第四章土的物理性质优秀PPT.ppt

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1、第四章土的物理性质第一页，本课件共有70页土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度特性强度特性土的工程分类土的压实性 决定影响如何获得较好的土便于研究和应用基本物理性质基本物理性质水理性质水理性质力学性质力学性质土中的土粒土粒、水水和气气三部分的质量质量(或重力或重力)与体与体积之间的比例关系积之间的比例关系，随着各种条件的变化而改变。4.1 4.1 土的形成土的形成第二页，本课件共有70页土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积形成过程形成过程形成条件形成条件物理物理力学力学性质性质 风风化化土土地球影响岩石

2、岩石地球包括基本物理基本物理性质性质水理性质水理性质力学性质力学性质第三页，本课件共有70页生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化量变量变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物质变质变粘性土粘性土次生矿物次生矿物动植物的活动动植物的活动一.风化有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物第四页，本课件共有

3、70页残积土残积土无搬运运积土运积土有搬运土土质质较较好好残积土残积土强风化强风化弱风化弱风化微风化微风化母岩体母岩体颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物第五页，本课件共有70页运积土运积土有搬运风：风：风积土风积土重力重力:坡积土坡积土 流水流水:洪积土洪积土冲积土冲积土湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物海相沉积物冰川冰川:冰积土冰积土土粒粗细不同，性质不均匀土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明

4、显，土层交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理第六页，本课件共有70页气相固相液相+构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响土体次要作用次要作用4.2 4.2 土的基本物理性质土的基本物理性质第七页，本课件共有70页 土粒一般由矿物质组成，构成土的固体部分固体部分。土粒构成土的骨架。土骨架间布满相互贯通的孔隙。这些孔隙有时完全完全被水充满被水充满，称为饱和土饱和土；有时一部分孔隙被水占据，另一部分被气体占据，称为非饱和土非饱和土；孔隙完全充满气体时，则称为干土干土。

5、水和溶解于水的物质构成土的液体部分液体部分。空气和其他一些气体构成土的气体部分气体部分。这三种组成部分本身的性质以及它们之间的比例关系和相互作用，决定土的物理力学性质。因此，研究土的性质，必须研究土的固体、液体和气体的三相组成土的固体、液体和气体的三相组成。第八页，本课件共有70页土的三个组成相的质量和体积方面的比例关系松密程度松密程度干湿程度干湿程度轻重程度轻重程度特点:指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法:三相草图法土的含水性、土的密度土的孔隙性基本物理基本物理性质性质第九页，本课件共有70页土的三相比例指标土的三

6、相比例指标1.1.土的三相草图土的三相草图体积体积质量质量第十页，本课件共有70页三相草图三相草图已知关系五个已知关系五个:共有九个参数共有九个参数:V Vv Vs Va Vw/ms m w ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法物性指标是比例关系物性指标是比例关系:可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积第十一页，本课件共有70页 在上述变量中ma=0，独立的量有 Vs、Vw

7、、Va、mw和 ms五个。1 m3 水的质量通常等于 1g，故在数值上 Vw=mw。当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析，例如，取 V=1cm3，或 m=1g，或 Vs=1cm3 等，因此又可以消去一个未知量。这样，对于一定数量的三相土体，只要知道其中三三个个独独立立的的量量，其他各个量就可从图中直接换算得到。三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实用的工具。第十二页，本课件共有70页2.2.室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的密度、土粒的比重、土的含水土的

8、密度、土粒的比重、土的含水量量土的密度土的密度土的重度土的重度=g工程上更常用工程上更常用,用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位:kg/m3或或g/cm3单位单位:kN/m3一般范围一般范围:1.602.20g/cm3定义定义:单位体积土的质量单位体积土的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度表达式表达式:相关指标相关指标:三相草图有助于直观理三相草图有助于直观理解物性指标的概念解物性指标的概念单位单位g-kN/kg m/s2 第十三页，本课件共有70页土的密度土的密度：单位体积土的质量。：单位体积土的质量。Mg/mMg/m3 3,g/cmg/cm3 3粘性土粘性土 =1.8

9、2.0g/cm3砂砂 土土 =1.62.0g/cm3腐殖土腐殖土 =1.51.7g/cm3测测定定方方法法：一一般般用用“环环刀刀法法”，用用一一个个圆圆环环刀刀（刀刀刃刃向向下下）放放在在削削平平的的原原状状土土样样面面上上，徐徐徐徐削削去去环环刀刀外外围围的的土土，边边削削边边压压，使使保保持持天天然然状状态态的的土土样样压压满满环环刀刀内内，称称得得环环刀刀内内土土样样的的质质量量，求求得得它它与环刀容积之比值即为其密度。与环刀容积之比值即为其密度。第十四页，本课件共有70页WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s:土粒的密度，单

10、位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量单位单位:无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围:粘性土粘性土2.702.75砂砂土土2.654C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度=1.0g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义:土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值表达式表达式:w1=1g/cm3;第十五页，本课件共有70页 w1为为4时时纯纯水水的的密密度度，w1=1g/cm3;s为为土土粒粒的的密密度度，即即单单位位体体积积土土粒粒的的质质量量。故实用上，故实用上，土粒相对密度在数值上等于土粒的密度土粒相对密度在数

11、值上等于土粒的密度土粒相对密度在数值上等于土粒的密度土粒相对密度在数值上等于土粒的密度。测测测测定定定定方方方方法法法法：土土粒粒相相对对密密度度或或比比重重可可在在试试验验室室内内用用比比重重瓶瓶法法测测定定。由由于于土粒相对密度变化不大土粒相对密度变化不大,通常可按经验数值选用。通常可按经验数值选用。第十六页，本课件共有70页WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水量土的含水量定义定义:土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比,用用w表示，以百分数计。表示，以百分数计。注意注意:其实是含水比其实是含水比,可达到或超过可达到或超过10

12、0表达式表达式:含含水水量量w是是标标志志土土的的湿湿度度的的一一个个重重要要物物理理指指标标。天天然然土土层层的的含含水水量量变变化化范范围围很很大大，它它与与土土的的种种类类、埋埋藏藏条条件件及及其其所所处处的的自自然然地地理理环环境境等等有有关关。一般说来，对同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。一般说来，对同一类土，当其含水量增大时，则其强度就降低。第十七页，本课件共有70页测定方法测定方法测定方法测定方法：土的含水量一般用土的含水量一般用“烘干法烘干法”测定。先称小块原状土样测定。先称小块原状土样的湿土质量的湿土质量mm，然后置于烘箱内维持，然后置于烘箱内维持100105烘至恒

13、重，再称干烘至恒重，再称干土质量土质量mms，水的质量，水的质量mmw为湿土和干土质量之差。为湿土和干土质量之差。铝盒铝盒铝盒铝盒烘箱烘箱烘箱烘箱电子天平电子天平电子天平电子天平土样土样土样土样第十八页，本课件共有70页基本指标土的密度土的密度土的密度土的密度 土粒比重土粒比重土粒比重土粒比重 Gs s土的含水量土的含水量土的含水量土的含水量 w w 在测定土土土土的的的的密密密密度度度度、土土土土粒粒粒粒比比比比重重重重和土土土土的的的的含含含含水水水水量量量量这三个基本指标后，就可以根据三相草图计算出三相组成各自在体积上与质量上的含量。第十九页，本课件共有70页v表示土中孔隙含量的指标表示

14、土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可达有的可达60-70%定义定义:土中孔隙体积与固体颗粒土中孔隙体积与固体颗粒体积之比体积之比,无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSolidVaVwVsVvV体积体积定义定义:土中孔隙体积与总体积土中孔隙体积与总体积之比之比,用百分数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid体积体积第二十页，本课件共有70页 孔孔隙隙比比是是一一个个重重要要的的物物理理性性能能指指标标，可可用用来来

15、评评价价天天然然土土层层的的密密实实程程度度。一一般般地地，e1.0的土是疏松的的土是疏松的高压缩性土高压缩性土高压缩性土高压缩性土。关系关系:三相草图可用于确定物性三相草图可用于确定物性指标之间的关系指标之间的关系第二十一页，本课件共有70页土中被水充满的孔隙体积与孔隙土中被水充满的孔隙体积与孔隙土中被水充满的孔隙体积与孔隙土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。总体积之比。总体积之比。总体积之比。v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标含水量含水量饱和度饱和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满

16、水的程度Sr=0:干土干土Sr=1:饱和土饱和土第二十二页，本课件共有70页 砂砂土土根根据据饱饱和和土土Sr的的指指标标值值分分为为稍稍湿湿、很很湿湿和和饱饱和和三三种种湿湿度度状状态态。显然，干土的饱和度显然，干土的饱和度Sr=0，而完全饱和土的饱和度，而完全饱和土的饱和度Sr=100%。第二十三页，本课件共有70页v表示土的表示土的密度和容重密度和容重的指标的指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然重度天然重度干重度干重度浮重度浮重度有效重度有效重度饱和重度饱和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位:kg/m3或或g/cm3

17、单位单位:kN/m3定义定义:土被完全烘干时的密度土被完全烘干时的密度,等于等于单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量表达式表达式:单位单位g-kN/kg 第二十四页，本课件共有70页各种密度容重之间的大小关系：各种密度容重之间的大小关系：天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度天然重度天然重度干重度干重度浮重度浮重度饱和重度饱和重度第二十五页，本课件共有70页重度密度重度密度g 密度与重度密度与重度饱和重度饱和重度天然重度天然重度干重度干重度第二十六页，本课件共有70页 对对于于地地下下水水位位以以下下的的土土体体，由由于于受受到到水水的的浮浮力力作作用用，将将扣扣除除水水浮浮力力后后

18、单单位位体体积积土土所所受受的的重重力力称称为为土土的的有有效效重重度度，以以g g 表表示示，当当认认为为水水下下土土是是饱饱和和时时，它它在在数数值上等于饱和重度值上等于饱和重度g gsat与水的重度之差与水的重度之差。有效重度有效重度有效重度有效重度第二十七页，本课件共有70页 三三三三相相相相指指指指标标标标换换换换算算算算第二十八页，本课件共有70页 三三相相指指标标换换算算第二十九页，本课件共有70页从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导 三相图换算指标，就是利用已知的指标，计算出三相草图中的

19、各相数值，再根据所求指标的定义直接计算。事实上，由于三相量的指标都是相对的比例关系，不是量的绝对值，因此，为了简化计算，常常可以假设三相中某相的值为1个单位，实用上最常用的是假设Vs=1.0m3(或cm3)或V=1.0m3(或cm3)进行计算。第三十页，本课件共有70页小结小结物理性质指标物理性质指标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松密程度松密程度干湿程度干湿程度轻重程度轻重程度特点特点:指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：要点：名称、概念或定义、符号、表达式、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

20、纲、常见值或范围、联系与区别定义定义基本方法基本方法:三相草图法三相草图法室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观理解三相草图有助于直观理解物性指标的概念物性指标的概念其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标v表示土的密度和容重的指标表示土的密度和容重的指标三相草图可用于确定物三相草图可用于确定物性指标之间的关系性指标之间的关系三相草图法是求取物理性三相草图法是求取物理性质指标的简单而有效的方质指标的简单而

21、有效的方法法第三十一页，本课件共有70页4.3土的物理状态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程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标(松松密程度、干湿程度、轻重程度密程度、干湿程度、轻重程度)力学力学特性特性影响影响表表示示？第三十二页，本课件共有70页土的物理状态粗粒土的松密程粗粒土的松密程度度粘性土的软硬程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)力学特性力学特性影响影响表表示示 所谓土的物物理理状状态态，对于粗粗粒粒土土、是指土的密密实实程程度度，对于细粒细粒土则是指土的软硬程度或称为粘性土的稠度粘性土的稠度。第三十三页，本课件共

22、有70页土的物理状态密实度密实度如何衡量如何衡量?单位体积中固体颗粒含量的多少单位体积中固体颗粒含量的多少或或孔隙含量的多少孔隙含量的多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反映级配的影响不能反映级配的影响只能用于同一种土只能用于同一种土干重度干重度 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n相对密度相对密度对策对策emin=0.35emin=0.201.粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态第三十四页，本课件共有70页相相 对对 密密 度度 假定第一种砂是理想的均匀圆球，不均匀系数Cu1.0，最密时的孔隙比e0.35，如果砂粒的比重G2.65，则最密时的干密度 d1.96/cm3。

23、第二种砂同样是理想的圆球。但其级配中除大的圆球外，还有小的圆球可以充填于孔隙中，不均匀系数Cu1.0,最密时的孔隙比e0.35。就是说这两种砂若都具有同样的孔隙比e0.35时时,对于第一种砂，已处于最密实的状态，而对于第二种砂则不是最密实。emin=0.35emin=0.20第三十五页，本课件共有70页相相 对对 密密 度度 工工程程上上为为了了更更好好地地表表明明砂砂土土所所处处的的密密实实状状态态，采采用用将将现现场场土土的的孔孔隙隙比比e与与该该种种土土所所能能达达到到最最密密实实时时的的孔孔隙隙比比emin 和和最最松松散散时时的的孔孔隙隙比比emax 相相比比较较的的办办法法，来来表

24、表示示孔孔隙隙比比e时时土土的的密实度。这种度量密实度的指标称为相对密度密实度。这种度量密实度的指标称为相对密度 Dr定义为定义为第三十六页，本课件共有70页e emaxmax:最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比；可用倒转法测定可用倒转法测定e eminmin:最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比可用击实法测定可用击实法测定e emaxmax与与e emin min：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比注意：注意：室内测得理论上的最大与

25、最小孔隙比有时很困难室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难第三十七页，本课件共有70页粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标 判别标准：判别标准：D Dr r =1 ,=1 ,最密状态最密状态 D Dr r =0 ,=0 ,最松状态最松状态 D Dr r 1/3 ,1/3 ,疏松状态疏松状态 1/3 1/3 2/3 ,2/3 ,密实状态密实状态相对密度相对密度第三十八页，本课件共有70页 粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度，稠稠稠稠度度度度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力。稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动2.粘性

26、土的软硬状态粘性土的软硬状态也称也称稠度状态稠度状态第三十九页，本课件共有70页塑限塑限wp液限液限wl稠度界限稠度界限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态可塑态 流态流态 强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量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吸附弱结合水吸附弱结合水的能力的能力塑性指数塑性指数第四十页，本课件共有70页土中水与稠度状态土中水与稠度状态第四十一页，本课

27、件共有70页稠度界限 土从某种状态进入另外一种状态的分界含水量称为土土的的特特征征含含水水量量或(稠度界限)。工程上常用的稠度界限有液性界限液性界限wL和塑性界限塑性界限wP。液性界限(wL)简称液液液液限限限限，相当于土从塑塑性性状状态态转变为流流动动状状态态时的含水量。这时，土中水的形态除结合水外，已有相当数量的自由水。塑性界限(wp)简称塑塑塑塑限限限限，相当于土从半半固固体体状状态态转变为塑塑性性状状态态时的含水量。这时土中水的形态大约是强结合水含量达到最大时。第四十二页，本课件共有70页 土中含水量很低时，水都被颗粒表面的电荷紧紧吸着于颗粒表面，成为强结合水强结合水强结合水强结合水。

28、强结合水的性质接近于固态。因此，当土粒之间只有强结合水时，按水膜厚薄不同，土表现为固态或半固态固态或半固态固态或半固态固态或半固态。当含水量增加，被吸附在颗粒周围的水膜加厚，土粒周围除强结合水外还有弱结合水弱结合水弱结合水弱结合水，弱结合水呈粘滞状态，不能传递静水压力，不能自由流动，但受力时可以变形，能从水膜较厚处向邻近较薄处移动。在这种含水量情况下，土体受外力作用可以被捏成任意形状而不破裂，外力取消后仍然保持改变后的形状。这种状态称为可塑状态可塑状态可塑状态可塑状态。第四十三页，本课件共有70页 弱弱弱弱结结结结合合合合水水水水的存在是土具有可塑状态的原因。土处在可塑状态的含水量变化范围，大

29、体上相当于土粒所能够吸附的弱结合水的含量。这一含量的大小土要决定于土的比表面积相矿物成分。粘性大的土必定是比表面积大，矿物的亲水能力强的土(例如蒙持石)，自然也是能吸附较多的结合水的土，因之它的塑态含水量的变化范围也必定大。当含水量继续增加，土中除除除除结结结结合合合合水水水水外外外外，已有相当数量的水处于电场引力影响范围以外，成为自由水。这时土粒之间被自由水所隔开，土体不能原受任何剪应力，而呈流动状态流动状态流动状态流动状态。从物理概念分析，土的稠度稠度稠度稠度实际上是反映土中水的形态土中水的形态土中水的形态土中水的形态。第四十四页，本课件共有70页相对稠度相对稠度问题：仅适用于问题：仅适用

30、于重塑土重塑土即使即使含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同液性指数液性指数对不同的粘土，对不同的粘土，wp、wl大小不同大小不同定义：定义：wpwwlIL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流态态0.00 0.250.25-0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑问题：问题：对同一种粘土，含水量可反映其稠度对同一种粘土，含水量可反映其稠度第四十五页，本课件共有70页液性指数液性指数Ip 状态状态 Ip0 0Ip0.25 0.25Ip0.750.75Ip1.0 Ip1.0坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑粘性土的状态分类粘性土的状态分类第四十六页，本课件共有70页常作为细粒土工程

31、分类的依据常作为细粒土工程分类的依据缺点缺点不能充分反映粘土颗粒含量不能充分反映粘土颗粒含量不同的粘土矿物结合水的能力不同不同的粘土矿物结合水的能力不同活性指数活性指数p0.002:粒径小于粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比颗粒的质量占总土总质量的百分比A 1.5非活性粘土非活性粘土正常粘土正常粘土活性粘土活性粘土吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小反映土的塑性与粘粒含量和粘粒矿反映土的塑性与粘粒含量和粘粒矿物亲水性的关系。物亲水性的关系。工程实践中常用活动性指数作为粘性土胀缩性的判别指标。工程实践中常用活动性指

32、数作为粘性土胀缩性的判别指标。第四十七页，本课件共有70页粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标:相对密度相对密度Dr 小结粘性土的稠度状态指标粘性土的稠度状态指标:液性指数液性指数IL引入引入定义定义判别标准判别标准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塑性指数塑性指数液性指数液性指数引入引入定义定义判别标准判别标准粗粒土与粘性土为何采用不粗粒土与粘性土为何采用不同的物理状态指标？同的物理状态指标？反映土的细观特点反映土的细观特点与力学特性有更直接的联系与力学特性有更直接的联系便于量测便于量测第四十八页，本课件共有70页4.4.1 4.4.1 4.4.1 4.

33、4.1 研究土的胀缩性及崩解性的意义研究土的胀缩性及崩解性的意义研究土的胀缩性及崩解性的意义研究土的胀缩性及崩解性的意义 细粒土由于含水率的增加土体积增大的性能称为细粒土由于含水率的增加土体积增大的性能称为细粒土由于含水率的增加土体积增大的性能称为细粒土由于含水率的增加土体积增大的性能称为膨胀性；膨胀性；膨胀性；膨胀性；由于含水率的减少体积减少的性能称为由于含水率的减少体积减少的性能称为由于含水率的减少体积减少的性能称为由于含水率的减少体积减少的性能称为收缩性；收缩性；收缩性；收缩性；这种湿胀干缩的性质，统称为土的这种湿胀干缩的性质，统称为土的这种湿胀干缩的性质，统称为土的这种湿胀干缩的性质，

34、统称为土的胀缩性。胀缩性。胀缩性。胀缩性。土由于浸水而产生崩解散体的特性称为土由于浸水而产生崩解散体的特性称为土由于浸水而产生崩解散体的特性称为土由于浸水而产生崩解散体的特性称为崩解性崩解性崩解性崩解性。土的膨胀可造成基坑，坑壁的隆起或边坡的滑移，道路翻浆；土的膨胀可造成基坑，坑壁的隆起或边坡的滑移，道路翻浆；土的膨胀可造成基坑，坑壁的隆起或边坡的滑移，道路翻浆；土的膨胀可造成基坑，坑壁的隆起或边坡的滑移，道路翻浆；土体积的收缩时常伴随着产生裂隙，从而增大了土的透水性，降低了土体积的收缩时常伴随着产生裂隙，从而增大了土的透水性，降低了土体积的收缩时常伴随着产生裂隙，从而增大了土的透水性，降低了

35、土体积的收缩时常伴随着产生裂隙，从而增大了土的透水性，降低了土的强度和斜坡表层土的稳定性；土的强度和斜坡表层土的稳定性；土的强度和斜坡表层土的稳定性；土的强度和斜坡表层土的稳定性；崩解时常造成塌岸现象，影响边坡稳定性。崩解时常造成塌岸现象，影响边坡稳定性。崩解时常造成塌岸现象，影响边坡稳定性。崩解时常造成塌岸现象，影响边坡稳定性。4.4 4.4 土的胀缩性与崩解性土的胀缩性与崩解性影响影响土的膨土的膨胀胀收缩收缩崩解崩解基坑、边坡、坑道壁及基坑、边坡、坑道壁及基坑、边坡、坑道壁及基坑、边坡、坑道壁及地基的稳定性地基的稳定性地基的稳定性地基的稳定性第四十九页，本课件共有70页4.4.2 4.4.

36、2 4.4.2 4.4.2 土的膨胀性及其指标土的膨胀性及其指标土的膨胀性及其指标土的膨胀性及其指标 对于土吸水膨胀，失水收缩的原因，认为主要是由于粘粒与水作用对于土吸水膨胀，失水收缩的原因，认为主要是由于粘粒与水作用对于土吸水膨胀，失水收缩的原因，认为主要是由于粘粒与水作用对于土吸水膨胀，失水收缩的原因，认为主要是由于粘粒与水作用后，由于双电层的形成，使扩散层或弱结合水厚度变化所致；或者是由后，由于双电层的形成，使扩散层或弱结合水厚度变化所致；或者是由后，由于双电层的形成，使扩散层或弱结合水厚度变化所致；或者是由后，由于双电层的形成，使扩散层或弱结合水厚度变化所致；或者是由于某些亲水性较强的

37、粘土矿物（如蒙脱石）层间结合水的吸入或析出所于某些亲水性较强的粘土矿物（如蒙脱石）层间结合水的吸入或析出所于某些亲水性较强的粘土矿物（如蒙脱石）层间结合水的吸入或析出所于某些亲水性较强的粘土矿物（如蒙脱石）层间结合水的吸入或析出所致。致。致。致。表征土膨胀性的指标主要有：膨胀率表征土膨胀性的指标主要有：膨胀率表征土膨胀性的指标主要有：膨胀率表征土膨胀性的指标主要有：膨胀率,自由膨胀率，膨胀力，膨胀含水量。自由膨胀率，膨胀力，膨胀含水量。自由膨胀率，膨胀力，膨胀含水量。自由膨胀率，膨胀力，膨胀含水量。(1)(1)(1)(1)膨胀率膨胀率膨胀率膨胀率 定义：原状土在一定压力下，在有侧限条件下浸水膨

38、胀稳定后的高定义：原状土在一定压力下，在有侧限条件下浸水膨胀稳定后的高定义：原状土在一定压力下，在有侧限条件下浸水膨胀稳定后的高定义：原状土在一定压力下，在有侧限条件下浸水膨胀稳定后的高度与原高度之比。公式：度与原高度之比。公式：度与原高度之比。公式：度与原高度之比。公式：获取：室内实验获取：室内实验获取：室内实验获取：室内实验-环刀法环刀法环刀法环刀法第五十页，本课件共有70页51 (2)(2)(2)(2)自由膨胀率自由膨胀率自由膨胀率自由膨胀率 定义：将一定体积的扰动烘干土样经充分吸水膨胀稳定后，测得的定义：将一定体积的扰动烘干土样经充分吸水膨胀稳定后，测得的定义：将一定体积的扰动烘干土样

39、经充分吸水膨胀稳定后，测得的定义：将一定体积的扰动烘干土样经充分吸水膨胀稳定后，测得的增加体积与原干体积之比。公式：增加体积与原干体积之比。公式：增加体积与原干体积之比。公式：增加体积与原干体积之比。公式：表明土在无结构力影响下的膨胀特性，说明土膨胀的可能趋势；表明土在无结构力影响下的膨胀特性，说明土膨胀的可能趋势；表明土在无结构力影响下的膨胀特性，说明土膨胀的可能趋势；表明土在无结构力影响下的膨胀特性，说明土膨胀的可能趋势；(3)(3)(3)(3)膨胀力膨胀力膨胀力膨胀力 定义：原始土样在体积不变时，由于浸水膨胀时产生的最大内应力。定义：原始土样在体积不变时，由于浸水膨胀时产生的最大内应力。

40、定义：原始土样在体积不变时，由于浸水膨胀时产生的最大内应力。定义：原始土样在体积不变时，由于浸水膨胀时产生的最大内应力。意义：衡量土的膨胀趋势和考虑地基承载能力。意义：衡量土的膨胀趋势和考虑地基承载能力。意义：衡量土的膨胀趋势和考虑地基承载能力。意义：衡量土的膨胀趋势和考虑地基承载能力。(4)(4)(4)(4)膨胀含水率膨胀含水率膨胀含水率膨胀含水率 定义：土样膨胀稳定后的含水率，此时扩散层厚度已达最大厚度。定义：土样膨胀稳定后的含水率，此时扩散层厚度已达最大厚度。定义：土样膨胀稳定后的含水率，此时扩散层厚度已达最大厚度。定义：土样膨胀稳定后的含水率，此时扩散层厚度已达最大厚度。结合水含量增至

41、极限状态。公式：结合水含量增至极限状态。公式：结合水含量增至极限状态。公式：结合水含量增至极限状态。公式：土样膨胀稳定后土中水的质量；土样膨胀稳定后土中水的质量；土样膨胀稳定后土中水的质量；土样膨胀稳定后土中水的质量；干土样的质量。干土样的质量。干土样的质量。干土样的质量。第五十一页，本课件共有70页4.4.34.4.3土的收缩性及其指标土的收缩性及其指标土的收缩性及其指标土的收缩性及其指标 土的收缩是由于土中水分减少引起的。一般认为，土的失水收缩主要土的收缩是由于土中水分减少引起的。一般认为，土的失水收缩主要土的收缩是由于土中水分减少引起的。一般认为，土的失水收缩主要土的收缩是由于土中水分减

42、少引起的。一般认为，土的失水收缩主要是因为双电层变薄，结合水减少引起的。是因为双电层变薄，结合水减少引起的。是因为双电层变薄，结合水减少引起的。是因为双电层变薄，结合水减少引起的。缩限缩限缩限缩限：土中水分进一步减少而土体积不再缩小时的含水率。：土中水分进一步减少而土体积不再缩小时的含水率。：土中水分进一步减少而土体积不再缩小时的含水率。：土中水分进一步减少而土体积不再缩小时的含水率。缩性指数：是指液限与缩限为土与水相互作用后土体积随含水率变化的上，缩性指数：是指液限与缩限为土与水相互作用后土体积随含水率变化的上，缩性指数：是指液限与缩限为土与水相互作用后土体积随含水率变化的上，缩性指数：是指

43、液限与缩限为土与水相互作用后土体积随含水率变化的上，下界限。下界限。下界限。下界限。缩性指数的大小，可以说明随含水率的变化土体积变化的大小。缩性指数的大小，可以说明随含水率的变化土体积变化的大小。缩性指数的大小，可以说明随含水率的变化土体积变化的大小。缩性指数的大小，可以说明随含水率的变化土体积变化的大小。表征土收缩性的指标有表征土收缩性的指标有表征土收缩性的指标有表征土收缩性的指标有:第五十二页，本课件共有70页53 (1)(1)(1)(1)体缩率体缩率体缩率体缩率 定义：土样失水收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示。定义：土样失水收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示。定义：土样失水

44、收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示。定义：土样失水收缩减少的体积与原体积之比，以百分率表示。公式：公式：公式：公式：(2)(2)(2)(2)线缩率线缩率线缩率线缩率 定义：土样失水收缩减少的高度与原高度之比，以百分率表示。定义：土样失水收缩减少的高度与原高度之比，以百分率表示。定义：土样失水收缩减少的高度与原高度之比，以百分率表示。定义：土样失水收缩减少的高度与原高度之比，以百分率表示。公式：公式：公式：公式：(3)(3)(3)(3)收缩系数收缩系数收缩系数收缩系数 定义：原状土样在直线收缩阶段，含水率每减少定义：原状土样在直线收缩阶段，含水率每减少定义：原状土样在直线收缩阶段，含水率每

45、减少定义：原状土样在直线收缩阶段，含水率每减少1%1%1%1%的竖向线缩率。的竖向线缩率。的竖向线缩率。的竖向线缩率。公式：公式：公式：公式：收缩性指标均可通过实验法测得。收缩性指标均可通过实验法测得。收缩性指标均可通过实验法测得。收缩性指标均可通过实验法测得。第五十三页，本课件共有70页4.4.4 4.4.4 4.4.4 4.4.4 影响土膨胀性和收缩性的因素影响土膨胀性和收缩性的因素影响土膨胀性和收缩性的因素影响土膨胀性和收缩性的因素 土的膨胀性，收缩性及崩解性均说明土粒与水作用时的稳定程度，土的膨胀性，收缩性及崩解性均说明土粒与水作用时的稳定程度，土的膨胀性，收缩性及崩解性均说明土粒与水

46、作用时的稳定程度，土的膨胀性，收缩性及崩解性均说明土粒与水作用时的稳定程度，统统统统称为土的抗水性。称为土的抗水性。称为土的抗水性。称为土的抗水性。土的胀缩性本质，由于扩散层及弱结合水厚度的变化，引起土粒间距土的胀缩性本质，由于扩散层及弱结合水厚度的变化，引起土粒间距土的胀缩性本质，由于扩散层及弱结合水厚度的变化，引起土粒间距土的胀缩性本质，由于扩散层及弱结合水厚度的变化，引起土粒间距离增加或减少。因此，影响扩散层和结合水厚度的因素，也是影响胀缩离增加或减少。因此，影响扩散层和结合水厚度的因素，也是影响胀缩离增加或减少。因此，影响扩散层和结合水厚度的因素，也是影响胀缩离增加或减少。因此，影响扩

47、散层和结合水厚度的因素，也是影响胀缩性的因素。性的因素。性的因素。性的因素。影响因素：影响因素：影响因素：影响因素：土的粒度成分和矿物成分土的粒度成分和矿物成分土的粒度成分和矿物成分土的粒度成分和矿物成分:粘粒含量和粘土矿物粘粒含量和粘土矿物粘粒含量和粘土矿物粘粒含量和粘土矿物 土的天然含水率：土的天然含水率：土的天然含水率：土的天然含水率：天然含水率高，膨胀性弱；天然含水率高，膨胀性弱；天然含水率高，膨胀性弱；天然含水率高，膨胀性弱；土的密实度：土的密实度：土的密实度：土的密实度：密实的细粒土膨胀性弱密实的细粒土膨胀性弱密实的细粒土膨胀性弱密实的细粒土膨胀性弱 土的结构：土的结构：土的结构：

48、土的结构：结构强度大，胀缩性弱结构强度大，胀缩性弱结构强度大，胀缩性弱结构强度大，胀缩性弱 水溶液介质的性质：水溶液介质的性质：水溶液介质的性质：水溶液介质的性质：影响扩散层和结合水膜的厚度影响扩散层和结合水膜的厚度影响扩散层和结合水膜的厚度影响扩散层和结合水膜的厚度 外部压力：外部压力：外部压力：外部压力：压力大，收缩性大。压力大，收缩性大。压力大，收缩性大。压力大，收缩性大。第五十四页，本课件共有70页4.4.54.4.5土的崩解性及其影响因素土的崩解性及其影响因素土的崩解性及其影响因素土的崩解性及其影响因素 定义：土由于浸水而产生崩散解体的特性。又叫湿化性。定义：土由于浸水而产生崩散解体

49、的特性。又叫湿化性。定义：土由于浸水而产生崩散解体的特性。又叫湿化性。定义：土由于浸水而产生崩散解体的特性。又叫湿化性。崩解现象的产生是由于土水化，使颗粒间连接减弱及部分胶结物溶解而引起的崩解。是表征土的抗水性的指标。评价粘性土的崩解性一般采用下列三个指标：评价粘性土的崩解性一般采用下列三个指标：评价粘性土的崩解性一般采用下列三个指标：评价粘性土的崩解性一般采用下列三个指标：(1)(1)崩解时间：一定体积的土样完全崩解所需要的时间；崩解时间：一定体积的土样完全崩解所需要的时间；崩解时间：一定体积的土样完全崩解所需要的时间；崩解时间：一定体积的土样完全崩解所需要的时间；(2)(2)崩解特征：土样

50、在崩解工程中的各种现象；崩解特征：土样在崩解工程中的各种现象；崩解特征：土样在崩解工程中的各种现象；崩解特征：土样在崩解工程中的各种现象；(3)(3)崩解速度：土样在崩解过程中质量的损失与原土样质量之比和时间的关系崩解速度：土样在崩解过程中质量的损失与原土样质量之比和时间的关系崩解速度：土样在崩解过程中质量的损失与原土样质量之比和时间的关系崩解速度：土样在崩解过程中质量的损失与原土样质量之比和时间的关系式中：V崩解速度 g/s W试样原重量，gWt在t时间段后试样的重量，gt时间段，s第五十五页，本课件共有70页 对工程的影响：崩解常造成塌岸现象，影响边坡的稳定性。对工程的影响：崩解常造成塌岸