土的物理性质.ppt

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1、土的物理性质现在学习的是第1页，共45页土的物理状态指标土的物理状态指标土的物理状态土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)表表示示影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠度土的三个组成相的体积和土的三个组成相的体积和质量上的比例关系质量上的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程度定义定义现在学习的是第2页，共45页 土的物理性质主要研究：1、土的三相体系间质量质量与体积体积间的比例关系，如密度、空隙性等，称基本物理性质，共有9个指标。2、固体固体与液体液体间相互作用表现出来的性质如稠度、

2、可塑性、胀缩性、透水性等，称水理性质。现在学习的是第3页，共45页空气空气 Air三三 相相 示意示意 图图水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积现在学习的是第4页，共45页1.密度密度 土粒密度s 实测指标 土的天然密度 实测指标 土的干密度d 饱和密度sat土的物理性质指标土的物理性质指标空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积现在学习的是第5页，共45页2.含水性指标含水性指标 天然含水率 w 实测指标 饱和含水率 wsat 饱和度sr3.空隙性空隙性 孔隙率 n 孔隙比 e空气空气水水固体固体ma=0mw

3、msm质量质量VaVwVsVvV体积体积现在学习的是第6页，共45页指标含及其确定方法：指标含及其确定方法：实测指标实测指标土粒密度土粒密度 s：定义：单位体积内土颗粒的定义：单位体积内土颗粒的 质量质量表达式：表达式：s=ms/Vs 单单 位：位：kg/m3 或或 g/cm3一般范围：一般范围：粘性土粘性土 2.702.75 g/cm3，砂土砂土 2.65 g/cm3 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积现在学习的是第7页，共45页指标含及其确定方法：指标含及其确定方法：实测指标实测指标土的天然密度土的天然密度：定义：天然状态下单位体积定义：天然状态下单位

4、体积 内土的质量。内土的质量。表达式：表达式：单单 位：位：kg/m3 或或 g/cm3一般范围：一般范围：1.602.20 g/cm3空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积awswsVVVmmVm 现在学习的是第8页，共45页现在学习的是第9页，共45页注意区别：注意区别：1）含义上：）含义上：s是固体相部分质量，只与土中的矿物组成有关，与孔隙性和含水性无关；而是天然状态下单位体积内土的质量，与两者均有关。2）测定方法上：）测定方法上：s用扰动土样，采用比重瓶法测定，用原状土样，采用环刀法或蜡封法测定。3）数值上：）数值上：s 现在学习的是第10页，共45页

5、指标含及其确定方法：指标含及其确定方法：实测指标实测指标土的天然含水率土的天然含水率w：定义：定义：土中水的质量与土粒质土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示量之比，用百分数表示表达式：表达式：单单 位：无量纲位：无量纲一般范围：一般范围：变化范围大，可超过变化范围大，可超过100%测量方法：测量方法：室内一般用烘干法。室内一般用烘干法。空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积ssswmmmmm(%)w 现在学习的是第11页，共45页 可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标

6、e1en n1ne 砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%，有的可达，有的可达60-70%svV/Ve 孔隙比孔隙比e：土中孔隙体积与固体土中孔隙体积与固体颗粒体积之比颗粒体积之比,为无量纲为无量纲V/V(%)nv 孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙体土中孔隙体积与总体积之比积与总体积之比,用百分数表示用百分数表示可用三相草图推出可用三相草图推出空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积现在学习的是第12页，共45页现在学习的是第13页，共45页指标含及确定方法指标含及确定方法：换算指标换算指标：1、干干密度密度 d：定义：土中孔隙完全没有

7、水定义：土中孔隙完全没有水 时的密度时的密度表达式：表达式：d=ms/V KN/m3 g/cm3 它可用和w换算。wmmmmmmVmmVmmVmdswswssss1/空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积现在学习的是第14页，共45页2、饱和密度饱和密度 sat：土中孔隙完全被水充满时土中孔隙完全被水充满时 的密度。的密度。sVmVsatWVVdwdnn空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积饱和容重：饱和容重：gsatsat VVmvwssat 现在学习的是第15页，共45页3、有效容重（浮容重）、有效容重（浮容重）表达式：物

8、理意义：地下水位以下，土体受水的浮力时单位体积的质量。wsat 天然密度天然密度 干密度干密度 饱和密度饱和密度VmmVmwsVVmvwssat V/msddsat 现在学习的是第16页，共45页4、饱和含水率饱和含水率（wsat)：指土饱和时，所含水的质量与固体质量指土饱和时，所含水的质量与固体质量之比。之比。%。5、饱和度饱和度（Sr）：）：指土中指土中水的体积与空隙体积之比的水的体积与空隙体积之比的%。表示孔隙的饱和程度表示孔隙的饱和程度。%100%10011）（sdswVsatmVsatww%100/%100satsWVswwVwVwwwmVmVVVrVVrss空气空气水水固体固体ma

9、=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积现在学习的是第17页，共45页6、孔隙率孔隙率n：指土中孔隙体积与土总体积之比的指土中孔隙体积与土总体积之比的%。7、孔隙比、孔隙比e：指土中孔隙体积与固体体积之比指土中孔隙体积与固体体积之比%100)1(%100sdVVVVVVnn11)1(wVVsdssVee现在学习的是第18页，共45页 上述,s,w,d,sat,wsat,sr,n,e一共10个物理性质指标，是否各自独立，互不相干呢？不是，通常实验室测定,s,w后，其余7个指标可以通过三相草图换算而得。因为三相草图是相对比例关系，为了计算方便，我们可以设其中一个部分为1，例如设Vs=1现在

10、学习的是第19页，共45页1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 小小 结结土的三个组成相的体积和质量上土的三个组成相的体积和质量上的比例关系的比例关系定义定义三相草图法三相草图法室内测定三个基本室内测定三个基本物理性质指标：物理性质指标：土的密度土的密度 土粒密度土粒密度土的含水量土的含水量其它物理性质指标其它物理性质指标孔隙含量孔隙含量含水程度含水程度密度和容重密度和容重 特点特点:指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多 要点：名称、概念或定义、符号、表达式、要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围

11、、联系与区别密实程度密实程度干湿程度干湿程度 现在学习的是第20页，共45页现在学习的是第21页，共45页4、某住宅地基勘察中，由一个原状土试验测得：土的天然密度=1.85kN/m3,土粒密度s=2.75kN/m3,土的天然含水量w=20%。求其余6个指标1、已知一块饱和原状土样，其体积为17.40cm3，重29.8g，经105度温度下烘干后，重19.6g。求：w、s、e、d、sat。2、在野外试验中用体积为90cm3的环刀取原状土样，称得质量为154g，送回试验室后称得重量148g，并测得w=15%，s=2.7g/cm3。求、d、w、e、n、wsat、sr。3、一块体积为27cm3的粘土，烘

12、干后重47.25g。在体积不变的情况下饱和，饱和后的重量56.7g。求 s。现在学习的是第22页，共45页1、已知一块饱和原状土样，其体积为17.40cm3，重29.8g，经105度温度下烘干后，其重为19.6g，求：w,s,e,d,sat,解：42.111)/(1.17)/(71.1)/(3.11)/(13.1)/(2.27)/(72.2%526.198.294.1713.172.2334.178.29334.176.1933/)6.198.29(4.176.196.196.198.29dsswssswemKNcmgmKNcmgmKNcmgwmmVsatVmdVmsmmssat现在学习的是第

13、23页，共45页2.在野外试验中用体积为90cm3的环刀取原状土样，称得质量为154g，送回试验室后称得重量148g，并测得w=15%,s=2.7g/cm3.求,d,w,e,n,wsat,sr.已知：V=90cm3,m=154g，m=148g,w=15%,s=2.7g/cm3.解：土样从野外送回试验室的过程中，土的重量减轻了。说明土的水分损失了一部分，所以试验室测得的含水率偏小。真正的含水率应根据含水率的概念确定。现在学习的是第24页，共45页.89.01%0.47)%1()%1(%9.59%9.32)%()%()/(1.17)/(71.1)/(3.14)/(43.1%7.197.12815.

14、0%15148.%,7.243.17.2143.1111339015433907.1287.1287.128154148答：为：真正的解得得：代入而不会变其中总质量而dssdsatsdssswenswmKNcmgmKNcmgwwgmwwwmgmmmmwwwrsatdsmmsswmm现在学习的是第25页，共45页3.一块体积为27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在体积不变的情况下饱和，饱和后的重量56.7g。求 s.已知：V=27cm3，ms=47.25g，msat=56.7g解：.)/(9.26)/(69.233)1/45.9(2725.47/)25.477.56(2725.4725.47

15、答：mKNcmgwVssVVVms现在学习的是第26页，共45页二、粘性土的稠度状态及可塑性二、粘性土的稠度状态及可塑性1.1.稠度与界限含水率稠度与界限含水率 粘性土由于含水率不同，可表现出稀稠软硬程度不同的物理状态（如固态、可塑态及流动态），称为土的稠度土的稠度。即：说明随w的增大，土的状态发生了变化；也说明土中颗粒的活动性随w的增大变得容易，即水与颗粒的表面现象越明显。由一种状态转变为另一种时的含水率叫界限含水率，如由态到塑态到流态。固 态塑 态流 态固体态半固态粘塑态稠塑态粘流态液流态W小W大触变限塑塑限限Wp粘着限收缩限液液限限wl现在学习的是第27页，共45页塑限塑限w wp p液

16、限液限w wl l粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水w w土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水强结合水膜最大强结合水膜最大出现相当数量自由水出现相当数量自由水粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态稠度界限稠度界限稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态示意图示意图现在学习的是第28页，共45页 根据土的不同状态，有几种界限含水率。包括：收缩限、塑塑限限、粘着限、液限液限、触

17、变限等，又称阿太堡界限。塑限塑限wp：由半固态转变为可塑态的界限含水率。：由半固态转变为可塑态的界限含水率。液限液限wL：由可塑态转变为流态的界限含水率。：由可塑态转变为流态的界限含水率。塑限的实测常用搓条法搓条法；液限的测定常用锥式液限仪或蝶式液锥式液限仪或蝶式液限仪限仪。固 态塑 态流 态固体态半固态粘塑态稠塑态粘流态液流态W小W大触变限塑塑限限Wp粘着限收缩限液液限限wl现在学习的是第29页，共45页2、塑性指数及土的塑性指数分类塑性指数及土的塑性指数分类 如果土的天然含水率介于塑限和液限之间时，土将处于塑性状态，这时土可被塑成任意形状而不发生断裂，这种性质叫可塑性可塑性。塑性指数塑性指

18、数（Ip）是指液限与塑限的差值）是指液限与塑限的差值。Ip=wL-wp Ip愈大，说明土的可塑状态的范围越大，可塑性越好，反之亦然。Ip=0时，土无可塑性。Ip的大小主要取决于土中粘粒的含量及其矿物成分。土中粘粒含量越高，矿物的亲水性越好，Ip越大，反之，就小。思考：砂和砾石类土是否有可塑性,why?现在学习的是第30页，共45页 土按塑性指数的分类，各部门有所区别，界限也有区别。国标准岩土工程勘察规范中规定：分类不足之处在于：不同的液限和塑限可能得出相同的塑性指数，即土类型相同，但其性质可能完全不同。为解决这一问题，提出了用塑性图对细粒土分类。如国标中就采用了这一分类方法。如图：塑 性 指

19、数 土 的 名 称 Ip17 粘 土 10Ip=17 粉 质 粘 土 现在学习的是第31页，共45页CLCLO1030塑塑性性指指数数IpIp=10Ip=7MLMLOMHMHOCHCHOA80604020100液限液限Wl(%)C代表粘土M代表粉土O代表有机质A线：Ip=0.63(Wl-20)现在学习的是第32页，共45页 如果土中含有有机质就用代号O。例如CHO为有机质高液限粘土类。另外还有一些别的规定。现在学习的是第33页，共45页 3.液性指数及稠度状态分级液性指数及稠度状态分级 液性指数液性指数 可以看出：当当wwp时，时，ILwL时，时，(w-wpWL-WP)，IL1,土将处于流动状

20、态；土将处于流动状态；当当wp w wL时，时，0 IL 1，土将处于可塑状态；，土将处于可塑状态；因此，IL的大小 实际上反映了土的天然稠度状态。按IL将土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种状态。pppLpIwwwwwwLI现在学习的是第34页，共45页 从土的力学性质角度，考察土的稠度状态：实际上，IL反 映了土的强度和压缩性，IL越大，土将处于软塑或流塑状态，土体的强度就低，压缩性高，承载力低；反之，IL越小，土处于坚硬或硬塑状态，土的强度就高，压缩性就低，承载力大。液性指数IL00IL0.250.25IL0.750.751.00稠度状态坚硬硬塑可塑软塑流塑现在学习的是第35页，共4

21、5页三、粘性土的胀缩性和崩解性三、粘性土的胀缩性和崩解性 1.胀缩性包括膨胀性与收缩性胀缩性包括膨胀性与收缩性：是指粘性土由于含水率增加或减少而引起体积增大（膨胀）或减少（收缩）的性质。一般来说，粘性土不同程度的具有胀缩性。产生原因产生原因：由于土颗粒表面的结合水（水化）膜厚度产生了变化，从而导致矿物颗粒间引力变化，进而产生了土的胀缩性。评价指标评价指标：膨胀率、膨胀力、线膨胀率、体缩率等。现在学习的是第36页，共45页2.崩解性崩解性：指粘性土随含水率增加而发生崩散解体的性能。崩解形式崩解形式：散粒崩解、鳞片状崩解、碎块状或崩裂状崩解。具体形式主要取决于土的矿物成分、粒度成分、结构及胶结程度

22、等。产生原因产生原因：由于浸水后，土颗粒间产生局部应力集中，使局部颗粒间的斥力超过吸引力，造成这些颗粒崩落。评价指标：评价指标：崩解速度和崩解时间现在学习的是第37页，共45页四、土的透水性和毛细性四、土的透水性和毛细性 土的透水性在评价水库、渠道等水工建筑物的渗漏和浸没问题时，具有重要意义。现在学习的是第38页，共45页土体中的渗流土体中的渗流土颗粒土颗粒土中水土中水渗流渗流 土是一种碎散的多孔介质，其孔土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的孔隙中从能量高的点向

23、能量低的点流动的点流动 水在土体孔隙中流动的现象称为水在土体孔隙中流动的现象称为渗流渗流 土具有被水等液体透过的性质称为土的土具有被水等液体透过的性质称为土的渗透性渗透性现在学习的是第39页，共45页 是土中孔隙直径大小的主要影是土中孔隙直径大小的主要影响因素响因素 因由粗颗粒形成的大孔隙可被因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径，土的渗透系数常用有效粒径d10来表示，如哈臣公式：来表示，如哈臣公式：210dck 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配

24、 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构渗透系数的影响因素 现在学习的是第40页，共45页 是单位土体中孔隙体积的直接是单位土体中孔隙体积的直接度量度量 对于砂性土，常建立孔隙比对于砂性土，常建立孔隙比e与与渗透系数渗透系数k之间的关系，如：之间的关系，如：)e1e(fk)e1e(fk)e(fk322渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构现在学习的是第41页，共45页 对粘性土，影响颗粒的表面力对粘性土，影响颗粒的表面力 不同粘土矿物之间渗透系数相差极不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为

25、高岭石大，其渗透性大小的次序为高岭石伊里石伊里石蒙脱石蒙脱石；当粘土中含有可；当粘土中含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越交换的钠离子越多时，其渗透性将越低低 塑性指数塑性指数Ip综合反映土的颗粒大小和综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数矿物成份，常是渗透系数的参数渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构现在学习的是第42页，共45页 影响孔隙系统的构成和方向性，影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大对粘性土影响更大 在宏观构造上，天然沉积层状粘性土在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁

26、平状粘土颗粒常呈水平排列，层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得常使得k水平水平k k垂直垂直 在微观结构上，当孔隙比相同时，在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性透水性渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构现在学习的是第43页，共45页饱和曲线饱和曲线含水量含水量 wWop干容重干容重 d max 1含水量含水量 w渗透系数渗透系数 k絮状结构絮状结构 分散结构分散结构渗透系数的影响因素 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构现在学习的是第44页，共45页渗透系数的影响因素 水的动力粘滞系数：水的动力粘滞系数：温度温度，水粘滞性，水粘滞性，k 饱和度（含气量）：封闭气泡对饱和度（含气量）：封闭气泡对k影响很大，可减少有效渗透面影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道积，还可以堵塞孔隙的通道 土的性质土的性质 水的性质水的性质 粒径大小及级配粒径大小及级配 孔隙比孔隙比 矿物成分矿物成分 结构结构现在学习的是第45页，共45页