第三章 土的物理性质与工程分类PPT讲稿.ppt

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1、第三章 土的物理性质与工程分类第1页，共35页，编辑于2022年，星期二第一节 土的基本物理性质土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液二相相互作用表现出来的性质。前者称为土的基本物理性质，主要研究土的密实程度和干湿状况；后者主要研究粘性土的可塑性、胀缩性及透水性等。第2页，共35页，编辑于2022年，星期二一、土粒密度一、土粒密度 土粒密度土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量。土粒密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙大小和含水多少无关，它的数值一般在2.602.80g/cm3之间（表3-1）。土粒比重土粒比重 GsGs 土粒的质量与同体积纯蒸馏水

2、在4C时的质量之比。无量纲。第3页，共35页，编辑于2022年，星期二二、土的密度与重度二、土的密度与重度土的密度土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量，其单位是g/cm3。1 1、天然密度天然密度天然状态下单位体积土的质量，称天然密度天然密度，即：天然密度常见值为1.62.2g/cm3，小于土粒密度值，它是一个实测指标。第4页，共35页，编辑于2022年，星期二2 2、干密度、干密度土的孔隙中完全没有水时的密度，称土的干密度干密度，指单位体积干土的质量，即干密度与土中含水多少无关，只取决于土的矿物成分和孔隙性。土的干密度一般在1.41.7g/cm3之间。3 3、饱和密度、饱和

3、密度土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度饱和密度，是指土孔隙中全部充满液态水时的单位体积土的质量，即第5页，共35页，编辑于2022年，星期二工程上常用重度重度指标，它指单位体积土的重量，kN/m3。天然重度天然重度、干重度干重度d及饱和重度饱和重度sat另外，处于地水位以下的有效重度常特称为土的浮重度浮重度，等于土的饱和重度减去水的重度（w），即：对于同一种土来讲，土的天然重度、干重度、饱和重度、浮重度在数值上有如下关系：第6页，共35页，编辑于2022年，星期二三、土的含水性三、土的含水性 1、含水量、含水量含水量含水量指土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水

4、率含水率。一般所说的含水量指的是天然含水量。土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水量饱和含水量wsat。饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多少。又能反映土的孔隙率大小。第7页，共35页，编辑于2022年，星期二2、饱和度、饱和度土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土的饱饱和度和度，以百分数表示。或天然含水量与饱和含水量之比：饱和度可以说明土孔隙中充水的程度，其数值为0100%。干土：Sr=0；饱和土：Sr=100%。工程实际中，按饱和度大小常将砂类土划分为如下三种含水状况：Sr80%饱和的第8页，共35页，编辑于2022年，星期二四、土的孔隙性四、土的孔隙性 土中孔隙大小

5、、形状、分布特征、连通情况与总体积等，称为土的孔隙性孔隙性。其主要取决于土的颗粒级配与土粒排列的疏密程度。1、孔隙度、孔隙度孔隙度孔隙度又称孔隙率孔隙率，指土中孔隙总体积与土的总体积之比，用百分数表示。土的孔隙度取决于土的结构状态，砂类土的孔隙度常小于粘性土的孔隙度。土的孔隙度一般为2752%。新沉积的淤泥，孔隙度可达80%。第9页，共35页，编辑于2022年，星期二2、孔隙比、孔隙比孔隙比孔隙比指土中孔隙体积与土中固体颗粒总体积的比值，用小数表示，土的孔隙比说明土的密实程度，按其大小可对砂土或粉土进行密实度分类。在岩土工勘察规范（GB50021-94）中，用天然孔隙比来确定粉土的密实度。e0

6、.9 稍密孔隙度与孔隙比的关系为 第10页，共35页，编辑于2022年，星期二3 3、砂土的相对密度、砂土的相对密度砂土的密实程度还可用相对密度相对密度（Dr）来表示。Dr=0时，土处于最疏松状态；Dr=1时，土处于最密实状态。第11页，共35页，编辑于2022年，星期二标准贯入试验锤击数N63.5密实度N63.510松散10N63.515稍密1530密实天然状态砂土的密实度天然状态砂土的密实度第12页，共35页，编辑于2022年，星期二五、指标之间的关系五、指标之间的关系 土粒密度、天然密度、含水量是三个基本实测指标基本实测指标、即通过试验直接测定。由实测指标换算求取六个导出指标可直接用简单

7、的数学演算方法，如：第13页，共35页，编辑于2022年，星期二土的三相指标之间可以进行换算，换算的一般方法是：根据上述关系及各指标的定义可以进行推导（3-16）-（3-21）各推导公式。第14页，共35页，编辑于2022年，星期二第15页，共35页，编辑于2022年，星期二推导公式：干密度的定义公式令Vs=1，则由孔隙比的定义可得由土粒比重的定义可得把（2）、（3）代入（1）得第16页，共35页，编辑于2022年，星期二第17页，共35页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 粘性土的稠度与可塑性粘性土的稠度与可塑性粘性土的稠度与可塑性是土粒与水相互作用后所表现出来的物理性质。第18页，共3

8、5页，编辑于2022年，星期二一、粘性土的稠度状态一、粘性土的稠度状态粘性土因含水多少而表现出的稀稠软硬程度，称为稠度稠度。因含水多少而呈现出的不同的物理状态称为粘性土的稠度稠度状态状态。固态：含水量相对较少，粒间主要为强结合水连结，连结牢固，土质坚硬，力学强度高，不能揉塑变形，形状大小固定。塑态：含水量较固态为大，粒间主要为弱结合水连结，在外力作用下容易产生变形，可揉塑成任意形状不破裂、无裂纹，去掉外力后不能恢复原状。流态：含水量继续增加、粒间主要为液态水占据，连结极微弱，几乎丧失抵抗外力的能力，强度极低，不能维持一定的形状，土体呈泥浆状，受重力作用即可流动。第19页，共35页，编辑于202

9、2年，星期二二、界限含水量二、界限含水量稠度界限稠度界限缩限塑限液限0固态 半固态 可塑状态 流动状态土从某种稠度状态转变为另一种状态时的界限含水量称为稠度界限，又称为Atterberg界限工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp液性界限液性界限，相当于土从塑性状态转变为液性状态时的含水量，简称液限液限 wL 粉土的液限在3238%之间，粉质粘土为3846%，粘土为4050%。塑性界限塑性界限，相当于土从半固体状态转变为塑性状态时的含水量，简称塑限塑限 wp 常见值为1728%第20页，共35页，编辑于2022年，星期二液性指数液性指数IL反映土的天然含水量与界限含水量之间的关系，工程上用来表

10、示土的稠度状态。pL0-pL-p第21页，共35页，编辑于2022年，星期二第22页，共35页，编辑于2022年，星期二三、粘性土的可塑性三、粘性土的可塑性 当粘性土的含水量在某范围内时，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并在外力移去时能保持既得的形状，土的这种性能叫可可塑性塑性。粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时，土处于可塑状态，具有可塑性，这是粘性土的独特性能。wL和wp的差值可以反映可塑性的大小，工程上定义为塑性指数塑性指数 IP IP=wL-wp 1994年国家标准岩土工程勘察规范按塑性指数IP将粘性土分为两类，IP17为粘土为粘土，17IP10为粉质粘土为粉质粘土，IP10

11、为粉为粉土或砂类土土或砂类土。第23页，共35页，编辑于2022年，星期二例题：从某地基取原状土样，测得土的液限wL=47%，塑限wp=18%，天然含水量w=40%，问地基土是什么土，处于什么状态？解：解：1.求塑性指数：2.求液性指数：3.Ip 17，该地基土为粘土；4.查表3-4，1.0IL0.75，得土处于软塑状态。第24页，共35页，编辑于2022年，星期二第四节 土的工程分类一、工程分类的一般原则和类型基本原则：基本原则：所划分的土类能反映土性质的变化规律。土的工程分类总起来可以归纳为三级分类土的工程分类总起来可以归纳为三级分类土的第一级分类是成因类型分类 如岩土工程勘察规范将土按堆

12、积年代划分为三类：1.老堆积土；2.一般堆积土；3.新近堆积土。土的第二级分类是土质类型分类土的第三级分类是工程建筑类型分类第25页，共35页，编辑于2022年，星期二二、土质分类简介二、土质分类简介在实际工程应用中规定，土中粒径d0.075mm（有的规范用0.1mm）的土粒质量大于全部土粒质量的50%时称为粗粒土粗粒土，小于50%时称为细粒土细粒土。粗粒土可以按粒径级配进一步细分。细粒土多用塑性指数Ip或液限wL加塑性指数Ip进行细分。第26页，共35页，编辑于2022年，星期二（一）水利部分类（一）水利部分类（仅介绍塑性图的应用）CH：高液限粘土 CL：低液限粘土MH：高液限粉土 ML：低

13、液限粉土第27页，共35页，编辑于2022年，星期二（二）建设部分类法（二）建设部分类法土按粒度成分分类表土的名称颗粒级配大类类粗粒土碎石土 粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%砂类土 粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%细粒土粉土粒径小于0.005mm的颗粒超过总质量10%粘性土粒径小于0.005mm的颗粒质量大于总质量30%第28页，共35页，编辑于2022年，星期二1、碎石类土、碎石类土碎石类土是粒径大于2mm的颗粒含量超过50%的土土的名称颗粒级配及形状碎石土漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒超过总质量的50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒

14、超过总质量的50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于2mm的颗粒超过总质量的50%角砾棱角形为主第29页，共35页，编辑于2022年，星期二土的名称颗粒级配砂类土砾砂粒径大于2mm的颗粒占总质量的2550%粗砂粒径大于0.5mm的颗粒超过总质量50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒超过总质量50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量85%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒超过总质量50%2、砂类土、砂类土砂类土是粒径大于2mm的颗粒含量不超过50%，粒径大于0.075mm的颗粒含量超过50%的土。第30页，共35页，编辑于2022年，星期二粉土砂质粉土粒径小于0.005mm的颗粒不超

15、过总质量10%粘质粉土粒径小于0.005mm的颗粒超过总质量10%3、粉土、粉土 粉土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数Ip小于或等于10的土。4、粘性土、粘性土粘性土是粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过50%，塑性指数Ip大于10的土。粘性土粉质粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量占总质量18-30%粘土粒径小于0.005mm的颗粒质量大于总质量30%粘性土粉质粘土10 17第31页，共35页，编辑于2022年，星期二5、软土、软土 软土是指主要由细粒土组成、孔隙比大（一般大于1.0）、天然含水量高（接近或大于液限）、压缩性高（a1-20.5MPa-1）及强度低的土

16、层。淤泥、淤泥质土及有机质土是最常见的软土类型1、淤泥：L e1.52、淤泥质土：L 1.0e1.5 淤泥与淤泥质土合称淤泥土3、有机质土：5%有机质含量 10%泥炭质土：10%60%注：该分类方案按国标岩土工程勘察规范（GB50021-94）第32页，共35页，编辑于2022年，星期二四、国标四、国标土的工程分类标准土的工程分类标准（GBJ145-90）规定的）规定的土的野外鉴别方法土的野外鉴别方法第33页，共35页，编辑于2022年，星期二第五节 土的压实性土的压实是指土体在压实能量作用下，土颗粒克服粒间阻力，产生位移，使土中孔隙减小，密度增加。一、细粒土的压实性一、细粒土的压实性最优含水量：在击实曲线中，峰值干密度对应的含水量。最大干密度1.41.61.82.00481216202428含水量w（%）干密度d（g/cm3）饱和曲线图1-28 含水量干密度曲线第34页，共35页，编辑于2022年，星期二曲线表明，压实功能愈大，得到的最优含水量愈小，相应的最大干密度愈高对于同一种土，最优含水量和最大干密度随压实功能而变化含水量超过最优含水量以后，压实功能的影响随含水量的增加而逐渐减小第35页，共35页，编辑于2022年，星期二