土的物理性質(zhì)和工程分類省公開課一等獎全國示范課微課金獎課件

土力學主講人：魏勇

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第1頁緒論

土力學是力學一個分支，是以土為研究對象學科。

研究內(nèi)容：

經(jīng)過研究土物理、力學、物理化學性質(zhì)及微觀結(jié)構，深入認識土和土體在荷載、水、溫度等外界原因作用下反應特征即土壓縮性、剪切性、滲透性及動力特征。

需要研究和處理工程中三大類問題：

土體穩(wěn)定或強度問題；土體變形問題；滲流：滲透變形與滲透穩(wěn)定。第2頁年7月21日在廣州海珠區(qū)江南大道南海珠廣場深基坑南邊發(fā)生滑坡緒論第3頁比薩斜塔是意大利比薩城大教堂獨立式鐘樓，位于比薩大教堂后面

鐘樓始建于1173年，設計為垂直建造，但是在工程開始后很快便因為地基不均勻和土層松軟而傾斜緒論第4頁比薩(Pisa)斜塔緒論第5頁該城市人口密集。1850年開始抽取地下水，1891－1973年，整個老城下沉達8.7m造成地面道路、建筑及其它建筑設施破壞。墨西哥城下沉土層中地下水位下降，使有效應力增加，使地基深入固結(jié)沉降。緒論第6頁圣母教堂，因地表不均勻下沉使其發(fā)生嚴重傾斜，并成為危房緒論第7頁LaConchita滑坡1996年發(fā)生在美國加州LaConchita，因居民已提前撤離固未造成人員傷亡緒論第8頁SantaTecla滑坡年1月13日，薩爾瓦多發(fā)生了7.6級強震，震中位于SantaMiguel西南60英里。所以在SantaTecla造成山體滑坡，最終造成700多人遇難緒論第9頁緒論舟曲泥石流第10頁緒論舟曲泥石流第11頁舟曲發(fā)生泥石流主要原因：一、是三眼峪溝內(nèi)部有滑坡、崩塌等大量渙散固體物質(zhì)存在，為泥石流發(fā)生提供了充分物質(zhì)條件，其中多數(shù)為1879年7月1日甘肅文縣8級地震所誘發(fā)。同時舟曲位于龍門山地震活動帶北緣，又臨近天水地震活動帶，以前也曾受汶川地震涉及，土質(zhì)相對疏松，一遇強降雨輕易形成泥石流。二、是三眼峪溝流域上游植被以幼林為主，灌草百分比高，局部裸露，儲水能力較弱，在經(jīng)歷今年入夏以來長時間嚴重干旱后，表層土變得愈加干松。三、是在近期強降雨作用下，土體強度極大地降低，形成坡面泥石流，并逐步帶動溝坡崩滑巖土形成沖擊力巨大泥石流，在從中上游匯流至中下游過程中，使得因地震形成天然堆石壩逐層潰決，并最終造成泥石流流量增大和破壞力增強。緒論第12頁本章主要內(nèi)容1.1土生成1.2土三相組成1.3土結(jié)構、結(jié)構1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算1.5無粘性土特征1.6粘性土及粉土特征1.7粘性土水-土系統(tǒng)工程（物理-化學）特征1.8土工程分類第1章土物理性質(zhì)及工程分類第13頁§1.1土生成風化、搬運、堆積巖石土壓密、巖化一、土概念土：覆蓋在地表上碎散礦物集合體。巖石：組成地殼基本物質(zhì)，是一個或各種礦物聚合體。統(tǒng)稱為大自然產(chǎn)物土是巖石經(jīng)過風化后在不一樣條件下形成自然歷史產(chǎn)物第14頁巖石風化分為物理風化、化學風化和生物風化。物理風化：巖石經(jīng)受風、霜、雨、雪侵蝕，或受波浪沖擊、地震等引發(fā)各種力作用，溫度改變、凍脹等原因使整體巖石產(chǎn)生裂隙、崩解碎裂成巖塊、巖屑過程?；瘜W風化：巖體（或巖塊、巖屑）與氧氣、二氧化碳等各種氣體、水和各種水溶液等物質(zhì)相接觸，經(jīng)氧化、碳化和水化作用，使這些巖石或巖屑逐步產(chǎn)生化學改變，分解為極細顆粒過程。特征：物理風化：量變過程，形成土顆粒較粗；化學風化：質(zhì)變過程，形成土顆粒很細。對普通土而言，通常既經(jīng)歷過物理風化，又有化學風化，只不過哪種占優(yōu)勢而已?！?.1土生成第15頁土從其堆積或沉積條件來看可分為：殘積土：巖石風化后仍留在原地堆積物。特點：濕熱地帶，粘土，深厚，松軟，易變；嚴寒地帶，巖塊或砂，物理風化，穩(wěn)定?！?.1土生成第16頁運積土：巖石風化后經(jīng)流水、風和冰川以及人類活動等搬運離開生成地點后再沉積下來堆積物。又分為沖積土、風積土、冰磧土和沼澤土等。沖積土：由水流沖積而成；顆粒分選、渾圓光滑風積土：由風力帶動土粒經(jīng)過一段搬運距離后沉積下來堆積物；沒有層理、細砂或粉粒；黃土冰磧（qi）土：由冰川剝落、搬運形成堆積物；不成層、從漂石到粘粒沼澤土：在沼澤地沉積物；含有機質(zhì)、壓縮性高、強度低§1.1土生成第17頁氣相固相液相++組成土骨架，起決定作用主要影響土體次要作用§

1.2土三相組成第18頁土是固體顆粒、水和空氣混合物，常稱土為三相系。

固相：土顆粒、粒間膠結(jié)物；

液相：土體孔隙中水；

氣相：孔隙中空氣?！?.2土三相組成第19頁當土骨架孔隙全部被水占滿時，這種土稱為飽和土；當土骨架孔隙僅含空氣時，就成為干土；普通在地下水位以上地面以下一定深度內(nèi)土孔隙中兼含空氣和水，此時土體屬三相系，稱為濕土。依據(jù)土粘性分：粘性土：顆粒很細；無粘性土：顆粒較粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直徑幾十cm甚至1m）

不一樣類型土§1.2土三相組成第20頁一、土固相土固相物質(zhì)包含無機礦物顆粒和有機質(zhì)，是組成土骨架最基本物質(zhì)，稱為土粒。對土粒應從其礦物成份、顆粒大小來描述。（一）成土礦物：原生礦物，次生礦物

原生礦物是指巖漿在冷凝過程中形成礦物，如石英、長石、云母等。

次生礦物是由原生礦物經(jīng)過風化作用后形成新礦物，如三氧化二鋁、三氧化二鐵、次生二氧化硅、粘土礦物以及碳酸鹽等?！?.2土三相組成第21頁（二）土粒大小和土級配粒度，粒徑粒組：把工程性質(zhì)相近土粒合并為一組；某粒組土粒含量定義為該粒組土粒質(zhì)量與干土總質(zhì)量之比土級配：土中各種大小粒組中土粒相對含量伴隨顆粒大小不一樣，土性質(zhì)能夠有很大差異。所以，人們經(jīng)常按照粒徑范圍，將土粒分為若干組，粒組之間分界尺寸稱為界限粒徑。表1-1是國內(nèi)慣用一個粒組劃分?！?.2土三相組成第22頁土

粒

粒

組

劃

分

表1-1粒

組

名

稱粒徑范圍(mm)一

般

特

征漂石或塊石卵石或碎石>

200200~60透水性很大，無粘性，無毛細水粗中細60~2020~55~2透水性大，無粘性，毛細水上升高度不超出粒徑大小粗中細極細2~0.50.5~0.250.25~0.10.1~0.05易透水，當混入云母等雜質(zhì)時透水性減小，而壓縮性增加，無粘性，遇水不膨脹，干燥時渙散；毛細水上升高度不大，但隨粒徑變小而增大粗細0.05~0.010.01~0.005透水性小，濕時稍有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮；毛細水上升高度較大較快，極易出現(xiàn)凍脹現(xiàn)象粘

粒

<

0.005透水性很??；濕時有粘性、可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著；毛細水上升高度大，但速度不快砂

粒粉

粒圓礫或角礫§1.2土三相組成第23頁粘土細砂粗砂碎石卵石碎石粘土第24頁顆粒大小粒組

按粗細進行分組，將粒徑靠近歸成一類界限粒徑d(mm)d(mm)礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.050.0050.0020.250.5520粗

中

細粗

中

細

極細0.1粗粒細粒§1.2土三相組成第25頁（三）顆粒大小分析試驗測定土中各粒組顆粒質(zhì)量所占該土總質(zhì)量百分數(shù)，確定粒徑分布范圍試驗稱為土顆粒大小分析試驗。慣用方法：篩分法：粒徑>0.075mm

密度計法：粒徑<0.075mm

聯(lián)合測定：現(xiàn)有粒徑<0.075mm，又有粒徑>0.075mm

§1.2土三相組成第26頁1.篩分法利用一套孔徑由大到小篩子，將按要求方法取得一定質(zhì)量干試樣放入一次疊好篩中，置振篩機上充分振搖后，稱出留在各級篩上土粒質(zhì)量，按下式計算出小于某土粒粒徑土粒含量百分數(shù)X（％）式中：mi，m－分別為小于某粒徑土粒質(zhì)量及試樣總質(zhì)量§1.2土三相組成第27頁土樣篩顆分篩第28頁105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分數(shù)P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土粒徑級配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分數(shù)P(%)2613.510§1.2土三相組成第29頁2.密度計法用于分析粒徑小于0.1mm（0.075mm）土，依據(jù)粗顆粒下沉速度快，細顆粒下沉速度慢原理，能夠把顆粒按下沉速度進行粗細分組。試驗室慣用比重計來進行細粒土粒徑分析，稱為密度計法?！?.2土三相組成第30頁密度計第31頁3.土級配曲線

1-1顆粒分析試驗曲線§1.2土三相組成第32頁(四)顆粒分析試驗曲線主要用途按粒徑分布曲線可求得：（1）土中各粒組土粒含量，用于粗粒土分類和大致評定土工程性質(zhì)；（2）一些特征粒徑，用于建筑材料選擇和評價土級配好壞。依據(jù)一些特征粒徑，可得到兩個有用指標，即不均勻系數(shù)Cu和曲率系數(shù)Cc，它們定義為：

（1－2）§1.2土三相組成第33頁(1－3)式中：d10，d30和d60為粒徑分布曲線上小于某粒徑土粒含量分別為10％，30％和60％時所對應粒徑。d10稱為有效粒徑；d60稱為限制粒徑。土級配好壞可由土中土粒均勻程度和粒徑分布曲線形狀來決定，而土粒均勻程度和曲線形狀又可用不均勻系數(shù)和曲率系數(shù)來衡量。Cu小，曲線陡；Cu大，易壓密；Cc過大，臺階在d10~d30間；Cc過小，臺階在d30~d60間；規(guī)范：純凈礫、砂，Cu>=5，且Cc=1~3時，級配良好，不然，不良。§1.2土三相組成第34頁圖

土顆粒級配曲線§1.2土三相組成第35頁二、土液相（一）結(jié)合水

強結(jié)合水性質(zhì)靠近于固體，冰點很低，沸點較高，且不能傳遞壓力。

弱結(jié)合水也稱為薄膜水，不能傳遞壓力，也不能在孔隙水中自由流動，但它能夠因電場引力作用從水膜厚地方向水膜薄地方轉(zhuǎn)移。因為它存在，使土含有塑性、粘性、影響土壓縮性和強度，并使土透水性變小。吸著水厚度影響原因：成土礦物；陽離子濃度及化學性質(zhì)(陽離子價低,厚;陽離子濃度高,薄)?！?.2土三相組成第36頁（二）自由水離開土顆粒表面較遠，不受土顆粒電分子引力作用，且可自由移動水稱為自由水。（分為毛細管水和重力水）1.毛細管水土中存在許多大小不一樣相互連通彎曲孔道，因為水分子與土粒分子之間附著力和水氣界面上表面張力，于是，將引發(fā)迫使相鄰土粒相互積緊壓力，這個壓力稱為毛管水壓力?！?.2土三相組成第37頁2.重力水在重力或水位差作用下能在土中流動自由水稱微重力水。含有溶解能力，能傳遞靜水和動水壓力，對土顆粒有浮力作用。當它在土孔隙中流動時，對所流經(jīng)土體施加滲流力（亦稱動水壓力、滲透力），計算中應考慮其影響。三、土氣相存在土中氣體分為兩種基本類型：一個是與大氣連通氣體；另一個是與大氣不連通以氣泡形式存在封閉氣體?！?.2土三相組成第38頁一、土結(jié)構1.定義土?；蛲亮＜象w在空間排列和相互聯(lián)結(jié)形式稱為土結(jié)構.§1.3土結(jié)構、結(jié)構2.類型(a)單粒結(jié)構

(b)峰窩結(jié)構

(c)絮狀結(jié)構第39頁(1)單粒結(jié)構

如圖(a)所表示。由顆粒大土粒在水或空氣中下沉堆積而成。粗粒土都含有單粒結(jié)構。單粒結(jié)構能夠分為疏松和緊密。疏松單粒結(jié)構土孔隙大，骨架不穩(wěn)定，在外載作用下輕易發(fā)生錯位，產(chǎn)生很大變形或沉降，所以，這種土未經(jīng)處理普通不宜作為建筑物地基。緊密單粒結(jié)構土，因為顆粒排列緊密，強度高，壓縮性小，在動、靜載作用下都不會發(fā)生較大沉降，是良好天然地基?！?.3土結(jié)構、結(jié)構第40頁(2)峰窩結(jié)構

如圖(b)所表示。粒徑大約在0.02~0.002mm范圍內(nèi)粉土或粘土顆粒，在水中單個下沉時，途中碰到已沉積土粒時，因為土粒之間分子引力大于土粒自重，使得土粒只能停留在最初接觸位置不能繼續(xù)下沉，這么，一粒一粒相互吸引，最終將能形成含有很大孔隙蜂窩狀結(jié)構?！?.3土結(jié)構、結(jié)構第41頁(3)絮狀結(jié)構

如圖(c)所表示。直徑小于0.002mm極細粘粒，在水中能夠長久懸浮而不下沉，假如水中摻有一些電解質(zhì)，顆粒間排斥力能被動減弱，運動著土粒能夠相互碰撞凝聚成絮狀小集粒而下沉，并相繼與已沉積絮狀集粒接觸，形成類似蜂窩而孔隙很大絮狀結(jié)構（又稱為二級蜂窩結(jié)構）。

以上三種結(jié)構中，密實單粒結(jié)構工程性質(zhì)最好；蜂窩結(jié)構和絮狀結(jié)構假如受到擾動，強度就會降低，壓縮性變高，難以作為天然地基?！?.3土結(jié)構、結(jié)構第42頁二、土結(jié)構1.定義同一土層中顆?；蝾w粒結(jié)合體相互間位置與充填空間情況稱為土結(jié)構。其實，這一定義與大多書本一樣依然比較含糊，未交代結(jié)構與結(jié)構關系。其實，土結(jié)構著重于細微觀，而結(jié)構能夠了解為土體宏觀結(jié)構?！?.3土結(jié)構、結(jié)構第43頁2.類型土體結(jié)構普通能夠分為以下四類：

(1)層狀結(jié)構顧名思義，層狀結(jié)構是由不一樣顏色和粒徑土粒組成一層一層結(jié)構狀態(tài)。大部分細粒土土層是這種結(jié)構。

(2)分散結(jié)構土層中土粒分布均勻，性質(zhì)相近，粗粒土大都是分散結(jié)構?！?.3土結(jié)構、結(jié)構第44頁

(3)裂隙狀結(jié)構土體被許多不連續(xù)小裂隙所分割，破壞了原狀土整體性，使其工程性質(zhì)變差，一些堅硬和硬塑狀態(tài)粘土含有這種結(jié)構。

(4)結(jié)核狀結(jié)構在細粒土中顯著摻有粗顆?；蚋鞣N結(jié)核。如含結(jié)核黃土等，該類土性質(zhì)主要決定于細粒土部分?！?.3土結(jié)構、結(jié)構第45頁§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算土物理、力學性質(zhì)不但決定于它三相組成性質(zhì)和它結(jié)構，而且還與三相之間量百分比關系親密相關。可分為兩類：經(jīng)過試驗測定，如含水量、密度和土粒相對密度，稱為直接指標；依據(jù)直接指標換算，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為間接指標。土三相圖從右圖能夠輕易得到以下關系：Vv

=

Vw

+

Va

V=Vs+

Vv

=

Vs+

Vw

+

Va

m=ms+

mw

第46頁一、試驗直接測定物理性質(zhì)指標（一）土粒相對密度（土粒比重）ds土粒相對密度定義為土粒質(zhì)量（或重量）與同體積4℃時純水質(zhì)量（或重量）之比（無因次），其表示式為：（1.4.1）或（1.4.2）式中：——土粒密度，即土粒單位體積質(zhì)量；——4℃時純水密度，1.0g/cm3土粒相對密度在數(shù)值上等于土粒密度§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第47頁土粒相對密度慣用比重瓶法測定，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水質(zhì)量。然后把烘干土若干克裝入該空比重瓶內(nèi)，再加純水至滿，稱瓶加土加水質(zhì)量，按下式計算土粒相對密度：

式中：m1——瓶+水質(zhì)量；

m2——瓶+土+水質(zhì)量；

ms——烘干土質(zhì)量；§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第48頁

m0msm1m2空瓶質(zhì)量烘干土質(zhì)量瓶+水質(zhì)量瓶+土+水質(zhì)量

m1+ms——瓶+水（滿）質(zhì)量+干土質(zhì)量；

m1+ms-m2——與土粒體積相同水質(zhì)量。比重瓶法§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第49頁（二）土天然含水量w土天然含水量，定義為土中水質(zhì)量與土粒質(zhì)量之比，以百分數(shù)表示，其表示式為：（1.4.3）將式（1.4.2）代入（1.4.3）中得測定含水率慣用方法是烘干法，先稱出天然土質(zhì)量，然后放在烘箱中，在100℃～105℃常溫下烘干，稱得干土質(zhì)量，按上式可算得。§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第50頁烘干法第51頁（三）土天然密度ρ與重度γ土密度定義為單位體積土質(zhì)量，用ρ表示，單位為Mg/m3(或g/cm3)。表示式以下：（1.4.5）

對于粘性土，土密度慣用環(huán)刀法測定。§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第52頁密度：環(huán)刀法第53頁二、間接換算得物理性質(zhì)指標（一）土孔隙比e定義：土中孔隙體積與土粒體積之比，以小數(shù)表示，其表示式為：（1.4.10）（二）土孔隙率n定義：土中孔隙體積與土總體積之比，或單位體積內(nèi)孔隙體積，以百分數(shù)表示，其表示式為：（1.4.11）§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第54頁（三）土飽和度Sr定義：土中孔隙水體積與孔隙體積之比，以百分數(shù)表示，其表示式為：（1.4.12）§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第55頁土干重度：單位體積內(nèi)土粒重量，表示式為：

（1.4.14）土烘干，體積要減小，因而，土干密度不等于烘干土密度。土干密度或干重度也是評定土密實程度指標，干密度或干重度愈大表明土愈密實，反之愈疏松。（四）干密度ρd與干重度γd土干密度：單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量，表示式：（1.4.13）§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第56頁（五）飽和密度ρsat與飽和重度γsat飽和密度定義：土中孔隙完全被水充滿土處于飽和狀態(tài)時單位體積土質(zhì)量。表示式為（1.4.15）在飽和狀態(tài)下，單位體積土重量稱為飽和重度，其表示式為：（1.4.16）§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第57頁（六）浮密度ρ’與浮重度（有效重度）γ’土在水下，受到重力水浮力作用，此時土中固體顆粒質(zhì)量再扣去固體顆粒排開水質(zhì)量與土樣總體積之比

（1.4.17）

浮密度§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第58頁與其對應，提出了浮密度概念，土浮密度是單位體積內(nèi)土粒質(zhì)量與同體積水質(zhì)量之差，其表示式為：（1.4.18）或（1.4.19）從上述四種土密度或重度定義可知，同一土樣各種密度或重度在數(shù)值上有以下關系：§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第59頁三、慣用物理性質(zhì)指標實用計算公式(重點、難點)慣用土物理指標共有九個。已知其中任意三個，經(jīng)過換算能夠求出其余六個。（一）孔隙比與孔隙率關系設土體內(nèi)土粒體積為1，則可知，孔隙體積Vv為e，土體體積V為（1＋e），于是有：

或

三相示意圖（a）§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第60頁（二）干密度與天然密度和含水量關系設土體體積V為1，則ρd

=ms/V，土體內(nèi)土粒質(zhì)量ms為ρd，由w=mw/ms水質(zhì)量mw為wρd。于是，按t天然密度定義可得：

或

（1-22）§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第61頁（三）孔隙比與土粒相對密度和干密度關系設土體內(nèi)土粒體積為1，則按，孔隙體積Vv為e；由ρs＝ms/Vs得土粒質(zhì)量ms為ρs。于是，按ρd定義可得：應用式（1－6）整理得：§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第62頁（四）飽和度與含水量、相對密度和孔隙比關系設土體內(nèi)土粒體積為1，則按e=VV/VS得體積VV=e；由ρs＝ms/Vs得土粒質(zhì)量ms=ρs。按w=mw/ms，得質(zhì)量mw=wρs，則得體積Vw=mw/ρw

=wρs/ρw。于是，

當土飽和時，即Sr為100％，則：

式中：wsat——飽和含水率?！?.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第63頁（五）浮密度與土粒相對密度和孔隙比關系設土體內(nèi)土粒體積為1，則按e=VV/VS，孔隙體積VV為e；由ρs＝ms/Vs得土粒質(zhì)量ms為ρs。于是，按式浮密度定義可得

§1.4土三相物理性質(zhì)指標測定及計算第64頁上一節(jié)講9個三相指標主要是反應土物理性質(zhì)，還不能直接表現(xiàn)土物理狀態(tài)，本節(jié)講授反應土物理狀態(tài)相關指標。所謂土物理狀態(tài)，對于粗粒土來講，就是指它密實程度；對于細粒土，則是指它軟硬程度即粘性土稠度(consistency）§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第65頁一、無粘性土（粗粒土）密實度

土密實度:指單位體積土體中固體顆粒含量。干容量ρd和孔隙比e（或孔隙率n）都是表示土密實度指標。但這種直接用土粒含量或孔隙含量表示密實度方法含有顯著缺點:最主要就是它們沒有考慮到土粒粒徑級配這一主要原因影響，不一樣級配砂土，即使孔隙比相同，所處松密狀態(tài)并不會相同?！?.5和1.6土物理狀態(tài)指標第66頁

為了更加好表明粗粒土密實狀態(tài)，能夠?qū)⑻烊豢紫侗萫與同一個土最密實狀態(tài)孔隙比emin和最渙散狀態(tài)孔隙比emax進行對比，看天然e是靠近emin還是靠近emax，以此來判別它密實度。這種度量密實度指標稱為相對密度(relativedensity)Dr。式中：Dr——相對密實度；

emax——無粘性土處于最松狀態(tài)時孔隙比；

emin——無粘性土處于最密狀態(tài)時孔隙比；

e——無粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。

§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第67頁

顯然，當e靠近于emin時，Dr靠近于1，土呈密實狀態(tài)，當e靠近于emax時，Dr靠近于零，土呈渙散狀態(tài)。通常依據(jù)Dr能夠把粗粒土松密狀態(tài)分為以下三種：

0<Dr≤0.33渙散

0.33<Dr≤0.67中密

0.67<Dr≤1密實§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第68頁天然砂土密實度只能在現(xiàn)場利用標準貫入試驗、靜力觸探試驗等原位測試方法來取得。通常依據(jù)標準貫入試驗錘擊數(shù)N

，將天然砂土分為表1.5.2中四種密實度狀態(tài)。表1.5.2

天然砂土密實度劃分砂土密實度渙散稍密中密密實標準試驗擊數(shù)N≤1010<N≤1515<N≤30>30§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第69頁碎石土能夠用可挖性、可鉆性等方法進行現(xiàn)場判別，普通也可區(qū)分為密實、中密和稍密三種密實度狀態(tài)。細粒土（粘性土）無法在試驗室測定最大和最小孔隙比，實際上也不存在emax和emin，所以只能依據(jù)孔隙比e或干密度ρd來判斷其密實度?！?.5和1.6土物理狀態(tài)指標第70頁稠度：指粘性土干濕程度或在某一含水率下抵抗外力作用而變形或破壞能力，是粘性土最主要物理狀態(tài)指標。二、粘性土稠度（1.6節(jié)）（一）粘性土稠度狀態(tài)粘性土稠度狀態(tài)慣用流動、軟、可塑、硬等描述。粘性土§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第71頁粘性土從一個狀態(tài)過渡到另一個狀態(tài)，可用某一界限含水率來區(qū)分，這種界限含水率稱為稠度界限或阿太堡界限。（二）界限含水率及其測定流態(tài)Vw0可塑態(tài)半固態(tài)固態(tài)膨脹收縮wLwPwS1.界限含水率§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第72頁液限（WL）——從流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭伤軤顟B(tài)界限含水率，也就是可塑狀態(tài)上限含水率；塑限（Wp）——從可塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘牍腆w狀態(tài)界限含水率,

也就是可塑狀態(tài)下限含水率；縮限（Ws）——從半固體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)界限含水率,

亦即粘性土伴隨含水率減小而體積開始不變時含水率?！?.5和1.6土物理狀態(tài)指標第73頁測定塑限方法：搓滾法和液、塑限聯(lián)合測定法。2.液、塑限測定測定液限方法：碟式儀法、錐式液限儀、和液、塑限聯(lián)合測定法?！?.5和1.6土物理狀態(tài)指標第74頁聯(lián)合測定儀§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第75頁錐式液限儀§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第76頁蝶式儀25擊合攏長度＝13mm時含水率為液限§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第77頁土縮限用收縮皿法測定。3.縮限測定式中：ws——土縮限（％）w——制備時含水率（％）V1——濕試樣體積（cm3），V2——干試樣體積（cm3）§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第78頁1.塑性指數(shù)（三）塑性指數(shù)和液性指數(shù)塑性指數(shù)：液限和塑限之差百分數(shù)值（去掉百分號）。用Ip表示，取整數(shù)。

粘土粉質(zhì)粘土粉土

§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第79頁2.液性指數(shù)式中：IL——液性指數(shù)，以小數(shù)表示；

w——土天然含水率。

1989和《建筑地基基礎設計規(guī)范》都依據(jù)IL將粘性土劃分成了表1.6.1中五種狀態(tài)。

粘性土軟硬狀態(tài)

表1.6.1狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑液性指數(shù)I

LIL≤0

0

<

IL≤0.25

0.25<IL≤0.750.75<IL≤1.0IL>1§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第80頁（四）靈敏度、觸變性及活動度土結(jié)構形成后就取得了一定強度，而且這種強度會隨時間而增加。在含水量不變情況下，將原狀土捏碎，重新按原來密度制備成重塑土，因為原狀結(jié)構遭到了徹底破壞，重塑土樣強度會比原狀土樣有顯著降低。原狀土樣單軸抗壓強度qu與重塑土樣單軸抗壓強度qu'之比稱為土靈敏度St，即：St

=qu

/qu'(1.6.6)

依據(jù)靈敏度大小能夠?qū)⒄承酝练譃槿悾旱挽`敏土（1<St≤2）；中靈敏土（2<St≤4）和高靈敏土（S

t>4）。

§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第81頁與靈敏度親密相關另一特征是觸變性。結(jié)構受破壞，強度降低以后土，若靜置不動，則土顆粒與水分子和離子會重新組合排列，形成新結(jié)構，強度又將得到一定程度恢復。這種在含水量和密度不變條件下，土因重塑而軟化，又因靜置而逐步硬化性質(zhì)稱為土觸變性。§1.5和1.6土物理狀態(tài)指標第82頁在實際工程中，有時兩種粘土塑性指數(shù)Ip很靠近，但性質(zhì)可能會有很大差異，為了深入加以區(qū)分，英國土力學家斯肯普頓在1953年又引入了活動度A概念，即：A=Ip/m式中m為粒徑小于0.002mm土粒質(zhì)量占土樣總質(zhì)量百分數(shù)?！?.5和1.6土物理狀態(tài)指標第83頁

試驗設備

擊實筒V=1000cm3；擊實錘w=25牛頓

試驗條件

土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數(shù)N=27/層

擊實能量

試驗方法

對ω=常數(shù)土；分三層壓實；測定擊實后ω、ρ，算定ρd

注意：僅適合用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺寸擊實儀土§1.7粘性土水-土系統(tǒng)工程特征擊實試驗土壓實性：指在一定含水率下，以人工或機械方法，使土能夠壓實到某種密實度性質(zhì)。第84頁擊實儀第85頁§1.8地基土工程分類一、土工程分類依據(jù)

按前面分析，影響土工程性質(zhì)三個主要原因是土三相組成、土物理狀態(tài)和土結(jié)構。在這三者中，起主要作用無疑是三相組成。在三相組成中，關鍵又是土固體顆粒，而顆粒粗細是最為主要。第86頁1.碎石土指粒徑大于2mm顆粒含量超出總土重50%土。依據(jù)粒組含量及顆粒形狀，還可按表1.8.1細分為漂石、塊石、卵石、碎石、圓礫和角礫六類。碎

石

土

分

類

表1.8.1土名稱顆粒形狀粒

組

含

量漂石磨圓粒徑大于200mm顆粒超出全重50%塊石棱角卵石磨圓粒徑大于20mm顆粒超出全重50%碎石棱角圓礫磨圓粒徑大于2mm顆粒超出全重50%角礫棱角注：分類時應依據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定?！?.8地基土工程分類第87頁2.砂土

指粒徑大于2mm顆粒含量不超出全重50%，而粒徑大于0.075mm顆粒含量超出全重50%土。砂土依據(jù)粒組含量不一樣又被細分為礫砂、粗砂、中砂、細砂和粉砂五類。如表1.8.2所表示。砂

土

分

類

表1.8.2土名稱粒

組

含

量礫砂(gravellysand)粗砂(coarsesand)中砂(midiumsand)細砂(finesand)粉砂(siltysand)粒徑大于2mm顆粒占全重25-50%粒徑大于0.5mm顆粒超出全重50%粒徑大于0.25mm顆粒超出全重50%粒徑大于0.075mm顆粒超出全重85%粒徑大于0.075mm顆粒超出全重50%注：分類時應依據(jù)粒組含量由大到小以最先符合者確定?！?.8地基土工程分類第88頁3.粉土指粒徑大于0.075mm顆粒含量不超出50%，且塑性指數(shù)3<Ip≤

10土。

這類土既不含有砂土透水性大、輕易排水固結(jié)、抗剪強度較高優(yōu)點，又不含有粘性土防水性能好、不易被水沖蝕流失、含有較大粘聚力優(yōu)點。在許多工程問題上，表現(xiàn)出較差性質(zhì)，如受振動輕易液化、凍脹性大等等?！?.8地基土工程分類第89頁4.粘性土

指塑性指數(shù)Ip

10土。其中10

Ip

17土稱為粉質(zhì)粘土；Ip

17土稱為粘土。粘性土能夠依據(jù)液性指數(shù)I

L分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑、流塑五種狀態(tài)。另外自然界中還分布有許多含有普通土所沒有特殊性質(zhì)土，如黃土、軟土、紅土、凍土、膨脹性土，分散性土等。它們分類都各有自己規(guī)范。同學們在未來實際工作中碰到詳細工程問題時，可查找對應規(guī)范。§1.8地基土工程分類第90頁第一章總結(jié)§1.1土形成與特征一、土概念巖石經(jīng)過風化作用在不一樣條件下形成自然歷史產(chǎn)物二、土種類

1.殘積土(sedentaryorresidualsoil)2.運積土(sedimentarysoil)1)坡積土(cliffsoil)；2)洪積土(floodsoil)；3)沖積土(alluvialsoil)；4)湖泊沼澤沉積土：5)海相沉積土：6)冰積土：7)風積土第91頁§1.2土三相組成

一、土固體顆粒（土粒）1.土顆粒級配曲線分析不均勻系數(shù)Cu=d60/

d10，曲率系數(shù)Cc=

2.土粒礦物成份一類是原生礦物，如石英、長石、云母等，粗粒土土粒往往都是原生礦物；另一類是次生礦物，土中次生礦物主要是粘土礦物，蒙脫石，伊里石，高嶺土是三種最常見粘土礦物。第92頁

二、土中水和氣體1.土中水(1)結(jié)合水(Boundwater)①強結(jié)合水；②

弱結(jié)合水(2)自由水①重力水；②毛細水2.土中氣體粗粒土中空