2.3 土密实度、压实和工程分类

单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,土力学讲座系列四,*,2.2,无粘土性质,了解,2.3,粘性土性质,重点,2.4,土的压实性,工作应用,2.5,土的工程分类,掌握粘土和粉土分类,2.6,土的渗透性,-,熟悉达西定律,土力学,9/13/2024,1,土力学讲座系列四,2.2,无粘性土的相对密实度,无粘性土,定义,：砂土、碎石土统称为无粘性土。,无粘性土工程性质：排列越紧密，在外荷载作用下变形越小，强度越大,9/13/2024,2,土力学讲座系列四,2.2,无粘性土的相对密实度,对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。,土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好；,土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。,描述土的松紧程度的指标有,干密度和孔隙比,，密实度在一定程度上可用其,天然孔隙比,来反映,9/13/2024,3,土力学讲座系列四,2.2,无粘性土的相对密实度,（,1,）天然孔隙比,e,优缺点,：,优点：简单、简捷,缺点：不能反映砂土的级配和颗粒形状的影响，有时较疏松的级配良好的砂土孔隙比比较密实的颗粒均匀的砂土孔隙比还小。,9/13/2024,4,土力学讲座系列四,2.2,无粘性土的相对密实度,（,1,）无粘性土的,孔隙比,指标。,但是,即便两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状态。,在工程上一般用,相对密实度,D,r,来衡量无粘性土的松紧程度。,9/13/2024,5,土力学讲座系列四,（,2,）相对密实度,D,r,定义（理论表达式）,定义（实用表达式）,e,0,无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比,dmax,无粘性土的最大干密度,dmin,无粘性土的最小干密度,d,无粘性土的天然干密度或填筑干密度,9/13/2024,6,土力学讲座系列四,e,max,:,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,e,min,:,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,e,max,无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算,(,漏斗和容器测定,),e,min,无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算,(,风干土样分层夯实,),9/13/2024,7,土力学讲座系列四,相对密实度,D,r,无粘性土处于最密实的状态,无粘性土处于最松散的状态,在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：,疏松,中密,密实,9/13/2024,8,土力学讲座系列四,（,3,）标准贯入锤击数,N,：,标准贯入试验：,SPT(standard penetration test),试验时，将质量为,63.5kg,的穿心锤，以,76cm,的落距，将标准规格的贯入器，自钻孔底部预打,15cm,，,记录再打入,30cm,的锤击次数，即为标准贯入试验锤击数,N,。,优点：真实可靠。,砂土密实度,松 散,稍 密,中 密,密 实,N,10,10N15,1530,9/13/2024,9,土力学讲座系列四,（,4,）碎石的野外鉴别方法确定密实程度,：,分为四类：,密实,中密,稍密,松散,9/13/2024,10,土力学讲座系列四,例题分析,【,例,】,某砂土试样,试验测定土粒相对密度,d,s,=2.7,含水量,=9.43%,天然密度,=1.66/cm,3,。,已知砂样最密实状态时称得干砂质量,m,s,1,=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量,m,s,2,=1.45kg,。,求此砂土的相对密度,D,r,并判断砂土所处的密实状态,【,解答,】,砂土在天然状态下的孔隙比,砂土最小孔隙比,砂土最大孔隙比,相对密实度,（,1/3,2/3,中密状态,9/13/2024,11,土力学讲座系列四,2. 3,粘性土的性质,土的物理状态,粘性土的软硬状态,对于粘性土，因粘土矿物含量高、颗粒细小，其物理状态与含水量关系非常密切。,力学特性,影响,表示,本节要求掌握,9/13/2024,12,土力学讲座系列四,1.,粘性土的稠度,定义：,指粘性土在某一含水率下对外界引起的变形或破坏的,抵抗能力,，是粘性土最主要的物理状态指标。,9/13/2024,13,土力学讲座系列四,粘性土的稠度,9/13/2024,14,土力学讲座系列四,流动状态,可塑状态,固体状态,半固体状态,刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动,外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状,水分蒸发，含水率减小，体积收缩,含水率减小,丧失可塑性，外力作用下易于发生破裂,体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡,9/13/2024,15,土力学讲座系列四,液限,流动状态与可塑状态的界限含水率，可塑状态的,上限含水率,LL(Liquid Limit),塑限,可塑状态与半固体状态的界限含水率，可塑状态的,下限含水率,PL(Plastic Limit),缩限,半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变的含水率。,SL(Shrinkage Limit,),粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某一分界含水率来区分，,界限含水量,（阿太堡界限,Atterberg,limits,）,9/13/2024,16,土力学讲座系列四,9/13/2024,17,土力学讲座系列四,塑限,p,液限,l,稠度界限,粘性土的稠度反映土中水的形态,固态或,半固态,可塑态,流态,强结合水膜最大,出现自由水,强结合水,弱结合水,自由水,稠度状态,含水量,土中水的形态,w,9/13/2024,18,土力学讲座系列四,粘性土从一种状态转变为另外一种状态是,逐渐过渡,的，并,无明确的界限,。,9/13/2024,19,土力学讲座系列四,2.,塑限测定方法：,搓滚法和液塑限联合测定法,9/13/2024,20,土力学讲座系列四,塑限测定方法：,搓滚法：,调制均匀的湿图样，在毛玻璃上搓滚成,3,毫米直径的土条，若这个时刻恰好出现裂缝，就把土条的含水率定为塑限,液塑限联合测定法：,取代表性试样，加入不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重,76g,作用,下,经,5,15,秒,后沉入试样的深度。以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度,2,毫米,所对应的含水率为塑限。,9/13/2024,21,土力学讲座系列四,3.,液限测定方法：,液塑限联合测定法：以圆锥体入土深度,17mm,土样含水量即液限。,土工试验方法标准,（,GB/T50123-1999,）,规定,76g,圆锥仪入土深度恰好为,17,毫米所对应的含水率为,17,毫米液限，与碟式仪入土深度恰好为,10,毫米所对应的含水率为,10,毫米液限一致。,液塑限联合测定法和碟式仪法,9/13/2024,22,土力学讲座系列四,液限测定方法：,9/13/2024,23,土力学讲座系列四,4.,缩限测定方法：收缩皿法,把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入,收缩皿,中，刮平表面，烘干，测出干土样的体积并称量至,0.1,克，按下式计算,9/13/2024,24,土力学讲座系列四,1,）,塑性指数,P I,(Plasticity Index),液限和塑限之差的百分数值（,去掉百分号,）称为塑性指数,塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。,一般地，,塑性指数越高，土的粘粒含量越高,，所以常常用作粘性土的分类指标。,5.,粘性土的物理状态指标,9/13/2024,25,土力学讲座系列四,2),液性指数,L I (Liquidity Index),粘性土即使具有相同的含水率，,也未必,处于同样的,状态,，粘性土的状态用液性指数来判别。,液性指数,表征了,土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，,表达了天然土所处的状态,。,9/13/2024,26,土力学讲座系列四,判定,土处于坚硬状态,土处于可塑状态,土处于流动状态,3),粘性土的物理状态指标,9/13/2024,27,土力学讲座系列四,注意,由于液限和塑限目前都是用,扰动土,测定的，土的结构已彻底破坏，,而,天然土,含水率大于液限只是意味着：,若土的结构遭到破坏，它将转变为,粘滞泥浆,。,9/13/2024,28,土力学讲座系列四,4),天然稠度,Natural consistency,定义,：指原状土样测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比，符号,w,c,作用,：可用于划分路基的,干湿状态,。,9/13/2024,29,土力学讲座系列四,例题,1,某土样的液限为,38.6%,，塑限为,23.2%,，天然含水量为,25.5%,，问该土样处于何种状态？,解：已知,=38.6%,，,=23.2%,，,w,=25.5%,，,则,I,p,=38.623.2=15.4,所以，该土处于硬塑状态。,例题,2,1.,某粘土的含水量,w=36.4%,液限,w,L,=48%,、,塑限,w,p,=25.4%,，,要求：,1).,计算该土的塑性指标,I,p,；,2).,确定该土的名称；,3).,计算该土的液性指标,I,L,；,4).,按液性指标数确定土的状态。,解：,9/13/2024,30,土力学讲座系列四,2.4,土的压实性,公元前,200,多年，我国,秦朝修筑驰实（行车大道）,，就有用“铁锥筑土坚实”的记载。,土的,压实性,指在一定的,含水率,下，以人工或机械的方法，使土体能够压实到,某种密实程度,的性质。,在实验室内研究土的密实性是通过,击实试验,进行的。,9/13/2024,31,土力学讲座系列四,击实试验,轻型：粒径小于,5,毫米,重型：粒径小于,40,毫米,25,下，分三层击实,56,下，分,5,层击实,9/13/2024,32,土力学讲座系列四,一、土的压实与含水率的关系,压实机理：,土粒,定向排列,;,孔隙体积减小,;,气被挤出或被压缩,等,0 4 8 12 16 20 24 28,含水量,w(%),2.0,1.8,1.6,1.4,干密度,d,(g/cm,3,),饱和曲线,dmax,=1.86,w,op,=12.1,9/13/2024,33,土力学讲座系列四,目的：,依据：,建筑地基基础设计规范, (GB50007 2011),分类法,2.5,土的工程分类,是将工程性质相近的土进行分类,便于研究及应用,能反映土的物理力学性质,土的组成,土的状态,土的结构,9/13/2024,34,土力学讲座系列四,土：,6,类,岩石,碎石土,砂土,粉土,粘性土,人工填土,建筑地基基础设计规范, (GB50007 2011),分类法,掌握,9/13/2024,35,土力学讲座系列四,碎石土,土的名称 颗粒形状 粒组含量,漂石,块石,圆形及亚圆形为主,棱角形为主,粒径大于,200mm,的颗粒超过全质量,50%,卵石,碎石,圆形及亚圆形为主,棱角形为主,圆形及亚圆形为主,棱角形为主,圆砾,角砾,粒径大于,20mm,的颗粒超过全质量,50%,粒径大于,2mm,的颗粒超过全质量,50%,9/13/2024,36,土力学讲座系列四,砂土,土的名称 粒组含量,粒径大于,2mm,的颗粒占全质量,25,50,%,砾砂,粗砂,中砂,细砂,粉砂,粒径大于,0.5mm,的颗粒超过全质量,50%,粒径大于,0.25mm,的颗粒超过全质量,50%,粒径大于,0.075mm,的颗粒超过全质量,85%,粒径大于,0.075mm,的颗粒超过全质量,50%,9/13/2024,37,土力学讲座系列四,粉土,粒径大于,0.075mm,的颗粒含量小于全质量,50%,塑性指数,I,p,10,的土,塑性指数,Ip,10,的土,粘性土,1017,粘土,粉质粘土,掌握,掌握,9/13/2024,38,土力学讲座系列四,2.6,土的渗透性,9/13/2024,39,土力学讲座系列四,土的渗透性,水透过土体孔隙的现象成为,渗透,osmosis,土具有被水透过的性能称为,土的渗透性,permeability,9/13/2024,40,土力学讲座系列四,渗透理论,一、渗透模型,(a),水在土孔隙中的运动,(b),渗流模型（层流）,水在土孔隙中的运动轨迹与渗流模型,假设：,(1),在同一过水断面，,渗流模型的流量等于真实渗流的流量；,(2),任意截面上，,渗流模型的压力,与真实渗流的压力,相等,；,(3),在相同体积内，,渗流模型所受到的阻力,与真实渗流所受到的阻力相等。,9/13/2024,41,土力学讲座系列四,二,Darcy,渗透定律,由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢 层流,水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比,1856,年法国学者,Darcy,对,砂土,的渗透性进行研究,9/13/2024,42,土力学讲座系列四,流速与水力梯度的关系,砂土,砂土的水力梯度与渗透速度呈线性关系，符合达西渗透定律。,v=,ki,i,v,O,砂土,9/13/2024,43,土力学讲座系列四,流速与水力梯度的关系,粘土,对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。我们将这一开始发生渗透时的水力梯度成为粘性土的,起始水力梯度,i,b,起始水力坡降,虚直线简化,0,i,v,密实粘土,i,b,掌握,9/13/2024,44,土力学讲座系列四,作业：,习题：,2.4,、,2.10,下次课交！切记！,9/13/2024,45,土力学讲座系列四,