孔隙比e孔隙比e可以用來劃分砂土的密實度課件

第一章土的物理性質(zhì)本章學(xué)習(xí)要點1、明確土的粒度、粒組、粒度成分的概念及粒度成分的分析與表示方法；2、掌握土的物理性質(zhì)指標(biāo)和物理狀態(tài)指標(biāo)的定義，能夠利用繪制土的三相草圖，進行指標(biāo)換算；3、完成土的三大指標(biāo)測定和液塑限測定試驗。第一章土的物理性質(zhì)本章學(xué)習(xí)要點1、明確土的粒度、粒組、粒1第一節(jié)土的三相組成

巖石風(fēng)化（物理化學(xué)）作用巖石破碎化學(xué)成分改變搬運沉積大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土）

1、碎散性2、多相性3、自然變異性一、土的生成二、土的三大特征第一節(jié)土的三相組成巖石風(fēng)化（物理化學(xué)）作用巖石破碎2第一節(jié)土的三相組成

土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)。土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異。第一節(jié)土的三相組成土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及3飽和粉細(xì)砂或粉土遇強烈地震，可能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞；飽和粘土地基受建筑荷載作用發(fā)生沉降需幾十年才能穩(wěn)定。固體＋液體(氣體＝0)為飽和土固體＋液體＋氣體為濕土，濕粘土多為可塑狀態(tài)。固體＋氣體(液體＝0)為干土，干粘土呈堅硬狀態(tài)，干砂呈松散狀態(tài)。飽和粉細(xì)砂或粉土遇強烈地震，可能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞；4一、土中固體顆粒土中固體顆粒是土的三相組成中的主體，構(gòu)成土體骨架的基本物質(zhì)，其粒度成分和礦物成分決定著土的工程性質(zhì)。一、土中固體顆粒土中固體顆粒是土的三相組成中的主體，5（一）粒度成分1、土顆粒的大小與形狀土顆粒的大小稱為粒度。為便于研究，工程上把大小相近的土粒合并為組，稱為粒組。土粒形狀對土體的密度及穩(wěn)定性有顯著影響。大部分粉砂粒及砂粒是渾圓的或棱角的，而云母顆粒往往是片狀的，粘土顆粒則往往是薄片狀的。土粒的形狀取決于礦物成分，它反映土料的來源和地質(zhì)歷史。（一）粒度成分1、土顆粒的大小與形狀土顆粒的大小稱為6（1）渾圓度R為土粒內(nèi)接圓的半徑；渾圓度可反映土粒尖角的尖銳程度。如何描述土粒形狀呢？常用的有：渾圓度及球度。為顆粒突出角的半徑；N為顆粒尖角的數(shù)量。（1）渾圓度R為土粒內(nèi)接圓的半徑；渾圓度可反映土粒尖角的尖7（2）球度為在扁平面上與土粒投影面積相等的圓的半徑；為最小外接圓的半徑。球度可反映土粒接近于圓的程度。當(dāng)球度為1時，說明此土粒為圓球體。（2）球度為在扁平面上與土粒投影面積相等的圓的半徑；為最小外82、粒度成分及粒度成分分析方法粒度成分（土的顆粒級配）：指土中各種不同粒組的相對含量（以占干土重量的百分比表示）。試驗方法篩分法：適用于0.074mm≤d≤60mm比重計法:適用于d＜0.074mm

粒度成分分析方法

粒度成分用來描述土中的各種不同粒徑的土粒的分布特征。當(dāng)土中粗細(xì)粒兼有時，可聯(lián)合使用上述兩種方法。2、粒度成分及粒度成分分析方法粒度成分（土的顆粒級配）：9篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放10篩分法（d≥0.074mm的土）篩分法（d≥0.074mm的土）11沉降分析法（比重計法、密度計法）利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量。沉降分析法（比重計法、密度計法）利用不同大小的土粒在12

3、粒度成分的表示方法

常用的表示方法有表格法、累計曲線法和三角座標(biāo)法。（1）表格法以列表形式直接表達各粒組的相對含量。兩種表示法：以累計含量百分比表示；以粒組表示。3、粒度成分的表示方法常用的表示方法有表格法、累計曲線法13（2）顆粒粒徑級配曲線（累計曲線法）縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標(biāo)）。（2）顆粒粒徑級配曲線（累計曲線法）縱坐標(biāo)表示小于14粘粒粉粒砂礫（角礫）卵石漂石細(xì)砂中砂粗砂細(xì)礫中礫粗礫<0.0020.002～0.0740.074～0.250.25～0.50.5~22~55~2020~6060~200>200粘粒粉粒砂礫（角礫）卵石漂石細(xì)砂中砂粗砂細(xì)礫中礫粗礫<0.015孔隙比e孔隙比e可以用來劃分砂土的密實度課件16顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度。d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土。

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況。

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫。顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配17（二）礦物成分原生礦物次生礦物不可溶的可溶的粘土礦物倍半氧化物次生氧化物難溶鹽中溶鹽易溶鹽有機質(zhì)腐殖質(zhì)泥炭（二）礦物成分原生礦物次生礦物不可溶的可溶的粘土礦物倍半18

土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以結(jié)晶水的形式吸附于固體顆粒的晶格內(nèi)部外，還存在結(jié)合水和自由水.1.結(jié)構(gòu)水（結(jié)合水）強結(jié)合水：緊靠于顆粒表面、所受電場的作用力很大、幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體.弱結(jié)合水：緊靠強結(jié)合水的外圍形成的結(jié)合水膜，所受的電場作用力隨著與顆粒距離增大而減弱.2.自由水存在于土粒電場影響范圍以外，性質(zhì)和普通水無異，能傳遞水壓力，冰點為0℃，有溶解能力.

以兩種形式存在：毛細(xì)水、重力水.

二、土中的水土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中193、氣態(tài)水當(dāng)氣溫降至零度以下時，液態(tài)的自由水結(jié)冰為固態(tài)水，使基礎(chǔ)發(fā)生凍脹，寒冷地區(qū)基礎(chǔ)的埋深要考慮凍脹問題。4、固態(tài)水3、氣態(tài)水當(dāng)氣溫降至零度以下時，液態(tài)的自由水結(jié)冰為固態(tài)水，使20土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體.1.非封閉氣體：受外荷作用時被擠出土體外，對土的性質(zhì)影響不大.

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時能有所復(fù)原，對土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達到穩(wěn)定的歷時.三、土中氣體土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連21土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒之間的相互排列和連接形式的綜合。1.單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實狀態(tài).

密實狀態(tài)疏松狀態(tài)第二節(jié)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒之間的相互排列和連接形式的綜合。1.單粒222.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu).

3.絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘粒互相接近，凝聚成絮狀物下沉，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu).蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)2.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接23第三節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)及物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)反映土的工程性質(zhì)的特征，具有重要的實用價值。例如，地基基礎(chǔ)設(shè)計中，一個關(guān)鍵的問題是確定地基土的承載力，如何確定地基承載力？常用方法是《規(guī)范法》，若地基土為粉土，據(jù)孔隙比和含水量，可用《規(guī)范》查出地基承載力數(shù)值。土中的孔隙體積大，土就松散；含水多，土就軟弱。第三節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)及物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)反映土24(一)、土的三相圖水mwVwm

質(zhì)量m土粒msVs氣VaV

體積VVv一、土的物理性質(zhì)指標(biāo)實際土體土的三相圖(一)、土的三相圖水mwVwm質(zhì)量m土粒msVs氣VaV25(二)、直接測定指標(biāo)1.土的密度ρ：單位體積土的質(zhì)量。

工程中常用容重來表示單位體積土的重力。

重力加速度，工程近似取10γ=ρg常見值ρ=（1.6～２.２）g/cm3γ

＝(１６～２２)KN/m3常用測定方法①環(huán)刀法（細(xì)粒土）②灌水法（粗、巨粒土）(二)、直接測定指標(biāo)1.土的密度ρ：單位體積土的質(zhì)量。工26不銹鋼環(huán)刀不銹鋼環(huán)刀272、土粒比重Gs（土粒相對密度）砂土（1）物理意義：土在105～110℃下烘至恒重時的質(zhì)量與同體積4℃蒸餾水質(zhì)量的比值。（2）表達式

（3）常見值

粉土粘性土2、土粒比重Gs（土粒相對密度）砂土（1）物理意義：土在1028①比重瓶法（4）常用測定方法

②浮稱法③虹吸筒法④經(jīng)驗法①比重瓶法（4）常用測定方法②浮稱法③虹吸筒法④經(jīng)驗法29⑴物理意義——土的含水量表示土中含水的數(shù)量，為土體中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。3、土的含水量ω⑵表達式⑶常見值⑷測定方法砂土ω=(0～40)%；粘性土ω=(20～60)%.①烘箱法②紅外線法③酒精燃燒法④鐵鍋炒干法⑴物理意義——土的含水量表示土中含水的數(shù)量，為土體中水的質(zhì)量30三、換算指標(biāo)

（1）孔隙比e土中孔隙體積與土粒體積之比土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示1、反映土的松密程度的指標(biāo)

（2）孔隙率（孔隙度）n表達式常見值：砂土e=0.5～1.0粘性土e=0.5～1.2n=(30～50)%物理意義三、換算指標(biāo)（1）孔隙比e土中孔隙體積與土粒體積之比土中31二者相比，孔隙比e在公路工程中的應(yīng)用更加廣泛?？紫侗萫可直接反映土的密實程度，e越大，土越疏松；e越小，土越密實。它是確定地基承載力的指標(biāo)。

當(dāng)砂土e<0.6時，成密實狀態(tài)，為良好地基。

當(dāng)粘性土e>1.0時，為軟弱地基。

工程經(jīng)驗：

二者相比，孔隙比e在公路工程中的應(yīng)用更加廣泛?？紫侗萫可直接32（2）土的飽和度Sr干土Sr=0,飽和土Sr=1。2、反映土中含水程度的指標(biāo)

（1）含水量ω土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比。飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。（2）土的飽和度Sr干土Sr=0,飽和土Sr=1。2、反映土33Sr≤0.5稍濕；0.5＜Sr≤0.8很濕；Sr＞0.8飽和砂土根據(jù)飽和度劃分濕度狀態(tài):工程應(yīng)用

當(dāng)粘土處于飽和狀態(tài)時，其力學(xué)性質(zhì)可能降低為0粘土對含水量ω的變化十分敏感，含水量增加，體積膨脹，結(jié)構(gòu)也要發(fā)生改變。

Sr≤0.5稍濕；0.5＜Sr≤0.8很濕；Sr＞0.8343、特定條件下土的密度及容重土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度干密度ρd

單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量有效密度ρ飽和密度ρsat3、特定條件下土的密度及容重土體中孔隙完全被水充滿時的土的35通常用作填方工程，包括土壩、路基和人工壓實地基，作為土體壓實質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。干密度的工程應(yīng)用

干密度越大，表明土體壓得越密實，工程質(zhì)量越好；一般來說，所用的壓實費用也越高。通常用作填方工程，包括土壩、路基和人工壓實地基，作為土體壓實36土的物理性質(zhì)指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個，土的密度ρ，飽和密度ρsat，干密度ρd，有效密度ρ,四者的物理意義應(yīng)理解清楚。土的物理性質(zhì)指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個，土的密度ρ，飽和密37四、指標(biāo)間的換算

土的三相指標(biāo)中，土粒比重Gs

，含水量ω和密度ρ是通過試驗測定的，可以根據(jù)這三個基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)。四、指標(biāo)間的換算土的三相指標(biāo)中，土粒比重Gs，含水量ω和38五、例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度Gs為2.66，求該土樣的含水量ω、密度ρ、重度

、干密度d

、孔隙比e、飽和重度sat和有效重度

【解題思路】1）先求三相的質(zhì)量和體積；2）再按各指標(biāo)的物理意義求解。五、例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土39二、土的物理狀態(tài)指標(biāo)（一）粗粒土（無粘性土）的密實度土的密實度指單位體積土中固體顆粒的含量。所謂土的物理狀態(tài)，對于粗粒土，是指土的密實程度；對于細(xì)粒土，指土的軟硬程度或稱為粘性土的稠度。工程上常用孔隙比e、相對密度Dr和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N作為劃分密實度的標(biāo)準(zhǔn)。工程中以什么作為劃分密實度的標(biāo)準(zhǔn)呢？二、土的物理狀態(tài)指標(biāo)（一）粗粒土（無粘性土）的密實度土的密實401、孔隙比e孔隙比e可以用來劃分砂土的密實度。優(yōu)點:用一個指標(biāo)e,無法反映土的粒徑級配因素。例如，兩種級配不同的砂，一種顆粒均勻的密砂，其孔隙比為e1，另一種級配良好的松砂，孔隙比為e2，結(jié)果e1>e2,即密砂孔隙比反而大于松砂的孔隙比。用一個e即可判別砂土的密實度，應(yīng)用方便。同一種砂土，密砂的孔隙比e1,松砂的孔隙比e2,則必然e1<e2.缺點:對于同一種土，當(dāng)e小于某一限度時，處于密實狀態(tài)。e愈大，土愈松散。1、孔隙比e孔隙比e可以用來劃分砂土的密實度。優(yōu)點:用一個指412、相對密實度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀態(tài)時的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時的孔隙比為克服上述方法的缺陷，可用天然孔隙比e與同一種砂的最松狀態(tài)孔隙比emax和最密實狀態(tài)孔隙比emin進行對比，看e靠近emax或靠近emin,以此為判別它的密實度，即相對密實度。2、相對密實度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀態(tài)時的42用相對密度Dr作為判別砂土密實度的標(biāo)準(zhǔn)，計入土的級配因素，理論上完善。用長頸漏斗法測定emax或用振動叉和擊錘振擊金屬圓筒法測定emin,因人而異，測定的數(shù)值與測試人員的素質(zhì)、勞動態(tài)度有關(guān)，難以獲得科學(xué)的數(shù)據(jù)。在實踐中很少使用。當(dāng)Dr=0時，e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);Dr≤1/3疏松狀態(tài)1/3＜Dr≤2/3中密狀態(tài)2/3＜Dr≤1密實狀態(tài)優(yōu)點：缺點：當(dāng)Dr=1.0時，e=emax，表示土體處于最密實狀態(tài)用相對密度Dr作為判別砂土密實度的標(biāo)準(zhǔn)，計入土的級配因素，理433、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N

試驗方法：

用卷揚機將質(zhì)量為63.5kg的鋼錘提升76cm高度，讓鋼錘自由下落，打擊貫入器，使貫入器貫入土中深為30cm所需的錘擊數(shù)計為N63.5（簡化為N）。

3、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N試驗方法：用卷揚機將質(zhì)量為63.5k44(二)、粘性土的稠度

1.粘性土的稠度狀態(tài)

稠度是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,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征。

(二)、粘性土的稠度1.粘性土的稠度狀態(tài)稠度是指土的軟硬45流動狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能保持其形態(tài)，極易流動

外力作用可改變其形狀，而不改變其體積，并在外力卸除后仍能保持已獲得的形狀水分蒸發(fā)，上覆沉積層厚度增加，含水率減小，體積收縮含水率減小,喪失可塑性，在外力作用下，易于發(fā)生破裂體積不再收縮，空氣進入土體，土的顏色變淡

流動狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能460半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL縮限的測定采用收縮皿法。液、塑限的測定根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測定儀進行測定。固態(tài)縮限ωs0半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL縮限的測定采用收縮47GYS-2型光電式液塑限聯(lián)合測定儀下沉深度為17mm所對應(yīng)的含水量為液限;下沉深度為2mm處所對應(yīng)的含水量為塑限GYS-2型光電式液塑限聯(lián)合測定儀下沉深度為17mm所對應(yīng)48縮限的測定采用收縮皿法。用收縮皿或環(huán)刀盛滿含水量為液限的試樣，放在室內(nèi)逐漸晾干，至試樣的顏色變淡時，放入烘箱中烘至恒重，測定烘干后收縮體積和干土重，從而求得縮限。縮限的測定采用收縮皿法。用收縮皿或環(huán)刀盛滿含水量為液限的試樣49⑴定義——粘性土與粉土的液限與塑限的差值，去掉百分?jǐn)?shù)。2、塑性指數(shù)IP⑵物理意義細(xì)顆粒土體處于可塑狀態(tài)下，含水量變化的最大區(qū)間。一種土的wL與wP之間的范圍大，即IP大，表明該土能吸附結(jié)合水多，但仍處于可塑狀態(tài)，亦即該土粘粒含量高或礦物成分吸水能力強。例，某土樣ωL=32.6%,ωP=15.4%，則IP＝17.2，而非17.2%⑶工程應(yīng)用用塑性指數(shù)IP作為粘性土與粉土定名的標(biāo)準(zhǔn)。IP＝（ωL-ωP）×100⑴定義——粘性土與粉土的液限與塑限的差值，去掉百分?jǐn)?shù)。2、塑50⑴定義——粘性土的液性指數(shù)為天然含水量與塑限的差值和液限與塑限差值之比。3、液性指數(shù)IL液性指數(shù)又稱相對稠度，是將土的天然含水量w與wL及wP相比較，以表明w是靠近wL還是靠近wP，反映土的軟硬不同。⑶工程應(yīng)用劃分粘性土的稠度狀態(tài)。在公路工程中，是確定粘性土承載力的重要指標(biāo)。⑵物理意義PLPLIwwww--=⑴定義——粘性土的液性指數(shù)為天然含水量與塑限的差值和液限與塑51⑴定義——粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒（d<0.002mm的顆粒）含量百分?jǐn)?shù)的比值。4、活動度A⑵物理意義——活動度反映粘性土中所含礦物的活動性。m——土中膠粒（d<0.002mm）含量百分?jǐn)?shù)。A>1.25活動粘土0.75<A<1.25正常粘土A<0.75不活動粘土根據(jù)A的大小可分為3種：式中：⑴定義——粘性土的塑性指數(shù)與土中膠粒（d<0.002mm的顆525、靈敏度St由技術(shù)鉆孔取出的粘性土樣，如能保持天然狀態(tài)下土的結(jié)構(gòu)和含水量不變，則稱為原狀土樣。土經(jīng)振動后，土粒間的膠結(jié)物質(zhì)以及土粒、離子、水分子所組成的平衡體系受到破壞，即土的天然結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致土的強度降低和壓縮性增大。土的這種結(jié)構(gòu)性對其強度的影響，一般用靈敏度來表示。如土樣的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造受到外來因素擾動時，則稱為擾動土樣。5、靈敏度St由技術(shù)鉆孔取出的粘性土樣，如能保持天然狀態(tài)下土53⑴定義——粘性土的原狀土的無側(cè)限抗壓強度與原狀土結(jié)構(gòu)完全破壞的重塑土的無側(cè)限抗壓強度的比值。稱為靈敏度St，即：qu――原狀土的無側(cè)限抗壓強度，kPa;q’u――重塑土的無側(cè)限擠壓強度，kPa。式中：⑴定義——粘性土的原狀土的無側(cè)限抗壓強度與原狀土結(jié)構(gòu)完全破壞54⑵物理意義——靈敏度反映粘性土中所含礦物的活動性。根據(jù)靈敏度的大小可分為3種：⑶工程應(yīng)用St≥8特別靈敏性粘土

觸變性：當(dāng)粘性土結(jié)構(gòu)受到擾動時，土的強度就降低。但靜置一段時間，土的強度又逐漸增長，這種性質(zhì)稱為土的觸變性。①保護基槽。②利用觸變性。St=４～８靈敏性粘土

St=２～４一般粘土

⑵物理意義——靈敏度反映粘性土中所含礦物的活動性。根據(jù)靈敏度55三、例題分析【例】某砂土試樣,試驗測定土粒相對密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂樣最密實狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms1=1.62kg,最疏松狀態(tài)時稱得干砂質(zhì)量ms2=1.45kg。求此砂土的相對密度Dr,并判斷砂土所處的密實狀態(tài)。

【解答】砂土在天然狀態(tài)下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相對密實度∈（1/3,2/3]中密狀態(tài)三、例題分析【例】某砂土試樣,試驗測定土粒相對密度Gs=256第一章土的物理性質(zhì)本章學(xué)習(xí)要點1、明確土的粒度、粒組、粒度成分的概念及粒度成分的分析與表示方法；2、掌握土的物理性質(zhì)指標(biāo)和物理狀態(tài)指標(biāo)的定義，能夠利用繪制土的三相草圖，進行指標(biāo)換算；3、完成土的三大指標(biāo)測定和液塑限測定試驗。第一章土的物理性質(zhì)本章學(xué)習(xí)要點1、明確土的粒度、粒組、粒57第一節(jié)土的三相組成

巖石風(fēng)化（物理化學(xué)）作用巖石破碎化學(xué)成分改變搬運沉積大小、形狀和成分都不相同的松散顆粒集合體（土）

1、碎散性2、多相性3、自然變異性一、土的生成二、土的三大特征第一節(jié)土的三相組成巖石風(fēng)化（物理化學(xué)）作用巖石破碎58第一節(jié)土的三相組成

土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及三相之間的相互作用和比例關(guān)系，反映出土的不同性質(zhì)。土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異。第一節(jié)土的三相組成土固相液相氣相土中顆粒的大小、成分及59飽和粉細(xì)砂或粉土遇強烈地震，可能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞；飽和粘土地基受建筑荷載作用發(fā)生沉降需幾十年才能穩(wěn)定。固體＋液體(氣體＝0)為飽和土固體＋液體＋氣體為濕土，濕粘土多為可塑狀態(tài)。固體＋氣體(液體＝0)為干土，干粘土呈堅硬狀態(tài)，干砂呈松散狀態(tài)。飽和粉細(xì)砂或粉土遇強烈地震，可能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞；60一、土中固體顆粒土中固體顆粒是土的三相組成中的主體，構(gòu)成土體骨架的基本物質(zhì)，其粒度成分和礦物成分決定著土的工程性質(zhì)。一、土中固體顆粒土中固體顆粒是土的三相組成中的主體，61（一）粒度成分1、土顆粒的大小與形狀土顆粒的大小稱為粒度。為便于研究，工程上把大小相近的土粒合并為組，稱為粒組。土粒形狀對土體的密度及穩(wěn)定性有顯著影響。大部分粉砂粒及砂粒是渾圓的或棱角的，而云母顆粒往往是片狀的，粘土顆粒則往往是薄片狀的。土粒的形狀取決于礦物成分，它反映土料的來源和地質(zhì)歷史。（一）粒度成分1、土顆粒的大小與形狀土顆粒的大小稱為62（1）渾圓度R為土粒內(nèi)接圓的半徑；渾圓度可反映土粒尖角的尖銳程度。如何描述土粒形狀呢？常用的有：渾圓度及球度。為顆粒突出角的半徑；N為顆粒尖角的數(shù)量。（1）渾圓度R為土粒內(nèi)接圓的半徑；渾圓度可反映土粒尖角的尖63（2）球度為在扁平面上與土粒投影面積相等的圓的半徑；為最小外接圓的半徑。球度可反映土粒接近于圓的程度。當(dāng)球度為1時，說明此土粒為圓球體。（2）球度為在扁平面上與土粒投影面積相等的圓的半徑；為最小外642、粒度成分及粒度成分分析方法粒度成分（土的顆粒級配）：指土中各種不同粒組的相對含量（以占干土重量的百分比表示）。試驗方法篩分法：適用于0.074mm≤d≤60mm比重計法:適用于d＜0.074mm

粒度成分分析方法

粒度成分用來描述土中的各種不同粒徑的土粒的分布特征。當(dāng)土中粗細(xì)粒兼有時，可聯(lián)合使用上述兩種方法。2、粒度成分及粒度成分分析方法粒度成分（土的顆粒級配）：65篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質(zhì)量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質(zhì)量，然后計算其占總土粒質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放66篩分法（d≥0.074mm的土）篩分法（d≥0.074mm的土）67沉降分析法（比重計法、密度計法）利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量。沉降分析法（比重計法、密度計法）利用不同大小的土粒在68

3、粒度成分的表示方法

常用的表示方法有表格法、累計曲線法和三角座標(biāo)法。（1）表格法以列表形式直接表達各粒組的相對含量。兩種表示法：以累計含量百分比表示；以粒組表示。3、粒度成分的表示方法常用的表示方法有表格法、累計曲線法69（2）顆粒粒徑級配曲線（累計曲線法）縱坐標(biāo)表示小于某粒徑的土粒含量百分比,橫坐標(biāo)表示土粒的粒徑(對數(shù)坐標(biāo)）。（2）顆粒粒徑級配曲線（累計曲線法）縱坐標(biāo)表示小于70粘粒粉粒砂礫（角礫）卵石漂石細(xì)砂中砂粗砂細(xì)礫中礫粗礫<0.0020.002～0.0740.074～0.250.25～0.50.5~22~55~2020~6060~200>200粘粒粉粒砂礫（角礫）卵石漂石細(xì)砂中砂粗砂細(xì)礫中礫粗礫<0.071孔隙比e孔隙比e可以用來劃分砂土的密實度課件72顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配的不均勻程度。d10、d30、d60小于某粒徑的土粒含量為10%、30%和60%時所對應(yīng)的粒徑Cu愈大，表示土粒愈不均勻。工程上把Cu＜5的土視為級配不良的土；Cu＞10的土視為級配良好的土。

曲率系數(shù)Cc描述顆粒級配曲線整體形態(tài)，表明某粒組是否缺失情況。

對于礫類土或砂類土，同時滿足Cu≥5和Cc=1～3時，定名為良好級配砂或良好級配礫。顆粒級配的描述工程上常用不均勻系數(shù)Cu描述顆粒級配73（二）礦物成分原生礦物次生礦物不可溶的可溶的粘土礦物倍半氧化物次生氧化物難溶鹽中溶鹽易溶鹽有機質(zhì)腐殖質(zhì)泥炭（二）礦物成分原生礦物次生礦物不可溶的可溶的粘土礦物倍半74

土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以結(jié)晶水的形式吸附于固體顆粒的晶格內(nèi)部外，還存在結(jié)合水和自由水.1.結(jié)構(gòu)水（結(jié)合水）強結(jié)合水：緊靠于顆粒表面、所受電場的作用力很大、幾乎完全固定排列、喪失液體的特性而接近于固體.弱結(jié)合水：緊靠強結(jié)合水的外圍形成的結(jié)合水膜，所受的電場作用力隨著與顆粒距離增大而減弱.2.自由水存在于土粒電場影響范圍以外，性質(zhì)和普通水無異，能傳遞水壓力，冰點為0℃，有溶解能力.

以兩種形式存在：毛細(xì)水、重力水.

二、土中的水土中水的含量明顯地影響土的性質(zhì)(尤其是粘性土)。土中753、氣態(tài)水當(dāng)氣溫降至零度以下時，液態(tài)的自由水結(jié)冰為固態(tài)水，使基礎(chǔ)發(fā)生凍脹，寒冷地區(qū)基礎(chǔ)的埋深要考慮凍脹問題。4、固態(tài)水3、氣態(tài)水當(dāng)氣溫降至零度以下時，液態(tài)的自由水結(jié)冰為固態(tài)水，使76土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連通的非封閉氣體和與大氣不連通的封閉氣體.1.非封閉氣體：受外荷作用時被擠出土體外，對土的性質(zhì)影響不大.

2.封閉氣體：受外荷作用，不能逸出，被壓縮或溶解于水中，壓力減小時能有所復(fù)原，對土的性質(zhì)有較大的影響，使土的滲透性減小，彈性增大和延長土體受力后變形達到穩(wěn)定的歷時.三、土中氣體土中氣體存在于土孔隙中未被水占據(jù)的部分，分為與大氣連77土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒之間的相互排列和連接形式的綜合。1.單粒結(jié)構(gòu)：粗礦物顆粒在水或空氣中在自重作用下沉落形成的單粒結(jié)構(gòu)，其特點是土粒間存在點與點的接觸。根據(jù)形成條件不同，可分為疏松狀態(tài)和密實狀態(tài).

密實狀態(tài)疏松狀態(tài)第二節(jié)土的結(jié)構(gòu)土的結(jié)構(gòu)是指土顆粒之間的相互排列和連接形式的綜合。1.單粒782.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續(xù)下沉，形成鏈環(huán)單位,很多鏈環(huán)聯(lián)結(jié)起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結(jié)構(gòu).

3.絮狀結(jié)構(gòu)：細(xì)微粘粒大都呈針狀或片狀，質(zhì)量極輕，在水中處于懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸液介質(zhì)發(fā)生變化時，土粒表面的弱結(jié)合水厚度減薄，粘?；ハ嘟咏鄢尚鯛钗锵鲁?，形成孔隙較大的絮狀結(jié)構(gòu).蜂窩結(jié)構(gòu)絮狀結(jié)構(gòu)2.蜂窩結(jié)構(gòu)：顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接79第三節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)及物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)反映土的工程性質(zhì)的特征，具有重要的實用價值。例如，地基基礎(chǔ)設(shè)計中，一個關(guān)鍵的問題是確定地基土的承載力，如何確定地基承載力？常用方法是《規(guī)范法》，若地基土為粉土，據(jù)孔隙比和含水量，可用《規(guī)范》查出地基承載力數(shù)值。土中的孔隙體積大，土就松散；含水多，土就軟弱。第三節(jié)土的物理性質(zhì)指標(biāo)及物理狀態(tài)指標(biāo)土的物理性質(zhì)指標(biāo)反映土80(一)、土的三相圖水mwVwm

質(zhì)量m土粒msVs氣VaV

體積VVv一、土的物理性質(zhì)指標(biāo)實際土體土的三相圖(一)、土的三相圖水mwVwm質(zhì)量m土粒msVs氣VaV81(二)、直接測定指標(biāo)1.土的密度ρ：單位體積土的質(zhì)量。

工程中常用容重來表示單位體積土的重力。

重力加速度，工程近似取10γ=ρg常見值ρ=（1.6～２.２）g/cm3γ

＝(１６～２２)KN/m3常用測定方法①環(huán)刀法（細(xì)粒土）②灌水法（粗、巨粒土）(二)、直接測定指標(biāo)1.土的密度ρ：單位體積土的質(zhì)量。工82不銹鋼環(huán)刀不銹鋼環(huán)刀832、土粒比重Gs（土粒相對密度）砂土（1）物理意義：土在105～110℃下烘至恒重時的質(zhì)量與同體積4℃蒸餾水質(zhì)量的比值。（2）表達式

（3）常見值

粉土粘性土2、土粒比重Gs（土粒相對密度）砂土（1）物理意義：土在1084①比重瓶法（4）常用測定方法

②浮稱法③虹吸筒法④經(jīng)驗法①比重瓶法（4）常用測定方法②浮稱法③虹吸筒法④經(jīng)驗法85⑴物理意義——土的含水量表示土中含水的數(shù)量，為土體中水的質(zhì)量與固體顆粒質(zhì)量的比值，用百分?jǐn)?shù)表示。3、土的含水量ω⑵表達式⑶常見值⑷測定方法砂土ω=(0～40)%；粘性土ω=(20～60)%.①烘箱法②紅外線法③酒精燃燒法④鐵鍋炒干法⑴物理意義——土的含水量表示土中含水的數(shù)量，為土體中水的質(zhì)量86三、換算指標(biāo)

（1）孔隙比e土中孔隙體積與土粒體積之比土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示1、反映土的松密程度的指標(biāo)

（2）孔隙率（孔隙度）n表達式常見值：砂土e=0.5～1.0粘性土e=0.5～1.2n=(30～50)%物理意義三、換算指標(biāo)（1）孔隙比e土中孔隙體積與土粒體積之比土中87二者相比，孔隙比e在公路工程中的應(yīng)用更加廣泛?？紫侗萫可直接反映土的密實程度，e越大，土越疏松；e越小，土越密實。它是確定地基承載力的指標(biāo)。

當(dāng)砂土e<0.6時，成密實狀態(tài)，為良好地基。

當(dāng)粘性土e>1.0時，為軟弱地基。

工程經(jīng)驗：

二者相比，孔隙比e在公路工程中的應(yīng)用更加廣泛。孔隙比e可直接88（2）土的飽和度Sr干土Sr=0,飽和土Sr=1。2、反映土中含水程度的指標(biāo)

（1）含水量ω土中孔隙水的體積與孔隙總體積之比。飽和度描述土中孔隙被水充滿的程度。（2）土的飽和度Sr干土Sr=0,飽和土Sr=1。2、反映土89Sr≤0.5稍濕；0.5＜Sr≤0.8很濕；Sr＞0.8飽和砂土根據(jù)飽和度劃分濕度狀態(tài):工程應(yīng)用

當(dāng)粘土處于飽和狀態(tài)時，其力學(xué)性質(zhì)可能降低為0粘土對含水量ω的變化十分敏感，含水量增加，體積膨脹，結(jié)構(gòu)也要發(fā)生改變。

Sr≤0.5稍濕；0.5＜Sr≤0.8很濕；Sr＞0.8903、特定條件下土的密度及容重土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度干密度ρd

單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量有效密度ρ飽和密度ρsat3、特定條件下土的密度及容重土體中孔隙完全被水充滿時的土的91通常用作填方工程，包括土壩、路基和人工壓實地基，作為土體壓實質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)。干密度的工程應(yīng)用

干密度越大，表明土體壓得越密實，工程質(zhì)量越好；一般來說，所用的壓實費用也越高。通常用作填方工程，包括土壩、路基和人工壓實地基，作為土體壓實92土的物理性質(zhì)指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個，土的密度ρ，飽和密度ρsat，干密度ρd，有效密度ρ,四者的物理意義應(yīng)理解清楚。土的物理性質(zhì)指標(biāo)中的質(zhì)量密度指標(biāo)共有4個，土的密度ρ，飽和密93四、指標(biāo)間的換算

土的三相指標(biāo)中，土粒比重Gs

，含水量ω和密度ρ是通過試驗測定的，可以根據(jù)這三個基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)。四、指標(biāo)間的換算土的三相指標(biāo)中，土粒比重Gs，含水量ω和94五、例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土質(zhì)量為187g，烘干后，干土質(zhì)量為167g。若土粒的相對密度Gs為2.66，求該土樣的含水量ω、密度ρ、重度

、干密度d

、孔隙比e、飽和重度sat和有效重度

【解題思路】1）先求三相的質(zhì)量和體積；2）再按各指標(biāo)的物理意義求解。五、例題分析【例】某土樣經(jīng)試驗測得體積為100cm3，濕土95二、土的物理狀態(tài)指標(biāo)（一）粗粒土（無粘性土）的密實度土的密實度指單位體積土中固體顆粒的含量。所謂土的物理狀態(tài)，對于粗粒土，是指土的密實程度；對于細(xì)粒土，指土的軟硬程度或稱為粘性土的稠度。工程上常用孔隙比e、相對密度Dr和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N作為劃分密實度的標(biāo)準(zhǔn)。工程中以什么作為劃分密實度的標(biāo)準(zhǔn)呢？二、土的物理狀態(tài)指標(biāo)（一）粗粒土（無粘性土）的密實度土的密實961、孔隙比e孔隙比e可以用來劃分砂土的密實度。優(yōu)點:用一個指標(biāo)e,無法反映土的粒徑級配因素。例如，兩種級配不同的砂，一種顆粒均勻的密砂，其孔隙比為e1，另一種級配良好的松砂，孔隙比為e2，結(jié)果e1>e2,即密砂孔隙比反而大于松砂的孔隙比。用一個e即可判別砂土的密實度，應(yīng)用方便。同一種砂土，密砂的孔隙比e1,松砂的孔隙比e2,則必然e1<e2.缺點:對于同一種土，當(dāng)e小于某一限度時，處于密實狀態(tài)。e愈大，土愈松散。1、孔隙比e孔隙比e可以用來劃分砂土的密實度。優(yōu)點:用一個指972、相對密實度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀態(tài)時的孔隙比砂土在最松散狀態(tài)時的孔隙比為克服上述方法的缺陷，可用天然孔隙比e與同一種砂的最松狀態(tài)孔隙比emax和最密實狀態(tài)孔隙比emin進行對比，看e靠近emax或靠近emin,以此為判別它的密實度，即相對密實度。2、相對密實度Dr砂土在天然狀態(tài)下孔隙比砂土在最密實狀態(tài)時的98用相對密度Dr作為判別砂土密實度的標(biāo)準(zhǔn)，計入土的級配因素，理論上完善。用長頸漏斗法測定emax或用振動叉和擊錘振擊金屬圓筒法測定emin,因人而異，測定的數(shù)值與測試人員的素質(zhì)、勞動態(tài)度有關(guān)，難以獲得科學(xué)的數(shù)據(jù)。在實踐中很少使用。當(dāng)Dr=0時，e=emin，表示土處于最疏松狀態(tài);Dr≤1/3疏松狀態(tài)1/3＜Dr≤2/3中密狀態(tài)2/3＜Dr≤1密實狀態(tài)優(yōu)點：缺點：當(dāng)Dr=1.0時，e=emax，表示土體處于最密實狀態(tài)用相對密度Dr作為判別砂土密實度的標(biāo)準(zhǔn)，計入土的級配因素，理993、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N

試驗方法：

用卷揚機將質(zhì)量為63.5kg的鋼錘提升76cm高度，讓鋼錘自由下落，打擊貫入器，使貫入器貫入土中深為30cm所需的錘擊數(shù)計為N63.5（簡化為N）。

3、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗N試驗方法：用卷揚機將質(zhì)量為63.5k100(二)、粘性土的稠度

1.粘性土的稠度狀態(tài)

稠度是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,是粘性土最主要的物理狀態(tài)特征。

(二)、粘性土的稠度1.粘性土的稠度狀態(tài)稠度是指土的軟硬101流動狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能保持其形態(tài)，極易流動

外力作用可改變其形狀，而不改變其體積，并在外力卸除后仍能保持已獲得的形狀水分蒸發(fā)，上覆沉積層厚度增加，含水率減小，體積收縮含水率減小,喪失可塑性，在外力作用下，易于發(fā)生破裂體積不再收縮，空氣進入土體，土的顏色變淡

流動狀態(tài)可塑狀態(tài)固體狀態(tài)半固體狀態(tài)剛沉積的粘土，本身不能1020半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL縮限的測定采用收縮皿法。液、塑限的測定根據(jù)《公路土工試驗規(guī)程》規(guī)定，采用液塑限聯(lián)合測定儀進行測定。固態(tài)縮限ωs0半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)ω塑限ωP液限ωL縮限的測定采用收縮103GYS-2型光電式液塑限聯(lián)合測定儀下