第3章土的物理性质及工程分类.

76—1土质学与土力学吉林大学建设工程学院土中的土粒、水和气三部分的质量(或重力)与体积之间的比例关系，随着各种条件的变化而改变。土粒一般由矿物质组成，即土的固体部分,它构成土的骨架。土骨架间布满孔隙。这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和土；有时一部分孔隙被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土；孔隙完全充满气体时，则称为干土。水和溶解于水的物质构成土的液体部分。空气和其他一些气体构成土的气体部分。这三种组成部分本身的性质以及它们之间的比例关系和相互作用，决定土的物理力学性质。因此，研究土的性质，必须研究土的固体、液体和气体的三相组成。3.1概述76—2土质学与土力学吉林大学建设工程学院一、土的三相草图3.2土的三相比例指标76—3土质学与土力学吉林大学建设工程学院在上述变量中ma=0，独立的量有Vs、Vw、Va、mw和ms五个。1cm3水的质量通常等于1g，故在数值上Vw=mw。当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析，例如，取V=1cm3，或m=1g，或Vs=1cm3等，因此又可以消去一个未知量。这样，对于一定数量的三相土体，只要知道其中三个独立的量，其他各个量就可从图中直接换算得到。三相草图是土力学中用来计算三相量比例关系的一种简单而又很实用的工具。76—4土质学与土力学吉林大学建设工程学院土的常用物理指标基本指标:天然密度,相对密度,天然含水量换算指标:孔隙比，孔隙率，饱和度，干密度，干重度，饱和密度，饱和重度，浮密度，浮重度76—5土质学与土力学吉林大学建设工程学院11/1wswssVmd土粒相对密度（比重）相对密度:土粒密度（单位体积土粒的质量）与4℃时纯水密度之比。w1为4℃时纯水的密度，w1=1g/cm3;s为土粒的密度，即单位体积土粒的质量。故实用上，土粒相对密度在数值上等于土粒的密度。76—6土质学与土力学吉林大学建设工程学院测定方法：土粒相对密度或比重可在试验室内用比重瓶法测定。由于土粒相对密度变化不大,通常可按经验数值选用。土土粒粒相相对对密密度度参参考考值值粘性土土的名称砂土粉土粉质粘土粘土土粒相对密度2.65～2.692.70～2.712.72～2.732.74～2.7676—7土质学与土力学吉林大学建设工程学院含水量w是标志土的湿度的一个重要物理指标。天然土层的含水量变化范围很大，它与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般说来，对同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。%100%100ssswmmmmmw土的(天然)含水量含水量：土中水的质量与土粒质量之比，用w表示，以百分数计。同一类土，含水量越大，土越软,强度越低,受力后变形越大。76—8土质学与土力学吉林大学建设工程学院测定方法：土的含水量一般用“烘干法”测定。先称小块原状土样的湿土质量m，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土质量ms，水的质量mw为湿土和干土质量之差。铝盒烘箱电子天平土样76—9土质学与土力学吉林大学建设工程学院Vm密度：土样总质量与其体积之比,即单位体积土的质量。单位:Mg/m3,g/cm3粘性土=1.8～2.0g/cm3砂土=1.6～2.0g/cm3腐殖土=1.5～1.7g/cm3测定方法：一般用“环刀法”，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，慢慢削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样的质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。土的天然密度土的重度：定义为单位体积土的重量，与密度有对应关系gVmgVG:表达式为76—10土质学与土力学吉林大学建设工程学院孔隙率与孔隙比定义:孔隙率是土的孔隙体积与土体积之比，或单位体积土中孔隙的体积，以百分数表示表达式:%100VVnv定义:孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比表达式:svVVe气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V两者关系:een1孔隙比e是个重要的物理性指标，可以用来评价天然土层的密实程度。一般e0.6的土是密实的低压缩性土；e1.0的土是疏松的无压缩性土。土的其它常用指标76—11土质学与土力学吉林大学建设工程学院饱和度定义:土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示表达式:%100vwrvvs气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V饱和度愈大，表明土中孔隙中充水愈多；干燥时Sr=0。孔隙全部为水充填时，Sr=100%。76—12土质学与土力学吉林大学建设工程学院干密度定义：土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指土单位体积中土粒的重量，即固体颗粒的质量与土的总体积之比值。气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V表达式：单位：g/cm3Vmsd干密度反映了土的孔隙性，因而可用于计算土的孔隙率，它往往通过土的密度及含水率计算得来，也可以实测。土的干密度一般常在1.4~1.7g/cm376—13土质学与土力学吉林大学建设工程学院饱和密度定义:土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度。即，土的孔隙中全部充满液态水时的单位体积质量气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V表达式:单位:g/cm3VVmwvssat土的饱和密度的常见值为1.8~2.30g/cm376—14土质学与土力学吉林大学建设工程学院浮密度定义:土的浮密度是土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差.'dsats气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVvmwsss）（/浮重度：wsatwssVVgm/显然有下面的关系76—15土质学与土力学吉林大学建设工程学院孔隙率与孔隙比:孔隙比与比重和干密度:饱和度与含水量，比重和孔隙比:干密度与湿密度和含水量:nne1wd11dwsGeewGewSswsr一些指标的关系76—16土质学与土力学吉林大学建设工程学院例题3—1某原状土样，测得天然密度，含水量，土粒相对密度。试计算①土的孔隙比e、饱和度Sr；②当土中孔隙充满水时土的密度和含水量w。3/91.1mMg%5.9w70.2sd76—17土质学与土力学吉林大学建设工程学院76—18土质学与土力学吉林大学建设工程学院76—19土质学与土力学吉林大学建设工程学院例题3—2某土样，测得其孔隙比，土粒相对密度。试计算①土的干重度γd、饱和重度γsad和浮重度γ/；②当土的饱和度Sr=75%时，土的重度γ和含水量w为多大？70.0e72.2sd76—20土质学与土力学吉林大学建设工程学院76—21土质学与土力学吉林大学建设工程学院76—22土质学与土力学吉林大学建设工程学院例题3—3略76—23土质学与土力学吉林大学建设工程学院3.3无粘性土的密实度砂土、碎石土统称为无粘性土，而粉土则视情况定为无或少粘性土。无粘性土的密度对其工程性质有重要的影响。土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。土颗粒含量多，土就密实；土颗粒含量少，土就疏松。反映这类土工程性质的主要指标是密实度。干密度d和孔隙比e(或孔隙度n)都是表示土的密实度的指标。但是这种用固体含量或孔隙含量表示密实度的方法有其明显的缺点，主要是这种表示方法没有考虑到粒径级配这一重要因素的影响。76—24土质学与土力学吉林大学建设工程学院相对密度minmaxmaxeeeeDr工程上为了更好地表明砂土所处的密实状态，采用将现场土的孔隙比e与该种土所能达到最密实时的孔隙比emin和最松散时的孔隙比emax相比较的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。这种度量密实度的指标称为相对密度Dr，定义为密实度判别标准：Dr≤1/3疏松1/3≤Dr≤2/3中密Dr＞2/3密实土的最大孔隙比emax的测定方法是将松散的风干土样，通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，求得土的最小干密度再经换算确定；土的最小孔隙比emin的测定方法是将松散的风干土样分批装入金属容器内，按规定的方法进行振动或锤击夯实，直至密实度不再提高，求得最大干密度再经换算确定。76—25土质学与土力学吉林大学建设工程学院76—26土质学与土力学吉林大学建设工程学院粘性土的稠度状态•土中含水量很低时，水都被颗粒表面的电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水。强结合水的性质接近于固态。因此，当土粒之间只有强结合水时，按水膜厚薄不同，土表现为固态或半固态。•当含水量增加，被吸附在颗粒周围的水膜加厚，土粒周围除强结合水外还有弱结合水，弱结合水呈粘滞状态，不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时可以变形，能从水膜较厚处向邻近较薄处移动。在这种含水量情况下，土体受外力作用可以被捏成任意形状而不破裂，外力取消后仍然保持改变后的形状。这种状态称为可塑状态。粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力。3.4粘性土的物理特征76—27土质学与土力学吉林大学建设工程学院稠度状态固态或半固态塑态流态强结合水弱结合水自由水w含水量稠度界限塑限ωp液限ωl粘性土的稠度反映土中水的形态土中水的形态76—28土质学与土力学吉林大学建设工程学院区别粘性土从一种状态转变为另一种状态的界限含水量称为稠度界限或阿太堡界限。塑限（PlasticLimit）：是可塑状态与半固态状态的界限含水量。用搓条法或液塑限联合测定仪测得。液限（LiquidLimit）：又称流限，是流动状态与可塑状态的界限含水量，也即可塑状态的上限含水量。可用锥式液限仪或碟式液限仪测得。缩限（ShrinkageLimit）：是半固体状态与固态的界限含水量。76—29土质学与土力学吉林大学建设工程学院塑性指数（Plasticityindex）PLPIww＝反映粘性土可塑性的大小。综合反映粘性土的特性以及各类重要因素的影响，因此可用于土的分类及其性质的评估。液性指数（Liquidityindex）PLLPwwIww＝L0IL01IL0I固态或半固态可塑态液态反映粘性土软硬程度（稠度，潮湿程度）。76—30土质学与土力学吉林大学建设工程学院液性指数Ip状态Ip≤00＜Ip≤0.250.25＜Ip≤0.750.75＜Ip≤1.0Ip＞1.0坚硬硬塑可塑软塑流塑粘性土的状态分类76—31土质学与土力学吉林大学建设工程学院例题3—476—32土质学与土力学吉林大学建设工程学院粘性土胀缩性定义00hhhwep3.5粘性土的胀缩性粘性土中含水量变化会引起土的稠度和体积的变化。由于含水量增加使体积增大的性能称为膨胀性；由于含水量减少使体积减小的性能称为收缩性。粘性土膨胀性指标1膨胀率：原状土在一定压力和有侧限条件下浸水膨胀稳定后的高度增加量与原高度之比，称为膨胀率，表示为其中为土样原始高度，为土样浸水膨胀稳定后的高度0hwh76—33土质学与土力学吉林大学建设工程学院%10000VVVwef3膨胀力：原状土经充分吸水膨胀时产生的最大内应力称为膨胀力其中为土样原始体积，为土样浸水膨胀稳定后的体积0VwV2自由胀缩率：将一定体积的扰动土经充分吸水膨胀稳定后测得的体积增加量与原体积之比，称为自由膨胀率，表示为4膨胀含水量：土经充分吸水膨胀后的含水量%100sslslmmw为土样膨胀稳定后土中水的质量为干土样的质量slmsm其中76—34土质学与土力学吉林大学建设工程学院土的收缩性及其指标土的收缩曲线图缩性指数：SLswwI膨胀力与wL、wS关系曲线表征土收缩性的指标：体缩率δV：土样失水收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示%10000VVVdV式中为土样收缩前的体积为土样收缩后的体积0VdV横轴—含水量纵轴—体积横轴—含水量纵轴—膨胀力1—wL与膨胀力关系2—收缩限与膨胀力关系76—35土质学与土力学吉林大学建设工程学院线缩率δsi：土样失水收缩减少的高度与原高度之比，以百分率表示%10000hhhisi式中为土样收缩前的高度为土样收缩后的体积0hih收缩系数λs：在直线阶段的竖向线缩率%100wss表征土收缩性的指标：7