第二章土的物理性質(zhì)及分類

第二章土的物理性質(zhì)及分類第1頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2土的三相比例指標(biāo)土的三相組成各部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系，隨著各種條件的變化而改變。地下水位的升高或降低，將改變土中水的含量；經(jīng)過壓實的土，其孔隙體積將減小。

表示土的三相組成比例關(guān)系的指標(biāo)，稱為土的三相比例指標(biāo)，包括土粒比重（或土粒相對密度）；土的含水量（或含水率）、密度、孔隙比、孔隙率和飽和度等。第2頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的三相模型圖第3頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三相量比例關(guān)系的基本試驗指標(biāo)土的密度ρ---土的單位體積質(zhì)量(g/cm3或t/m3)測定方法:環(huán)刀法第4頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的含水量ω---土中水的質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量之比，用百分比表示(%)土的含水量是標(biāo)志土含水程度的一個重要物理指標(biāo)。天然土層含水量變化范圍較大，與土的種類、埋藏條件及其所處的自然地理環(huán)境等有關(guān)。

測定方法：烘干法，亦可用酒精燃燒法

第5頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土粒比重Gs---土粒質(zhì)量與同體積4℃時純水的質(zhì)量之比土粒相對密度變化范圍不大：細(xì)粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般為2.65左右。土中有機質(zhì)含量增加，土粒相對密度減小測定方法：比重瓶法

第6頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月三相比例關(guān)系的其他常用指標(biāo)※反映土單位體積質(zhì)量的指標(biāo)：土的干密度ρd---單位體積土體中固體顆粒的質(zhì)量。土的干密度或干容重是評價土密實程度的指標(biāo)，干密度或干容重越大表明土越密實，反之越疏松。常用它來控制填土工程的施工質(zhì)量第7頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的飽和密度ρsat---土的空隙全部為水充滿時土的單位體積質(zhì)量土的有效密度ρ’---處于地下水位以下的土，受到浮力作用時，單位體積土中土顆粒的重量扣除同體積水的質(zhì)量，即是土的有效密度

第8頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月各種密度之間的比較土的重度=ρg飽和重度

sat=ρsatg干重度

d=ρdg浮重度

=ρ

g重度指標(biāo)第9頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※反映土的空隙特征的指標(biāo)空隙比e---土中孔隙體積與土顆粒體積之比空隙率n---指土體中空隙體積占土體總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示，土的飽和度Sr---表示土空隙中被水充滿的程度,也即土中水的體積與空隙體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示，第10頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月各物理指標(biāo)間的換算常用的物理性質(zhì)指標(biāo)共有9個，一般地說，已知其中任意3個，通過換算，可以求其余6個※孔隙比與孔隙率的關(guān)系第11頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※干密度與濕密度和含水率的關(guān)系第12頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※孔隙比與比重和干密度的關(guān)系

第13頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※飽和度與含水率、比重和孔隙比的關(guān)系

當(dāng)土飽和時，即為Sr=100％則

飽和含水率第14頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※浮密度與比重和孔隙比的關(guān)系第15頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3粘性土的物理特性粘性土的稠度狀態(tài)---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,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征?？伤軤顟B(tài)---就是當(dāng)粘性土在某含水量范圍內(nèi)，可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，并當(dāng)外力移去后仍能保持既得的形狀，土的這種性能叫做可塑性。固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)

縮限ws塑限wp液限wL含水量第16頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)※液限、塑限、縮限：ωL、ωp、ωs※塑性指數(shù)：Ip※液性指數(shù)：IL※靈敏度：Sq界限含水量---粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量。※液限ωL

：土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動狀態(tài)的界限含水量（或塑性上限）?！芟蕈豴：土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限（或塑性下限）。※縮限ωs：土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分，則體積繼續(xù)逐漸縮小，直到體積不再收縮時，對應(yīng)土的界限含水量叫縮限第17頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月液限測試---圓錐液限儀法76g5s下沉10mm或17mm第18頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月塑限測試---搓條法直徑約3mm第19頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月塑液限聯(lián)合測試第20頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土的塑性指數(shù)---塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。Ip=ωL-ωp

Ip越大→土的可塑范圍越廣，土中含有的結(jié)合水越多，土與水之間的作用越強。土中粘粒含量越大，塑性指數(shù)Ip越大。第21頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土的液性指數(shù)---指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比。IL值愈大，土質(zhì)愈軟；反之，土質(zhì)愈硬狀態(tài)堅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粘性土的物理狀態(tài)第22頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土的結(jié)構(gòu)性和觸變性天然狀態(tài)下的粘性土通常都具有一定的結(jié)構(gòu)性，土的結(jié)構(gòu)性是指天然土的結(jié)構(gòu)受到擾動影響而改變的特性。當(dāng)受到外來因素的擾動時，土粒間的膠結(jié)物質(zhì)以及土粒、離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，土的強度降低、壓縮性增大。土的結(jié)構(gòu)性對強度的這種影響，一般用靈敏度來衡量。土的靈敏度是以原狀土的強度與該土經(jīng)重塑（土的結(jié)構(gòu)性徹底破壞）后的強度之比來表示。重塑試樣具有與原狀試樣相同的尺寸、密度和含水量。第23頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土的靈敏度St式中qu——原狀試樣的無側(cè)限抗壓強度，kPa；qu’——重塑試樣的無側(cè)限抗壓強度，kPa。低靈敏度中靈敏度高靈敏度靈敏度241第24頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土的脹縮性---指粘性土具有吸水膨脹和失水收縮的兩種變形特性。粘粒成份主要由親水性礦物組成，具有顯著的吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性的粘性土，習(xí)慣稱為膨脹土。它一般強度較高，壓縮性低，易被誤認(rèn)為是建筑性能較好的地基土。

自由膨脹率能較好反映土中的粘土礦物成份、顆粒組成、化學(xué)成份和交換陽離子性質(zhì)的基本特征。土中的蒙脫石礦物愈多，那么土體內(nèi)部積儲的膨脹潛勢愈強,自由膨脹率就愈大，土體顯示出強烈的脹縮性。第25頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月粘性土的濕陷性---指土在自重壓力作用下或自重壓力和附加壓力綜合作用下，受水浸濕后，使土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷特征。濕陷性土在我國廣泛分布，除濕陷性黃土外，在干旱或半干旱地區(qū)，特別是在山前洪、坡積扇中常遇到濕陷性的碎石類土和砂類土，在一定壓力下浸水后也常具有強烈的濕陷性。粘性土的凍脹性---指土的凍脹和凍融給建筑物或土工結(jié)構(gòu)帶來危害的變形特性。在冰凍季節(jié)，因大氣負(fù)溫影響，使土中水分凍結(jié)成為凍土。凍土根據(jù)其凍融情況分為：季節(jié)性凍土、隔年凍土和多年凍土。第26頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.4無粘性土的密實度無粘性土的結(jié)構(gòu)

無粘性材料具有不可塑性,天然狀態(tài)下的砂土可處于從密實到疏松的不同物理狀態(tài)。疏松排列密實排列

第27頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月無粘性土的密實度與土的工程性質(zhì)※土體的松密程度對土的工程性質(zhì)影響很大※土的密實程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好※土的密實程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差第28頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月無粘性土的密實度指標(biāo)※孔隙比e優(yōu)點：簡單方便缺點：無法反映土的級配因素，受土粒的大小、形狀和級配的影響很大。0.60.750.85松散中密密實稍密第29頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※相對密實度Dr定義（理論表達(dá)式）定義（實用表達(dá)式）emax無粘性土處于最松狀態(tài)時的孔隙比emin無粘性土處于最密狀態(tài)時的孔隙比

e0無粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比ρdmax無粘性土的最大干密度

ρdmin無粘性土的最小干密度

ρd無粘性土的天然干密度或填筑干密度優(yōu)點：計入土的級配因素，理論上比較完善。缺點：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin的測定受人為的影響。第30頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※相對密實度Dr無粘性土處于最密實的狀態(tài)

無粘性土處于最緊密的狀態(tài)

在工程上，用相對密實度劃分無粘性土狀態(tài)如下：疏松中密密實第31頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月※標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗擊數(shù)N為標(biāo)準(zhǔn)301510松散中密密實稍密※也可根據(jù)野外方法鑒別第32頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月30cm錘重：63.5kN落距：760mm動力觸探試驗標(biāo)準(zhǔn)慣入器重型圓錐被探測土層地面觸探桿第33頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5土的分類分類目的：土的分類體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類別，其目的在于通過一種通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn)，以便于在不同土類間作有價值的比較、評價、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗的交流。分類原則簡明原則：土的分類體系采用的指標(biāo)，既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì)；又要其測定方法簡單，且使用方便。差異原則：土的分類體系采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類工程用土的不同特性第34頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的總分類體系工程用土一般土特殊土無機土有機土巨粒土含巨粒土粗粒土細(xì)粒土漂石卵石混合巨粒土巨?；旌贤恋[類土砂類土粉土粘土黃土膨脹土紅粘土等第35頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的分類標(biāo)準(zhǔn)在國際上土的統(tǒng)一分類系統(tǒng)來源于美國A.卡薩格蘭特(Casagrande，1942)提出的一種分類法體系（屬于材料工程系統(tǒng)的分類）。(ASTM)它無法考慮土的成因、年代對工程性質(zhì)的影響，是這種方法存在的缺陷。巨粒土和粗粒土的分類標(biāo)準(zhǔn)巨粒土和含巨粒的土（包括混合巨粒土和巨?；旌贤粒┖痛至Ｍ粒òǖ[類土和砂類土），按粒組含量、級配指標(biāo)（不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc）和所含細(xì)粒的塑性高低，劃分為16種土類。細(xì)粒土的分類標(biāo)準(zhǔn)細(xì)粒土是指粗粒組（0.075mm<d≤60mm）含量少于25%的土，參照塑性圖可進(jìn)一步細(xì)分。第36頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月建筑工程系統(tǒng)的分類體系——側(cè)重于把土作為建筑地基和環(huán)境，故以原狀土為基本對象。因此，對土的分類除考慮土的組成外，很注重土的天然結(jié)構(gòu)性，即土粒聯(lián)結(jié)與空間排列特征。例如國標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007）地基土的分類。工程材料系統(tǒng)的分類體系——側(cè)重于把土作為建筑材料，用于路堤、土壩和填土地基等工程。故以擾動土為基本對象，注重土的組成，不考慮土的天然結(jié)構(gòu)性。例如，國標(biāo)《土的分類標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ145-90）工程用土的分類，《公路土工試驗規(guī)程》（JTJ051-93）土的工程分類。土的工程分類體系第37頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月建筑工程系統(tǒng)的分類體系《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007－2002)在考慮劃分標(biāo)準(zhǔn)時，注重土的天然結(jié)構(gòu)特性和強度，并始終與土的主要工程特性——變形和強度特征緊密聯(lián)系。因此，首先考慮了按沉積年代和地質(zhì)成因的劃分，同時將某些特殊形成條件和特殊工程性質(zhì)的區(qū)域性特殊土與普通土區(qū)別開來?！炊逊e年代分：老堆積土；一般堆積土；新近堆積土※按地質(zhì)成因分：殘積土；坡積土；洪積土；淤積土等※按有機質(zhì)含量分：無機質(zhì)土；有機質(zhì)土；泥炭質(zhì)土；泥炭※按顆粒級配與塑性指數(shù)分：碎石土；砂土；粉土；粘性土第38頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月按顆粒級配與塑性指數(shù)分類的分類標(biāo)準(zhǔn)a.巖石的分類顆粒間牢固粘結(jié),呈整體或具有節(jié)理隙的巖體稱為巖石，堅硬程度可根據(jù)巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(MPa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤5第39頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％注：定名時應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類b.碎石土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土第40頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月c.砂土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土注：定名時應(yīng)根據(jù)顆粒級配由大到小以最先符合者確定土的名稱礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂顆粒級配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重25％～50％粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重85％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％砂土的分類第41頁，課件共47頁，創(chuàng)作于2023年2月d.粉土的分類粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%，塑性指數(shù)IP≤10的土稱為粉土。e.粘性土的分類粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，塑性指數(shù)IP＞10的土稱為粘性土，粘性土根據(jù)塑性指數(shù)細(xì)分注：塑性指數(shù)由相應(yīng)于76g圓錐體沉入土樣中深度為10mm測定的液限計算而得。土的名稱粘土粉質(zhì)粘土塑性指數(shù)IP＞1710