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*,土的物理性质与工程分类,第二章,1,土的,物理性质指标,1,指标定义,（,1,）,土粒比重（土粒相对密度）,土粒质量与同体积的,4,时纯水的质量之比。即：,土粒的比重可在试验室内用比重瓶法测定。,2,(2),土的含水量,土中水的质量与土粒质量之比，称为土的含水量，以百分数计。即： 。,含水量是标志土湿度的一个重要物理指标，一般用烘干法测定。,(3),土的密度,土单位体积的质量称为土的密度（单位,或 ），即： 。,土的密度一般用环刀法测定。,3,(4),土的干密度,饱和密度 和有效密度,土单位体积中固体颗粒部分的质量，称为土的干密度 ，即：,土孔隙中充满水时的单位体积质量，称为饱和密度 ，即：,单位土体积中土颗粒的质量扣除同体积水后的质量，即为单位土体积中土粒的有质量，称为土的有效密度,即：,4,(5),土的孔隙比,e,和孔隙率,n,土的孔隙比是土中孔隙体积与土粒体积之比，即：,土的孔隙率是土中孔隙所占体积与总体积之比，用百分数计，即：,（,6,）土的饱和度,土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比，以百分数表示，即： 。,5,1,.,三相草图,Water,Air,Solid,V,a,V,w,V,s,V,v,V,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,体积,2,土的物性与分类,6,可推导出,:,7,例题,:,1,.,某一原状土样,经试验测得基本指标如下,:,密度,含水量,土粒比重,求,:,孔隙比，孔隙率，饱和度、干密度、饱和密度和有效密度。,8,例,2,：土密度的应用：,条件：某填土工程的填量为 ，压实后的干密度要求不小于 ，压实时的最优含水量为 ，取土现场土料，天然含水量 ，天然密度,要求：,（,1,）需运来多少立方米的土料？,（,2,）为使土料达到最优含水量，在压实 前需加多少水？,说明：在一定击数下，某一含水量能获得最佳击实效果，这一含水量称为最佳含水量。,9,三相草图,Water,Air,Solid,V,a,V,w,V,s,V,v,V,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,体积,已知关系五个,:,共有九个参数,:,V V,v,V,s,V,a,V,w,/,m,s,m,w,m,a,m,剩下三个独立变量,三相草图法,物性指标是比例关系,:,可假设任一参数为,1,实验室测定,其它指标,是一种简单而实用的方法,2,土的物性与分类,10,二,.,土的物理状态指标,土的物理状态,粗粒土的松密程度,粘性土的软硬程度,土的物理性质指标,(,三相间的比例关系,),力学特性,影响,表示,2,土的物性与分类,11,2,.,粘性土的软硬状态,也称,稠度状态,稠度状态与含水量有关,含水量,较硬,变软,流动,2.3,土的物理状态,界限含水量,:,随天然含水量的增加,粘性土由一种物理状态向另一种状态过渡的含水量的界限值,.,塑性,:,在一定条件下,因受外力作用其形状发生变化,但不产生裂隙,外力卸去后,仍能保持既得形状的一种性能,.,可塑性是粘性土区别于无粘性土的主要特征,.,12,塑限,w,p,液限,w,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,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,2.3,土的物理状态,吸附弱结合水的能力,塑性指数,土由可塑状态转到流动状态的界限含水量叫液限,.,土由半固态转到可塑状的界限含水量叫塑限,.,13,吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小,塑性指数,常作为细粒土工程分类的依据,不同的粘土矿物结合水的能力不同,2.3,土的物理状态,14,相对稠度,即使,含水量相同，,稠度可能不同,液性指数,对不同的粘土，,w,p,、,w,l,大小不同,定义：,w,p,w,w,l,I,L,1,坚硬状态,可塑状态,流 态,0.00 0.25,0.25 - 0.75,0.75 1.00,硬塑,可塑,软塑,2.3,土的物理状态,对同一种粘土，含水量可反映其稠度,问题：,15,例,4,：,某土样其含水量为,32.5%,密度,土的相对密度 ，液限 ，,塑限 。,求：土样的物理状态。,16,反映粘性土结构性的指标,相同含水量、密度,1,.,粘性土的灵敏度,S,t,=,原状土,结构性,相同含水量,密度、组成,粉碎,重塑,重塑土,强度降低,S,t,1,1-2,2-4,4-8,8-16,16,粘性土,不灵敏,低灵敏,中等灵敏,灵敏,很灵敏,流动,原状土的无侧限抗压强度,重塑土的无侧限抗压强度,17,含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为,触变性,。,土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。,目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。,2,.,粘性土的触变性,18,e,max,与,e,min,：,最大与最小孔隙比,1,.,粗粒土的密实状态,密实度,如何衡量,?,单位体积中固体颗粒含量的多少,或 孔隙含量的多少,优点：,简单方便,缺点：,不能反映级配的影响,只能用于同一种土,对策,相对密度,干容重,d,或,孔隙比,e,或孔隙率,n,e,min,= 0.35,e,min,= 0.20,2.4,无粘性,土的物理状态,19,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,与,e,min,：,最大与最小孔隙比,注意：,室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难,20,粗粒土的密实状态指标,判别标准：,D,r,= 1 ,最密状态,D,r,= 0 ,最松状态,D,r,1/3 ,疏松状态,1/3 2/3 ,密实状态,相对密度,21,例,3,：某砂土土样的密度 ，含水量 ，土粒的相对密度 ，对该砂样进行相对密度试验，得到其最大干密度 ，最小干密度 。,求：确定该砂土的相对密实度并判断其密实程度。,22,无粘性土密实度划分的其他方法,1.,砂土按天然孔隙比划分,密实,中密,稍密,松散,e,0.60,0.60,e,0.75,0.75,e,0.85,e0.60,e,0.70,0.70,e,0.85,0.85,e,0.95,e0.60,砾石、粗、中砂,细砂、粉砂,2.,砂土密实度按标准贯入击数,N,划分,密实度,密实,中密,稍密,松散,标贯击数,N,50,30,29,10,9,5,5,23,2.5,粉土的密实度和湿度,密实度,密实,中密,稍密,孔隙比,e,0.75,0.75,e,0.90,e0.90,细砂、粉砂,2.,粉土湿度的分类,湿度,稍湿,湿,很湿,含水量,w,w,20,20,w,30,e30,1.,粉土密实度的分类,24,2.6,土的胀缩性、湿陷性和冻胀性,2.6.1,土的胀缩性,土的胀缩性是指粘性土有吸水膨胀和失水收缩的特征,.,主要原因是岩土体中含有大量的亲水性矿物成分,如蒙脱石,伊利石,.,用自由膨胀率和膨胀率来表示,1.,自由膨胀率,2.,膨胀率,25,无粘性土密实度划分的其他方法,1.,砂土按天然孔隙比划分,2.6.2,土的湿陷性,土的湿陷性是指土在自重作用下或自重和附加压力综合作用下,受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生的显著附加下陷的特征,.,黄土的湿陷性评价,:,湿陷性系数,:,自重湿陷性系数,时,应定义为湿陷性黄土,时,应定义为非湿陷性黄土,26,无粘性土密实度划分的其他方法,1.,砂土按天然孔隙比划分,2.,场地湿陷性类型,当自重湿陷性量,7CM,时,应定义为非自重湿陷性场地,当自重湿陷性量,7CM,时,应定义为自重湿陷性场地,自重湿陷性量的计算,:,总湿陷性量的计算,:,注,:,时,土层湿陷量不累计,27,例,:,某地区黄土资料如下,湿陷性黄土深度为,10,米,求黄土的自重湿陷量和总湿陷量,取样深度,自重湿陷系数,湿陷系数,1,0.021,0.027,2,0.020,0.028,3,0.012,0.019,4,0.017,0.013,5,0.018,0.019,6,0.014,0.018,7,0.016,0.019,8,0.025,0.023,9,0.022,0.012,10,0.011,0.009,28,土的冻胀性,有负温或零温,其中含有冰的各种土为冻土,只有负温或零温,但不含有冰的各种土为寒土,.,冬季冻结,夏季融化的土为季节冻土,冻结状态持续二年以上的土为多年冻土,.,地基土产生冻胀有三要素,:,水分,土,负温度,29,-,地表冻胀量,(mm),-,设计深度,(mm),h-,冻层厚度,(mm),30,例,:,某季节性冻土场地地面标高为,290.136m,冬季冻结后地表最大标高为,290.296m,冻土层最低标高为,288.130m,春季融化后地面标高又降至,290.136m.,求冻胀率,31,目的：,依据：,建筑地基基础设计规范-,GB50007-2002,分类法,2.7,土的工程分类,是将工程性质相近的土归为一类,便于研究、交流及应用,能反映土的物理力学性质,土的组成,土的状态,土的结构,2,土的物性与分类,32,建筑地基基础设计规范-,GB50007-2002,分类法,土,岩石,碎石土,砂土,粉土,粘性土,特殊土,2,土的物性与分类,33,岩石,:,岩石是指颗粒间牢固联结、呈整体或具有节理裂隙的岩体。,岩石按其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。,岩石按其坚硬程度可分坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩、极软岩。,岩石按风化程度可分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化。,岩石按其完整程度可分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎。,34,碎石土：,是指粒径大于,2mm,的颗粒含量超过总质 量的,50%,的土,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%,35,砂土：,是指粒径大于,2mm,的颗粒含量不超过总质量的,50%,，且粒径大于,0.075mm,的颗粒超过总量的,50%,的土。,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%,36,粉土,粒径大于,0.075mm,的颗粒含量小于全质量,50%,而塑性指数,I,p,10,的土,塑性指数,Ip,10,的土,粘性土,1017,的土,粘土,粉质粘土,37,特殊土：是指分布在一定地理区域、有工程意义的特殊成分、状态和结构特征的土。,（,1,）,淤泥和淤泥质土：在静水或缓慢水流中沉积，并经生物化学作用形成。我们把天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于,1.5,的土称为淤泥,;,而天然含水量大于液限，天然孔隙比小于,1.5,但大于等于,1.0,的土称为淤泥质土。,（,2,）人工填土：是指人类活动而形成的堆积物。按其组成及成因，可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。,这类土一般压缩性高、强度低、透水性差。,38,红粘土与次生红粘土：,红粘土为碳酸盐岩系的岩石经红土化学作用形成的高塑性粘土，其液限一般大于,50%,。红粘土经过再搬运后仍保留其基本特征，其液限大于,45%,的土为次生红粘土。,膨胀土：,是指土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成，同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或等于,40%,的粘性土。,这类土虽然强度高、压缩性低；但是遇水膨胀隆起，失水收缩下沉，会引起地基的不均匀沉降，对建筑物危害极大。,39,粒径,(mm),0.075,0.0750.25,0.250.5,0.52,2.0,占全重,%,14.7,32.6,34.7,12.8,5.2,例：某土样不同粒组的含量如下,要求：确定土的名称,40,压实：,指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性,压实性：,指土在一定压实能量作用下密度增长的特性,研究击实性的目的：,以最小的能量消耗获得最大的压实密度,击实方法,：,室内击实试验,现场试验: 夯打、振动、碾压,2.8,土的压实性,41,一. 室内击实试验,试验设备,击实筒,V=,1000cm,3,；,击实锤,w=25,牛顿,试验条件,土样分层,n=3,层；落高,d=30cm,；,击数,N=27,/,层,击实能量,试验方法,对,=,cosnst,的土；分三层压实；,测定击实后的,、,，,算定,d,注意：,仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪,土,42,1,.,击实曲线,特点：,具有峰值,位于饱和曲线之下,粘性土,渗透系数,很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的,。,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,最大干密度,最优含水量,43,2,.,理论分析,压实机理：,颗粒被击碎，土粒定向排列;,粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;,空气被挤出或被压缩等,水膜润滑作用效果最佳;,尚没有形成封闭气泡，气体易于排出;,颗粒表面水膜很薄，相对移动困难,水膜润滑作用不明显;,封闭气泡难以排出;,增加水的相对含量,op, ,d,dmax,op,d,op,d,9598%,级土石坝,Dc9295%,46,不存在最优含水量,；,在完全风干和饱和两种状态,下易于击实,；,潮湿状态下,d,明显降低,。,三. 粗粒土的压实性,1,.,击实曲线,特点,20%,粗砂,=45%,中砂,=7%,；,时，干密度最小,2,.,理论分析,对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。,在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,3,.,压实标准,常用相对密度,控制,Dr0.70.75,施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和,47,
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