工程巖土 第四章 土的物理性質(zhì)課件

第四章土的物理性質(zhì)§4.1土的基本物理性質(zhì)§4.2土的物理狀態(tài)§4.3細(xì)粒土的膨脹性、收縮性及崩解性§4.1土的基本物理性質(zhì)土的物理性質(zhì)指土本身由于三相組成部分的相對比例關(guān)系不同所表現(xiàn)的物理狀態(tài)以及固、液兩相相互作用時所表現(xiàn)出來的性質(zhì)。

一、基本物理性質(zhì)指標(biāo)土的三個組成相的體積和質(zhì)量上的比例關(guān)系基本方法:三相草圖法WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積已知關(guān)系五個:共有九個參數(shù):

VVvVsVaVω

/msmωmam剩下三個獨(dú)立變量物性指標(biāo)是比例關(guān)系:可假設(shè)任一參數(shù)為1實(shí)驗(yàn)室測定其它指標(biāo)2、室內(nèi)測定的三個物理性質(zhì)指標(biāo)—基本物理指標(biāo)WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積土的密度單位:

kg/m3或g/cm3一般范圍:

1.60—2.20g/cm3土單位體積的質(zhì)量(density)有時也稱土的天然密度表達(dá)式:相關(guān)指標(biāo):土的容重（重度）γ=ρg單位:kN/m3

環(huán)刀法測得土粒比重s:

土粒的密度，單位體積土粒的質(zhì)量單位:

無量綱土粒比重一般范圍:

粘性土2.70—2.75砂土2.65有機(jī)質(zhì)、泥炭土較?。??C時純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數(shù)值上等于土粒的密度土粒的質(zhì)量與4?C時同體積純蒸餾水的質(zhì)量的比值表達(dá)式:比重瓶法測得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積Densityofsolidparticles土的含水量土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比,用百分?jǐn)?shù)表示注:含水量可達(dá)到或超過100％表達(dá)式:用烘干法測得Watercontent,moisturecontent關(guān)系:孔隙率(孔隙度)

土中孔隙體積與總體積之比,用百分?jǐn)?shù)表示表達(dá)式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積(porosity)天然密度干密度天然容重干容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

土被完全烘干時的密度,等于單位體積內(nèi)土粒的質(zhì)量表達(dá)式:各種密度容重之間的大小關(guān)系：天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重飽和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質(zhì)量體積例題1.一直某鉆孔原狀土樣用體積為72cm3的環(huán)刀取樣，經(jīng)試驗(yàn)測得：土的質(zhì)量m1=130g,烘干后質(zhì)量m2=115g,土粒相對密度Gs=2.70,試用三相圖法求其余的物理性質(zhì)指標(biāo)。2.某辦公樓工程地質(zhì)勘查中取原狀土做試驗(yàn)，用體積為100cm3的環(huán)刀取樣，用天平測得環(huán)刀加濕土的質(zhì)量為245.00g,環(huán)刀質(zhì)量為55.00g,烘干后土樣質(zhì)量為215.00g,土粒比重為2.70。計(jì)算此土樣的天然密度、干密度、飽和密度、天然含水率、孔隙比、孔隙率及飽和度，并比較各種密度的大小。例題

作業(yè)：某住宅地基土的試驗(yàn)中，已測得土的干密度，含水率，土粒比重，試求土的密度、飽和密度、孔隙比、孔隙率、飽和度?！?.2土的物理狀態(tài)

土的物理性質(zhì)指標(biāo)(三相間的比例關(guān)系)?？梢杂脕肀硎就恋奈锢頎顟B(tài)，包括：粗粒土的松密程度和粘性土的軟硬狀態(tài)，從而影響了土的力學(xué)特性。emax:最大孔隙比將松散的風(fēng)干土樣通過長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emin: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emax與emin：最大與最小孔隙比砂土的密實(shí)狀態(tài)指標(biāo)

判別標(biāo)準(zhǔn)：

Dr

=1

,最密狀態(tài)

Dr

=0,最松狀態(tài)0≤Dr≤1/3,

疏松狀態(tài)1/3<

Dr≤

2/3,中密狀態(tài)2/3

<

Dr≤1,密實(shí)狀態(tài)相對密度3、標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)N（砂土、碎石土）4、碎石土密實(shí)度的野外鑒別§細(xì)粒土的稠度和可塑性1、稠度狀態(tài)2、界限含水量固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)

流態(tài)

強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形態(tài)w一、細(xì)粒土稠度及其指標(biāo)稠度狀態(tài)含水量的減少方向土體積的減小方向稠度特征界限含水量流態(tài)液流狀薄層流動、土體無固定形狀，無觸變性觸變限(W0)液限(WL)粘著限(Wc)塑限(Wp)收縮限(Ws)粘流狀厚層流坍，土體固體形狀難保持，有觸變性塑態(tài)粘塑狀塑性變形，粘著他物稠塑狀塑性變形，不粘著他物固態(tài)半固體狀不易變形，干時體積收縮固體狀堅(jiān)硬難變形，干時收縮不明顯稠度指標(biāo)（IL）>11-0.75

軟塑1-00.75-0.25

可塑

0.25-0硬塑≤0注：IL=（W-WP）/（WL-WP）細(xì)粒土的稠度狀態(tài)（1）液性指數(shù)不同的粘土，wp、wL大小不同對于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同定義：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑軟塑二、細(xì)粒土塑性及其指標(biāo)粘性土在某含水量范圍內(nèi)，用外力塑成任何形狀而不發(fā)生裂紋，外力移去后仍能保持既得形狀。----可塑性塑性——吸附結(jié)合水的能力；粘性大?。淮笾路从痴惩令w粒含量

（2）塑性指數(shù)（※）常作為細(xì)粒土工程分類的依據(jù)新分類：塑性圖法62年水電部:界限值為1,7,17≤1砂土；1~7砂壤土；7~17壤土；＞17粘土82年地礦部：界限值為3,7,17≤3砂土；3~7亞砂土；7~17亞粘土；＞17粘土89年建設(shè)部：界限值為10,17≤10粉土；10~17粉質(zhì)粘土；＞17粘土

四.影響細(xì)粒土可塑性的主要因素:1.粘性土為什么有塑性？（思考）2.影響粘性土可塑性因素（土+水溶液）

(1)礦物成分:不同礦物結(jié)晶格架活動性不同，親水性不同，顆粒大小、形狀不同，形成擴(kuò)散層厚度不同，所以塑性不同。例如蒙脫石、腐殖質(zhì)、可溶性鹽的增多或減少。(2)粒度成分：顆粒越小，塑性越大。(3)水溶液中離子成分：----高價的，半徑大的離子，形成擴(kuò)散層薄—塑性弱----低價的，同價半徑小的離子，形成擴(kuò)散層厚—塑性強(qiáng)。(4)濃度：----濃度增大，擴(kuò)散層受壓變薄—塑性降低----濃度減小，擴(kuò)散層增厚—塑性升高(5)PH值：溶液PH值與礦物等電PH值之差越大，顆粒帶電越多，土的塑性越強(qiáng)。

五.塑性指標(biāo)求法WL，Wp，IL，Ip

六.塑性指標(biāo)研究意義IL的應(yīng)用判斷土的稠度狀態(tài)粘性土用e,

IL查規(guī)范表，確定土的基本承載力IP的應(yīng)用判斷土的塑性狀態(tài)對土分類定名課堂練習(xí)A、B兩種土樣，試驗(yàn)結(jié)果見下表，試確定土的名稱和軟硬狀態(tài)。土樣天然含水量w(%)塑限含水量wp(%)液限含水量Wl(%）A40.425.447.9B23.221.031.2A：粘土，可塑狀態(tài)B：粉質(zhì)粘土，硬塑狀態(tài)路基變形計(jì)算示例：

現(xiàn)象：實(shí)測變形深度〈計(jì)算變形深度

問題：有效加固范圍被人為擴(kuò)大?造成不必要的浪費(fèi)

原因：現(xiàn)有的各種本構(gòu)模型（計(jì)算模型）實(shí)際上都是針對飽和擾動土和砂土而發(fā)展起來的，而實(shí)際的土體則具有明顯的結(jié)構(gòu)性，計(jì)算結(jié)果不能模擬土體的實(shí)際狀態(tài)，引起計(jì)算誤差。（1）（3）（2）地基（1）實(shí)測變形曲線（2）計(jì)算變形曲線（3）加固范圍（1）（2）（3）荷載§反映粘性土結(jié)構(gòu)性的指標(biāo)1.粘性土的結(jié)構(gòu)性概念原狀土具有結(jié)構(gòu)性，具有相同的含水量和密度，經(jīng)過粉碎/重塑后，變?yōu)橹厮芡粒瑥?qiáng)度降低。2.粘性土的靈敏度St

=原狀土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度重塑土的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度相同含水量、密度▼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，稱為觸變性。▼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)隨時間變化的宏觀表現(xiàn)。▼目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標(biāo)。3.粘性土的觸變性

土力學(xué)的縱深發(fā)展關(guān)鍵在于結(jié)構(gòu)性問題的解決21世紀(jì)將是結(jié)構(gòu)力學(xué)的世紀(jì)，土體結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型的建立將成為核心問題。這一問題的突破將意味著人們在深化土體力學(xué)特性的認(rèn)識方面完成了第二次飛躍。沈珠江院士§4.3細(xì)粒土的膨脹性、收縮性及崩解性

一.細(xì)粒土膨脹性、收縮性及崩解性基本概念膨脹性：細(xì)粒土由于含水量的增加體積增大的性質(zhì)。收縮性：細(xì)粒土由于含水量的減小體積減小的性質(zhì)崩解性：土浸水后，產(chǎn)生崩散解體的性質(zhì)（濕化性）二.土膨脹性及其指標(biāo)（一）細(xì)粒土脹縮性本質(zhì)1.土粒與水相互作用形成雙電層，由于擴(kuò)散層或弱結(jié)合水厚度變化引起土體積膨脹或收縮。2.某些親水性較強(qiáng)的粘土礦物由于層間結(jié)合水的吸入和析出引起土體的脹縮（層間膨脹或粒內(nèi)膨脹）3.滲透膨脹：雙電層形成后，雙電層中離子濃度高，介質(zhì)中水滲入雙電層，使擴(kuò)散層變厚。二.土膨脹性及其指標(biāo)（二）膨脹性指標(biāo)1.膨脹率：原狀土在一定壓力下，在有側(cè)限條件下浸水膨脹穩(wěn)定后增加的高度與原高度之比。2.自由膨脹率：一定體積的擾動烘干土浸水膨脹穩(wěn)定后，增加的體積與原干土體積之比。3.膨脹壓力：原始土樣在體積不變的情況下，土膨脹時產(chǎn)生的最大內(nèi)應(yīng)力。三.土的收縮性指標(biāo)1.體縮率：土失水收縮，減小體積與原體積之比。2.線縮率：土失水減小的高度與原高度之比。3.收縮系數(shù)4：縮性指數(shù)

四.影響脹縮性的主要因素:——粒度成分、礦物成分、溶液的濃度、成分、PH值；土的天然含水量、土的密實(shí)程度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、外部壓力?！烊缓看蠡蚪咏柡蜖顟B(tài)，膨脹性弱，收縮性強(qiáng)；——天然含水量小，吸水性大，膨脹性強(qiáng)，收縮性弱；疏松的土膨脹性弱，收縮性強(qiáng)；密實(shí)的土膨脹性強(qiáng)，收縮性弱；結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：有凝膠膠結(jié)的土，土強(qiáng)度高，脹縮性差；上覆壓力抑制土膨脹，壓力越大土的膨脹性越弱；1.成因:是由于土體沒入水中后,水進(jìn)入孔隙的情況不平衡,引起粒間公共水化膜中反離子逸出的情況也不平衡，以致粒間斥力超