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第二章土的物质性质第二章土的物质性质第1页，本讲稿共29页本章主要内容：本章主要内容：n n第一节第一节 土的物理性质指标；土的物理性质指标；n n第二节第二节 土的水理性质土的水理性质n n第三节第三节 细粒土的胀缩性和崩解性细粒土的胀缩性和崩解性n n第四节第四节 土的透水性和毛细性土的透水性和毛细性第2页，本讲稿共29页n土是三相土是三相组组成体系成体系,由于三相由于三相组组成部分的相成部分的相对对比例关系不同所表比例关系不同所表现现出来的性出来的性质质，称，称为为土的土的物理性物理性质质。n表示土的三相表示土的三相组组成部分的成部分的质质量和体量和体积积比例关比例关系的指系的指标标叫叫土的物理性土的物理性质质指指标标。n土的三相比例指土的三相比例指标标反映土的反映土的许许多基本物理性多基本物理性质质，在一定程度上也反，在一定程度上也反应应土的力学性土的力学性质质。第3页，本讲稿共29页 第一节第一节 土的物理性质指标土的物理性质指标一、土的三项基本物理指标一、土的三项基本物理指标（均可以由实验室直接测出（均可以由实验室直接测出（均可以由实验室直接测出（均可以由实验室直接测出其物理性质指标）其物理性质指标）其物理性质指标）其物理性质指标）第4页，本讲稿共29页第5页，本讲稿共29页二、反映土的密二、反映土的密实程度的指程度的指标第6页，本讲稿共29页三、反映土中含水程度的指标三、反映土中含水程度的指标 第7页，本讲稿共29页四、特定条件下土的密度四、特定条件下土的密度 第8页，本讲稿共29页第9页，本讲稿共29页各物理性质指标间关系换算表各物理性质指标间关系换算表各物理性质指标间关系换算表各物理性质指标间关系换算表 第10页，本讲稿共29页例题讲解：例题讲解：第11页，本讲稿共29页五、砂土的相对密度五、砂土的相对密度 第12页，本讲稿共29页 第二节第二节 土的水理性质土的水理性质 n n土中固体颗粒与水相互作用所表现出的一系列性质，称为土的土中固体颗粒与水相互作用所表现出的一系列性质，称为土的土中固体颗粒与水相互作用所表现出的一系列性质，称为土的土中固体颗粒与水相互作用所表现出的一系列性质，称为土的水理性质水理性质水理性质水理性质。一般指的都是粘性土碰到水后表现出来的性。一般指的都是粘性土碰到水后表现出来的性。一般指的都是粘性土碰到水后表现出来的性。一般指的都是粘性土碰到水后表现出来的性质。质。质。质。第13页，本讲稿共29页n n一、粘性土的稠度状态与界限含水量一、粘性土的稠度状态与界限含水量n n1 1、土的稠度：、土的稠度：、土的稠度：、土的稠度：粘性土区别于无粘性土的一大特征是随着粘性土区别于无粘性土的一大特征是随着粘性土区别于无粘性土的一大特征是随着粘性土区别于无粘性土的一大特征是随着本身含水量的变化，粘性土可以处于不同的物理状态，本身含水量的变化，粘性土可以处于不同的物理状态，本身含水量的变化，粘性土可以处于不同的物理状态，本身含水量的变化，粘性土可以处于不同的物理状态，粘性土这种因含水量的变化而表现出的各种不同物理状粘性土这种因含水量的变化而表现出的各种不同物理状粘性土这种因含水量的变化而表现出的各种不同物理状粘性土这种因含水量的变化而表现出的各种不同物理状态，称为土的稠度。态，称为土的稠度。态，称为土的稠度。态，称为土的稠度。2 2、稠度界限：、稠度界限：、稠度界限：、稠度界限：随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状态随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状态随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状态随着含水量的变化，粘性土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态，相应于转变点的含水量叫做界限含转变为另一种稠度状态，相应于转变点的含水量叫做界限含转变为另一种稠度状态，相应于转变点的含水量叫做界限含转变为另一种稠度状态，相应于转变点的含水量叫做界限含水量，也称为稠度界限。水量，也称为稠度界限。水量，也称为稠度界限。水量，也称为稠度界限。n n其指标为：其指标为：其指标为：其指标为：(1)(1)液限液限液限液限WWL L(2)(2)塑限塑限塑限塑限WWP P(3)(3)缩限缩限缩限缩限WWS Sn n界限含水量的测定：界限含水量的测定：界限含水量的测定：界限含水量的测定：1 1wL L：锥式液限仪：锥式液限仪：锥式液限仪：锥式液限仪 76g 5s 10mm 76g 5s 10mm 2 2wP P：撮条法：撮条法：撮条法：撮条法：球径球径球径球径 10mm 10mm 搓条搓条搓条搓条3mm.3mm.裂纹间距裂纹间距裂纹间距裂纹间距10mm.10mm.第14页，本讲稿共29页第15页，本讲稿共29页二、粘性土的塑性指数和液性指数二、粘性土的塑性指数和液性指数(一一)塑性指数塑性指数1 1定定义义与物理意与物理意义义2 2影响因素：影响因素：颗颗粒、粒、矿矿物成分物成分3 3作用：分作用：分类类第16页，本讲稿共29页n n(二二二二)液性指数液性指数液性指数液性指数 1 1 1 1定义定义定义定义2 2 2 2物理意义：土的状态（软硬程度）的表示物理意义：土的状态（软硬程度）的表示物理意义：土的状态（软硬程度）的表示物理意义：土的状态（软硬程度）的表示 3 3 3 3作用：反映土的状态作用：反映土的状态作用：反映土的状态作用：反映土的状态n nI I I IL L L L0 0 0 0 坚硬坚硬坚硬坚硬0I0I0I0IL L L L 0.25 0.25 0.25 0.25 硬塑硬塑硬塑硬塑n n0.25I0.25I0.25I0.25IL L L L 0.75 0.75 0.75 0.75 可塑可塑可塑可塑0.75I0.75I0.75I0.751.00 1.00 1.00 1.00 流动流动流动流动第17页，本讲稿共29页三、粘性土的活动度三、粘性土的活动度 第18页，本讲稿共29页四、粘性土的灵敏度和触变性四、粘性土的灵敏度和触变性 土的触变性土的触变性 ：被扰动粘性土的这种强度随时间推移而逐渐恢被扰动粘性土的这种强度随时间推移而逐渐恢复的胶体化学性质。复的胶体化学性质。第19页，本讲稿共29页 第三节第三节 细粒土的胀缩性和崩解性细粒土的胀缩性和崩解性一、细粒土的胀缩性一、细粒土的胀缩性（一）基本概念（一）基本概念胀缩性：胀缩性：胀缩性：胀缩性：细粒土由于含水率的增加而发生体积增大的现细粒土由于含水率的增加而发生体积增大的现细粒土由于含水率的增加而发生体积增大的现细粒土由于含水率的增加而发生体积增大的现 象，称为膨胀性；土中失去水分而体积缩小的象，称为膨胀性；土中失去水分而体积缩小的象，称为膨胀性；土中失去水分而体积缩小的象，称为膨胀性；土中失去水分而体积缩小的 性能称为收缩性。性能称为收缩性。性能称为收缩性。性能称为收缩性。产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：土颗粒表面结合水膜的变化引起。土颗粒表面结合水膜的变化引起。土颗粒表面结合水膜的变化引起。土颗粒表面结合水膜的变化引起。第20页，本讲稿共29页（二）、表征细粒土膨胀性的指标（二）、表征细粒土膨胀性的指标1 1、自由膨胀率、自由膨胀率2 2 2 2、膨胀率、膨胀率、膨胀率、膨胀率3 3 3 3、膨胀力、膨胀力、膨胀力、膨胀力（三）、表征细粒土收缩性的指标（三）、表征细粒土收缩性的指标1 1、体缩率、体缩率2 2 2 2、线缩率、线缩率、线缩率、线缩率3 3 3 3、搜索系数、搜索系数、搜索系数、搜索系数第21页，本讲稿共29页二、细粒土的崩解性二、细粒土的崩解性崩解性：崩解性：崩解性：崩解性：细粒土由于浸水而发生崩散解体的性能。细粒土由于浸水而发生崩散解体的性能。细粒土由于浸水而发生崩散解体的性能。细粒土由于浸水而发生崩散解体的性能。产生地带：产生地带：产生地带：产生地带：水渠和水库的岸边。水渠和水库的岸边。水渠和水库的岸边。水渠和水库的岸边。研究意义：研究意义：研究意义：研究意义：评价人工和天然边坡的稳定性。评价人工和天然边坡的稳定性。评价人工和天然边坡的稳定性。评价人工和天然边坡的稳定性。第22页，本讲稿共29页 第四节第四节 土的透水性和毛细性土的透水性和毛细性一、土的透水性一、土的透水性透水性：透水性：透水性：透水性：细粒水在孔隙中渗透流动的性能。细粒水在孔隙中渗透流动的性能。细粒水在孔隙中渗透流动的性能。细粒水在孔隙中渗透流动的性能。不同类型的土，孔隙大小不同，透水性也不同。在大多不同类型的土，孔隙大小不同，透水性也不同。在大多不同类型的土，孔隙大小不同，透水性也不同。在大多不同类型的土，孔隙大小不同，透水性也不同。在大多数情况下，水在天然土层中以层流形式运动，服从数情况下，水在天然土层中以层流形式运动，服从数情况下，水在天然土层中以层流形式运动，服从数情况下，水在天然土层中以层流形式运动，服从达西定律达西定律达西定律达西定律（线性渗透定律）（线性渗透定律）（线性渗透定律）（线性渗透定律）。第23页，本讲稿共29页Darcy Darcy 定律定律 18561856年法国的水力工程师年法国的水力工程师H.DarcyH.Darcy在装满砂的在装满砂的圆筒（圆筒（图图1 1）中进行了大量实验，得到如下线性关）中进行了大量实验，得到如下线性关系式系式 ：由于由于 则则上述两个关系式称为上述两个关系式称为达西定律达西定律(Darcys Law)(Darcys Law)。第24页，本讲稿共29页图图1 Darcy实验装置示意装置示意图第25页，本讲稿共29页非线性渗透定律非线性渗透定律哲才定律哲才定律 地下水在地下水在较大的空隙中运大的空隙中运动，且其流速相当大，且其流速相当大时，呈紊流运，呈紊流运动，此，此时的渗流服从的渗流服从哲才定律哲才定律此此时，渗流速度与水力坡度的平方根成正比。，渗流速度与水力坡度的平方根成正比。1/2第26页，本讲稿共29页二、土的毛细性二、土的毛细性1 1、基本概念、基本概念n毛毛细细性性是是指指水水通通过过土土的的毛毛细细孔孔隙隙在在弯弯液液面面力力的的作作用下向各个方向运动的性能。用下向各个方向运动的性能。n毛细现象：毛细现象：把细管插入水中，水上升至一定高度停下来把细管插入水中，水上升至一定高度停下来n毛毛细细水水受受固固体体表表面面吸吸引引力力、液液体体表表面面张张力力和和液液体体重重力力的的共共同同作作用用。毛毛细细力力是是在在三三相相界界面面上上弯弯液面引起的附加表面压力。液面引起的附加表面压力。n毛细管管径越小，毛细力越大，毛细上升高度也越大。毛细管管径越小，毛细力越大，毛细上升高度也越大。图图2 毛毛细现象象图第27页，本讲稿共29页2、毛、毛细细水的存在形式水的存在形式 a)a)支持毛细水支持毛细水是指在地下水面支持下存在的（附着水面上的）的毛是指在地下水面支持下存在的（附着水面上的）的毛细水，随地下水升降而升降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有细水，随地下水升降而升降。上升高度与水面上部的岩石孔隙性质有关。关。b)b)悬悬挂挂毛毛细细水水指指地地下下水水面面以以上上，岩岩石石细细小小孔孔隙隙中中保保留留的的水水分分。其特点是毛细水成带状，但与地下水面无联系。其特点是毛细水成带状，但与地下水面无联系。c)c)孔孔角角毛毛细细水水 颗颗粒粒与与颗颗粒粒之之间间相相互互接接触触，接接触触点点附附近近孔孔径径最最小小，形形成成孔孔角角毛毛细细水水。多多孤孤立立存存在在而而不不形形成成毛毛细细水水带带，与与地地下下水水面面也也无无关关。孔孔角角毛毛细细水有补给成因的，有支持毛细水残留而成的，也有凝结成因的。水有补给成因的，有支持毛细水残留而成的，也有凝结成因的。第28页，本讲稿共29页 图图3 3 土壤中的毛细水示意图（根据王大纯等修改）土壤中的毛细水示意图（根据王大纯等修改）aa支持毛细水；支持毛细水；bb悬挂毛细水；悬挂毛细水；cc孔角毛细水孔角毛细水 第29页，本讲稿共29页