重度飽和重度飽和重度有效重度有效重度22 g9.8m/s10/m s式中satw dsat 反映土的孔隙特征、

5、含水程度的指標反映土的孔隙特征、含水程度的指標4.4.土的孔隙比土的孔隙比 e 土的孔隙體積與固相體積之比（用土的孔隙體積與固相體積之比（用小數(shù)表示）小數(shù)表示）svVVe5.5.土的孔隙率土的孔隙率 n n孔隙體積與總體積之比（孔隙體積與總體積之比（%)%)%100VVnv6.6.土的飽和度土的飽和度S Sr r孔隙中水的體積與孔隙體積之比（孔隙中水的體積與孔隙體積之比（% %）%100vwrVVS 關于指標的說明關于指標的說明dsat .3 三相指標之間的換算關系三相指標之間的換算關系 1sVww11vsvVeVVeVe 由孔隙比wsswsssdmVmd11100%wwssw

6、smwmw mwdmewdVmws1)1 (wedVmwssd11令：令：則：則：由土粒相對密度定義得由土粒相對密度定義得由含水量定義得由含水量定義得 土的三相比例換算公式 【例題1】某一塊試樣在天然狀態(tài)下的體積為60cm3，稱得其質量為108g，將其烘干后稱得質量為96.43g，根據(jù)試驗得到的土粒比重ds為2.7，試求試樣的濕密度、干密度、飽和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和飽和度。【解】（1）已知V60cm3，m=108g，則由式（14）得 =m v=108 60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，則 mw=mms=10896.43=11.57g按式（19），于是 w= mw m

7、s11.5796.43=12%（3）已知ds=2.7，則 Vs= ms s=96.43 2.735.7cm3 Vv=VVs=6035.724.3cm3 按式（110），于是 e= Vv Vs24.3 35.7=0.68（4）按式（111） n= Vv V24.3 60=40.5（5）根據(jù)w的定義 Vw = mw w=11.57 111.57cm3 于是按式（112） St= Vw Vv=11.57 24.348 (6) d =ms v=96.43 60=1.61g/cm3 sat =ms+Vv w v=96.43+24.31 / 60=2.01g/cm3 =ms - Vs w v=96.43

8、-35.7 1 60=1.01g/cm3 = sat -1=2.01-1=1.01g/cm3 解二：三個基本指標計算同前 （1）已知V60cm3，m=108g，則由式（14）得 =m v=108 60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，則 mw=mms=10896.43=11.57g按式（19），于是 w= mw ms11.5796.43=12%（3）ds=2.7已知。 在圖示各個指標中，只有e未知。 根據(jù)密度指標定義： =m/v=ds (1+w)/(1+e)得：e = ds (1+w)/ 1 = 2.7(1+0.12)/1.8 1 = 0.68 （4）利用三相比例指標圖、各指標的

9、定義進行解答。 n=e/(1+e)=0.68/(1+0.68) 100%= 40.5% St= wds/e=12%2.7/0.68=48% d =ds /(1+e)=2.7/(1+0.68)=1.61g/cm3 sat =(ds +e)/(1+e)=(2.7+0.68)/(1+0.68)=2.01g/cm3 =(ds -1)/(1+e)=(2.7-1)/(1+0.68)=1.01g/cm3 n【例2】某土樣經(jīng)試驗測得體積為某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質量為，濕土質量為187g，烘干后，干土質量為，烘干后，干土質量為167g。若土粒的相對密度。若土粒的相對密度Gs為為2.66，求該土

10、樣的含水量，求該土樣的含水量、密度、密度、重度、重度 、干重度、干重度d 、孔隙比、孔隙比e、飽和重度、飽和重度sat和有效重度和有效重度 【解答解答】%98.11167167187%100smm3/87. 1100187cmgVm3/7 .181087. 1mkNg3/7 .1610100167mkNgdd593. 0187. 1)1198. 01 (66. 21)1 (sGe%7 .53593. 066. 21198. 0eGSsr3/4 .2010593. 01593. 066. 21mkNeeGssat3/4 .10104 .20mkNwsat 第第 章：土的組成和物理性質章：土的組成

11、和物理性質1.11.1 土的三相組成土的三相組成1.2 1.2 土的三相比例指標土的三相比例指標 1.31.3 土的結構土的結構1.41.4 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率1.51.5 砂土的密實度砂土的密實度1.61.6 土的壓實原理土的壓實原理1.71.7 土的工程分類土的工程分類 定義：定義： 土的結構是指土粒的大小、形狀、互相 排列及聯(lián)結的特征。力學特性力學特性影影響響土的結構土的結構反映反映土的成分土的成分形成條件形成條件分類分類單粒結構單粒結構蜂窩結構蜂窩結構絮狀結構絮狀結構 1.1.單粒結構單粒結構 單粒結構是碎石土和砂土的結構特征，其特點是土粒間存在點與點的接觸。 疏松的

12、單粒結構穩(wěn)定性差，在荷載作用下，特別是振動荷載作用下會產(chǎn)生較大變形。 密實的單粒結構較穩(wěn)定，力學性能好，是良好的天然地基。單粒結構單粒結構 2.2.蜂窩狀結蜂窩狀結構構 蜂窩狀結構是以粉粒為主的土的結構特征。 粒徑在0.020.002mm左右的土粒在水中因自重作用而下沉時，碰上已沉積的土粒，由于土粒間的引力大于下沉土粒的重力，后沉土粒就停留在最初的接觸位置上不再下沉，形成大孔隙的蜂窩狀結構。排列形式：面與面排列形式：面與面蜂窩結構蜂窩結構 3.3.絮狀結構絮狀結構 絮狀結構是粘土顆粒特有的結構特征。 懸浮在水中的粘土顆粒當介質發(fā)生變化時，土?；ハ嗑酆?，以邊-邊、面-邊的接觸方式形成絮狀物下沉，

13、沉積為大孔隙的絮狀結構。絮狀結構絮狀結構 土的結構形成以后，當外界條件變化時，土的結構會發(fā)生變化。 在取土試驗或施工中都必須盡量減少對土的擾動，破壞土的原狀結構。注意：注意：天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結構過渡向另一種結構。天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結構過渡向另一種結構。 第第 章：土的組成和物理性質章：土的組成和物理性質1.11.1 土的三相組成土的三相組成1.2 1.2 土的三相比例指標土的三相比例指標1.31.3 土的結構土的結構 1.41.4 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率1.51.5 砂土的密實度砂土的密實度1.61.6 土的壓實原理土的壓實原理1.71.

14、7 土的工程分類土的工程分類 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)土的物理性質指標土的物理性質指標( (三相間的比例關系三相間的比例關系) )表表示示影響影響力學特性力學特性密實度密實度稠度稠度1.41.4 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率 n 粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是它的稠度稠度，稠度，稠度是是指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的指土的軟硬程度或土對外力引起變形或破壞的抵抗能力抵抗能力稠度狀態(tài)與含水量有關稠度狀態(tài)與含水量有關粘性土粘性土含水量含水量較硬較硬變軟變軟流動流動1.4.1 粘性土的狀態(tài)粘

15、性土的狀態(tài) 塑限塑限w wp p液限液限w wl l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)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài) 流動狀態(tài)流動狀態(tài) 強結合水強結合水弱結合水弱結合水自由水自由水w w土顆粒土顆粒強結合水強結合水弱結合水弱結合水土顆粒土顆粒強結合強結合水水土顆粒土顆粒自由水自由水弱結合水弱結合水強結合水強結合水強結合水膜最大強結合水膜最大出現(xiàn)相當數(shù)量自由水出現(xiàn)相當數(shù)量自由水粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)稠度界限稠度界限稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)含水量含水量土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)示意圖示意圖 土的幾種稠度狀態(tài)： 流動狀態(tài)含水量很大時，土就成為泥漿，為含水量很大時，土就

16、成為泥漿，為粘滯性的液體粘滯性的液體； 塑性狀態(tài)含水量減少，粘滯流動的特點消失，含水量減少，粘滯流動的特點消失，顯示出塑性；顯示出塑性； 半固體狀態(tài)含水量繼續(xù)減少，土的可塑性逐漸含水量繼續(xù)減少，土的可塑性逐漸消失，從可塑狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)；消失，從可塑狀態(tài)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)； 固體狀態(tài)當含水量很小時，土的體積不再隨當含水量很小時，土的體積不再隨著含水量的減小而減小了，稱為固體狀態(tài)。著含水量的減小而減小了，稱為固體狀態(tài)。 縮限塑限液限0固態(tài) 半固態(tài) 可塑狀態(tài) 流動狀態(tài)工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp液性界限液性界限， 粉土的液限在3238%之間，粉質粘土為3846%，粘土為4050%。塑性界

17、限塑性界限，常見值為1728%1.4.2 界限含水率界限含水率定義：定義：界限含水率是粘性土從一種狀態(tài)變到另一種狀態(tài)時的含水率分界點。 1.4.3 界限含水率的測定界限含水率的測定液、塑性聯(lián)合測定法液、塑性聯(lián)合測定法：利用液、塑性聯(lián)合測定儀：利用液、塑性聯(lián)合測定儀同時測定同時測定3 3份不同含水量的同一個土樣，得到圓錐下份不同含水量的同一個土樣，得到圓錐下沉深度和含水量關系曲線，則曲線上對應深度為沉深度和含水量關系曲線，則曲線上對應深度為10mm10mm及及2mm2mm時土樣的含水量就分別為該土的液限和塑限。時土樣的含水量就分別為該土的液限和塑限。塑限p搓條法搓條法：將天然濕度的土體在毛玻璃上

18、用手搓條，如：將天然濕度的土體在毛玻璃上用手搓條，如搓到土條的直徑為搓到土條的直徑為3mm3mm左右時斷裂為若干段，則此時的左右時斷裂為若干段，則此時的含水率即為塑限含水率即為塑限。 圓錐入土深度與含水量關系圓錐入土深度與含水量關系液塑限聯(lián)合測定儀液塑限聯(lián)合測定儀液塑限聯(lián)合測定儀液塑限聯(lián)合測定儀 液限液限L L錐式液限儀測定法：錐式液限儀測定法：76g錘經(jīng)錘經(jīng)5s恰好沉入土恰好沉入土10mm所對應的含水量。所對應的含水量。碟式液限儀測定法：以碟式液限儀測定法：以2轉轉/秒的速度，使碟子反復秒的速度，使碟子反復起落，墜擊底座，當起落，墜擊底座，當25擊擊V型土槽合攏長度恰好型土槽合攏長度恰好13

19、mm所對應的含水量。所對應的含水量。錐式液限儀錐式液限儀碟式液限儀碟式液限儀錐式液限儀錐式液限儀碟式液限儀碟式液限儀 1.4.4 1.4.4 塑性指數(shù)塑性指數(shù)I IP P 用土處在塑性狀態(tài)的含水量變化范圍來表示用土處在塑性狀態(tài)的含水量變化范圍來表示PLPwwI 習慣上不用帶習慣上不用帶% %的百分數(shù)表示；的百分數(shù)表示； I IP P 愈大，土的顆粒愈細，土的可塑性愈好；愈大，土的顆粒愈細，土的可塑性愈好； wpwwL0ww-wpwL-wp 含水量相同的土，但塑限、液限不同，則土樣所處的狀含水量相同的土，但塑限、液限不同，則土樣所處的狀態(tài)可能不同；態(tài)可能不同；I IL L 是表示天然含水量與界限

20、含水量相對關系的指標是表示天然含水量與界限含水量相對關系的指標PPPLPLIwwwwwwI1.4.5 液性指數(shù)液性指數(shù) ILwpwwL0ww-wpwL-wp I IL L =0 =01 1，可塑狀態(tài)，液性指數(shù)越大，表示土越軟；，可塑狀態(tài)，液性指數(shù)越大，表示土越軟； I IL L1 1，土處于流動狀態(tài)，土處于流動狀態(tài)， I IL L0 0，土處于固體或半固體狀態(tài)。，土處于固體或半固體狀態(tài)。建筑地基基礎設計規(guī)范建筑地基基礎設計規(guī)范（GB5007-2002GB5007-2002）規(guī)定：）規(guī)定：IL 數(shù)值的特征：數(shù)值的特征：狀態(tài)狀態(tài)堅硬堅硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑液性指數(shù)IL 00 IL 0.

21、250.25 IL 0.750.751 第第 章：土的組成和物理性質章：土的組成和物理性質1.11.1 土的三相組成土的三相組成1.2 1.2 土的三相比例指標土的三相比例指標1.31.3 土的結構土的結構1.41.4 粘性土的界限含水率粘性土的界限含水率 1.51.5 砂土的密實度砂土的密實度1.61.6 土的壓實原理土的壓實原理1.71.7 土的工程分類土的工程分類 n影響砂、卵石等無粘性土工程性質的主要因素是密影響砂、卵石等無粘性土工程性質的主要因素是密實度；實度；n土的土的密實度密實度指單位體積土中固體顆粒的含量；指單位體積土中固體顆粒的含量； 1.51.5 砂土的密實度砂土的密實度

22、l按相對密實度劃分按相對密實度劃分l按天然孔隙比劃分按天然孔隙比劃分l按標貫擊數(shù)劃分按標貫擊數(shù)劃分l按重型動力觸探擊數(shù)劃分按重型動力觸探擊數(shù)劃分 1.5.1 孔隙比孔隙比eu密實度密實度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：簡單方便優(yōu)點：簡單方便缺點：不能反映級配的影響缺點：不能反映級配的影響 只能用于同一種土只能用于同一種土利用孔隙比利用孔隙比e分類分類按天然孔隙比劃分砂土密實度按天然孔隙比劃分砂土密實度土類 密實度密實中密稍密松散礫砂、粗砂、中砂e0.600.60e 0.750.750.85細砂、粉砂e0.700.70e 0.850.850.95 F最大孔隙比最大孔

23、隙比e emaxmax: : 將松散的風干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，將松散的風干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比F最小孔隙比最小孔隙比emin : 將松散的風干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法將松散的風干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算振動和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比得到最小孔隙比minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(D 1.5.2 相對密實度相對密實度 Dr=1 最密實狀態(tài)最密實狀態(tài)1D1Dr r2/3 2/3 密實密實2/3D2/3Dr r1/3 1/3 中密中密1/3D1/3Dr r0 0 松散松散Dr=0 最疏松狀態(tài)最疏松狀態(tài)l 粗粒土的粗粒土的密實度標準密實度標準1.5.2 相對密實度相