最新土力学课件-2-土的物理性质及分类幻灯片.ppt

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1、土力学课件土力学课件2011-2-土的物理性土的物理性质及分类质及分类主要内容烘箱3、土粒比重土粒比重 Gs固体颗粒质量与同体积水固体颗粒质量与同体积水(在在4时时)质量之比质量之比SssswwmGV土粒比重的变化范围见表2-7:测定方法 比重瓶煮沸法表表2-7 土粒比重范围土粒比重范围结论：土粒比重变化不大！2.6.3 换算的物理性质指标换算的物理性质指标孔隙比孔隙比vsVeV100%vVnV于是可得两者关系：于是可得两者关系：孔隙率孔隙率 11vvvvsvVVVnVeVVVVnVwrvVSV饱和度饱和度0 0S Sr r1 1饱和土：饱和土：S Sr r=1 1干土：干土：S Sr r=0

2、 0 土的饱和重度土的饱和重度satsatSvwsatWVVsatwsdWV土的密度与重度的关系：土的密度与重度的关系：g土的有效重度（浮重度）土的有效重度（浮重度） 土的干重度土的干重度2.6.5 几种常用指标之间关系式的推导土的三相比例指标之间可以互相换算：方法1： 由三相图及其定义计算，见教材52页例2.1。 假定V=1, 或者假定Vs=1 方法2： 由三相图导出的计算公式。 孔隙比与孔隙率的关系 eeVVnv1nne1干密度与湿密度和含水率的关系 wwVmddd11wd1孔隙比与比重和干密度的关系 eVmssd11dwsGeewGeVVSswvwrws当土饱和时，即为当土饱和时，即为S

3、r=100Sr=100则则 ssatGwe satw饱和含饱和含水率水率19饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 浮密度与比重和孔隙比的关系 eGeVVmwswswss11120指标间的换算指标间的换算气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积V土的三相指标中，土的三相指标中，土粒比重土粒比重Gs ，含水量含水量和和密度密度是通是通过试验测定的，可以根据三过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指个基本指标换算出其余各指标标Vv=eGsw Gs（1）w eGVmws1)1 (11eGVmwssd推导：推导：换算关系式：换算关系式：1)1 (1wsdwsGGeeeGVVmws

4、wVssat1)(eGwssat1) 1(eeVVnV1eGVmVVSsWVwVwr2.7 土的物理状态指标土的物理状态指标2.7.1 粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）q用孔隙比用孔隙比e e可评价砂土的密实度；可评价砂土的密实度；q优缺点：优缺点：优点：应用方便、简单优点：应用方便、简单缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响q所以：所以：应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；建立相对密度的概念。建立相对密度的概念。最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin 用“振击法”测定。最大孔隙比

5、：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax 用“松散器法”测定。相对密度： maxmaxminreeDee最大孔隙比、最小孔隙比的概念：最大孔隙比、最小孔隙比的概念：举例说明建立相对密度概念的意义：举例说明建立相对密度概念的意义：结论：结论：土样土样1：密实；：密实；土样土样2：不密实：不密实土类最大孔隙比emax最小孔隙比emin实际孔隙比e土样10.80.50.55土样20.60.30.55问题：问题： 哪个土样密实哪个土样密实？0.671rD密实0.330.67rD中密00.33rD松散1 1 用用DrDr表示砂土密实度表示砂土密实度见表2-9，铁路工程技术规范（P50） 当当e=emax

6、时，时，Dr=0，最松状态；，最松状态； 当当eemin时，时，Dr=1.0，最密状态。，最密状态。 优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善 缺点：缺点：emax和和emin难以准确测定，给难以准确测定，给Dr的确定带来困难。的确定带来困难。 2、标准贯入试验方法标准贯入试验方法 方法：63.5kg锤，升到锤，升到76cm高，自由落下高，自由落下标准贯入器入土深度标准贯入器入土深度30cm，所需锤数为，所需锤数为N63.563.5N显然，土层的密实程度与密切相关。显然：规范：规范：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002

7、) 表表2-10 ，详见第，详见第8章章63.510N松散63.51015N稍密63.51530N中密63.530N密实判断标准：判断标准：2.7.2 粘性土的稠度粘性土的稠度（界限含水量）（界限含水量）AtterbergAtterberg（瑞典土壤学家，（瑞典土壤学家，19111911）塑性塑性：可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。PlasticityPlasticity。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。 土体体积

8、随含水量的变化：土体体积随含水量的变化：图图2-29 含水量与体积的关系含水量与体积的关系 土的界限含水量（土的界限含水量（Atterberg limitsAtterberg limits）v缩限：半固体状态与固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，体积不发生变化。Shrinkage limit, wS。v塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。Plastic limit, wP。v液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquid limit, wL。“界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？注意：塑限和液限是土力学中常用的。液限的

9、测定：锥式液限仪（中国）；碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。碟式液限仪碟式液限仪 平衡锥式液限仪平衡锥式液限仪 17mm液限测定演示：17mm液限测定演示：液限测定演示：塑限的测定： 搓条法测定。3mm土条。缩限的测定： 收缩皿法测定。讨论：液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；试验的具体程序和步骤详见土工试验方法标准；界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定结构性；所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。（1 1）塑性指数）塑性指数I IP P概念:塑性状态时含水量变化范围，IP（Plasticity index）。PLPIWW 常省略常省略 %； 变化范围很大（如大于变

10、化范围很大（如大于200）；）； 是粘性土区别于砂土的重要特征；是粘性土区别于砂土的重要特征；反映了土与水之间物理化学作用的强弱。反映了土与水之间物理化学作用的强弱。P土颗粒愈细，比表面积增加,I 增加P,粘粒含量愈多，亲水性矿物含量增加 I 增大物理意义：为什么对于砂土颗粒，即使磨成极细颗粒也不具有塑性？思考：仅仅知道土样含水量，能否判断土的物理状态？（液态、固态还是半固态？）一个问题：结论：不能。举例说明：土类液限wL塑限wL含水量土样132%12%20%土样242%24%20%结果：结果：土样土样1：可塑态；：可塑态；土样土样2：半固态；：半固态；问题：问题： 判断土样物理状态判断土样物

11、理状态？“必须建立含水量与界限含水量的关系必须建立含水量与界限含水量的关系”（2 2）液性指数）液性指数IL 表表2-11 粘性土的稠度标准粘性土的稠度标准PLLPWWIWW液性指数 IL0 0 IL0.25 0.25 IL0.75 0.751 状态 坚硬 硬 塑 可 塑 软 塑 流 塑 天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（Liquidity index）。在0到1之间。越大，表示土越软； 大于1，处于流动状态； 小于0，处于固体状态或半固体状态。关于IL结论：结论：求证（1）1dw求证（2）srG wSe例题：(1)1(1)(1)(1)swssdWWWwWWwVwVwVwV证明：例2-

12、5 某粘性土的天然含水量w=19.3%，液限wL=28.3%，塑限wP=16.7%。求塑性指数IP和液性指数IL，确定该土状态。查表2-11可知该土的状态为硬塑状态。19.3-16.711.6IL= = =0.224PPwwI解：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6 “土的工程分类是勘察、设计的首要内容”2.8 土的工程分类 分类存在不同体系，主要有： (1) 建设部土的分类标准(GBJl4590)； (2) 建设部建筑地基基础设计规范(GB500072002)； (3) 水利部土工试验规程(SL2371999)中的12884分类法； (4) 交通部公路土工试验规程(JTJ05193

13、)。分类原则和特点：2.8.1 建筑地基基础设计规范 (GB500072002)l对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；l对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；l给出岩石的分类标准；l将天然土分为6大类：岩石、碎石土、砂类土、粉土、粘性土和人工填土。天然土分为6大类：l岩石：表2-12和表2-13l碎石类土：表2-14l砂类土:表2-15l粉土：表2-16l粘性土：表2-17l人工填土:表2-18 问题：问题：土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）回答：回答：粉粒组粉粒组:0.075mm=d0

14、.005mm :0.075mm=d0.005mm 粉土：大于粉土：大于0.075mm0.075mm的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50%50%，且塑性指数且塑性指数I IP P1010的土。的土。 0.0750.005d分类原则和特点：2.8.2 土的分类标准(GBJl4590)l考虑了土的有机质含量、颗粒组成特征以及土的塑性指标。 （总的分类体系如图2-30）；l先判断该土属于有机土还是无机土。l若属于无机土，则可先按表2-20划分其粒组。l根据土内各粒组的相对含量，将土分为：巨粒土和含巨粒土粗粒土细粒土表2-211 巨粒土和含巨粒土表2-22、2-23、2-242 粗粒土 表2-25和塑性图2-31 3 细粒土图2-31 塑性图 CHclay, high CLclay, low MHmo, high MLmo, lowOorganic 粘土clay 粉土mo，silt 砾石gravel 砂sand