土的物理性質(zhì)

土的物理性質(zhì)第1頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態(tài)土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)表示影響力學(xué)特性密實(shí)度稠度土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系密實(shí)程度干濕程度……定義第2頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

土的物理性質(zhì)主要研究：

1、土的三相體系間質(zhì)量與體積間的比例關(guān)系，如密度、空隙性等，稱基本物理性質(zhì)，共有9個(gè)指標(biāo)。

2、固體與液體間相互作用表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)如稠度、可塑性、脹縮性、透水性等，稱水理性質(zhì)。

第3頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四空氣Air三相示意圖水Water固體Solidma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第4頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.密度土粒密度s

實(shí)測(cè)指標(biāo)

土的天然密度

實(shí)測(cè)指標(biāo)土的干密度d

飽和密度sat土的物理性質(zhì)指標(biāo)空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第5頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.含水性指標(biāo)天然含水率w實(shí)測(cè)指標(biāo)飽和含水率wsat

飽和度sr3.空隙性孔隙率n

孔隙比e空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第6頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四指標(biāo)含及其確定方法：實(shí)測(cè)指標(biāo)土粒密度s：定義：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)土顆粒的

質(zhì)量表達(dá)式：s=ms/Vs

單位：kg/m3或

g/cm3一般范圍：粘性土2.70~2.75g/cm3，砂土2.65g/cm3

空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第7頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四指標(biāo)含及其確定方法：實(shí)測(cè)指標(biāo)土的天然密度：定義：天然狀態(tài)下單位體積內(nèi)土的質(zhì)量。表達(dá)式：?jiǎn)挝唬簁g/m3或

g/cm3一般范圍：1.60~2.20g/cm3空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第8頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第9頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四注意區(qū)別：1）含義上：s是固體相部分質(zhì)量，只與土中的礦物組成有關(guān)，與孔隙性和含水性無(wú)關(guān)；而是天然狀態(tài)下單位體積內(nèi)土的質(zhì)量，與兩者均有關(guān)。2）測(cè)定方法上：s用擾動(dòng)土樣，采用比重瓶法測(cè)定，用原狀土樣，采用環(huán)刀法或蠟封法測(cè)定。3）數(shù)值上：s>

第10頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四指標(biāo)含及其確定方法：實(shí)測(cè)指標(biāo)土的天然含水率w：定義：土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)

量之比，用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式：?jiǎn)挝唬簾o(wú)量綱一般范圍：

變化范圍大，可超過(guò)100%測(cè)量方法：室內(nèi)一般用烘干法。空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第11頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四可表示同一種土的松密，二者之間存在關(guān)系：表示土中孔隙含量的指標(biāo)砂類土：28-35%粘性土：30-50%，有的可達(dá)60-70%孔隙比e：土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,為無(wú)量綱孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示可用三相草圖推出空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第12頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第13頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四指標(biāo)含及確定方法：換算指標(biāo)：

1、干密度d：定義：土中孔隙完全沒(méi)有水

時(shí)的密度表達(dá)式：

d=ms/V

KN/m3g/cm3

它可用和w換算。

空氣水固體ma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第14頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、飽和密度sat：土中孔隙完全被水充滿時(shí)

的密度?？諝馑腆wma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積飽和容重：第15頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、有效容重（浮容重）表達(dá)式：物理意義：地下水位以下，土體受水的浮力時(shí)單位體積的質(zhì)量。天然密度干密度飽和密度第16頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、飽和含水率（wsat)：指土飽和時(shí)，所含水的質(zhì)量與固體質(zhì)量之比。%。5、飽和度（Sr）：指土中水的體積與空隙體積之比的%。表示孔隙的飽和程度?？諝馑腆wma=0mwmsm質(zhì)量VaVwVsVvV體積第17頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6、孔隙率n：指土中孔隙體積與土總體積之比的%。7、孔隙比e：指土中孔隙體積與固體體積之比第18頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上述ρ,ρs,w,ρd,ρsat,,wsat,sr,n,e一共10個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)，是否各自獨(dú)立，互不相干呢？不是，通常實(shí)驗(yàn)室測(cè)定ρ,ρs,w后，其余7個(gè)指標(biāo)可以通過(guò)三相草圖換算而得。因?yàn)槿嗖輬D是相對(duì)比例關(guān)系，為了計(jì)算方便，我們可以設(shè)其中一個(gè)部分為1，例如設(shè)Vs=1第19頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四§1.3土的物理狀態(tài)

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物理性質(zhì)指標(biāo)

小結(jié)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系定義三相草圖法室內(nèi)測(cè)定三個(gè)基本物理性質(zhì)指標(biāo)：土的密度土粒密度土的含水量其它物理性質(zhì)指標(biāo)孔隙含量含水程度密度和容重特點(diǎn):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、

單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別密實(shí)程度干濕程度……第20頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第21頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、某住宅地基勘察中，由一個(gè)原狀土試驗(yàn)測(cè)得：土的天然密度ρ=1.85kN/m3,土粒密度ρs=2.75kN/m3,土的天然含水量w=20%。求其余6個(gè)指標(biāo)1、已知一塊飽和原狀土樣，其體積為17.40cm3，重29.8g，經(jīng)105度溫度下烘干后，重19.6g。求：w、s、e、d

、sat。2、在野外試驗(yàn)中用體積為90cm3的環(huán)刀取原狀土樣，稱得質(zhì)量為154g，送回試驗(yàn)室后稱得重量148g，并測(cè)得w=15%，s=2.7g/cm3。求、d、w、e、n、wsat、sr。3、一塊體積為27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在體積不變的情況下飽和，飽和后的重量56.7g。求s。第22頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、已知一塊飽和原狀土樣，其體積為17.40cm3，重29.8g，經(jīng)105度溫度下烘干后，其重為19.6g，求：w,s,e,d,sat,解：第23頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.在野外試驗(yàn)中用體積為90cm3的環(huán)刀取原狀土樣，稱得質(zhì)量為154g，送回試驗(yàn)室后稱得重量148g，并測(cè)得w=15%,s=2.7g/cm3.求,d,w,e,n,wsat,sr.已知：V=90cm3,m=154g，m’=148g,w’=15%,s=2.7g/cm3.解：土樣從野外送回試驗(yàn)室的過(guò)程中，土的重量減輕了。說(shuō)明土的水分損失了一部分，所以試驗(yàn)室測(cè)得的含水率偏小。真正的含水率應(yīng)根據(jù)含水率的概念確定。第24頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四....89.01%0.47)%1()%1(%9.59%9.32)%()%()/(1.17)/(71.1)/(3.14)/(43.1%7.197.12815.0%15148.%,143.1111339015433907.1287.1287.128154148答：為：真正的解得得：代入而不會(huì)變其中總質(zhì)量而=-==-=-====-=-=========\=====-==--dssdsatsdssswenswmKNcmgmKNcmgwwgmwwwmgmmmmwwwrsatdsmmsswmmrrrrrrrr第25頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.一塊體積為27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在體積不變的情況下飽和，飽和后的重量56.7g。求s.

已知：V=27cm3，ms=47.25g，msat=56.7g解：第26頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、粘性土的稠度狀態(tài)及可塑性1.稠度與界限含水率粘性土由于含水率不同，可表現(xiàn)出稀稠軟硬程度不同的物理狀態(tài)（如固態(tài)、可塑態(tài)及流動(dòng)態(tài)），稱為土的稠度。即：

說(shuō)明隨w的增大，土的狀態(tài)發(fā)生了變化；也說(shuō)明土中顆粒的活動(dòng)性隨w的增大變得容易，即水與顆粒的表面現(xiàn)象越明顯。

由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N時(shí)的含水率叫界限含水率，如由態(tài)到塑態(tài)到流態(tài)。固態(tài)塑態(tài)流態(tài)固體態(tài)半固態(tài)粘塑態(tài)稠塑態(tài)粘流態(tài)液流態(tài)W小W大觸變限塑限Wp粘著限收縮限液限wl第27頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四塑限wp液限wl粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)可塑狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài)強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水w土顆粒強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水土顆粒強(qiáng)結(jié)合水土顆粒自由水弱結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量自由水粘性土的稠度狀態(tài)稠度界限稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)示意圖第28頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

根據(jù)土的不同狀態(tài)，有幾種界限含水率。包括：收縮限、塑限、粘著限、液限、觸變限等，又稱阿太堡界限。塑限wp：由半固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軕B(tài)的界限含水率。液限wL：由可塑態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)的界限含水率。塑限的實(shí)測(cè)常用搓條法；液限的測(cè)定常用錐式液限儀或蝶式液限儀。

固態(tài)塑態(tài)流態(tài)固體態(tài)半固態(tài)粘塑態(tài)稠塑態(tài)粘流態(tài)液流態(tài)W小W大觸變限塑限Wp粘著限收縮限液限wl第29頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、塑性指數(shù)及土的塑性指數(shù)分類如果土的天然含水率介于塑限和液限之間時(shí)，土將處于塑性狀態(tài)，這時(shí)土可被塑成任意形狀而不發(fā)生斷裂，這種性質(zhì)叫可塑性。

塑性指數(shù)（Ip）是指液限與塑限的差值。

Ip=wL-wp

Ip愈大，說(shuō)明土的可塑狀態(tài)的范圍越大，可塑性越好，反之亦然。Ip=0時(shí)，土無(wú)可塑性。

Ip的大小主要取決于土中粘粒的含量及其礦物成分。土中粘粒含量越高，礦物的親水性越好，Ip越大，反之，就小。思考：砂和礫石類土是否有可塑性,why?第30頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

土按塑性指數(shù)的分類，各部門有所區(qū)別，界限也有區(qū)別。國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程勘察規(guī)范》中規(guī)定：

分類不足之處在于：不同的液限和塑限可能得出相同的塑性指數(shù)，即土類型相同，但其性質(zhì)可能完全不同。為解決這一問(wèn)題，提出了用塑性圖對(duì)細(xì)粒土分類。如國(guó)標(biāo)中就采用了這一分類方法。如圖：第31頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四CLCLO1030塑性指數(shù)IpIp=10Ip=7MLMLOMHMHOCHCHOA80604020100液限Wl(%)C代表粘土M代表粉土O代表有機(jī)質(zhì)A線：Ip=0.63(Wl-20)第32頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

如果土中含有有機(jī)質(zhì)就用代號(hào)O。例如CHO為有機(jī)質(zhì)高液限粘土類。另外還有一些別的規(guī)定。第33頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.液性指數(shù)及稠度狀態(tài)分級(jí)

液性指數(shù)

可以看出：

當(dāng)w<wp時(shí)，IL<0，土將處于固體狀態(tài)；當(dāng)w>wL時(shí)，(w-wp>WL-WP)，IL>1,土將處于流動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)wp

wwL時(shí)，0IL1，土將處于可塑狀態(tài)；因此，IL的大小實(shí)際上反映了土的天然稠度狀態(tài)。按IL將土劃分為堅(jiān)硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種狀態(tài)。

第34頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

從土的力學(xué)性質(zhì)角度，考察土的稠度狀態(tài)：實(shí)際上，IL反映了土的強(qiáng)度和壓縮性，IL越大，土將處于軟塑或流塑狀態(tài)，土體的強(qiáng)度就低，壓縮性高，承載力低；反之，IL越小，土處于堅(jiān)硬或硬塑狀態(tài)，土的強(qiáng)度就高，壓縮性就低，承載力大。液性指數(shù)IL00<IL0.250.25<IL0.750.75<IL1.00IL>1.00稠度狀態(tài)堅(jiān)硬硬塑可塑軟塑流塑第35頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、粘性土的脹縮性和崩解性

1.脹縮性包括膨脹性與收縮性：是指粘性土由于含水率增加或減少而引起體積增大（膨脹）或減少（收縮）的性質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，粘性土不同程度的具有脹縮性。

產(chǎn)生原因：由于土顆粒表面的結(jié)合水（水化）膜厚度產(chǎn)生了變化，從而導(dǎo)致礦物顆粒間引力變化，進(jìn)而產(chǎn)生了土的脹縮性。

評(píng)價(jià)指標(biāo)：膨脹率、膨脹力、線膨脹率、體縮率等。

第36頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.崩解性：指粘性土隨含水率增加而發(fā)生崩散解體的性能。崩解形式：散粒崩解、鱗片狀崩解、碎塊狀或崩裂狀崩解。具體形式主要取決于土的礦物成分、粒度成分、結(jié)構(gòu)及膠結(jié)程度等。

產(chǎn)生原因：由于浸水后，土顆粒間產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，使局部顆粒間的斥力超過(guò)吸引力，造成這些顆粒崩落。

評(píng)價(jià)指標(biāo)：崩解速度和崩解時(shí)間第37頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、土的透水性和毛細(xì)性

土的透水性在評(píng)價(jià)水庫(kù)、渠道等水工建筑物的滲漏和浸沒(méi)問(wèn)題時(shí)，具有重要意義。第38頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四土體中的滲流土顆粒土中水滲流土是一種碎散的多孔介質(zhì)，其孔隙在空間互相連通。當(dāng)飽和土中的兩點(diǎn)存在能量差時(shí)，水就在土的孔隙中從能量高的點(diǎn)向能量低的點(diǎn)流動(dòng)水在土體孔隙中流動(dòng)的現(xiàn)象稱為滲流土具有被水等液體透過(guò)的性質(zhì)稱為土的滲透性第39頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期四是土中孔隙直徑大小的主要影響因素因由粗顆粒形成的大孔隙可被細(xì)顆粒充填，故土體孔隙的大小一般由細(xì)顆粒所控制。因此，土的滲透系數(shù)常用有效粒徑d10來(lái)表示，如哈臣