山東建筑大學(xué)土力學(xué)土的物理性質(zhì)與分類PPT課件

1、本章內(nèi)容 2.1 概述 2.2 土的三相比例指標(biāo) 2.3粘性土的物理特征 2.4無(wú)粘性土的密實(shí)度 2.5粉土的密實(shí)度和濕度 2.6土的脹縮性、濕陷性和凍脹性 2.7土的分類第1頁(yè)/共32頁(yè)2.1 2.1 概述土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (松松密程度、干濕程度、輕重程度密程度、干濕程度、輕重程度) )力學(xué)特性力學(xué)特性影響影響表表示示？第2頁(yè)/共32頁(yè)2.1 2.1 概述土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點(diǎn): 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量

2、綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法:三相草圖法第3頁(yè)/共32頁(yè) 水氣土粒 VaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積2.2.1土的三相比例關(guān)系圖第4頁(yè)/共32頁(yè)sawvawVVVVVVVswaawwwmmmmm0mV 已知關(guān)系五個(gè)已知關(guān)系五個(gè): :共有九個(gè)參數(shù)共有九個(gè)參數(shù): V Vv Vs Va Vw / / ms m w ma m剩下三個(gè)獨(dú)立變量剩下三個(gè)獨(dú)立變量物性指標(biāo)是比例關(guān)系物性指標(biāo)是比例關(guān)系: :可假設(shè)任一參數(shù)為可假設(shè)任一參數(shù)為1,如如Vs對(duì)于飽和土對(duì)于飽和土, Va=0剩下兩個(gè)獨(dú)立變量實(shí)驗(yàn)室測(cè)定實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其它指標(biāo)其它指標(biāo) 水氣土粒 VaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量

3、體積第5頁(yè)/共32頁(yè)2.2.2指標(biāo)的定義1.1.室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)基本物理性質(zhì)指標(biāo)土的密度、土粒相對(duì)密度（土粒比重）、土的含水量土的密度、土粒相對(duì)密度（土粒比重）、土的含水量土粒相對(duì)密度土粒相對(duì)密度定義定義: 土粒的密度與土粒的密度與4C時(shí)純蒸餾水的密度的比值時(shí)純蒸餾水的密度的比值w1w1sss1sVmd=表達(dá)式表達(dá)式:單位單位: 無(wú)量綱無(wú)量綱土粒比重一般范圍土粒比重一般范圍: 粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65比重瓶法測(cè)定第6頁(yè)/共32頁(yè)土的含水量土的含水量定義定義: 土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,用百分?jǐn)?shù)表示。用百分?jǐn)?shù)表示。%100sw=mmw表達(dá)式表

4、達(dá)式:注意注意: 其實(shí)是含水比其實(shí)是含水比, 可達(dá)到或超過(guò)可達(dá)到或超過(guò)100烘干法測(cè)定土的密度土的密度定義定義: 單位體積土的質(zhì)量單位體積土的質(zhì)量表達(dá)式表達(dá)式:Vm=單位單位: kg/m3 或或 g/cm3一般范圍一般范圍: : 1.602.20 g/cm3相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo):土的重度：土的重度： =g工程上更常用工程上更常用,用于計(jì)算土的自用于計(jì)算土的自重應(yīng)力重應(yīng)力環(huán)刀法測(cè)定第7頁(yè)/共32頁(yè)2 2、特殊條件下土的密度干密度干密度定義：土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量定義：土單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量表達(dá)式表達(dá)式:Vmsd=相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo):土的干重度：土的干重度：gdd 飽和密度飽和密度定義：

5、土孔隙中充滿水時(shí)的單位體積質(zhì)量定義：土孔隙中充滿水時(shí)的單位體積質(zhì)量表達(dá)式表達(dá)式:VVmv wssat+=相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo):土的飽和重度：土的飽和重度：gsatsat第8頁(yè)/共32頁(yè)浮密重或有效密度浮密重或有效密度定義：在地下水位以下，單位土體積中土粒的質(zhì)量與同體積水定義：在地下水位以下，單位土體積中土粒的質(zhì)量與同體積水 的質(zhì)量之差。的質(zhì)量之差。表達(dá)式表達(dá)式:VVmws-s wsat- =相關(guān)指標(biāo)相關(guān)指標(biāo):土的浮重度：土的浮重度：各密度、重度之間的關(guān)系3 3、描述土的孔隙體積相對(duì)含量的指標(biāo)孔隙比孔隙比定義：土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比定義：土的孔隙比是土中孔隙體積與土粒體積之比表達(dá)式表

6、達(dá)式:svVVe =第9頁(yè)/共32頁(yè)孔隙率孔隙率定義：土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之比，定義：土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之比， 以百分?jǐn)?shù)計(jì)。以百分?jǐn)?shù)計(jì)。表達(dá)式表達(dá)式:%100v=VVn飽和度飽和度定義：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比，定義：土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比， 以百分?jǐn)?shù)計(jì)以百分?jǐn)?shù)計(jì)表達(dá)式表達(dá)式:%100vwr=VVS飽和度表示飽和度表示孔隙中充滿水的程度孔隙中充滿水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=1 : 飽和土飽和土第10頁(yè)/共32頁(yè)2.2.3 指標(biāo)的換算設(shè)：設(shè)：ww1=eVeVVvs+=11wswsssddVm =wsswwdwmm=wswdm

7、)1 ( +=推導(dǎo)：推導(dǎo)：ewdVmws+=1 )1 (wedVm+=+=11wssd1-)1(1-wsdwswdde+=第11頁(yè)/共32頁(yè)VVVmVVmwwvswss+=edwswsat1) 1(eeVVn1vewdVmVVSswvwvwr要點(diǎn)從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系從物理意義上理解指標(biāo)間的關(guān)系不鼓勵(lì)死記硬背不鼓勵(lì)死記硬背必要時(shí)利用三相草圖推導(dǎo)必要時(shí)利用三相草圖推導(dǎo)第12頁(yè)/共32頁(yè)土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上土的三個(gè)組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系的比例關(guān)系松密程度松密程度干濕程度干濕程度輕重程度輕重程度特點(diǎn)特點(diǎn): 指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多指標(biāo)概念簡(jiǎn)單，數(shù)量很多要點(diǎn)：要點(diǎn)：名稱、概念或定義

8、、符號(hào)、表達(dá)式、名稱、概念或定義、符號(hào)、表達(dá)式、單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別單位或量綱、常見(jiàn)值或范圍、聯(lián)系與區(qū)別定義定義基本方法基本方法:三相草圖法三相草圖法室內(nèi)測(cè)定的三個(gè)物理性質(zhì)指標(biāo)土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物性指標(biāo)的概念理解物性指標(biāo)的概念其它常用的物理性質(zhì)指標(biāo)v表示土中孔隙含量的指標(biāo)表示土中孔隙含量的指標(biāo)v表示土中含水程度的指標(biāo)表示土中含水程度的指標(biāo)v表示土的密度和容重的指標(biāo)表示土的密度和容重的指標(biāo)三相草圖可用于確定三相草圖可用于確定物性指標(biāo)之間的關(guān)系物性指標(biāo)之間的關(guān)系三相草圖法是求取物三相草圖法是求取物

9、理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而理性質(zhì)指標(biāo)的簡(jiǎn)單而有效的方法有效的方法小結(jié)小結(jié)第13頁(yè)/共32頁(yè)土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理狀態(tài)粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬程度粘性土的軟硬程度土的物理性質(zhì)指標(biāo)( (三相間的比例關(guān)系三相間的比例關(guān)系) )力學(xué)特力學(xué)特性性影響影響表表示示無(wú)粘性土無(wú)粘性土砂類土砂類土碎石土碎石土第14頁(yè)/共32頁(yè)2.3粘性土的物理特征2.3.1粘性土的可塑性及界限含水量粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)粘性土的稠度反映土中水的形態(tài)強(qiáng)結(jié)合水膜最大出現(xiàn)自由水固態(tài) 半固態(tài)塑態(tài) 流態(tài) 稠度狀態(tài)稠度狀態(tài)強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水土中水的形態(tài)土中水的形態(tài)w含水量含水量塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界

10、限縮限縮限ws搓條法錐式液限儀第15頁(yè)/共32頁(yè)2.3粘性土的物理特征2.3.2粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)相對(duì)稠度相對(duì)稠度即使即使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指數(shù)液性指數(shù)對(duì)不同的粘土，對(duì)不同的粘土，wP、wL 大小不同大小不同對(duì)同一種粘土，含水量可反映其稠度對(duì)同一種粘土，含水量可反映其稠度問(wèn)題：?jiǎn)栴}：plpIww吸附弱結(jié)合水的能力，大大致反映粘土顆粒含量、粘致反映粘土顆粒含量、粘性大小性大小塑性指數(shù)塑性指數(shù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)第16頁(yè)/共32頁(yè)2.3粘性土的物理特征pLlpwwIww 問(wèn)題：僅適用于問(wèn)題：僅適用于重塑土重塑土定義定義：IL1堅(jiān)硬狀堅(jiān)硬狀態(tài)態(tài)

11、可塑狀可塑狀態(tài)態(tài)流流 態(tài)態(tài)0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬硬塑塑可可塑塑軟軟塑塑wpwwL天然稠度天然稠度定義：指原狀土測(cè)定的液限和天然含水量的差值與塑性指數(shù)之比定義：指原狀土測(cè)定的液限和天然含水量的差值與塑性指數(shù)之比PLwwwwwLc可以用來(lái)劃分路基的干濕狀態(tài)可以用來(lái)劃分路基的干濕狀態(tài)第17頁(yè)/共32頁(yè)2.3粘性土的物理特征2.3.3粘性土的結(jié)構(gòu)性和觸變性mpIA=m: 粒徑小于粒徑小于0.002mm顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比顆粒的質(zhì)量占總土總質(zhì)量的百分比A 1.25非活性粘非活性粘土土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土活動(dòng)度活動(dòng)度靈敏度靈敏度原狀土結(jié)構(gòu)性相同含

12、水量密度、組成粉碎重塑重塑土強(qiáng)度降低 03 uquq 相同含水量、密度uutqqS =原狀土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度原狀土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度第18頁(yè)/共32頁(yè)低靈敏（1St2）中靈敏（24）靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈多2.3粘性土的物理特征觸變性觸變性 土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變土的觸變性是土結(jié)構(gòu)中聯(lián)結(jié)形態(tài)發(fā)生變化引起的，是土結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的宏觀表現(xiàn)?；暮暧^表現(xiàn)。 含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，含水量不變，密度不變，因重塑而強(qiáng)度降低，又因靜置而逐漸強(qiáng)化，強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象

13、，稱為觸變性。強(qiáng)度逐漸恢復(fù)的現(xiàn)象，稱為觸變性。 目前尚沒(méi)有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。目前尚沒(méi)有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。第19頁(yè)/共32頁(yè)2.4無(wú)粘性土的密實(shí)度2.4.1砂土的相對(duì)密實(shí)度密實(shí)度密實(shí)度如何衡量如何衡量? ?單位體積中固體顆粒含量的多少或孔隙含量單位體積中固體顆粒含量的多少或孔隙含量的多少的多少優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單方簡(jiǎn)單方便便缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：不能反映級(jí)配的影響，只能用于同一不能反映級(jí)配的影響，只能用于同一種土種土對(duì)對(duì)策策相對(duì)密實(shí)度相對(duì)密實(shí)度minmaxmaxreeeeD 干容重干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin = 0.35emin = 0.20

14、第20頁(yè)/共32頁(yè)2.4無(wú)粘性土的密實(shí)度e emaxmax: : 最大孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經(jīng)換算得到最大孔隙比e eminmin: : 最小孔隙比；將松散的風(fēng)干土樣裝入金屬容器內(nèi)，按規(guī)定方法振動(dòng)和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經(jīng)換算得到最小孔隙比注意：注意：室內(nèi)測(cè)得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難室內(nèi)測(cè)得理論上的最大與最小孔隙比有時(shí)很困難 相對(duì)密度：相對(duì)密度： D Dr r = 1 = 1 , , 最密狀態(tài)最密狀態(tài) D Dr r = 0 = 0 , , 最松狀態(tài)最松狀態(tài) D Dr r 1/3 , 1/3 , 松散

15、狀態(tài)松散狀態(tài) 1/3 1/3 2/3 2/3 , , 密實(shí)狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)第21頁(yè)/共32頁(yè)2.4無(wú)粘性土的密實(shí)度2.4.2無(wú)粘性土密實(shí)度劃分的其他的方法 1、砂土按天然孔隙比劃分； 2、砂土按標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)劃分； 3、碎石土按重型動(dòng)力觸探擊數(shù)劃分； 4、碎石土的野外鑒別。第22頁(yè)/共32頁(yè)2.5粉土的密實(shí)度和濕度2.5.1粉土的概念：介于砂土和粘性土之間的土類。砂粒（20.075） 粉粒（0.0750.005） 粘粒（小于0.005）歷史上粗粒組下限：0.005 實(shí)驗(yàn)繁瑣 0.1 未含細(xì)粒組砂土粗粒組下限:0.075現(xiàn)行規(guī)范現(xiàn)行規(guī)范：粉土為粒徑0.075mm的顆粒含量不超過(guò)全重的50、塑性指數(shù) 的

16、土。10pI2.5.2粉土的密實(shí)度和濕度密實(shí)度密實(shí)度：根據(jù)孔隙比劃分為：密實(shí)、中密、稍密。：根據(jù)孔隙比劃分為：密實(shí)、中密、稍密。濕度：濕度：根據(jù)含水量劃分稍濕、濕、很濕。根據(jù)含水量劃分稍濕、濕、很濕。第23頁(yè)/共32頁(yè)2.6.1土的脹縮性指吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性。指吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性。膨脹土的特點(diǎn)：膨脹土的特點(diǎn)：2.6土的脹縮性、濕陷性和凍脹性%10000VVVwef自由膨脹率：自由膨脹率：規(guī)范的規(guī)定：膨脹土的自由膨脹率規(guī)范的規(guī)定：膨脹土的自由膨脹率%40ef.2土的濕陷性定義、濕陷的內(nèi)外在原因：定義、濕陷的內(nèi)外在原因：濕陷性黃土的濕陷系數(shù)：濕陷性黃土的濕陷

17、系數(shù)：0hhhpps濕陷性黃土非濕陷性黃土 0.015 0.015ss規(guī)范的規(guī)定：規(guī)范的規(guī)定：第24頁(yè)/共32頁(yè).3土的凍脹性：凍脹性的定義凍脹性的定義2.6土的脹縮性、濕陷性和凍脹性級(jí)：不凍級(jí)：不凍級(jí)：弱凍脹級(jí)：弱凍脹級(jí)：凍脹級(jí)：凍脹級(jí)：強(qiáng)凍脹級(jí)：強(qiáng)凍脹級(jí)：特強(qiáng)凍脹級(jí)：特強(qiáng)凍脹凍脹分類：凍脹分類：平均凍脹率：平均凍脹率：%100dzzzhzd第25頁(yè)/共32頁(yè)2.7土的分類標(biāo)準(zhǔn)2.7.1分類原則簡(jiǎn)明、工程特性差異建筑工程系統(tǒng)：側(cè)重于把土作為建筑地基和環(huán)境原狀土工程材料系統(tǒng)：工程材料系統(tǒng)：側(cè)重于把土作為側(cè)重于把土作為建筑材料建筑材料擾動(dòng)土1、巨粒土和粗粒土的分類標(biāo)準(zhǔn)2、細(xì)粒土的

18、分類標(biāo)準(zhǔn)2.7.2 建筑地基土的分類建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范-GB50007-2002分類法： 1、按沉積年代和地質(zhì)沉積劃分2、按顆粒級(jí)配（粒度成分）和塑性指標(biāo)劃分第26頁(yè)/共32頁(yè)碎石土土的名稱土的名稱 顆粒形狀顆粒形狀 粒組含量粒組含量漂石塊石圓形及亞圓形為主棱角形為主粒徑大于200mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%卵石碎石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礫角礫粒徑大于20mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于2mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%2.7土的分類標(biāo)準(zhǔn)第27頁(yè)/共32頁(yè)砂土土的名稱土的名稱 粒組含量粒組含量粒徑大于2mm的顆粒占全質(zhì)量25 - 50%礫砂粗砂中砂細(xì)砂粉砂粒徑大于0.5mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于0.25mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量85%粒徑大于0.075mm的顆粒超過(guò)全質(zhì)量50%2.7土的分類標(biāo)準(zhǔn)第28頁(yè)/共32頁(yè)2.7土的分類標(biāo)準(zhǔn)粉土粒徑大于粒徑大于0.075mm的顆粒含量小于的顆粒含量小于全質(zhì)量全質(zhì)量50%而塑性指數(shù)而塑性指數(shù)Ip10的土塑性指數(shù)塑性指數(shù)Ip10的土的土粘性土1017的土的土粘土粘土粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土其他其他濕陷性黃