巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

1、1、塑性指數(shù) plasticity index塑性指數(shù)是液限和塑限之差稱為塑性指數(shù)，用不帶百分號(hào)的小數(shù)表示，符號(hào)為ip。 概述塑性是表征細(xì)粒土物理性能一個(gè)重要特征，一般用塑性指數(shù)來(lái)表示；液限與塑限的差值稱為塑性指數(shù)ip，即ip=wl-wp。過(guò)去的研究表明，細(xì)粒土的許多力學(xué)特性和變形參數(shù)均與塑性指數(shù)有密切的關(guān)系。特征塑性指數(shù)可塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征?？伤苄缘拇笮∮猛撂幵谒苄誀顟B(tài)的含水量變化范圍來(lái)衡量，粘性土由一種狀態(tài)過(guò)渡到另一種狀態(tài)的分界含水量叫作界限含水量，也稱為阿太堡界限，有縮限含水量、塑限含水量、液（流）限含水量、粘限含水量、浮限含水量五種，在建筑工程中常用前三種含水量。固態(tài)與半

2、固態(tài)間的界限含水量稱為縮限含水量，簡(jiǎn)稱縮限，用表示。半固態(tài)與可塑狀態(tài)間的含水量稱為塑限含水量，簡(jiǎn)稱塑限，用p表示。可塑狀態(tài)與流動(dòng)狀態(tài)間的含水量稱為液（流）限含水量，簡(jiǎn)稱液限，用l表示。含水量用百分?jǐn)?shù)表示。天然含水量大于液限時(shí)土體處于流動(dòng)狀態(tài)；天然含水量小于縮限時(shí)，土體處于固態(tài)；天然含水量大于縮限小于塑限時(shí)，土體處于半固態(tài)；天然含水量大于塑限小于液限時(shí)，土體處于可塑狀態(tài)。塑性指數(shù)習(xí)慣上用不帶%的數(shù)值表示。塑性指數(shù)是粘土的最基本、最重要的物理指標(biāo)之一，它綜合地反映了粘土的物質(zhì)組成，廣泛應(yīng)用于土的分類和評(píng)價(jià)。因素由于塑性指數(shù)在一定程度上綜合反映了影響粘性土特征的各種重要因素。塑性指數(shù)愈大，表明土的顆

3、粒愈細(xì)，比表面積愈大，土的粘粒或親水礦物（如蒙脫石）含量愈高，土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍就愈大。也就是說(shuō)塑性指數(shù)能綜合地反映土的礦物成分和顆粒大小的影響。因此，在工程上常按塑性指數(shù)對(duì)黏性土進(jìn)行分類。粉土為塑性指數(shù)小于等于10且粒徑大于0.075的顆粒含量不超過(guò)總質(zhì)量50%的土；黏性土為塑性指數(shù)大于10且粒徑大于0.075的顆粒含量不超過(guò)總質(zhì)量50%的土，其中：ip17黏土ip10粉質(zhì)黏土ip10或ip=10粉土 2、液性指數(shù)liquid index對(duì)黏性土來(lái)說(shuō)，有一個(gè)指標(biāo)叫液性指數(shù)，是判斷土的軟硬狀態(tài)，表示天然含水率與界限含水率相對(duì)關(guān)系的指標(biāo)。 液性指數(shù)公式il=(-p)/(l-p)。 ：

4、土的實(shí)際含水量 p：塑性界限含水量，即粘性土處于塑性狀態(tài)與半固體狀態(tài)之間的界限含水量 l：粘性土處于液態(tài)與塑性狀態(tài)之間的界限含水量 液性指數(shù)0 堅(jiān)硬 ；0 液性指數(shù)0.25 硬塑 ；0.25 液性指數(shù)0.75 可塑 ；0.751 流塑。 液性指數(shù)與土的類別及含水量有關(guān)，同一種土，含水量越大則液性指數(shù)越大，土質(zhì)越軟。 粘性土有縮限、塑限和液限等幾個(gè)分界線，當(dāng)含水量小于縮限時(shí)土體處于固態(tài)，且體積不再再發(fā)生變化，當(dāng)處于縮限和塑限之間時(shí)土體體積隨含水量減小體積變化，仍處于固態(tài)，當(dāng)土體含水量處于塑限和液限之間時(shí)，土體具有可塑性，即可以塑造出各種形狀，當(dāng)土體含水量大于液限時(shí)，土體處于流動(dòng)狀態(tài)，即土體具有可

5、流動(dòng)性。分別對(duì)應(yīng)上面的堅(jiān)硬、硬塑、可塑和軟塑、流塑。3、液限 wl概述土從流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)的界限含水率稱為液限，用wl表示，我國(guó)采用錐式液限儀來(lái)測(cè)定。其工作過(guò)程是：將粘性土調(diào)成均勻的濃糊狀，裝滿盛土杯，刮平杯口表面，將76克重圓錐體輕放在試樣表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入試樣，若圓錐體經(jīng)5秒種恰好沉入10mm深度，這時(shí)杯內(nèi)土樣的含水量就是液限wl值。為了避免放錐時(shí)的人為晃動(dòng)影響，可采用電磁放錐的方法。4、塑限wp搓滾法測(cè)塑限土從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)的界限含水率稱為塑限，用wp表示，用搓滾法測(cè)定。即將土先調(diào)勻成硬塑狀態(tài)，然后在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滾成細(xì)條，用力均勻，當(dāng)土條搓成

6、直徑正好為3mm時(shí)產(chǎn)生橫向裂縫并開(kāi)始斷裂，此時(shí)土條的率就是塑限wp值。5、孔隙比void ratio;pore space ratio 定義：土體中空隙體積與固體顆粒體積之比值。6、壓縮系數(shù)（coefficient of compressibility）是描述物體壓縮性大小的物理量。 通?？蓪⒊Ｒ?guī)壓縮試驗(yàn)所得的e-p數(shù)據(jù)采用普通直角坐標(biāo)繪制成e-p曲線，如圖4-1所示。設(shè)壓力由p1增至p2，相應(yīng)的孔隙比由e1減小到e2，當(dāng)壓力變化范圍不大時(shí)，可將m1m2一小段曲線用割線來(lái)代替，用割線m1m2的斜率來(lái)表示土在這一段壓力范圍的壓縮性，即： 式中a 為壓縮系數(shù)，mpa(-1)；壓縮系數(shù)愈大，土的壓縮

7、性愈高。 從圖4-1可以看出，壓縮系數(shù)a值與土所受的荷載大小有關(guān)。工程中一般采用100200 kpa壓力區(qū)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的壓縮系數(shù)a1-2來(lái)評(píng)價(jià)土的壓縮性。即 a1-20.1 mpa(-1)屬低壓縮性土； 0.1 mpa(-1)a1-20.5 mpa(-1)屬中壓縮性土； a1-20.5 mpa(-1)屬高壓縮性土。7、壓縮模量壓縮模量modulus of compressibility 土試樣在壓縮試驗(yàn)條件下，豎向應(yīng)力與豎向應(yīng)變之比。物體在受三軸壓縮時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值。實(shí)驗(yàn)上可由應(yīng)力-應(yīng)變曲線起 壓縮模量模型始段的斜率確定。徑向同性材料的壓縮模量值常與其楊氏模量值近似相等。 土的壓縮模量指在側(cè)限條

8、件下土的垂直向應(yīng)力與應(yīng)變之比，是通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)得到的，是判斷土的壓縮性和計(jì)算地基壓縮變形量的重要指標(biāo)之一。8、粘聚力cohesion粘聚力又叫內(nèi)聚力，是在同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力，這種相互吸引力是同種物質(zhì)分子之間存在分子力的表現(xiàn)。只有在各分子十分接近時(shí)（小于10e-6厘米）才顯示出來(lái)。粘聚力能使物質(zhì)聚集成液體或固體。特別是在與固體接觸的液體附著層中，由于粘聚力與附著力相對(duì)大小的不同，致使液體浸潤(rùn)固體或不浸潤(rùn)固體。9、內(nèi)摩擦角(angle of internal friction) 巖體在垂直重力作用下發(fā)生剪切破壞時(shí)錯(cuò)動(dòng)面的傾角 概念作為巖(土)體的兩個(gè)重要參數(shù)之一的內(nèi)摩擦角，是土的

9、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，是工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。土的內(nèi)摩擦角反映了土的摩擦特性，一般認(rèn)為包含兩個(gè)部分：土顆料的表面摩擦力，顆粒間的嵌入和聯(lián)鎖作用產(chǎn)生的咬合力。 內(nèi)摩擦角是土力學(xué)上很重要的一個(gè)概念。內(nèi)摩擦角最早出現(xiàn)在庫(kù)侖公式中，也就是土體強(qiáng)度決定于摩擦強(qiáng)度和粘聚力，摩擦強(qiáng)度又分為滑動(dòng)摩擦和咬合摩擦，兩者共同概化為摩擦角。 表達(dá)式經(jīng)典的表達(dá)式就是庫(kù)倫定律=tan+c 其中，對(duì)于黏性土，c不為0，對(duì)于砂土，c為0，、c可以通過(guò)三軸試驗(yàn)得出，（或直剪）。在不同圍壓下，得到破壞時(shí)的最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力，做出應(yīng)力圓，至少在三種不同的圍壓下，這樣可以做出三個(gè)應(yīng)力圓，作三個(gè)圓的公切線，斜率即為內(nèi)摩擦角。 內(nèi)摩擦角在力學(xué)

10、上可以理解為塊體在斜面上的臨界自穩(wěn)角，在這個(gè)角度內(nèi)，塊體是穩(wěn)定的；大于這個(gè)角度，塊體就會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。利用這個(gè)原理，可以分析邊坡的穩(wěn)定性。 反映內(nèi)容內(nèi)摩擦角是反映散粒物料間摩擦特性和抗剪強(qiáng)度，它是確定物料倉(cāng)倉(cāng)壁壓力以及設(shè)計(jì)重力流動(dòng)的料倉(cāng)和料斗的重要設(shè)計(jì)參數(shù)。如果把散粒物料看成一個(gè)整體，在其內(nèi)部任意處取出一單元體，此單元體單位面積上的法向壓力可看作該面上的壓應(yīng)力，單位面積上的剪切力可看作該面上的剪應(yīng)力。物料沿剪切力方向發(fā)生滑動(dòng)，可以認(rèn)為整體在該處發(fā)生流動(dòng)或屈服。即散粒物料的流動(dòng)可以看成與固體剪切流動(dòng)破壞現(xiàn)象相類似。這樣，就可以應(yīng)用莫爾強(qiáng)度理論來(lái)研究散粒物料的抗剪強(qiáng)度，進(jìn)而得出確定內(nèi)摩擦角的理論和方法

11、。 計(jì)算方法根據(jù)莫爾理論，如果散粒物料在二向應(yīng)力作用下沿著某一個(gè)平面產(chǎn)生破壞，則在這個(gè)平面內(nèi)存在著一定的正應(yīng)力和剪應(yīng)力的組合。破 壞平面內(nèi)的正應(yīng)力和剪應(yīng)力可由力平衡求出 = 1cos+3sin = （1-3）cossin 式中1最大主應(yīng)力；3最小主應(yīng)力；破壞平面和最大主應(yīng)力平面之間的夾角； 對(duì)同一種物料在不同的3 情況下作試驗(yàn)，可得出散粒物料發(fā)生破壞時(shí)的一系列1 。 莫爾圓和莫爾包絡(luò)線相切的點(diǎn)表示散粒物料產(chǎn)生破壞時(shí)的平面方位及平面上的應(yīng)力狀態(tài)，它表示了散粒物料的強(qiáng)度條件。 莫爾包絡(luò)線可用下式表示為 = c+tani 式中散粒體抗剪強(qiáng)度； c散粒體粘聚力； 破壞平面上的正應(yīng)力； i內(nèi)摩擦角。 莫

12、爾包絡(luò)線和水平線的夾角即為散粒物料的內(nèi)摩擦角i.莫爾包絡(luò)線即表示散粒物料的 剪切強(qiáng)度 。如果表示物料內(nèi)某點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的莫爾圓落到莫爾包絡(luò)線以下，則這個(gè)點(diǎn)的剪切應(yīng)力 是小于剪切強(qiáng)度，散粒物料不可能產(chǎn)生破壞和流動(dòng)。莫爾包絡(luò)線相切的任意莫爾圓表示一個(gè)非穩(wěn)定狀態(tài)。在非穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，用切點(diǎn)表示的平面上可能出現(xiàn)破壞。 散粒體的剪切強(qiáng)度和內(nèi)摩擦角可直接用圖解法求出。它們的數(shù)值也可用莫爾圓方程直接求出。 測(cè)定方法為了測(cè)定散粒物料的內(nèi)摩擦角，必須首先通過(guò)試驗(yàn)確定這種物料的莫爾包絡(luò)線。目前，農(nóng)業(yè)散粒物料的莫爾包絡(luò)線可采用兩種測(cè)定方法。 1三軸壓縮試驗(yàn) 三軸壓縮試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖如圖所示，它是利用研究土壤剪切特性的裝置發(fā)展起

13、來(lái)的。采用此裝置作散粒物料如谷粒的剪切試驗(yàn)時(shí)，將預(yù)先壓實(shí)的谷?？胤忾]在橡膠薄膜中，并放進(jìn)壓縮室。壓縮室內(nèi)逐漸升壓到預(yù)定的壓力“軸向裁荷通過(guò)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)或其它加裁裝置施加到谷粒柱上。這樣，谷粒柱在徑向受到空氣壓力3 的壓縮，在鈾向受壓縮空氣壓力和軸向載荷的共同作用，破壞時(shí)的1 值可通過(guò)記錄儀測(cè)得。重復(fù)以上程序，即可得到不同的3 值時(shí)谷粒拄破壞的主應(yīng)力1 值，從而得出了散粒物料在一定壓實(shí)狀態(tài)下的莫爾包絡(luò)線。 2直接剪切試驗(yàn) 直接剪切試驗(yàn)可在圖所示的剪切儀上進(jìn)行。剪切儀由剪切槽、加載裝置和記錄儀三個(gè)基本部分組成。剪切槽包括底座、剪切環(huán)和頂蓋。法向壓力利用垂直作用的壓實(shí)裁荷，剪切作用力通過(guò)電或機(jī)械傳動(dòng)裝置施加于剪切環(huán)。傳動(dòng)裝置上裝有力傳感器或測(cè)力計(jì)，用于測(cè)量作用在底座和剪切環(huán)間接觸平面內(nèi)的剪應(yīng)力。 一些農(nóng)業(yè)物料的內(nèi)摩擦角的數(shù)值如下表。 最新數(shù)據(jù)參看糧食平房倉(cāng)設(shè)計(jì)規(guī)范休止角與內(nèi)摩擦角的區(qū)別與聯(lián)系： (1)休止角和內(nèi)摩擦角 都反映了散粒物料的內(nèi)摩擦