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1、第二章:土的物理性質(zhì)及分類(lèi)2.1 2.1 概述概述 本章的主要內(nèi)容:本章的主要內(nèi)容: 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo); 無(wú)粘性土的密實(shí)度無(wú)粘性土的密實(shí)度; 粘性土的物理特征粘性土的物理特征; 土的工程分類(lèi)土的工程分類(lèi)。2.2 2.2 土的三相比例指標(biāo)土的三相比例指標(biāo) 土的三相組成各部分的質(zhì)量和體積之間的比例土的三相組成各部分的質(zhì)量和體積之間的比例關(guān)系,隨著各種條件的變化而改變。地下水位關(guān)系,隨著各種條件的變化而改變。地下水位的升高或降低,將改變土中水的含量;經(jīng)過(guò)壓的升高或降低,將改變土中水的含量;經(jīng)過(guò)壓實(shí)的土,其孔隙體積將減小。實(shí)的土,其孔隙體積將減小。 表示土的三相組成比例關(guān)系的指標(biāo),稱(chēng)為
2、土的表示土的三相組成比例關(guān)系的指標(biāo),稱(chēng)為土的三相比例指標(biāo),包括土粒比重(或土粒相對(duì)密三相比例指標(biāo),包括土粒比重(或土粒相對(duì)密度);土的含水量(或含水率)、密度、孔隙度);土的含水量(或含水率)、密度、孔隙比、孔隙率和飽和度等。比、孔隙率和飽和度等。 土的三相模型圖土的三相模型圖三相量比例關(guān)系的基本試驗(yàn)指標(biāo)三相量比例關(guān)系的基本試驗(yàn)指標(biāo)土的密度土的密度-土的單位體積質(zhì)量土的單位體積質(zhì)量(g/cm3或或t/m3) 測(cè)定方法測(cè)定方法: 環(huán)刀法環(huán)刀法awswsVVVmmVm土的含水量土的含水量-土中水的質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量之比,土中水的質(zhì)量與土顆粒質(zhì)量之比,用百分比表示用百分比表示(%)%100%100ss
3、smmmmm 土粒比重土粒比重Gs-土粒質(zhì)量與同體積土粒質(zhì)量與同體積4時(shí)純水的質(zhì)量時(shí)純水的質(zhì)量之比之比ssssVmG 三相比例關(guān)系的其他常用指標(biāo)三相比例關(guān)系的其他常用指標(biāo)反映土單位體積質(zhì)量的指標(biāo)反映土單位體積質(zhì)量的指標(biāo):土的干密度土的干密度d d-單位體積土體中固體顆粒的質(zhì)量。單位體積土體中固體顆粒的質(zhì)量。Vmsd土的飽和密度土的飽和密度sat-土的孔隙全部為水充滿(mǎn)時(shí)土的土的孔隙全部為水充滿(mǎn)時(shí)土的單位體積質(zhì)量單位體積質(zhì)量VVmwvssat土的有效密度土的有效密度-處于地下水位以下的土,受到浮處于地下水位以下的土,受到浮力作用時(shí),單位體積土中土顆粒的重量扣除同體力作用時(shí),單位體積土中土顆粒的重量
4、扣除同體積水的質(zhì)量,即是土的有效密度積水的質(zhì)量,即是土的有效密度 VVmwss各種密度之間的比較各種密度之間的比較dsat 重度指標(biāo)重度指標(biāo)反映土的孔隙特征的指標(biāo)反映土的孔隙特征的指標(biāo)孔隙比孔隙比e-土中孔隙體積與土顆粒體積之比土中孔隙體積與土顆粒體積之比孔隙率孔隙率n-指土體中孔隙體積占土體總體積之比指土體中孔隙體積占土體總體積之比,用用百分?jǐn)?shù)表示,百分?jǐn)?shù)表示,土的飽和度土的飽和度Sr-表示土孔隙中被水充滿(mǎn)的程度表示土孔隙中被水充滿(mǎn)的程度,也即也即土中水的體積與孔隙體積之比土中水的體積與孔隙體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示,用百分?jǐn)?shù)表示,%100VVnv%100vwrVVSsvVVe 各物理指標(biāo)間的換
5、算各物理指標(biāo)間的換算孔隙比與孔隙率的關(guān)系孔隙比與孔隙率的關(guān)系eeVVnv1nne1干密度與濕密度和含水率的關(guān)系干密度與濕密度和含水率的關(guān)系wwVmddd11wd1swsmmVm d孔隙比與比重和干密度的關(guān)系孔隙比與比重和干密度的關(guān)系 ssVms wssd eVmssd11dwsdessVms 飽和度與含水率、比重和孔隙比的關(guān)系飽和度與含水率、比重和孔隙比的關(guān)系 edeVVSsvwrws當(dāng)土飽和時(shí),即為當(dāng)土飽和時(shí),即為S Sr r= =100100則則 ssatGesat飽和含水率飽和含水率有效密度與比重和孔隙比的關(guān)系有效密度與比重和孔隙比的關(guān)系edeVVmwswswss1112.3 2.3 粘
6、性土的物理特性粘性土的物理特性 粘性土的稠度狀態(tài)粘性土的稠度狀態(tài)-指土的軟硬程度或土受外指土的軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力力作用所引起變形或破壞的抵抗能力, ,是粘性土是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征最主要的物理狀態(tài)特征。 可塑狀態(tài)可塑狀態(tài)-就是當(dāng)粘性土在某含水量范圍內(nèi),就是當(dāng)粘性土在某含水量范圍內(nèi),可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋,并當(dāng)外可用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋,并當(dāng)外力移去后仍能保持既得的形狀,土的這種性能力移去后仍能保持既得的形狀,土的這種性能叫做可塑性。叫做可塑性。 固態(tài)固態(tài) 半固態(tài)半固態(tài) 可塑狀態(tài)可塑狀態(tài) 流動(dòng)狀態(tài)流動(dòng)狀態(tài) 縮限縮限ws 塑限塑限wp 液限液限
7、wL含水量含水量 粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo)粘性土的物理狀態(tài)指標(biāo) 液限、塑限、縮限:液限、塑限、縮限:L 、p 、s 塑性指數(shù):塑性指數(shù):Ip 液性指數(shù):液性指數(shù):IL 靈敏度:靈敏度:Sq 界限含水量界限含水量-粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變到另一種狀態(tài)的分界含水量。界含水量。 液限液限L :土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量土由可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量(或塑性上限)。(或塑性上限)。 塑限塑限p:土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱(chēng)為土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱(chēng)為塑限(或塑性下限)。塑限(或塑性下限)。 縮限縮限s:土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分,則體積繼
8、續(xù)逐土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水分,則體積繼續(xù)逐漸縮小,直到體積不再收縮時(shí),對(duì)應(yīng)土的界限含水量叫漸縮小,直到體積不再收縮時(shí),對(duì)應(yīng)土的界限含水量叫縮限縮限 液限測(cè)試液限測(cè)試-圓錐液限儀法圓錐液限儀法76 g5s下沉10mm或17mm 塑限測(cè)試塑限測(cè)試-搓條法搓條法直徑約3mm 塑液限聯(lián)合測(cè)試塑液限聯(lián)合測(cè)試 粘性土的塑性指數(shù)粘性土的塑性指數(shù)-塑性指數(shù)是指液限塑性指數(shù)是指液限和塑限的差值,即土處在可塑狀態(tài)的含和塑限的差值,即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。水量變化范圍。 I Ip p=L L-p p 粘性土的液性指數(shù)粘性土的液性指數(shù)-指粘性土的天然含水量和塑指粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比
9、。限的差值與塑性指數(shù)之比。PPPLpLIwwwwwwI狀 態(tài) 堅(jiān) 硬 硬 塑 可 塑 軟 塑 流 塑 液性指數(shù) IL0 0IL0.25 0.25IL0.75 0.751.0 粘性土的物理狀態(tài)粘性土的物理狀態(tài) 粘性土的結(jié)構(gòu)性和觸變性粘性土的結(jié)構(gòu)性和觸變性 粘性土的靈敏度粘性土的靈敏度St式中式中 q qu u原狀試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,原狀試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,kPakPa; q qu u重塑試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,重塑試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度,kPakPa。uutqqS低靈敏度低靈敏度 中靈敏度中靈敏度 高靈敏度高靈敏度靈敏度靈敏度241 粘性土的脹縮性粘性土的脹縮性-指粘性土具有吸水膨脹和失指粘性土
10、具有吸水膨脹和失水收縮的兩種變形特性。水收縮的兩種變形特性。 粘性土的濕陷性粘性土的濕陷性-指土在自重壓力作用下或自重指土在自重壓力作用下或自重壓力和附加壓力綜合作用下,受水浸濕后,使土壓力和附加壓力綜合作用下,受水浸濕后,使土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷特征。的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著的附加下陷特征。 濕陷性土在我國(guó)廣泛分布,除濕陷性黃土外,在濕陷性土在我國(guó)廣泛分布,除濕陷性黃土外,在干旱或半干旱地區(qū),特別是在山前洪、坡積扇中常遇干旱或半干旱地區(qū),特別是在山前洪、坡積扇中常遇到濕陷性的碎石類(lèi)土和砂類(lèi)土,在一定壓力下浸水后到濕陷性的碎石類(lèi)土和砂類(lèi)土,在一定壓力下浸水后也常具有強(qiáng)烈的濕陷性。
11、也常具有強(qiáng)烈的濕陷性。 粘性土的凍脹性粘性土的凍脹性-指土的凍脹和凍融給建筑物或指土的凍脹和凍融給建筑物或土工結(jié)構(gòu)帶來(lái)危害的變形特性。土工結(jié)構(gòu)帶來(lái)危害的變形特性。 在冰凍季節(jié),因大氣負(fù)溫影響,使土中水分凍結(jié)在冰凍季節(jié),因大氣負(fù)溫影響,使土中水分凍結(jié)成為凍土。凍土根據(jù)其凍融情況分為:季節(jié)性?xún)鐾痢⒊蔀閮鐾痢鐾粮鶕?jù)其凍融情況分為:季節(jié)性?xún)鐾?、隔年凍土和多年凍土。隔年凍土和多年凍土?.42.4無(wú)粘性土的密實(shí)度無(wú)粘性土的密實(shí)度 無(wú)粘性土的結(jié)構(gòu)無(wú)粘性土的結(jié)構(gòu) 無(wú)粘性材料具有不可塑性無(wú)粘性材料具有不可塑性, ,天然狀態(tài)天然狀態(tài)下的砂土可處于從密實(shí)到疏松的不同物下的砂土可處于從密實(shí)到疏松的不同物理狀態(tài)。理
12、狀態(tài)。 疏松排列疏松排列 密實(shí)排列密實(shí)排列 無(wú)粘性土的密實(shí)度與土的工程性質(zhì)無(wú)粘性土的密實(shí)度與土的工程性質(zhì)土體的松密程度對(duì)土的工程性質(zhì)影響很大土體的松密程度對(duì)土的工程性質(zhì)影響很大土的密實(shí)程度越高,壓縮性越小,其工程土的密實(shí)程度越高,壓縮性越小,其工程特性越好特性越好土的密實(shí)程度越低,壓縮性越大,其工程土的密實(shí)程度越低,壓縮性越大,其工程特性越差特性越差 無(wú)粘性土無(wú)粘性土的密實(shí)度指標(biāo)的密實(shí)度指標(biāo)孔隙比孔隙比e e0.60.750.85松散松散中密中密密實(shí)密實(shí)稍密稍密相對(duì)密實(shí)度相對(duì)密實(shí)度Dr定義(理論表達(dá)式)定義(理論表達(dá)式)minmax0maxeeeeDr定義(實(shí)用表達(dá)式)定義(實(shí)用表達(dá)式)ddd
13、dddrDminmaxmaxmin 相對(duì)密實(shí)度相對(duì)密實(shí)度Dr1rDminee 0rDmaxee 310rD3231rD132rD標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N為標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)301510松散松散中密中密密實(shí)密實(shí)稍密稍密也可根據(jù)野外方法鑒別也可根據(jù)野外方法鑒別30cm標(biāo)準(zhǔn)慣入器標(biāo)準(zhǔn)慣入器重型圓錐重型圓錐地面地面觸探桿觸探桿2.5 土的分類(lèi)土的分類(lèi) 分類(lèi)目的:分類(lèi)目的:土的分類(lèi)體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)土的分類(lèi)體系就是根據(jù)土的工程性質(zhì)差異將土劃分成一定的類(lèi)別,其目的在于通過(guò)一差異將土劃分成一定的類(lèi)別,其目的在于通過(guò)一種通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn),以便于在不同土類(lèi)間作有價(jià)種通用的鑒別標(biāo)準(zhǔn),以便于在不同土類(lèi)間作有價(jià)
14、值的比較、評(píng)價(jià)、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的交流。值的比較、評(píng)價(jià)、積累以及學(xué)術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的交流。 分類(lèi)原則分類(lèi)原則簡(jiǎn)明原則:簡(jiǎn)明原則:土的分類(lèi)體系采用的指標(biāo),既要能綜合反土的分類(lèi)體系采用的指標(biāo),既要能綜合反映土的主要工程性質(zhì);又要其測(cè)定方法簡(jiǎn)單,且使映土的主要工程性質(zhì);又要其測(cè)定方法簡(jiǎn)單,且使用方便。用方便。差異原則:差異原則:土的分類(lèi)體系采用的指標(biāo)要在一定程度上土的分類(lèi)體系采用的指標(biāo)要在一定程度上反映不同類(lèi)工程用土的不同特性反映不同類(lèi)工程用土的不同特性 土的總分類(lèi)體系土的總分類(lèi)體系 土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)巨粒土和粗粒土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)巨粒土和粗粒土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn) 巨粒土和含巨粒的土(包括混合巨粒土和巨粒混合土)
15、和粗粒土巨粒土和含巨粒的土(包括混合巨粒土和巨?;旌贤粒┖痛至M粒òǖ[類(lèi)土和砂類(lèi)土),按粒組含量、級(jí)配指標(biāo)(不均勻系數(shù)(包括礫類(lèi)土和砂類(lèi)土),按粒組含量、級(jí)配指標(biāo)(不均勻系數(shù)Cu和和曲率系數(shù)曲率系數(shù)Cc)和所含細(xì)粒的塑性高低,劃分為)和所含細(xì)粒的塑性高低,劃分為16種土類(lèi)種土類(lèi) 。細(xì)粒土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)細(xì)粒土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn) 細(xì)粒土是指粗粒組(細(xì)粒土是指粗粒組(0.075mmd60mm)含量少于)含量少于25%的土,參的土,參照塑性圖可進(jìn)一步細(xì)分。照塑性圖可進(jìn)一步細(xì)分。建筑工程系統(tǒng)的分類(lèi)體系建筑工程系統(tǒng)的分類(lèi)體系側(cè)重于把土作為建筑地基側(cè)重于把土作為建筑地基和環(huán)境,故以原狀土為基本對(duì)象。因此,對(duì)土的分類(lèi)和
16、環(huán)境,故以原狀土為基本對(duì)象。因此,對(duì)土的分類(lèi)除考慮土的組成外,很注重土的天然結(jié)構(gòu)性,即土粒除考慮土的組成外,很注重土的天然結(jié)構(gòu)性,即土粒聯(lián)結(jié)與空間排列特征。例如國(guó)標(biāo)聯(lián)結(jié)與空間排列特征。例如國(guó)標(biāo)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范(GB50007)地基土的分類(lèi)。)地基土的分類(lèi)。工程材料系統(tǒng)的分類(lèi)體系工程材料系統(tǒng)的分類(lèi)體系側(cè)重于把土作為建筑材料,側(cè)重于把土作為建筑材料,用于路堤、土壩和填土地基等工程。故以擾動(dòng)土為基用于路堤、土壩和填土地基等工程。故以擾動(dòng)土為基本對(duì)象,注重土的組成,不考慮土的天然結(jié)構(gòu)性。例本對(duì)象,注重土的組成,不考慮土的天然結(jié)構(gòu)性。例如,國(guó)標(biāo)如,國(guó)標(biāo)土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(G
17、BJ145-90)工程用土)工程用土的分類(lèi),的分類(lèi),公路土工試驗(yàn)規(guī)程公路土工試驗(yàn)規(guī)程(JTJ051-93)土的)土的工程分類(lèi)。工程分類(lèi)。 土的工程分類(lèi)體系土的工程分類(lèi)體系 建筑工程系統(tǒng)的分類(lèi)體系建筑工程系統(tǒng)的分類(lèi)體系建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500072002)注:注:塑性指數(shù)由相應(yīng)于塑性指數(shù)由相應(yīng)于76g圓錐體沉入土樣中深圓錐體沉入土樣中深 度為度為10mm測(cè)定的液限計(jì)算而得。測(cè)定的液限計(jì)算而得。 工程材料系統(tǒng)的分類(lèi)體系土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)土的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(GBJ14590)17mm液限特殊土 本章重點(diǎn)內(nèi)容本章重點(diǎn)內(nèi)容 土的三相比例指標(biāo)的定義及換算公式土的三相比例指標(biāo)的定義及換算公式
18、 粘性土的物理特征及相應(yīng)指標(biāo)粘性土的物理特征及相應(yīng)指標(biāo) 土的工程分類(lèi)方法土的工程分類(lèi)方法例例1:某土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得體積為:某土樣經(jīng)試驗(yàn)測(cè)得體積為1003,濕土質(zhì)量為,濕土質(zhì)量為187g,烘干后,干土質(zhì)量為烘干后,干土質(zhì)量為167 g。若土粒的相對(duì)密度。若土粒的相對(duì)密度ds為為2.66,試,試求該土樣的含水量求該土樣的含水量、密度、密度 、重度、重度 、干重度、干重度 d、孔隙比、孔隙比、飽和重度飽和重度 sat和有效重度和有效重度 。 解:解:含水量:含水量:密度:密度:重度:重度:干重度:干重度:孔隙比:孔隙比:%98.11%100167167187%100ssmmm3/87. 1100187cmgVm3/34.1881. 987. 1mkNg3/38.161198. 0134.181mkNd593.
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