土力学-第二章土的物理性质及分类

土力学第2章土的物理性质及分类2.1概述2.2土的三相比例指标2.3粘性土的物理特征2.4无粘性土的密实度2.5粉土的密实度和湿度2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7土的分类土力学第2章土的物理性质及分类2.1概述2.2土的三相比例指标2.3粘性土的物理特征2.4无粘性土的密实度2.5粉土的密实度和湿度2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7土的分类土力学2.1概述土粗粒土细粒土碎石土砂土粉土粘性土无粘性土粗粒土：土中粒径0.075mm的质量超过全部质量的50%。细粒土：土中粒径0.075mm的质量小于全部质量的50%。将粒径2mm的质量超过50%的称为碎石土；将粒径＞2mm的质量小于50％，而大于0.075mm的质量超过50%的称为砂土；将大于0.075mm的质量小于50%的定为粉土或粘性土。土力学2.1概述土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液二相相互作用表现出来的性质。前者称为土的基本物理性质，主要研究土的密实程度和干湿状况；后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及透水性等。土的物理性质在一定程度上决定了它的力学性质，其指标在工程计算中常被直接应用，所以物理性质是土的最基本的工程特性。对种类繁多、性质各异的土，按一定的原则，进行分门别类，给出合适的名称，可以概略评价土的工程性质。土力学第2章土的物理性质及分类2.1概述2.2土的三相比例指标2.3粘性土的物理特征2.4无粘性土的密实度2.5粉土的密实度和湿度2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7土的分类土力学指标的定义2.2.2土的三相比例关系图2.2.1指标的换算2.2.32.2土的三相比例指标土力学2.2.1土的三相比例关系图气水土粒质量m体积Vmssm—土粒质量mwwm—土中水质量VssV—土粒体积VwwV—土中水体积VaaV—土中气体积mwsmmm（土的总质量）VvawvVVV（土中孔隙体积）VawsVVVV（土的总体积）土力学指标的定义2.2.2土的三相比例关系图2.2.1指标的换算2.2.32.2土的三相比例指标土力学2.2.2指标的定义气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V1.三个基本的三相比例指标（实验室直接测定其数值）（1）土粒相对密度ds（土粒比重）：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比(无量纲）11ssssVmd土粒相对密度变化范围不大：一般，砂类土2.65～2.69；粉性土2.70～2.71；粉质粘土2.72～2.73；粘土2.74～2.76。测定方法：比重瓶法ρs—土粒密度，单位体积土粒质量ρw1—纯水在40C时的密度，1g/cm3土中有机质含量增加，土粒相对密度减小：无机矿物2.6～2.8；有机质2.4～2.5；泥炭1.5～1.8土力学1.三个基本的三相比例指标（实验室直接测定其数值）比重瓶法土粒的质量dm比重瓶、水总质量bwm比重瓶、水、土总质量bwsmwTbwsdbwdsddmmmmdwT—ToC时纯水或中性液体的比重。2.2.2指标的定义土力学气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V1.三个基本的三相比例指标（实验室直接测定其数值）（2）土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示%100%100sssmmmmm测定方法：烘干法土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。2.2.2指标的定义土力学1.三个基本的三相比例指标（实验室直接测定其数值）土的含水量称量盒质量m0；称量盒加湿土质量m1；称量盒加干土质量m2；%100mmmm:0221土的含水量2.2.2指标的定义土力学气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V1.三个基本的三相比例指标（实验室直接测定其数值）（3）土的密度ρ：单位体积土的质量（g/cm3)awswsVVVmmVm测定方法：环刀法一般情况下：粘性土ρ＝1.8～2.0g/cm3砂土ρ＝1.6～2.0g/cm3腐殖土ρ＝1.5～1.7g/cm32.2.2指标的定义土力学1.三个基本的三相比例指标（实验室直接测定其数值）环刀的容积V=60cm3；环刀的质量m1；环刀和土的质量m2；Vmm:12土的密度环刀法2.2.2指标的定义土力学（1）干密度ρd：单位体积中固体颗粒部分的质量（紧密程度）气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv2.2.2指标的定义Vmsd2.特殊条件下土的密度（2）饱和密度ρsat：土体中孔隙完全被水充满时的土的密度（3）有效密度（浮密度）ρ：在地下水位以下，土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差wsatssVVmVVmvssatρw≈ρw1=1g/cm3土力学2.2.2指标的定义2.特殊条件下土的密度土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ(kg/m3),相应的重度也有4个，土的重度=ρg，饱和重度sat=ρsatg，干重度d=ρdg，浮重度=ρg(kN/m3)土单位体积的重力（即土的密度与重力加速度的乘积）称为土的重力密度，简称重度。各密度与重度指标，在数值上有如下关系：ρsat≥ρ≥ρdρsat≥≥d土力学气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv2.2.2指标的定义3.描述土的孔隙体积相对含量的指标（1）孔隙比e：土中孔隙体积与土粒体积之比svVVe%100VVnv（2）孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示孔隙比有小数表示。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的土是疏松的高压缩性土孔隙比与孔隙率之间的关系-nneeen11或土力学气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积VVv2.2.2指标的定义3.描述土的孔隙体积相对含量的指标（3）土的饱和度Sr：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示%100vrVVS饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态:Sr≤50%稍湿；50％＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和土力学指标的定义2.2.2土的三相比例关系图2.2.1指标的换算2.2.32.2土的三相比例指标土力学气水土粒2.2.3指标的换算dsρwVs＝11+e质量m体积VVv=eωdsρwds（1＋ω）ρw%100vrVVS11ssssVmdsvVVe%100VVnvVmsdVVmss%100%100sssmmmmmawswsVVVmmVmVVmvssat推导：edVmws1)1(11edVmwssd假设：ρw1=ρw,Vs=1,则eVVeV1wswsssddVmwsswdmmwswsdmmm)1(edVmVVSsWVwVwr换算关系式：1)1(1wsdwsddeeedVVmwswVssat1)(edwswsat1)1(eeVVnV1土力学2.2.3指标的换算【例】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和浮重度【解】%98.11167167187%100smm3/87.1100187cmgVm3/7.181087.1mkNg3/7.1610100167mkNgVmgsdd593.0187.1)1198.01(66.21)1(sde%7.53593.066.21198.0edSsr3/4.10104.20mkNwsat土力学第2章土的物理性质及分类2.1概述2.2土的三相比例指标2.3粘性土的物理特征2.4无粘性土的密实度2.5粉土的密实度和湿度2.6土的胀缩性、湿陷性和冻胀性2.7土的分类土力学粘性土的物理状态指标2.3.2粘性土的可塑性及界限含水量2.3.1粘性土的活动度、灵敏度和触变性2.3.32.3粘性土的物理特征土力学2.3.1粘性土的可塑性及界限含水量所谓可塑状态，当粘性土的含水量在某范围内时，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并在外力移去时能保持既得的形状，土的这种性能叫可塑性。固态半固态可塑状态流动状态0粘性土从一种状态转变为另一种状态时的界限含水量，总称为阿太堡界限（Atterberglimits)。缩限塑限液限土中半固态不断蒸发水分，则体积继续逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对应土的界限含水量。用表示S土由可塑状态转为半固态的界限含水量用表示P土由可塑状态转为流动状态的界限含水量用表示L注：界限含水量都以百分数表示（省去％符号）土力学2.3.1粘性土的可塑性及界限含水量液塑限联合测定仪下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限土力学粘性土的物理状态指标2.3.2粘性土的可塑性及界限含水量2.3.1粘性土的活动度、灵敏度和触变性2.3.32.3粘性土的物理特征土力学2.3.2粘性土的物理状态指标1.塑性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围PLpI说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高在一定程度上，塑性指数综合反映了粘性土及其三相组成的基本特性。在工程上常按塑性指数对粘性土进行分类土力学2.3.2粘性土的物理状态指标2.液性指数液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比PPpLPLII说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动状态；当IL在0～1之间时，ωPω≤ωL,土处于可塑状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态状态液性指数坚硬硬塑可塑软塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1ωpωωL0ω-ωpωL-ωp土力学2.3.2粘性土的物理状态指标3.天然稠度天然稠度ωc是指原状土样测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比PLpLLcI说明：土的天然稠度可用于划分路基的干湿状态土力学2.3.2粘性土的物理状态指标291847pLpwwI【例】从某地基取原状土样，测得土的液限wL=47%，塑限wp=18%，天然含水量w=40%，问土的液性指数，塑性指数，处于什么状态？759.018471840pLpL【解】塑性指数：液性指数：查表，1.0IL0.75，得土处于软塑状态。土力学粘性土的物理状态指标2.3.2粘性土的可塑性及界限含水量2.3.1粘性土的活动度、灵敏度和触变性2.3.32.3粘性土的物理特征土力学2.3.3粘性土的活动度、灵敏度和触变性1.粘性土的活动度活动度A是指塑性指数与粘粒（粒径0.002mm的颗粒）含量百分数之比值mIAP说明：活动度可以把塑性指数很接近，但性质差异比较大的土区分开来。如把塑性指数相近的高岭土（以高岭石类矿物为主的土，A=0.29）和皂土（以蒙脱石类矿物为主的土，A=1.11）区分开来。粒径0.002mm的颗粒含量百分数不活动粘性土A0.075正常粘性土0.075A1.25活动粘性土A1.25土力学2.3.3粘性土的活动度、灵敏度和触变性2.粘性土的灵敏度土的灵敏度St是以原状土的强度与该土经过重塑（尺寸、密度和含水量不变，土的结构性彻底破坏）后的强度之比来表示uutqqS'说明：土的灵