工程巖土的評價與圖標(biāo)編制-土的物理性質(zhì)

土的物理性質(zhì)項目二工程巖土評價基本內(nèi)容土的三相組成基本內(nèi)容土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的物理狀態(tài)指標(biāo)一、土的三相組成土的三相組成是指土由固體顆粒、液體水和氣體三部分組成。土中的固體礦物構(gòu)成土的骨架,骨架之間貫穿著大量的孔隙,孔隙中充滿著液體水和氣體。土是三相體。土一、土的三相組成氣相（氣）液相（水）固相（土顆粒）礦物成分一、土的三相組成氣水土粒msmwmVsVwVVa質(zhì)量m體積VVv土的三相圖一、土的三相組成固體+氣體（液體=0）為干土，此時粘土呈堅硬狀態(tài)、砂土呈松散狀態(tài)；土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異，例如：一、土的三相組成固體+液體+氣體為濕土，此時粘土多為可塑狀態(tài)；土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異，例如：一、土的三相組成固體+液體（氣體=0）為飽和土，此時粉細(xì)砂或粉土遇強(qiáng)烈地震，可能產(chǎn)生液化，而使工程遭受破壞；粘土地基受建筑物荷載作用發(fā)生沉降,需幾十年才能穩(wěn)定土體三相比例不同，土的狀態(tài)和工程性質(zhì)也隨之各異，例如：二、土的物理性質(zhì)指標(biāo)土的三相比例指標(biāo)可分為兩類，一類可通過試驗(yàn)測定得到，另一類可通過試驗(yàn)測定的指標(biāo)換算得到。前者稱為實(shí)測指標(biāo)，后者稱為計算指標(biāo)。實(shí)測指標(biāo)（一）土粒密度（二）土的密度（三）含水量(%)二、土的物理性質(zhì)指標(biāo)二、土的物理性質(zhì)指標(biāo)計算指標(biāo)土的干密度ρd土的飽和密度ρsat01020102土的有效密度（浮密度）ρ′孔隙比e03040506孔隙率n飽和度Sr

實(shí)測指標(biāo):土粒質(zhì)量與同體積的4℃時純水的質(zhì)量之比。在數(shù)值上等于土粒密度，但無量綱。在試驗(yàn)室用“比重瓶法”測定，一般土粒比重的變化幅度不大。土粒比重Gs單位：無量綱實(shí)測指標(biāo):土粒比重決定于土粒的礦物成分。一般砂土的平均比重為2.65，粘土為2.75。當(dāng)土中含有有機(jī)質(zhì)時，土粒比重可以降到2.4。土的名稱砂土粉土粘性土土粒比重2.65~2.692.70~2.712.72~2.75范圍：實(shí)測指標(biāo):土中水的質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比。在試驗(yàn)室一般用“烘干法”測定，是把土放入105～110℃烘箱內(nèi)烘至恒重后稱得。一般來說，同一類土，當(dāng)含水量增大時，其強(qiáng)度就降低。土的含水量w實(shí)測指標(biāo):土單位體積土的質(zhì)量。在試驗(yàn)室一般用“環(huán)刀法”測定,土的密度在天然狀態(tài)下變化范圍較大，一般在2.6～2.2g/cm3之間。土的密度ρ實(shí)測指標(biāo):土的密度天然密度干密度天然密度天然密度天然重度干重度飽和重度有效重度換算指標(biāo)土中孔隙體積與土粒體積之比。可以用來評價天然土層的密實(shí)程度。土的孔隙比e換算指標(biāo)土中孔隙體積與土體總體積之比。土的孔隙率n換算指標(biāo)土中被水充滿的孔隙體積與孔隙總體積之比。干土Sr=0,飽和土Sr=100%。砂土根據(jù)飽和度分為三種狀態(tài):土的飽和度SrSr≤50%稍濕；

50％＜Sr≤80%很濕；

Sr＞80%飽和換算指標(biāo)土體中孔隙完全被水充滿時的土的密度飽和密度ρsat

：單位體積中固體顆粒部分的質(zhì)量干密度ρd

：換算指標(biāo)土單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水的質(zhì)量之差浮密度ρ

：土的三相比例指標(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，浮密度ρ

(kg/m3),相應(yīng)的重度指標(biāo)也有4個，土的重度

，飽和重度

sat，干重度

d，浮重度

(kN/m3)上述公式中符號的意義V——土的總體積，V=Vs+Vw+Va；Vs——土粒體積；Vv——土的孔隙體積，Vv=Vw+Va；Vw——土中水的體積；Va——土中氣體的體積；m——土的總質(zhì)量，m=ms+mw；ms——土粒質(zhì)量；mw——土中水的質(zhì)量；ma——土中氣體的質(zhì)量；W——土的總重量，W=Ws+Ww；Ws——土粒重量；Ww——土中水的重量；Wa——土中氣體的重量；

——水的密度；

——水的重度。指標(biāo)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(yàn)測定的，可以根據(jù)三個基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)氣水土粒Gsρw

Vs＝11+e質(zhì)量m體積VVv=eωGsρw

Gs（1＋ω）ρw

指標(biāo)的換算換算關(guān)系式：推導(dǎo)：三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)所謂土的物理狀態(tài)，對于無粘性土是指土的密實(shí)度；對于粘性土是指土的軟硬程度或稱粘性土的稠度。三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)砂土的密實(shí)度對其工程性質(zhì)具有重要的影響。密實(shí)的砂土具有較高的強(qiáng)度和較低的壓縮性，是良好的建筑物地基；但松散的砂土，尤其是飽和松散砂土，不僅強(qiáng)度低，且水穩(wěn)定性很差，容易產(chǎn)生流砂、液化等工程事故。對砂土評價的主要問題是正確地劃分其密實(shí)度。1、無粘性土（砂土）的密實(shí)度無粘性土密實(shí)狀態(tài)松散狀態(tài)強(qiáng)度高強(qiáng)度低良好的天然地基不能作為天然地基三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)1、無粘性土（砂土）的密實(shí)度三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)土的密實(shí)度通常是指單位體積中固體顆粒充滿的程度.密實(shí)度反映無粘性土工程性質(zhì)的主要指標(biāo)。判別砂土的密實(shí)度有以下三種方法：1、無粘性土（砂土）的密實(shí)度用孔隙比e為標(biāo)準(zhǔn)：三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)1、無粘性土（砂土）的密實(shí)度簡捷方便；優(yōu)點(diǎn)：無法反映土的粒徑級配因素。缺點(diǎn)：用相對密實(shí)度Dr為標(biāo)準(zhǔn)：理論上完善；優(yōu)點(diǎn)：實(shí)際上難以操作缺點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)是動力觸探的一種，它利用一定的錘擊動能（錘重63.5kg，落距76cm），將一定規(guī)格的對開管式的貫入器打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫阻抗，判別土層的工程性質(zhì)。貫入阻抗用貫入器貫入土中30cm的錘擊數(shù)N63.5表示，N63.5也稱為標(biāo)貫擊數(shù)。用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N為標(biāo)準(zhǔn)：三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)1、無粘性土（砂土）的密實(shí)度該實(shí)驗(yàn)的的應(yīng)用主要有評定砂土的相對密度、評定地基土承載力、估算單樁承載力等。用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)N為標(biāo)準(zhǔn)：三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)1、無粘性土（砂土）的密實(shí)度砂土的最小和最大孔隙比砂土的最小孔隙比emin：處于最緊密狀態(tài)的孔隙比。在試驗(yàn)室可用“振擊法”測定。砂土的最小和最大孔隙比砂土的最大孔隙比emax：處于最疏松狀態(tài)的孔隙比。在試驗(yàn)室可用“漏斗法”或“量筒法”測定。砂土的最大孔隙比與天然孔隙比之差和最大孔隙比與最小孔隙比之差的比值。1）砂土的相對密實(shí)度Dr：砂土的最小和最大孔隙比Dr=(emax-e)/(emax-emin)相對密實(shí)度的值介于0~1之間，值越大，表示越密實(shí)。1）砂土的相對密實(shí)度Dr：砂土的最小和最大孔隙比當(dāng)Dr=0時，e=emax，表示土處于最疏松狀態(tài);當(dāng)Dr=1.0時，e=emin，表示土體處于最密實(shí)狀態(tài)。Dr≤1/31/3＜Dr≤2/32/3＜Dr≤1疏松狀態(tài)中密狀態(tài)密實(shí)狀態(tài)2）、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)砂土的最小和最大孔隙比當(dāng)天然砂土的密實(shí)度，可按原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的錘擊數(shù)N進(jìn)行評定。天然碎石土的密實(shí)度，可按原位重型圓錐動力觸探的錘擊數(shù)N63.5進(jìn)行評定(GB50007-2002)密實(shí)度按N評定砂石密實(shí)度按N63.5評定碎石土密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20同一種粘性土隨著含水量的不同，可分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)和流動狀態(tài)。粘性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量，稱為界限含水量。1）、粘性土的狀態(tài)與界限含水量三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)2、粘性土的稠度0固態(tài)半固態(tài)可塑狀態(tài)流動狀態(tài)縮限ws塑限wp液限wlw即用雙手將天然濕度的土樣搓成小圓球（球徑小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滾成小土條，用力均勻，搓到土條直徑為3mm，出現(xiàn)裂紋，自然斷開，這時土條的含水量就是塑限wP值。用搓條法測定塑限wP測試方法將粘性土調(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，這時杯內(nèi)土樣的含水量就是液限wL值。為了避免放錐時的人為晃動影響，可采用電磁放錐的方法。用平衡錐式液限儀測定液限wL測試方法采取的液限塑限聯(lián)合測定法測試方法本試驗(yàn)方法適用于粒徑小于0.5mm，以及有機(jī)質(zhì)含量不大于試樣總質(zhì)量5％的土。液塑限聯(lián)合測定儀：錐質(zhì)量為76g，錐角為30o，讀數(shù)顯示形式宜采用光電式，游標(biāo)式，百分表式。天平，稱量200g，感量0.01g。取0.5mm篩下的代表性試樣200g，分成三份，放入盛土皿中，加不同數(shù)量的純水，制成不同稠度的試樣。試樣的含水量宜分別接近限、塑限和二者的中間狀態(tài)。將試樣調(diào)勻，蓋上濕布，濕潤過夜。測定三個試樣的圓錐下沉深度和含水量。用收縮皿法測定縮限wS測試方法塑性指數(shù)IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土處在可塑狀態(tài)的含水量變化范圍2）、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)2、粘性土的稠度說明：塑性指數(shù)的大小取決于土顆粒吸附結(jié)合水的能力,即與土中粘粒含量有關(guān)。粘粒含量越多,塑性指數(shù)就越高。

工程應(yīng)用：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，因此，在工程上常按塑性指數(shù)對粘性土進(jìn)行分類。三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)2、粘性土的稠度液性指數(shù)IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值與塑性指數(shù)之比2）、粘性土的塑性指數(shù)和液性指數(shù)三、土的物理狀態(tài)指標(biāo)2、粘性土的稠度說明：液性指數(shù)表征土的天然含水量與界限含水量間的相對關(guān)系。當(dāng)IL≤0時,ω≤ωP,土處于堅硬狀態(tài);當(dāng)I