土力學(xué)完整教案06-第六講

土力學(xué)完整教案06-第六講第一頁(yè)，共28頁(yè)?！锻亮W(xué)》課次：第6次主要內(nèi)容：粘性土的物理特性指標(biāo)；無(wú)粘性土的密實(shí)度。重點(diǎn)內(nèi)容：粘性土的物理特性指標(biāo)。教學(xué)參考書(shū)：張向東主編.土力學(xué).北京：人民交通出版社，2011第二頁(yè)，共28頁(yè)?！?.4土的物理特性指標(biāo)一、粘性土的物理特性指標(biāo)（一）粘性土的界線含水量1.定義含水量的大小對(duì)粘性土的工程性質(zhì)要產(chǎn)生極大的影響，隨著含水量的增加，粘性土的強(qiáng)度要降低，壓縮性要提高。粘性土隨著含水量的增加，將由固態(tài)→半固態(tài)→可塑狀態(tài)→流動(dòng)狀態(tài)。第三頁(yè)，共28頁(yè)。流動(dòng)狀態(tài)：當(dāng)粘土中水較多、土粒完全被水隔開(kāi)時(shí)，土成泥漿狀，可流動(dòng)。此時(shí)，土的抗剪強(qiáng)度極低?？伤軤顟B(tài)：在外力作用下可塑成任何形狀而不發(fā)生裂縫，當(dāng)外力移去后能保持既得形狀，不回彈也不坍塌，粘性土的這種特性稱為可塑性，相應(yīng)的狀態(tài)為可塑狀態(tài)。此時(shí)，土有很小的抗剪強(qiáng)度。半固態(tài)：當(dāng)含水量繼續(xù)減少時(shí)，土體因水份減少而發(fā)生體積收縮，稱為半固態(tài)。固態(tài)：當(dāng)含水量進(jìn)一步減少，但其體積不再收縮時(shí)，粘土處于固態(tài)。處于半固態(tài)和固態(tài)的粘性土，具有較大的抗剪強(qiáng)度，在外力作用下不再有可塑性，而是呈脆性。第四頁(yè)，共28頁(yè)。界線含水量：粘性土的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一種狀態(tài)時(shí)的分界含水量，稱為界線含水量。土由流動(dòng)狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界限含水量稱為液限，用ωL

表示；土由可塑狀態(tài)變化到半固態(tài)的界限含稱為塑限，用ωP表示；土由半固態(tài)到固態(tài)的界限含水量稱為縮限，用ωS表示。塑限WP和液限WL在國(guó)際上稱為阿太堡界限，來(lái)源于土壤學(xué)，后來(lái)應(yīng)用于土木工程。第五頁(yè)，共28頁(yè)。處于固態(tài)的土，基本上只含強(qiáng)結(jié)合水；處于半固態(tài)的土，含強(qiáng)結(jié)合水及部分弱結(jié)合水；處于可塑狀態(tài)的粘性土，含有結(jié)合水和少部分自由水；處于流動(dòng)狀態(tài)的粘性土，含有大量的自由水。第六頁(yè)，共28頁(yè)。2.界限含水量的測(cè)定方法(1)液限ωL的測(cè)定——錐式液限儀（中國(guó)）將調(diào)成濃糊狀的試樣裝滿盛土杯，刮平杯口面，手握手柄將園錐體輕放于試樣之上，使其在自重作用下緩慢下沉。如經(jīng)過(guò)15s圓錐沉入深度恰好為10mm時(shí)，該試樣的含水量即為液限ωL值。若錐體入土深度大于10mm，說(shuō)明土樣的含水量高于液限；若錐體入土深度小于10mm，說(shuō)明土樣的含水量低于液限。需重新調(diào)配試樣，直到合格為止。對(duì)于合格的試樣，利用烘干法測(cè)定其含水量，即為液限ωL

。第七頁(yè)，共28頁(yè)。在歐美等國(guó)家多采用碟式液限儀。第八頁(yè)，共28頁(yè)。

（2）塑限ωP的測(cè)定用“搓條法”測(cè)定，將調(diào)配好的試樣，用手先搓成直徑10mm的小園球，然后用手撐放在毛玻璃板上搓成小土條，若土條搓至直徑為3mm時(shí)正好斷裂或出現(xiàn)較多裂縫，這時(shí)土樣的含水量就是塑限。若土條搓至直徑3mm時(shí)仍未斷裂，說(shuō)明土樣含水量高于塑限；如土條過(guò)早斷裂，說(shuō)明土樣含水量低于塑限。在這種試情況下，都需重新調(diào)配試樣直到合格為止。然后，將合格的試樣稱取15g，用”烘干法”測(cè)定含水量，即得塑限ωP。第九頁(yè)，共28頁(yè)。（3）液塑限聯(lián)合測(cè)定法（公路系統(tǒng)）用錐式液限儀進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，圓錐的入土深度與土樣含水量有關(guān)。試驗(yàn)表明，二者在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上為直線關(guān)系。試驗(yàn)時(shí)，調(diào)配成三種含水量不同的試樣，分別用錐式液限儀來(lái)測(cè)定入土深度，這樣便在雙對(duì)數(shù)座標(biāo)上得到三個(gè)點(diǎn)，通過(guò)這三點(diǎn)，畫(huà)一條直線。相應(yīng)于入土深度10mm時(shí)的含水量為液限ωL。相應(yīng)于入土深度為2mm時(shí)的含水量為塑限ωP。第十頁(yè)，共28頁(yè)。（二）塑性指數(shù)與液性指數(shù)

1．塑性指數(shù)：液限ωL與塑限ωP的差值，即

IP=ωL－ωP習(xí)慣用不帶％的數(shù)值表示。塑性指數(shù)的大小，反映了土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。IP值越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也越大。土處于可塑狀態(tài)時(shí)，土中水是結(jié)合水和少部分自由水。IP的大小與土中結(jié)合水的含量有明顯的關(guān)系，也就是與土顆粒大小有關(guān)。土粒越細(xì)，粘粒越多，其比表面積越大，結(jié)合水含量越高，IP值也就越大。常用塑性指數(shù)作為粘性土分類的標(biāo)準(zhǔn)。第十一頁(yè)，共28頁(yè)。2．液性指數(shù)（稠度）式中：ω——土的天然含水量。當(dāng)ω<ωP時(shí)，IL<0，土處于固態(tài)和半固態(tài)。當(dāng)ωP≤ω≤ωL時(shí)，0≤IL≤1，土處于可塑狀態(tài)。當(dāng)ω>ωL時(shí)，IL>1，土處于流動(dòng)狀態(tài)。由此可見(jiàn)，液性指數(shù)IL的大小反映了粘性土的軟硬程度。IL越大，土越軟。第十二頁(yè)，共28頁(yè)。根據(jù)液性指數(shù)IL的大小，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》將粘性土劃分為五種軟硬狀態(tài)。狀態(tài)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)IL≤00＜IL≤0.250.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL＞1.0第十三頁(yè)，共28頁(yè)。（三）粘性土的靈敏度和觸變性天然狀態(tài)下的粘性土，由于地質(zhì)歷史作用常具有一定的結(jié)構(gòu)性；當(dāng)土體受到外力擾動(dòng)作用，其結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，土的強(qiáng)度降低，壓縮性增高。工程上常用靈敏度St來(lái)衡量粘性土結(jié)構(gòu)性對(duì)強(qiáng)度的影響。1．靈敏度

St=qu/qu′式中：qu——原狀土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa；

qu′——重塑土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度，kPa。第十四頁(yè)，共28頁(yè)。土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈明顯?；A(chǔ)工程施工中必須注意保護(hù)基槽，盡量減少對(duì)土結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。第十五頁(yè)，共28頁(yè)。2．粘性土的觸變性：粘性土受擾動(dòng)時(shí)強(qiáng)度降低，而靜止時(shí)土的強(qiáng)度又重新增長(zhǎng)的性質(zhì)，稱為土的觸變性。土的觸變性對(duì)樁基礎(chǔ)很有利，打預(yù)制樁時(shí)，樁周?chē)潦苷鸾Y(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，使樁容易打入。當(dāng)打樁停止后，土的部分強(qiáng)度又恢復(fù)，使樁的承載力又提高了。第十六頁(yè)，共28頁(yè)。（四）最優(yōu)含水量1．定義:在一定夯擊或壓實(shí)能量下，填土達(dá)到最大干密度時(shí)，相應(yīng)的含水量為最優(yōu)含水量。第十七頁(yè)，共28頁(yè)。2．最優(yōu)含水量ω0P的測(cè)定用擊實(shí)儀測(cè)定；擊錘重24.5N；錘底直徑50mm；落距460mm；擊實(shí)筒的容積為1000cm3，將土樣放在擊實(shí)筒內(nèi)；導(dǎo)筒起導(dǎo)向作用；上提擊錘，松手后擊錘在自重作用下自由下落，將土樣擊實(shí)。第十八頁(yè)，共28頁(yè)。試驗(yàn)時(shí)，對(duì)同一種土，配成若干份含水量不同的試樣；對(duì)每一份先取1/3倒入擊實(shí)筒內(nèi)，進(jìn)行擊實(shí)；對(duì)于砂土一般20擊，粘土30擊；然后再取1/3倒入擊實(shí)筒，再進(jìn)行擊實(shí)；最后將另外1/3倒入擊實(shí)筒，進(jìn)行擊實(shí)，也就是分三層夯實(shí)；達(dá)到規(guī)定擊數(shù)后，測(cè)定土樣的含水量和干密度。第十九頁(yè)，共28頁(yè)。含水量一般用烘干法測(cè)定，而土樣的干密度可按下式計(jì)算，即式中：m------擊實(shí)筒的土樣質(zhì)量，g；

A0-----擊實(shí)筒內(nèi)面積，cm2

；h------擊實(shí)后試樣高度，cm；ω-----含水量，用烘干法測(cè)定。第二十頁(yè)，共28頁(yè)。根據(jù)對(duì)不同含水量試樣進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果，繪制擊實(shí)曲線，即含水量與干密度關(guān)系的關(guān)系曲線；曲線處于峰值的含水量就是最優(yōu)含水量ω0P

，相應(yīng)的干密度為ρdmax

。用人工填土作為地基時(shí)，首先應(yīng)調(diào)整其含水量為最優(yōu)含水量，然后再夯實(shí)或碾壓，才能獲得最高的密實(shí)度。第二十一頁(yè)，共28頁(yè)。3．最優(yōu)含水量經(jīng)驗(yàn)值

ω0p=ωp+2%有時(shí)，在缺少擊實(shí)儀條件下，可根據(jù)測(cè)得的塑限估計(jì)最優(yōu)含水量。第二十二頁(yè)，共28頁(yè)。二、無(wú)粘性土的密實(shí)度對(duì)于砂、卵石、礫石等無(wú)粘性土，屬單粒結(jié)構(gòu)，最主要的物理特性指標(biāo)就是密實(shí)度。表明密實(shí)度的方法有三種：1.用孔隙比e作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)e值越小，土越密實(shí)。第二十三頁(yè)，共28頁(yè)。2.以相對(duì)密度Dr作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)式中：e——天然孔隙比；

emax——最疏松狀態(tài)下的孔隙比，即最大孔隙比；

emin——最密實(shí)狀態(tài)下的孔隙比，即最小孔隙比。Dr＝0～1。Dr值越大，土越密實(shí)。規(guī)定：1≥Dr＞0.67，密實(shí)的

0.67≥Dr

＞0.33，中密的；

0.33≥Dr＞0，松散的。第二十四頁(yè)，共28頁(yè)。3.用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)捶擊數(shù)N63.5作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試方法；將標(biāo)準(zhǔn)貫入器（自重63.5N）打入土中一定距離（30cm）所需落錘次數(shù)（標(biāo)貫擊數(shù)），記為N63.5

。第二十五頁(yè)，共28頁(yè)。該值越大，土越密實(shí)（見(jiàn)下表）。密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)按N評(píng)定砂土的密實(shí)度N≤1010<N≤1515<N≤30N>30按N63.5評(píng)定碎石土的密實(shí)度N63.5≤55<N63