中南大学工程地质课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,1.土的三项比例指标,土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为,三相比例指标,。三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，是工程地质勘察报告中的基本内容。,V,土的总体积，cm,3,；,m,土的总质量，g；,V,s,土中固体颗粒实体的体积，cm,3,；,m,s,土的固体颗粒质量，g；,V,v,土中孔隙体积，cm,3,；,m,w,土中液体的质量，g；,V,w,土中液体的体积，cm,3,；,m,a,土中空气的质量，（m,a,=0）；,V,a,土中气体的体积，cm,3,。,土的三相示意图,1,1.土粒密度（土粒比重）,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，其单位为g/cm,3,。,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,1.土的三项比例指标,土粒密度也称,土粒比重,（土粒相对密度），是指土的质量与4时同体积水的质量之比，其值与土粒密度相同，但没有单位，在用作土的三相指标计算时必须乘以水的密度值才能平衡量纲。,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2.62.8,g/cm,3,之间。,2,2.土的密度（天然密度）,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/cm,3,，常见值为1.62.2g/cm,3,。,土的密度常用,环刀法,测定。,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,1.土的三项比例指标,3.土的含水量,土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水率。它是描述土的干湿程度的重要指标。用,烘干法,测定,。,3,一、土的三相图,气,水,土粒,m,s,m,w,m,V,s,V,w,V,V,a,质量,m,体积,V,二、直接测定指标,1.,土的密度,：,单位体积土的质量,工程中常用重度,来表示单位体积土的重力,重力加速度，近似取,10m/s,2,2.,土粒相对密度,G,s,（土粒比重）：,土粒质量与同体积的,4,时纯水的质量之比,土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般,2.70,2.75,；砂土一般为,2.65,左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小,V,v,4,气,水,土粒,m,s,m,w,m,V,s,V,w,V,V,a,质量,m,体积,V,3.,土的含水量,：,土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示,土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。,测定方法：,通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,5,三、换算指标,气,水,土粒,m,s,m,w,m,V,s,V,w,V,V,V,a,质量,m,体积,V,1.,孔隙比,e,和孔隙率,n,孔隙比,e,：,土中孔隙体积与土粒体积之比,2.,土的饱和度,S,r,：,土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示,饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土,S,r,=,0,饱和土,S,r,=,100%,。,砂土,根据饱和度分为三种状态:,孔隙率,n,：,土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示,S,r,50%,稍湿；,50,S,r,80%,很湿；,S,r,80%,饱和,6,3.,不同状态下土的密度和重度,饱和密度,sat,：,土体中孔隙完全被水充满时的土的密度,干密度,d,：,单位体积中固体颗粒部分的质量,浮密度,：,土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差,土的三相比例指标中的质量密度指标共有,4,个，土的密度,，饱和密度,sat,，干密度,d,，浮密度,(,kg,/,m,3,),相应的重度指标也有,4,个，土的重度,，饱和重度,sat,，干重度,d,，浮重度,(,kN,/,m,3,),气,水,土粒,m,s,m,w,m,V,s,V,w,V,V,V,a,质量,m,体积,V,7,四、指标间的换算,气,水,土粒,G,s,w,V,s,1,1+,e,质量,m,体积,V,土的三相指标中，,土粒比重,G,s,，,含水量,和,密度,是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标,V,v,=,e,G,s,w,G,s,（1,）,w,推导：,换算关系式：,8,三相比例指标之间的换算表,指标名称,三相比例定义式,常用换算公式,单位,天然密度,g/cm,3,土粒密度s,g/cm,3,干密度,d,g/cm,3,饱和密度,sat,g/cm,3,浮重度,kN/m,3,孔隙比e,孔隙度n,含水量,饱和度Sr,9,土的密实度,指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系,1.,孔隙比,e,孔隙比,e,可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散,2.,相对密实度,D,r,砂土在天然状态下孔隙比,砂土在最密实状态时的孔隙比,砂土在最松散状态时的孔隙比,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,2.无粘性土的密实状态,10,砂土的天然孔隙比界于最大和最小孔隙比之间，故相对密度,Dr=01；,当,e=,e,max,时，,Dr=0，,砂土处于最疏松状态；当,e=,e,min,时，则,Dr=1，,砂土处于最紧密状态。,工程实际中，常用相对密度判别砂土的震动液化，或评价砂土的密实程度。按相对密度值可将砂土分为,三种密实状态，,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,2.无粘性土的密实状态,11,用标贯击数判定砂土的密实状态,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,对于粉土，用e值作为划分标准,2.无粘性土的密实状态,实际上，由于砂土原状样不易取得，测定天然孔隙比较为困难，加上实验室测定砂土的与精度有限，因此计算的相对密度值误差较大，在实际工程中，常用标准贯入测试来判定砂土的密实状态。,12,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,3.粘性土的物理特征,由固态转变到流态的界限含水量，称为,塑性界限（塑限）,由塑态转变到流态的界限含水量，称为,液性界限（液限）,粉土的液限在3238%之间，粉质粘土为3846%，粘土为4050%。塑限常见值为1728%。,粘性土的液限与塑限一般在室内进行测定，液限常采用,锥式液限仪,。,粘性土的稠度状态的变化是由于土中含水量的变化而引起的，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（临界点）的含水量称为,稠度界限（界限含水量）,。工程上常用的有液性界限w,L,和塑性界限w,p。,13,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。由于粘性土的可塑性是含水量界于液限与塑限之间表现出来的，故可塑性的强弱可由这两个稠度界限的差值大小来反映，这差值称为,塑性指数I,P,，,即：,液性指数I,L,I,L,0,0I,L,0.25,0.25I,L,0.75,0.751.00,稠度状态,坚硬,硬塑,可塑,软塑,流塑,按液性指数划分粘性土的稠度状态表,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,3.粘性土的物理特征,液性指数和塑性指数,土处于何种稠度状态取决于土中的含水量，但是由于不同土的稠度界限是不同的，因此天然含水量不能说明土的稠度状态。为判别自然界中粘性土的稠度状态，通常采用,液性指数（,I,L,）,进行评价，即：,14,土的压缩性,是指土在压力作用下体积缩小的特性,压缩量的组成,固体颗粒的压缩,土中水的压缩,空气的排出,水的排出,占总压缩量的,1/400,不到，忽略不计,压缩量主要组成部分,说明：,土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果,无粘性土,粘性土,透水性好，水易于排出,压缩稳定很快完成,透水性差，水不易排出,压缩稳定需要很长一段时间,土的固结：,土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程,第4章 土的工程性质与分类,4.2土的物理力学性质,4.土的力学性质,15,