土力學(xué)第五講

第三節(jié)：土的物理性質(zhì)指標(biāo)基本指標(biāo)：(實(shí)測指標(biāo))土的天然密度

ρ土的相對密度

ds（土的比重）土的含水量

w換算指標(biāo)：土的孔隙比

e土的孔隙度

n土的飽和度

Sr土的干密度

ρd土的飽和密度

ρsat土的浮密度

ρ′1華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院土的三相指標(biāo)中，土粒比重ds，含水量ω和密度ρ是通過試驗(yàn)測定的，可以根據(jù)這三個(gè)基本指標(biāo)換算出其余各指標(biāo)dsρw

1+e質(zhì)量m體積VVv=eωdsρw

ds(1＋ω)ρw

氣水土粒Vs＝1取土粒體積為單位1的一塊土，則基本指標(biāo)和其他指標(biāo)間的換算2華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院換算關(guān)系式推導(dǎo)干密度計(jì)算：孔隙比：3華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院兩式相減可得4華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院常用的三相指標(biāo)換算公式見表1.4.3（p22）由表1.4.3知：相應(yīng)的重度公式與密度公式相似。

概念要求記住。

換算公式不要求死記，但是會推導(dǎo)。

考試（包括一些研究生入學(xué)考試）考推導(dǎo)。

5華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院例題1.1解法1：根據(jù)各指標(biāo)的定義式來求解1）確定三相組成的質(zhì)量與體積2）按定義計(jì)算其他各指標(biāo)gggcm3cm3cm3g/cm36華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院例題1.1解法2：根據(jù)各指標(biāo)的換算關(guān)系直接求解7華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院第四節(jié)：土的物理狀態(tài)指標(biāo)無粘性土的密實(shí)特性無粘性土包括塊石、碎石、礫石和砂類土，它們均為單粒結(jié)構(gòu)，無內(nèi)聚力（粘結(jié)力）。物理性態(tài)指標(biāo)為密實(shí)度。土的密實(shí)度：指單位體積中固體顆粒的含量。密實(shí)度越高，壓縮性就小，承載力越高。1、孔隙比e

2、相對密實(shí)度Dr

3、現(xiàn)場原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)N（砂土）和重型圓錐動(dòng)力錘擊數(shù)N63.5（碎石土）判別無粘性土的密實(shí)度的常用方法有3種：

8華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院同樣的e=0.35，對砂1處于最密實(shí)狀態(tài)，而對砂2未達(dá)到最密實(shí)。砂1砂2疏松狀態(tài)e1=0.40壓密狀態(tài)e2=0.35疏松狀態(tài)e3=0.35壓密狀態(tài)

e4<0.35缺點(diǎn)：用一個(gè)指標(biāo)e無法反映土的粒徑級配的因素孔隙比e

9華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院方法的評價(jià)優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用方便簡捷

缺點(diǎn)：無法反映土的粒徑級配的好與壞10華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院相對密實(shí)度法

方法的評價(jià)優(yōu)點(diǎn)：把土的級配因素考慮在內(nèi)，理論上較為完善。比較全面反映無粘性土的密實(shí)度缺點(diǎn)：e—現(xiàn)場土的孔隙比emin—該種土所能達(dá)到最密實(shí)狀態(tài)時(shí)的孔隙比emax—最松散時(shí)的孔隙比測定emax、emin時(shí)人為因素影響較大11華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院現(xiàn)場試驗(yàn)法

方法的評價(jià)優(yōu)點(diǎn)：所測的密實(shí)度為原狀土的密實(shí)度缺點(diǎn)：試驗(yàn)操作比較難控制和掌握標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)靜力觸探試驗(yàn)63.5kg的鋼錘，提升76cm，使貫入器貫入土中30cm所需要的錘擊數(shù)N63.5－－標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（先打入土中15cm不計(jì)數(shù)）砂類土的密實(shí)度12華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院碎石土的密實(shí)度重型圓錐動(dòng)力觸探錘擊數(shù)N63.5N63.5≤55<N63.5≤1010<N63.5≤20N63.5>20密實(shí)度松散稍密中密密實(shí)注：本表適用于平均粒徑小于等于50mm且最大粒徑不超過100mm的卵石、碎石、圓礫、角礫。重型圓錐動(dòng)力觸與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的設(shè)備略有不同。13華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院粘性土的物理特性粘性土顆粒很細(xì)，土的物理特征不能用以上指標(biāo)衡量，而與含水量有很大關(guān)系。強(qiáng)結(jié)合水土顆粒(a)固態(tài)和半固態(tài)(b)可塑狀態(tài)強(qiáng)結(jié)合水土顆粒弱結(jié)合水(c)流動(dòng)狀態(tài)自由水強(qiáng)結(jié)合水土顆粒弱結(jié)合水14華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院粘性土的物理特性粘性土隨著含水量的增加，土的狀態(tài)變化趨勢為：固態(tài)——半固態(tài)——可塑態(tài)——液體狀態(tài)，相應(yīng)的地基土的承載力基本值會逐漸下降。土中含水量很少時(shí)，由于顆粒表面的電荷作用，水緊緊吸附于顆粒表面，成為強(qiáng)結(jié)合水。按水膜厚薄的不同，土表現(xiàn)為固態(tài)或半固態(tài)。

當(dāng)含水量增加時(shí)，被吸附在顆粒周圍的水膜加厚，土粒周圍有強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水，在這種含水量情況下，土體可以被捏成任意形狀而不破裂，這種狀態(tài)稱為塑態(tài)。

15華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院弱結(jié)合水的存在是土具有可塑狀態(tài)的原因。當(dāng)含水量再增加時(shí)，土中除結(jié)合水外還出現(xiàn)了較多的自由水，粘性土變成了液體呈流動(dòng)狀態(tài)。反之，粘性土隨含水量的減少可從流動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)、半固態(tài)及固態(tài)。

界限含水量：粘性土從一種狀態(tài)過渡到另外一種狀態(tài)的分界含水量。粘性土呈液態(tài)與塑態(tài)之間的分界含水量稱為液限wL

（%）－－即至液態(tài)時(shí)的含水量；（liquid

limit）粘性土呈塑態(tài)與半固態(tài)之間的分界含水量稱為塑限wp

（%）－－即至塑態(tài)時(shí)的含水量；（plasticity

index）粘性土呈半固態(tài)與固態(tài)之間的分界含水量稱為縮限ws

（%）

－－即至半固態(tài)的含水量。（shrink

limit）工程中常用的是液限和塑限。16華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院界限含水量的測定方法

液限測定方法錐式液限儀測定法

將粘性土調(diào)成均勻的濃糊狀，裝入金屬杯中，刮平表面，放在底座上，用質(zhì)量為76g的圓錐式液限儀來測定wL。手持液限儀頂部小柄，將錐尖接觸土表面的中心，松手讓其在自重作用下下沉，若液限儀經(jīng)5s沉入土中深度恰好是10mm，這時(shí)杯內(nèi)土樣的含水量為液限wL，如液限儀沉入土樣中錐體的刻度高于或低于土面，則表示土樣的含水量低于或高于液限。為了避免放錐的人為晃動(dòng)的影響，可采用電磁放錐的方法。(土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T501231999；課本還給出了《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》液限的測定方法)－－圖1.6.2(a)

碟式液限儀測定法

將調(diào)成糊狀的試樣裝在碟內(nèi)，刮平表面，用特制開槽器將土樣劃開，形成V形槽，以每秒兩轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使碟子反復(fù)起落，墜擊底座，當(dāng)擊數(shù)為25次，V形槽合攏長度為13mm時(shí)，試樣的含水量即為液限wL。17華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院塑限測定方法滾搓法

用手將天然濕度的土樣搓成小圓球（球徑小于10mm），放置在毛玻璃板上，再用手掌搓滾成細(xì)條。當(dāng)土條搓到直徑3mm時(shí)，恰好產(chǎn)生裂縫并開始斷裂，則此時(shí)土條的含水量即為塑限；若土條推不到直徑3mm就已經(jīng)有裂縫，說明土樣的含水量小于塑限，則須加少量水調(diào)勻后再搓條。

液、塑限聯(lián)合測定法

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。試驗(yàn)所用的主要儀器是：①液、塑限聯(lián)合測定儀，包括帶標(biāo)尺的圓錐儀、電磁鐵、顯示屏、控制開關(guān)和試樣杯。錐質(zhì)量為76g，錐角為30°，讀數(shù)顯示形式宜采用光電式、游標(biāo)式和百分表；試樣杯內(nèi)徑為40mm，高度為30mm。②天平：稱量200g，最小分度值0.01g。

18華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院塑性指數(shù)Ip

（plasticity

index）和液性指數(shù)IL（liquid

index）

塑性指數(shù)

Ip液性指數(shù)

IL

塑性指數(shù)：粘性土與粉土的液限與塑限的差值，去掉百分號。表明細(xì)顆粒土體處于可塑狀態(tài)下含水量變化的最大區(qū)間。表示土的可塑范圍。液性指數(shù)，又稱相對稠度，是用土的含水量與塑限之差除以塑性指數(shù)。反映粘性土天然狀態(tài)的軟硬程度

IP大，表明土吸附結(jié)合水多（粘粒含量高或礦物成分吸水能力強(qiáng)）19華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院例題1.220華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院第五節(jié)：土的工程分類自然界中土的種類很多，工程性質(zhì)各異。為了便于研究和工程中的應(yīng)用，需要按其主要特征進(jìn)行分類。

目前還沒有統(tǒng)一土名和土的分類法。本節(jié)將主要介紹常用的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范分類法。

土（包括巖石）的分類巖石碎石土砂土粘性土粉土人工填土21華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院一、巖石1．定義巖石是顆粒間牢固聯(lián)結(jié)，呈整體或具有節(jié)理、裂隙的巖體。2．分類①根據(jù)其成因條件可分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖。②根據(jù)其堅(jiān)硬程度劃分為堅(jiān)硬巖、較硬巖、較軟巖、軟巖、極軟巖等5類。③按風(fēng)化程度可分為微風(fēng)化、中風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化。3．工程性質(zhì)

微風(fēng)化的硬質(zhì)巖石為最優(yōu)良地基，強(qiáng)風(fēng)化的軟質(zhì)巖石工程性質(zhì)差，這類地基的承載力不如一般卵石地基承載力高。22華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院二、碎石土1．定義

土的粒徑d＞2mm的顆粒含量超過總土重的50%的土。2．分類根據(jù)土的粒徑級配中各粒組的含量和顆粒形狀進(jìn)行分類定名。

23華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院三、砂類土1．定義

粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重的50%，粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重的50%的土。2．分類砂類土根據(jù)粒組含量不同又細(xì)分為礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂和粉砂五類-。

3．工程性質(zhì)（1）密實(shí)與中密狀態(tài)的礫砂、粗砂、中砂為優(yōu)良地基；稍密狀態(tài)的礫砂、粗砂、中砂為良好地基。（2）粉砂與細(xì)砂要具體分析：密實(shí)狀態(tài)時(shí)為良好地基；飽和疏松狀態(tài)時(shí)為不良地基。切記：砂類土并不一定是砂。24華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院四、粉土1．定義

粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重的50%，且塑性指數(shù)IP≤10的土。2．分類

根據(jù)土的密實(shí)度進(jìn)行劃分，粉土的密實(shí)度以孔隙比為劃分標(biāo)準(zhǔn)：e≥0.85為稍密；0.7≤e<0.85為中密；e＜0.7為密實(shí)。3．工程性質(zhì)粉土的性質(zhì)介于砂類土與粘性土之間。它既不具有砂土透水性大、容易排水固結(jié)、抗剪強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，又不具有粘性土防水性能好、不易被水沖蝕流失、具有較大粘聚力的優(yōu)點(diǎn)。在許多工程問題上，表現(xiàn)出較差的性質(zhì)，如受振動(dòng)容易液化、凍脹性大等。因此，在新的規(guī)范中將其單列一類，以便于進(jìn)一步研究。密實(shí)的粉土為良好地基；飽和稍密的粉土地震時(shí)易產(chǎn)生液化，為不良地基。25華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院五、粘性土1．定義

土的塑性指數(shù)IP＞10時(shí)的土，稱為粘性土。2．分類按塑性指數(shù)的大小分為粘土和粉質(zhì)粘土。10＜IP≤17為粉質(zhì)粘土；IP＞17為粘土。3．工程性質(zhì)粘性土的工程性質(zhì)與其含水量的大小密切相關(guān)。密實(shí)硬塑的粘性土為優(yōu)良地基；疏松流塑狀態(tài)的粘性土為軟弱地基。26華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院六、人工填土1．定義

人工填土是指由于人類活動(dòng)而形成的各類土。其成分復(fù)雜，均勻性差。2．分類按人工填土的堆積年代分為：老填土和新填土。（1）老填土。凡粘性土填筑時(shí)間超過10年，粉土填筑時(shí)間超過5年的稱為老填土。（2）新填土。粘性土填筑時(shí)間小于10年，粉土填筑時(shí)間少于5年的稱為新填土。按人工填土的組成和成因分為素填土、雜填土、沖填土和壓實(shí)填土四類，

3．工程性質(zhì)通常人工填土的工程性質(zhì)不良，強(qiáng)度低，壓縮性大且不均勻。其中，壓實(shí)填土相對較好。雜填土因成分復(fù)雜，平面與立面分布很不均勻、無規(guī)律，工程性質(zhì)較差。27華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院例題1.3對某工程的砂土試樣進(jìn)行