西華大學(xué)第二章 土的物理性質(zhì)及工程分類111

1、第二章第二章 土的物理性質(zhì)及工程分類土的物理性質(zhì)及工程分類 土的生成與特性土的生成與特性 土的三相組成土的三相組成 土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo) 土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo) 地基土的工程分類地基土的工程分類土土 的的 形形 成成土土巖石巖石風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積地質(zhì)成巖作用地質(zhì)成巖作用土的組成、結(jié)構(gòu)土的組成、結(jié)構(gòu)和物理力學(xué)性質(zhì)和物理力學(xué)性質(zhì)過(guò)程、條件過(guò)程、條件土的形成土的形成風(fēng)化作用物理風(fēng)化：物理風(fēng)化：巖石經(jīng)歷風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度巖石經(jīng)歷風(fēng)、霜、雨、雪的侵蝕，溫度、濕度的變的變化化，發(fā)生不均勻膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂隙，崩解為，發(fā)生不均勻膨脹與收縮，使巖石產(chǎn)生裂

2、隙，崩解為碎塊，碎塊，這種風(fēng)化生成的土為粗粒土，如碎石，礫石和砂土等；這種風(fēng)化生成的土為粗粒土，如碎石，礫石和砂土等；化學(xué)風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化：巖石的碎屑與水、氧氣和二氧化碳等物質(zhì)相接觸時(shí)，巖石的碎屑與水、氧氣和二氧化碳等物質(zhì)相接觸時(shí)，逐漸發(fā)生化學(xué)變化，原來(lái)組成礦物的成分發(fā)生了改變，產(chǎn)生一逐漸發(fā)生化學(xué)變化，原來(lái)組成礦物的成分發(fā)生了改變，產(chǎn)生一種新的成分種新的成分- -次生礦物，經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的土為細(xì)粒土，具有粘次生礦物，經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的土為細(xì)粒土，具有粘聚力；聚力；生物風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用：由動(dòng)物、植物和人類活動(dòng)對(duì)巖體的破壞，如長(zhǎng)由動(dòng)物、植物和人類活動(dòng)對(duì)巖體的破壞，如長(zhǎng)在巖石縫隙中的樹(shù)，因樹(shù)根伸展使巖

3、石縫隙擴(kuò)展開(kāi)裂。在巖石縫隙中的樹(shù)，因樹(shù)根伸展使巖石縫隙擴(kuò)展開(kāi)裂。地表及地面以下一定深度的巖土，在氣溫變化、水溶液、氣體及生物等自然因素作用下、逐漸產(chǎn)生裂隙、發(fā)生機(jī)械破碎和礦物成份的改變、喪失完整性的過(guò)程土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu) 土顆粒之間的相互排列和聯(lián)結(jié)形式稱為土的結(jié)構(gòu)土顆粒之間的相互排列和聯(lián)結(jié)形式稱為土的結(jié)構(gòu)1.單粒結(jié)構(gòu)：?jiǎn)瘟＝Y(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)其特點(diǎn)是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根是土粒間存在點(diǎn)與點(diǎn)的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài)據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實(shí)狀態(tài) 密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀

4、態(tài)疏松狀態(tài)疏松狀態(tài)2.蜂窩結(jié)構(gòu)：蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大顆粒間點(diǎn)與點(diǎn)接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位, ,很多鏈很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu)環(huán)聯(lián)結(jié)起來(lái)，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu) 3.絮狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土粒表在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘?；ハ嘟咏鄢尚鯛钗锩娴娜踅Y(jié)合水厚度減薄，粘粒互相接近，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀

5、結(jié)構(gòu)下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu) 蜂窩結(jié)構(gòu)蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好，蜂窩結(jié)構(gòu)與絮狀結(jié)構(gòu)如被擾動(dòng)密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)工程性質(zhì)最好，蜂窩結(jié)構(gòu)與絮狀結(jié)構(gòu)如被擾動(dòng)破壞天然結(jié)構(gòu)，則強(qiáng)度低、壓縮性高，不可作天然地基破壞天然結(jié)構(gòu)，則強(qiáng)度低、壓縮性高，不可作天然地基土的構(gòu)造土的構(gòu)造 土的構(gòu)造土的構(gòu)造是指同一層土，土顆粒之間相互關(guān)系的特征是指同一層土，土顆粒之間相互關(guān)系的特征1.層狀構(gòu)造：土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層層狀構(gòu)造：土層由不同的顏色或不同的粒徑的土組成層理，一層一層相互平行，這種層狀構(gòu)造反映不同年代不搬理，一層一層相互平行，這種層狀構(gòu)造反映不同年代不搬運(yùn)條件形成的土層運(yùn)條

6、件形成的土層2.分散分散構(gòu)造：土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相似，如砂、卵構(gòu)造：土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相似，如砂、卵石層為分散結(jié)構(gòu)石層為分散結(jié)構(gòu)3.結(jié)核狀結(jié)核狀構(gòu)造：在細(xì)粒土中混有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含構(gòu)造：在細(xì)粒土中混有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核，如含礫石的冰磧黏土礫石的冰磧黏土4.裂隙狀裂隙狀構(gòu)造：土中有很多不連續(xù)的小裂隙，某些硬塑或構(gòu)造：土中有很多不連續(xù)的小裂隙，某些硬塑或堅(jiān)硬狀態(tài)的黏土為此構(gòu)造堅(jiān)硬狀態(tài)的黏土為此構(gòu)造通常分散構(gòu)造的工程性質(zhì)最好，結(jié)核狀構(gòu)造工程性質(zhì)好壞通常分散構(gòu)造的工程性質(zhì)最好，結(jié)核狀構(gòu)造工程性質(zhì)好壞取決于細(xì)粒土部分，裂隙狀構(gòu)造中，因裂隙強(qiáng)度低，滲透取決于細(xì)粒土部分，裂隙狀構(gòu)造中，因裂隙

7、強(qiáng)度低，滲透性大，工程性質(zhì)差。性大，工程性質(zhì)差。土的工程特性土的工程特性 1.壓縮性高壓縮性高：卵石的壓縮性為鋼材壓性的數(shù)千倍，飽和細(xì)卵石的壓縮性為鋼材壓性的數(shù)千倍，飽和細(xì)砂的壓縮性為砂的壓縮性為C20C20混凝土的壓縮性的數(shù)千倍，軟塑或流塑混凝土的壓縮性的數(shù)千倍，軟塑或流塑狀態(tài)的粘性土往往比飽和細(xì)砂的壓縮性還要高的多。狀態(tài)的粘性土往往比飽和細(xì)砂的壓縮性還要高的多。2.強(qiáng)度低強(qiáng)度低：無(wú)粘性土的強(qiáng)度來(lái)源于土粒表面滑動(dòng)的摩擦和顆無(wú)粘性土的強(qiáng)度來(lái)源于土粒表面滑動(dòng)的摩擦和顆粒間的咬合摩擦，粘性土的強(qiáng)度除摩擦力外，還有粘聚力，粒間的咬合摩擦，粘性土的強(qiáng)度除摩擦力外，還有粘聚力，無(wú)論摩擦力還是粘聚力，均遠(yuǎn)

8、小于建筑材料本身的強(qiáng)度。無(wú)論摩擦力還是粘聚力，均遠(yuǎn)小于建筑材料本身的強(qiáng)度。3.透水性大透水性大：將一杯水倒在木板上可以保留很長(zhǎng)時(shí)間，說(shuō)將一杯水倒在木板上可以保留很長(zhǎng)時(shí)間，說(shuō)明土材透水性小，倒在室外土地上，很快不見(jiàn)了，這是由明土材透水性小，倒在室外土地上，很快不見(jiàn)了，這是由于土體中固體礦物顆粒之間具有許多透水的孔隙。于土體中固體礦物顆粒之間具有許多透水的孔隙。1.搬運(yùn)、沉積條件：搬運(yùn)、沉積條件：通常流水搬運(yùn)沉積的土優(yōu)于風(fēng)力搬運(yùn)通常流水搬運(yùn)沉積的土優(yōu)于風(fēng)力搬運(yùn)沉積的土。沉積的土。2.沉積年代沉積年代：通常土的沉積年代越長(zhǎng)，土的工程性質(zhì)越好通常土的沉積年代越長(zhǎng)，土的工程性質(zhì)越好土的生成與工程特性的關(guān)

9、系土的生成與工程特性的關(guān)系3.沉積的自然地理環(huán)境沉積的自然地理環(huán)境：由于我國(guó)地域遼闊，全國(guó)各地的由于我國(guó)地域遼闊，全國(guó)各地的地形高低、氣候冷熱、雨量多少相差懸殊，這些自然地理地形高低、氣候冷熱、雨量多少相差懸殊，這些自然地理環(huán)境不同所生成的土的工程性質(zhì)差異也很大，如沿海一帶環(huán)境不同所生成的土的工程性質(zhì)差異也很大，如沿海一帶存在深厚的淤泥與淤泥質(zhì)軟弱土，西北地區(qū)有大面積的濕存在深厚的淤泥與淤泥質(zhì)軟弱土，西北地區(qū)有大面積的濕陷性黃土，西南地區(qū)有紅粘土以及高寒地區(qū)的多年凍土陷性黃土，西南地區(qū)有紅粘土以及高寒地區(qū)的多年凍土土是由土顆粒、水、空氣組成的三相混合體土是由土顆粒、水、空氣組成的三相混合體n土

10、體土體= 固相固相 + 液相液相 + 氣相氣相構(gòu)成土骨架構(gòu)成土骨架重要影響重要影響次要影響次要影響飽和土飽和土 ：土體孔隙完全被水充滿：土體孔隙完全被水充滿干干 土土 ：土體孔隙完全被氣充滿：土體孔隙完全被氣充滿非飽和土：孔隙中水和氣均存在非飽和土：孔隙中水和氣均存在由巖石經(jīng)物理風(fēng)化生成的顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，它的成成分與母巖的相同，常見(jiàn)的有石英，長(zhǎng)石和云母。顆粒一般較粗，多呈渾圓形，塊狀或板狀。吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無(wú)塑性。由原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分成分與母巖的完全不同。次礦物主要是粘土礦物，即高嶺石，伊利石和蒙脫石。顆粒極細(xì)，且多呈片狀。性質(zhì)活潑，有較

11、強(qiáng)的吸附水能力（尤其是由蒙脫石組成的顆粒），具塑性。土是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物。因此土粒的礦物組成將取決于成土母巖的礦物組成及其后的風(fēng)化作用。成土礦物可分為兩大類。原生礦物原生礦物次生礦物次生礦物一：土的固相一：土的固相土的顆粒級(jí)配土的顆粒級(jí)配土是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化。界限粒徑劃分粒組的分界尺寸。土的顆粒級(jí)配土中各粒組的相對(duì)百分含量，通常用各粒組占土?？傎|(zhì)量（干土質(zhì)量）的百分?jǐn)?shù)表示，也稱為土的粒度成分。粗粒土指以礫石和砂粒為主的土，又稱為無(wú)粘性土。細(xì)粒土指以粉粒、粘粒和膠粒為主的土，又稱為粘性土。巖土工程勘察規(guī)范巖土工程勘察規(guī)范中的分類法：粒徑

12、2mm的質(zhì)量超過(guò)50%的稱為碎石土碎石土粒徑2mm的質(zhì)量小于50而 0.075mm的質(zhì)量超過(guò)50%的稱為砂土砂土粒徑 0.075mm的質(zhì)量小于50%的定為粉土粉土或粘性土或粘性土碎石土、砂土又稱為無(wú)粘性土無(wú)粘性土粒組統(tǒng)粒組統(tǒng)稱稱粒組名稱粒組名稱粒徑粒徑d d范圍（范圍（mmmm） 分析分析方法方法 主主 要要 特特 征征巨巨 粒粒漂石（塊石）粒漂石（塊石）粒 d200 d200 直接直接測(cè)定測(cè)定 透水性很大，壓縮性極小，透水性很大，壓縮性極小，顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)毛細(xì)性。顆粒間無(wú)粘結(jié)，無(wú)毛細(xì)性。卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒 60d200 60d200 粗粒粗粒礫礫粒粒 粗礫粗礫 20d60 20d

13、60 篩篩分分法法 透水性大，壓縮性小，無(wú)粘透水性大，壓縮性小，無(wú)粘性，有一定毛細(xì)性。性，有一定毛細(xì)性。細(xì)礫細(xì)礫2d202d20砂砂粒粒 粗砂粗砂0.5d2 0.5d2 中砂中砂 0.25d0.5 0.25d0.5 細(xì)砂細(xì)砂0.075d0.25 0.075d0.25 細(xì)粒細(xì)粒粉粒粉粒 0.005d0.075 0.00511g/cmg/cm3 3冰點(diǎn)處于零下幾十度冰點(diǎn)處于零下幾十度具有固體的的特性具有固體的的特性溫度高于溫度高于100100C C時(shí)可蒸發(fā)時(shí)可蒸發(fā)位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力位于強(qiáng)結(jié)合水之外，電場(chǎng)引力作用范圍之內(nèi)作用范圍之內(nèi)外力作用下可以移動(dòng)外力作用下可以移動(dòng)不因重力而移動(dòng)，有粘滯性

14、不因重力而移動(dòng)，有粘滯性（二）非結(jié)合水（二）非結(jié)合水 定義定義: 在雙電層影響以外的水為自由液態(tài)水，它主要受重力作用的控制，土粒表面吸引力居次要地位，這部分水稱為非結(jié)合水，它包括毛細(xì)水和重力水。(1)毛細(xì)水特點(diǎn)特點(diǎn): 1.毛細(xì)水毛細(xì)水是受到水與空氣交界面處表面張力作用的自由水。 2. 毛細(xì)水毛細(xì)水按其與地下水面是否聯(lián)系可分為毛細(xì)懸掛水 (與地下水無(wú)直接聯(lián)系)和毛細(xì)水上升水與地下水相連兩種。3. 毛細(xì)水毛細(xì)水是受毛細(xì)管作用控制的水，毛管直徑愈細(xì)上升 高度愈高。在常溫下毛細(xì)上升高度hc與毛管半徑r 有 以下關(guān)系： hc=15/r 當(dāng)r=0.1m時(shí)，hc=150mm，這與砂土(粒徑為0.5lmm)

15、中的情況大致相當(dāng)。粘土的孔隙直徑約為0.1m，按上式計(jì)算毛細(xì)上升高度將達(dá)150m。4. 毛細(xì)毛細(xì)區(qū)域內(nèi)的水壓力與一般靜水壓力的概念相同，它與水頭高度非常hc成正比。負(fù)號(hào)表示拉力。自由水位以下為壓力，自由水位以上，毛細(xì)區(qū)域內(nèi)為拉力。顆粒骨架承受水的反作用力，因此自由水位以下。上骨架受浮托力，減小顆粒間的壓力。自由水位以上，毛細(xì)區(qū)域內(nèi)，顆粒間受壓力，毛細(xì)壓力呈倒三角形分布。彎液面處最大，自由水面處為零。（2）重力水 特點(diǎn)特點(diǎn): 重力水是存在于地下水位以下的適水土層中的地下水。它是在重力或壓力差作用下運(yùn)動(dòng)的自由水，對(duì)土粒有浮力作用。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的影響。毛細(xì)壓力增加了土粒間的

16、聯(lián)結(jié)，所以散毛細(xì)壓力增加了土粒間的聯(lián)結(jié)，所以散粒狀的砂土，當(dāng)含有少量水分時(shí)具有假粒狀的砂土，當(dāng)含有少量水分時(shí)具有假粘聚力，但是當(dāng)土飽和時(shí)，這種聯(lián)結(jié)作粘聚力，但是當(dāng)土飽和時(shí)，這種聯(lián)結(jié)作用即告消失。因此，由于毛細(xì)力而用即告消失。因此，由于毛細(xì)力而呈現(xiàn)的粘性是暫時(shí)性的。呈現(xiàn)的粘性是暫時(shí)性的。（3）固態(tài)水特點(diǎn)特點(diǎn): 1.水結(jié)冰后體積膨脹，同時(shí)由于水分遷移和補(bǔ)給，在 土層中會(huì)形成冰層或透鏡體。 2.固態(tài)水在土中起著暫時(shí)的膠結(jié)作用，提高土的力學(xué) 強(qiáng)度，降低透水性。 3. 溫度升高后，冰層解凍為液態(tài)水，使土的強(qiáng)度急劇 降低，壓縮性增大，土的性質(zhì)顯著惡化，如處于地 下水以上的某些公路路面在開(kāi)春后的翻漿現(xiàn)象就是

17、 一例。（三）土的氣相（三）土的氣相分類分類: 1.吸附于土顆粒表面的氣體 2. 溶解于水中的氣體 3.四周為顆粒和水所封閉的氣體以及自由氣體特點(diǎn)特點(diǎn): 通常認(rèn)為自由氣體與大氣連通，對(duì)土的性質(zhì)無(wú)大影 響。密閉氣體的體積與壓力有關(guān)，壓力增加，則體 積縮小，壓力減小，則體積脹大。因此，密閉氣體 的存在增加了土的彈性，同時(shí)還可阻塞土中的滲流 通道，減小上的滲透性。物理風(fēng)化僅使巖物理風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生量的變化石產(chǎn)生量的變化巖石巖石物理分化物理分化化學(xué)分化化學(xué)分化土土化學(xué)風(fēng)化僅使巖化學(xué)風(fēng)化僅使巖石產(chǎn)生質(zhì)的變化石產(chǎn)生質(zhì)的變化粘土顆粒性質(zhì)粘土顆粒性質(zhì)土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化土粒的粒徑由粗到細(xì)逐漸變化時(shí)，土的

18、性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化時(shí)，土的性質(zhì)相應(yīng)地發(fā)生變化原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它原生礦物經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成的新礦物，它的成分成分與母巖的完全不同。顆粒極的成分成分與母巖的完全不同。顆粒極細(xì)，性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力，細(xì)，性質(zhì)活潑，有較強(qiáng)的吸附水能力，具塑性。具塑性。顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，顆粒通常是由一種或幾種原生礦物所組成，它的成分成分與母巖的相同，顆粒一般較它的成分成分與母巖的相同，顆粒一般較粗，吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無(wú)塑粗，吸附水的能力弱，性質(zhì)比較穩(wěn)，無(wú)塑性。性。原生礦物原生礦物次生礦物次生礦物土粒的大小土粒的大小及其組成及其組成一、土的三相圖一、土的三相圖 氣氣水水土

19、粒土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積Vn二、直接測(cè)定指標(biāo)二、直接測(cè)定指標(biāo) 1.土的密度土的密度：?jiǎn)挝惑w積土的質(zhì)單位體積土的質(zhì)量量 awswsVVVmmVm工程中常用重度工程中常用重度 來(lái)表示單位體來(lái)表示單位體積土的重力積土的重力 g重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 2.土粒相對(duì)密度土粒相對(duì)密度Gs（土粒比重）（土粒比重）：土粒質(zhì)量與同體積的土粒質(zhì)量與同體積的4時(shí)純水時(shí)純水的質(zhì)量之比的質(zhì)量之比 ssssVmG土粒相對(duì)密度變化范圍不大：細(xì)粒土（粘性土）一般土粒相對(duì)密度變化范圍不大：細(xì)粒土（粘性土）一般2.702.75；砂土一般為砂土一般為2.65左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加

20、，土粒相對(duì)密度減小左右。土中有機(jī)質(zhì)含量增加，土粒相對(duì)密度減小Vv氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積V3.土的含水量土的含水量：土中水的土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分?jǐn)?shù)表示數(shù)表示%100%100sssmmmmm土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個(gè)重要物理指標(biāo)。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。 測(cè)定方法：測(cè)定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法通常用烘干法，亦可近似用酒精燃燒法

21、 三、換算指標(biāo)三、換算指標(biāo) 氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積V1.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙體積與土土中孔隙體積與土粒體積之比粒體積之比 2.土的飽和度土的飽和度Sr ：土中孔土中孔隙水的體積與孔隙總體積隙水的體積與孔隙總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示之比，以百分?jǐn)?shù)表示飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。干土Sr= =0, ,飽和土飽和土Sr= =100%。砂土砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài)根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài): : svVVe孔隙率孔隙率n ：土中孔隙體積與總土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示體積之比，

22、以百分?jǐn)?shù)表示 %100VVnv%100vrVVSSr50%稍濕；稍濕； 50Sr80%很濕；很濕； Sr80%飽和飽和3.不同狀態(tài)下土的密度和重度不同狀態(tài)下土的密度和重度飽和密度飽和密度sat ：土體中孔隙完土體中孔隙完全被水充滿時(shí)的土的密度全被水充滿時(shí)的土的密度 干密度干密度d ：?jiǎn)挝惑w積中固體單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量顆粒部分的質(zhì)量 VVmvssatVmsd浮密度浮密度 ：土單位體積內(nèi)土土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差 VVmss土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有土的三相比例指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個(gè)，土的密度個(gè)，土的密度，飽和密度飽和密度sat，干

23、密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3), ,相應(yīng)的重度指標(biāo)相應(yīng)的重度指標(biāo)也有也有4個(gè)，土的重度個(gè)，土的重度 ，飽和重度飽和重度 sat，干重度，干重度 d，浮重度，浮重度 (kN/m3)氣氣水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa質(zhì)量質(zhì)量m體積體積Vdsat dsat天然密度天然密度干密度干密度飽和密度飽和密度mV天然容重天然容重干容重干容重sdmVgddgswvsatmVVsatsatg浮容重浮容重satw 飽和容重飽和容重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ww1令1sVeVveV1wswsssddVmwsswdmmwsdm)1 ( edVmws1)1 (11edVm

24、wssd1)1 (wsdeeedwssat1)(edws1) 1(een1edSsredwsd1wsed11ndwsd1ewdssr例題1試證明如下各式：（2）（1）（3）（4）證明: (1) edVVdVgmwwssssd1(2)wwswwedVVVdVVgmsssss11(3)1 ()(ndVVVdVVdVgmwwwsvssssd(4)ewdVwWVWVVSsvsvwwvwrw例題2 試證明：土體處在飽和狀態(tài)時(shí)，含水量與干容重之間存在著如下關(guān)系：sdwdw1證明:因?yàn)橥撂幱陲柡蜖顟B(tài) 且svVVe srdeSw ssVVV 1wssdsdWW1dwsdsde%100sdesdddws1sdw

25、d1例題3 一擊實(shí)試驗(yàn)：擊實(shí)筒體積1000cm3，測(cè)得濕土質(zhì)量為1.95kg，取一質(zhì)量為17.48g的濕土，烘干后質(zhì)量為15.03g，計(jì)算含水量 和干重度 。d解：%3 .16%10003.1503.1548.17天然重度363/5 .19101000101095. 1mkN3/8 .16163. 015 .191mkNd含水量例題4 一體積為50cm3的土樣，濕土質(zhì)量0.09kg，烘干后質(zhì)量為0.068kg，土粒相對(duì)密度 ，求 其孔隙比，若將土樣壓縮，使其干密度達(dá)到1.61t/m3，土樣孔隙比將減少多少？69. 2sd解：36/8 . 110501009. 03mtVm%3 .32%1000

26、68. 0068. 009. 0干水mm孔隙比減小值306. 0671. 0977. 02eee土樣的天然密度土樣的含水量977. 018 . 1)323. 01 (169. 21)1 (wsde671. 0161. 1169. 21,122dwswsddeed一、無(wú)粘性土的密實(shí)度一、無(wú)粘性土的密實(shí)度 土的密實(shí)度土的密實(shí)度指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土指單位體積土中固體顆粒的含量。根據(jù)土顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂、碎石等處于從緊密到顆粒含量的多少，天然狀態(tài)下的砂、碎石等處于從緊密到松散的不同物理狀態(tài)。無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有松散的不同物理狀態(tài)。無(wú)粘性土的密實(shí)度與其工程性質(zhì)有著密

27、切關(guān)系著密切關(guān)系1.孔隙比孔隙比e 孔隙比孔隙比e可以用來(lái)表示砂土的密實(shí)度。對(duì)于同一種土，可以用來(lái)表示砂土的密實(shí)度。對(duì)于同一種土，當(dāng)孔隙比小于某一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)。孔隙比愈大，當(dāng)孔隙比小于某一限度時(shí)，處于密實(shí)狀態(tài)?？紫侗扔?，土愈松散土愈松散 2.相對(duì)密實(shí)度相對(duì)密實(shí)度DrminmaxmaxeeeeDr砂土在天然狀砂土在天然狀態(tài)下孔隙比態(tài)下孔隙比砂土在最密實(shí)狀砂土在最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比態(tài)時(shí)的孔隙比砂土在最松砂土在最松散狀態(tài)時(shí)的散狀態(tài)時(shí)的孔隙比孔隙比當(dāng)當(dāng)Dr=0=0時(shí)，時(shí)， e= =emin，表示土處于最疏松狀態(tài)表示土處于最疏松狀態(tài); ;當(dāng)當(dāng)Dr= =1.0時(shí)，時(shí)， e= =emax，表示土體

28、處于最密實(shí)狀態(tài)，表示土體處于最密實(shí)狀態(tài)3.按動(dòng)力觸探確定無(wú)粘性土的密實(shí)度按動(dòng)力觸探確定無(wú)粘性土的密實(shí)度Dr1/3疏松狀態(tài)疏松狀態(tài)1/3Dr2/3中密狀態(tài)中密狀態(tài)2/3Dr1密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài) 天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)N進(jìn)行評(píng)定。天然碎石土的密實(shí)度，可按原位重型圓錐進(jìn)行評(píng)定。天然碎石土的密實(shí)度，可按原位重型圓錐動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)動(dòng)力觸探的錘擊數(shù)N63.5進(jìn)行評(píng)定進(jìn)行評(píng)定(GB50007-2002) 密實(shí)度密實(shí)度按按N評(píng)定砂石密實(shí)度評(píng)定砂石密實(shí)度 按按N63.5評(píng)定碎石土密實(shí)度評(píng)定碎石土密實(shí)度 松散松散稍密稍密中密中密密實(shí)密實(shí)N10N

29、63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520二、粘性土的稠度二、粘性土的稠度 1.粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)稠度稠度是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破是指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力壞的抵抗能力, ,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征 0固態(tài)或半固態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)塑限塑限P液限液限L粘性土由某一種狀態(tài)過(guò)渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為粘性土由某一種狀態(tài)過(guò)渡到另一狀態(tài)的界限含水量稱為土的稠度界限土的稠度界限液塑限測(cè)定根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程液塑限測(cè)定根據(jù)土工試驗(yàn)規(guī)程(SL237

30、-007-1999)規(guī)定，規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。采用液塑限聯(lián)合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。液塑限聯(lián)合測(cè)定儀液塑限聯(lián)合測(cè)定儀下沉深度為下沉深度為17mm所對(duì)應(yīng)的含水量為液限所對(duì)應(yīng)的含水量為液限; ;下沉深度為下沉深度為2mm處所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限處所對(duì)應(yīng)的含水量為塑限 2.粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值是液限和塑限的差值(省去省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍含水量變化范圍說(shuō)明：說(shuō)明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力, ,即與即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越

31、多土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多, ,塑性指數(shù)就越高塑性指數(shù)就越高 說(shuō)明：說(shuō)明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對(duì)關(guān)液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對(duì)關(guān)系。當(dāng)系。當(dāng)IL0時(shí)時(shí), ,P, ,土處于堅(jiān)硬狀態(tài)土處于堅(jiān)硬狀態(tài); ;當(dāng)當(dāng)IL1時(shí)時(shí), ,L, ,土處土處于流動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)于流動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)IL值可以直接判定土的軟硬狀態(tài)值可以直接判定土的軟硬狀態(tài) PLpI液性指數(shù)液性指數(shù)IL是粘性是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比 PPLII狀態(tài)狀態(tài)液性指數(shù)液性指數(shù)堅(jiān)硬堅(jiān)硬硬塑硬塑可塑可塑軟塑軟塑流塑流塑IL00IL0.250.25IL

32、0.750.75IL1IL1三、例題分析三、例題分析 n【例】【例】某砂土試樣某砂土試樣, ,試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度試驗(yàn)測(cè)定土粒相對(duì)密度Gs=2.7, ,含水量含水量=9.43%, ,天然密度天然密度=1.66/cm3。已知砂樣最密實(shí)狀態(tài)時(shí)已知砂樣最密實(shí)狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg, ,最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量最疏松狀態(tài)時(shí)稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對(duì)密度求此砂土的相對(duì)密度Dr, ,并判斷砂土所處的并判斷砂土所處的密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài) 【解答】解答】78. 0166. 1)0943. 01 (7 . 21)1 (sGe砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比砂土在天然狀態(tài)下的

33、孔隙比砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比31max/62. 1cmgVmsd67.01maxmindwsGe砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比32min/45. 1cmgVmsd86.01minmaxdwsGe42.0minmaxmaxeeeeDr相對(duì)密實(shí)度相對(duì)密實(shí)度（1/3,2/31/3,2/3 中密狀態(tài)中密狀態(tài) 土的靈敏度：原狀土的強(qiáng)度與同一土經(jīng)重塑后的強(qiáng)度之比 土的觸變性：粘性土的抗剪強(qiáng)度隨時(shí)間恢復(fù)的膠體化學(xué)性質(zhì)飽和粘性土的靈敏度：utuqSq 顆粒間牢固粘結(jié)顆粒間牢固粘結(jié), ,呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，堅(jiān)硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強(qiáng)度石，堅(jiān)硬程度可根據(jù)巖塊

34、的飽和單軸抗壓強(qiáng)度f(wàn)rk分類分類 堅(jiān)硬程度類別堅(jiān)硬程度類別飽和單軸抗壓飽和單軸抗壓強(qiáng)度強(qiáng)度f(wàn)rk(Mpa)堅(jiān)硬巖堅(jiān)硬巖較硬巖較硬巖較軟巖較軟巖軟巖軟巖極軟巖極軟巖30frk60frk6015frk305frk15frk5堅(jiān)硬巖、較硬巖的代表性巖石堅(jiān)硬巖、較硬巖的代表性巖石：花崗巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖、：花崗巖、閃長(zhǎng)巖、玄武巖、石灰?guī)r、石英砂巖、硅質(zhì)礫巖、花崗片麻巖、石英巖等石灰?guī)r、石英砂巖、硅質(zhì)礫巖、花崗片麻巖、石英巖等軟巖的代表性巖石軟巖的代表性巖石：頁(yè)巖、粘土巖、綠泥石片巖、云母片巖：頁(yè)巖、粘土巖、綠泥石片巖、云母片巖等等巖石風(fēng)化程度的劃分巖石風(fēng)化程度的劃分風(fēng)化程風(fēng)化程度度堅(jiān)硬程度劃分堅(jiān)硬程度

35、劃分硬質(zhì)巖石硬質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石軟質(zhì)巖石風(fēng)化特征風(fēng)化特征微風(fēng)化微風(fēng)化 巖質(zhì)新鮮巖質(zhì)新鮮, ,表面有風(fēng)化跡象，錘表面有風(fēng)化跡象，錘擊聲清脆，并感覺(jué)錘有彈跳，裂隙少，擊聲清脆，并感覺(jué)錘有彈跳，裂隙少，巖塊大于巖塊大于50cm50cm，用鎬很難挖掘，巖芯，用鎬很難挖掘，巖芯呈圓柱狀。呈圓柱狀。 巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層理清晰。裂隙較發(fā)育，巖塊為理清晰。裂隙較發(fā)育，巖塊為202050cm50cm，裂隙中有風(fēng)化物質(zhì)填充。錘擊，裂隙中有風(fēng)化物質(zhì)填充。錘擊沿片理或頁(yè)理裂開(kāi)。用鎬較難挖掘。沿片理或頁(yè)理裂開(kāi)。用鎬較難挖掘。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀。中等風(fēng)中等

36、風(fēng)化化 巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造清楚。巖體層理清晰。錘擊聲脆，微有彈跳感。裂理清晰。錘擊聲脆，微有彈跳感。裂隙較發(fā)育，巖塊為隙較發(fā)育，巖塊為202050cm50cm，用鎬難，用鎬難挖掘。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀。挖掘。巖芯分裂，但可拼成圓柱狀。 巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及巖體層理尚巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及巖體層理尚能辨認(rèn)。裂隙很發(fā)育，巖塊為能辨認(rèn)。裂隙很發(fā)育，巖塊為2 220cm20cm，碎塊用手可折斷。用鎬易挖掘。，碎塊用手可折斷。用鎬易挖掘。巖芯破碎，不能拼成圓柱狀。巖芯破碎，不能拼成圓柱狀。強(qiáng)風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化 巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及巖體層理都巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及巖體層理都不甚清晰。礦物成分已顯

37、著變化，有不甚清晰。礦物成分已顯著變化，有次生物礦。錘擊為空殼聲，碎塊用手次生物礦。錘擊為空殼聲，碎塊用手易折斷，裂隙發(fā)育，巖塊為易折斷，裂隙發(fā)育，巖塊為2 220cm20cm，用鎬可以挖掘。巖芯破碎，不能拼成用鎬可以挖掘。巖芯破碎，不能拼成圓柱狀。圓柱狀。 巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不清楚。巖體層巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不清楚。巖體層理不清晰。巖質(zhì)已成疏松的土狀，用理不清晰。巖質(zhì)已成疏松的土狀，用鎬易挖掘，巖芯成碎屑狀，可用手搖鎬易挖掘，巖芯成碎屑狀，可用手搖鉆鉆進(jìn)。鉆鉆進(jìn)。 碎石類土：碎石類土：粒徑大于2mm的顆粒含量超過(guò)全重50的土。分為漂石或塊石、卵石或碎石、圓礫或角礫。土的名稱土的名稱漂石漂石塊石塊石卵石

38、卵石碎石碎石圓礫圓礫角礫角礫顆粒形狀顆粒形狀圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主棱角形為主顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配粒徑大于粒徑大于200mm的顆粒的顆粒含量超過(guò)全重含量超過(guò)全重50粒徑大于粒徑大于20mm的顆粒含的顆粒含量超過(guò)全重量超過(guò)全重50粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含的顆粒含量超過(guò)全重量超過(guò)全重50注：注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類碎石土的分類 砂類土：砂類土：粒徑大于2mm的顆粒含量不超過(guò)全重50、粒徑大于0.0

39、75mm的顆粒超過(guò)全重50的土。按粒組含量分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂。土的名稱土的名稱礫砂礫砂粗砂粗砂中砂中砂細(xì)砂細(xì)砂粉砂粉砂顆粒級(jí)配顆粒級(jí)配粒徑大于粒徑大于2mm的顆粒含量占全重的顆粒含量占全重2550注：注：定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定定名時(shí)應(yīng)根據(jù)顆粒級(jí)配由大到小以最先符合者確定粒徑大于粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重50粒徑大于粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重50粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重85粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過(guò)全重的顆粒含量超過(guò)全重50砂土的分類砂土的分類 粉土：粉土：粒徑大