土力学与基础工程第二章土的物理性质指标

土力学主讲教师:李新乐大连民族学院土建学院SoilMechanics土的物理性质及分类第二章对土的特点进行详细解释和定量描述本章特点:看起来零散学习要点:理清各节间联系各节内层次土的物理性质和分类§2.1土的三相比例指标§2.1土的三相比例指标土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态土的物理性质和分类土的物理性质指标(三相间的比例关系)力学特性影响表示概念所谓土的物理性质就是表示土中三相比例关系的一些物理量。土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程度上反映了土的力学性质。土的物理性质指标的分类一类是必须通过试验测定的，如含水量（率）、密度和土粒相对密度，称为直接指标；一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标土的三相图为便于说明这些物理性质指标的定义和它们的换算关系，常用三相图表示土体内三相的相对含量。1.三相草图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm土的物理性质和分类质量体积§2.1土的三相比例指标三相草图土的物理性质和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积VVVVVVVavasVm0mmmmmaas已知关系五个:共有九个参数:VVvVsVaVω/msmωmam剩下三个独立变量三相草图法物性指标是比例关系:可假设任一参数为1对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定其它指标是一种简单而实用的方法§2.1土的三相比例指标•土的密度(density)•土粒相对密度(specificgravityofsoilparticles)•土的含水量(watercontent)三个基本指标：•土的干密度(drydensity)•饱和密度(saturateddensity)•浮密度(buoyantdensity)描述土的孔隙体积相对含量的指标•孔隙比(void)•孔隙率(porosity)•饱和度(degreeofsaturation)特殊条件下土的密度土的物理性质和分类2.室内测定的三个物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积----土的密度、土粒密度、土的含水量土的密度(density)awswsVVVmmVm土的容重(重度)γ=ρg工程上更常用,用于计算土的自重应力单位:kg/m3或g/cm3单位:kN/m3一般范围:1.60—2.20g/cm3定义:土单位体积的质量有时也称土的天然密度§2.1土的三相比例指标表达式:相关指标:三相草图有助于直观理解物性指标的概念土的密度ρ和容重γ测定方法：环刀法土的物理性质和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土粒相对密度(specificgravityofsoilparticles)单位:无量纲土粒比重一般范围:粘性土2.70—2.75砂土2.65C4wCwssd44˚C时纯蒸馏水的密度C4w=1.0g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度定义:土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值表达式:定义:土的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的质量之比（无因次）表达式:土粒比重§2.1土的三相比例指标cwscwsssVmd44)()(土粒相对密度ds测定方法：比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重21mmmmdsss土粒相对密度ds土的物理性质和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的含水量%100(%)ssswmmmmmw定义:土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示注意:其实是含水比,可达到或超过100％表达式:§2.1土的三相比例指标watercontentormoisturecontent土的含水量测定方法：烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，称干土的质量。间接换算的物理性质指标描述土的孔隙体积相对含量的指标孔隙比(void)孔隙率(porosity)饱和度(degreeofsaturation)表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙率(孔隙度)土的物理性质和分类svVVe换算指标%100(%)VVnv关系:e1enn1ne在某种程度上反映土的松密砂类土：28-35%粘性土：30-50%有的可达60-70%定义:土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,无量纲表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积定义:土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积三相草图可用于确定物性指标之间的关系§2.1土的三相比例指标土的物理性质和分类饱和度vwrVVSWaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积表达式:定义:土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水的程度Sr=0:干土Sr=1:饱和土§2.1土的三相比例指标表示土中含水程度的指标土的物理性质和分类swmm(%)w含水量饱和度vwrVVSWaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积§2.1土的三相比例指标土的物理性质和分类表示土中密度和容重的指标天然密度干密度饱和密度awswsVVVmmVm天然容重干容重VmsdggddVVmvwssatgsatsat浮容重wsat浮密度有效容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位:kg/m3或g/cm3单位:kN/m3定义:土被完全烘干时的密度,等于单位体积内土粒的质量表达式:§2.1土的三相比例指标干密度ρd干容重γd土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。饱和密度ρsat与饱和容重γsat定义：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量表达式：浮密度与浮容重定义：单位体积内土粒质量与同体积水质量之差表达式：VVmwssgwsat各种密度容重之间的大小关系：土的物理性质和分类dsatdsat天然密度干密度饱和密度Vm天然容重干容重VmsdggddVVmvwssatgsatsat浮容重wsat饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积§2.1土的三相比例指标物理性质指标间的换算常用的物理性质指标共有9个，一般说，已知其中任意3个，通过换算，可以求其余6个。土的三相指标中3个直接测定指标是、、。测定的方法分别：、、。表示土的容重的指标有个，分别是。表示土中含水多少的指标有。土的三相指标可以概括为个。课堂内容考查：孔隙比与孔隙率的关系eeVVnv1nne1干密度与湿密度和含水率的关系wwVmddd11wd1孔隙比与相对密度和干密度的关系wssdedVm11dwsde饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系ewdeVVSswvwrws当土饱和时，即为Sr=100％则ssatdwesatw饱和含水率浮密度与相对密度和孔隙比的关系edeVVmwswswss111【例1】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为2.66，求该土样的含水量ω、密度ρ、重度、干重度d、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度【解答】%98.11167167187%100smm3/87.1100187cmgVm3/7.181087.1mkNg3/7.1610100167mkNgdd593.0187.1)1198.01(66.21)1(sde%7.53593.066.21198.0edSsr3/4.2010593.01593.066.21mkNeedssat3/4.10104.20mkNwsat例题2一击实试验：击实筒体积1000cm3，测得湿土质量为1.95kg，取一质量为17.48g的湿土，烘干后质量为15.03g，计算含水量和干重度。解：%3.16%10003.1503.1548.17天然重度363/5.19101000101095.1mkN3/8.16163.015.191mkNd含水量例题3一体积为50cm3的土样，湿土质量0.09kg，烘干后质量为0.068kg，土粒相对密度，求其孔隙比，若将土样压缩，使其干密度达到1.61t/m3，土样孔隙比将减少多少？69.2sd解：36/8.110501009.03mtVm%3.32%100068.0068.009.0干水mm孔隙比减小值306.0671.0977.02eee土样的天然密度土样的含水量977.018.1)323.01(169.21)1(wsde671.0161.1169.21122dwswsddeed