1、专业.土工试验的现状与发展土工试验的现状与发展 我国系统地开展土工试验技术工作起源于建国初期，经过半个世纪的努力，我国的土工试验技术达到了一个新的水平；但在工程勘察单位的生产性试验方面，无论设备条件或技术水平以及人员配备，都存在较大的差距。专业.现现 状状 1.土工试验室是勘察单位的一个部门，与市场没有直接的沟通渠道；缺乏技术发展的市场推动力；留不住人才；2.业务范围窄，单一的室内常规土工试验与水质分析；一般不从事非常规的、研究开发型的试验；一般不从事现场试验与原位测试；3.仪器设备：大多数试验室仍沿用上世纪六、七十年代的土工仪器；80年代初期，先进的数据采集和处理系统开始研发，到了80年代的
2、后期，数据采集和处理系统自动化得到了较大的发展与普及。进入二十一世纪后，全自动气压固结仪在全国占了一定的市场，试验精度更高了，劳动强度降低了，工作效率提升了；4.人员问题：缺乏熟练的试验人员；留不住高学历的人才；试验人员的培训机制不健全；技术水平与人员素质不能适应工程的需求；专业.发展对策发展对策 1 对人员进行技术培训，提高试验技术水平；2 在经济条件改善的基础上添置新的设备；3 逐步扩展业务范围，争取更大的市场份额占有率；4 做好试验室的计量认证工作，为社会出具更加准确、可靠、公正、可信的试验数据。专业.专业.专业.专业.专业.专业.专业.第一部分土力学基础知识专业.第一篇第一篇 计量基础
3、与数据处理计量基础与数据处理专业.第一章第一章 计量基本概念计量基本概念一一.计量：计量：为实现单位统一、量值准确可靠而进行的科技、法制和管理活动。计量的特点：计量的特点：准确性准确性一致性一致性溯源性溯源性法制性法制性专业.所谓“量值溯源量值溯源”是指自下而上通过不间断的校准而构成溯源体系；而“量值传递”则是自上而下通过逐级检定而构成检定系统。计量认证计量认证是我国通过计量立法，对凡是为社会出具 公证数据的检验机构进行强制考核的一种手段，也可以说计量认证是具有中国特点的政府对实验室的强制认可。校准和检定校准和检定：在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，与对应的由标准物质所复现的
4、量值之间关系的一组操作，称为校准；（1）校准的含义校准的含义：1 在规定的条件下，用一个可参考的标准，对包括参考物质在内的测量器具的特性赋值，并确定其示值误差；2 将测量器具所指示或代表的量值，按照校准链将其溯源到标准所复现的量值；专业.（2 2）校准的目的：）校准的目的：1 确定示值误差，并可确定是否在预期的允许范围内；2 得出标准值偏差的报告值，可高速测量器具或对示值加以修正；3 给任何标尺标记赋值或确定其它特性，或给参考物质特性赋值；4 实现溯源性；（3 3）检定）检定：是查明确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和出具检定证书。检定具有法制性由下计量检定机构执行。（4
5、4）校准与检定的主要区别：）校准与检定的主要区别：1 校准不具法制性，是企业自愿行为；检定具有法制性，属计量管理范畴的执法行为。2 校准主要确定测量器具的示值误差；检定是对测量器具的计量特性及技术要求的全面评定。3 校准的依据是校准规范、校准方法，可统一规定也可自行制定；检定的依据检定规程。4 校准不判断测量器具合格与否；检定要对所检的测量器具作出合格与否的结论。5 校准结果通常是发校准证书或校准报告；检定结果合格的发检定证书，不合格的发不合格通知书。专业.试验室管理试验室管理试验室的管理试验室的管理是通过质量管理体系的建立和运行来实现的。质量管理体系文件包括：质量管理手册、程序文件以及质量体
6、系运行中产生的各种质量文件。质量管理手册：质量管理手册：是试验室从事各项质量活动的唯一法规性文件，是质量体系在试验室运行的依据。质量管理手册质量管理手册包括以下内容：1 组织与管理 2质量体系的建立 3人员 4试验室设施和环境 5仪器设备的管理 6量值溯源和校准 7试验方法的选用 8试验样品的管理 9试验记录管理10试验报告11外部支持服务和供应12试验的分包13抱怨的处理专业.程序文件应包括下列内容程序文件应包括下列内容：1质量体系文件的控制和维护程序；2质量体系管理评审程序；3质量体系审核程序；4保护委托方的机密信息和所有权程序；5开展新试验项目管理程序；6允许偏离和纠正程序；7控制偏离的
7、管理程序；8试验工作管理程序；9量值溯源程序；10仪器设备控制与管理程序；11仪器设备购置、验收及流转程序；12培训与考核程序；13试验环境的建立、维护和管理程序；14现场试验管理程序、15试验方法管理程序；16复验程序；17抽样程序；18保护数据完整和安全性管理程序；19计算机软件管理程序；20消耗材料的采购、验收和贮存程序；21样品管理程序；22记录管理程序；23档案管理程序；24试验报告的编制和管理程序；25试验工作的分包管理程序；26外部支持服务和供应管理程序；27抱怨处理程序；专业.1.米(m)国际单位制(SI)2.千克(kg)3.秒(s)4.安(A)5.开(K)6.摩(mol)7.
8、坎(cd)SI导出单位导出单位二.法定计量单位专业.土工试验中常用单位换算土工试验中常用单位换算 量量 公制公制准确换算准确换算近似换算近似换算重度重度2.0t/m319.6kN/m320kN/m3模量模量100kg/m29.81Mpa10Mpa压缩系数压缩系数0.05cm2/kg0.49Mpa-10.50Mpa-1承载力承载力10t/m298.1kpa100kpa专业.三三.法定计量单位的使用规则法定计量单位的使用规则1.1.法定计量单位名称法定计量单位名称l 法定计量单位名称一般指其中文名，用于叙述文字和口述中。法定计量单位名称一般指其中文名，用于叙述文字和口述中。l 组合单位的名称与其符
9、号表示的顺序一致，遇到除号读组合单位的名称与其符号表示的顺序一致，遇到除号读“每每”如如J/(mol.K)-J/(mol.K)-“焦耳焦耳每每摩尔开尔文摩尔开尔文”。l 乘方形式的单位举例：乘方形式的单位举例：m m4 4 “四次方米四次方米”；s s-1-1 “每秒每秒”专业.l 计算单位的符号分为单位符号计算单位的符号分为单位符号(SISI，通用通用)和单位的中文符号。和单位的中文符号。l 单位符号一般用正体小写字母，以人名命名的第一个字母大写。单位符号一般用正体小写字母，以人名命名的第一个字母大写。N、W、N.m。2.2.计量单位符号计量单位符号专业.l 词头的名称紧接单位的名称，如词头
10、的名称紧接单位的名称，如“平方平方千米千米”而不是而不是“千千平方米平方米”l 通过相乘构成的组合单位在加词头时，词头在第一个单位前，如力通过相乘构成的组合单位在加词头时，词头在第一个单位前，如力 矩单位矩单位kN.m，不宜写成不宜写成 N.kml 组合单位的符号中，某单位符号同时又是词头，尽量将它置于单位组合单位的符号中，某单位符号同时又是词头，尽量将它置于单位 符号右侧，如力矩单位符号右侧，如力矩单位 N.mN.ml 词头词头h、da、d、c(百、十、分、厘百、十、分、厘)一般只用于某些长度、面积、体一般只用于某些长度、面积、体 积单位和已惯用的地方。积单位和已惯用的地方。l 一般不在组合
11、单位的分子分母中同时使用词头，如一般不在组合单位的分子分母中同时使用词头，如J/K或或kJ/K,而不而不 是是J/mK.l 选用选用词头时一般使量的数值在词头时一般使量的数值在0.11000范围内。范围内。l 万和亿可放在单位万和亿可放在单位 号之前作为数值之用，其它中文词不得放在单位号之前作为数值之用，其它中文词不得放在单位 号前做数值，如号前做数值，如3千秒千秒-1，“3每千秒每千秒”，而不是，而不是“3千每秒千每秒”。l 建议所有量使用建议所有量使用SI（国际单位制）。国际单位制）。3.3.词头使用方法词头使用方法kmkm2 2专业.第二章第二章 数据处理和测量误差数据处理和测量误差一一
12、.近似数近似数 对任何数，包括无限不循环小数和循环小数、截取一定位数后所得的即是近似数。二二.有效数字有效数字 当近似数从左边的第一个非零数字算起，直到最末一位数字为止的所有数字都是有效数字。19.8mm 三位有效数字；三位有效数字；19.80mm 四位有效数字；四位有效数字；在计量中，小数点右边第一个非在计量中，小数点右边第一个非“0”数后的数后的“0”不能舍去不能舍去，都是有效数字。，都是有效数字。专业.三三.数据修约数据修约 根据保留的数位的要求，按一定规则将多余的位数舍去，留下需要数位的数字代替原数，这一过程称为数据修约。1.记录数据时只保留一位可疑数字。记录数据时只保留一位可疑数字。
13、2.除非另有规定，可疑数字表示末位上有除非另有规定，可疑数字表示末位上有+-1个单位，或个单位，或 下一位有下一位有+-5 个单位的误差。个单位的误差。3.当有效数字位数确定后，其余数字一律舍去，逢当有效数字位数确定后，其余数字一律舍去，逢5进进1；等于；等于5时，前时，前 一位为奇数加一位为奇数加1，偶数则舍去不计。，偶数则舍去不计。数据修约基本法则：数据修约基本法则：专业.四四.近似数运算近似数运算（1 1）加、减运算）加、减运算 近似数的加减中，其位数以小数位最少的数为准，其余各数均修约成比该数多保留一位。（结果与小数位最少的数相同）例：18.3+1.4546+0.87618.3+1.4
14、5+0.88=20.63 20.6（2 2）乘、除、开方运算）乘、除、开方运算 在进行数的乘除运算，以有效数字位数最少的数为准，其余各数的有效数字位比它多保留一位。(结果与有效数字位最少的数相同）例：1.1*0.3268*0.103001.1*0.327*0.103=0.037049 0.037 专业.五五.测量误差测量误差 测量结果减去被测量的真值所得的差，称为测测量误差量误差。（测量误差测量误差=测量结果-真值）六六.相对误差相对误差 测量误差误差除于除于被测量的真值所得的商，称为相对误差误差。专业.七七.偏差偏差 个别测量结果与几次测定结果平均值的差。绝对偏差绝对偏差相对偏差相对偏差标准
15、偏差标准偏差相对标准偏差相对标准偏差iidxxirxxdx11niixxsnssx专业.八八.随机误差和系统误差随机误差和系统误差（1 1）随机误差：）随机误差：测量结果测量结果与在重复条件下对同一与在重复条件下对同一被测量进行无限多次测量所得的被测量进行无限多次测量所得的平均值平均值之差。之差。（2 2）系统误差：）系统误差：在重复条件下，对同一被测量进在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得的行无限多次测量所得的平均值平均值与与被测量真值被测量真值之差。之差。九九.修正值修正值 用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值。其系统误差的值
16、。专业.十十.误差来源误差来源(1(1）仪器误差）仪器误差(2(2）环境误差）环境误差(3(3）人员误差）人员误差(4(4）方法误差）方法误差 1 1）方法本身的缺陷）方法本身的缺陷 2 2）引用规范、试验方法错误或过时）引用规范、试验方法错误或过时专业.一一.勘察行业职业道德规范勘察行业职业道德规范 诚信为本、质量第一；诚信为本、质量第一；崇尚科学、追求卓越；崇尚科学、追求卓越；受岗敬业、团结协作；受岗敬业、团结协作；遵纪守法、公平竞争。遵纪守法、公平竞争。第五章第五章 全国勘察行业关于职业道德全国勘察行业关于职业道德 规定和规范规定和规范专业.二二.勘察设计行业职业道德准则勘察设计行业职业
17、道德准则 （1）（8）条）条 P30三三.勘察设计行业职业从业公约勘察设计行业职业从业公约 （1）（8）条）条 P31专业.第三篇第三篇 土土 力力 学学 理理 论论专业.土的基本特性及其指标土的基本特性及其指标 1 物理性指标物理性指标：天然密度、含水量、土粒比重天然密度、含水量、土粒比重、孔隙比、液性指数、孔隙比、液性指数、塑性指数、塑性指数、液限液限、塑限塑限、曲率系数、不均匀系数、相对、曲率系数、不均匀系数、相对密度、饱和度、密度、饱和度、粘粒含量粘粒含量；2 力学性指标：力学性指标：2.1 变形指标：变形指标：压缩系数、压缩模量、压缩系数、压缩模量、渗透系数渗透系数、先、先期固结压力
18、、压缩指数、回弹指数、回弹模量、期固结压力、压缩指数、回弹指数、回弹模量、湿陷系湿陷系数、自重湿陷系数数、自重湿陷系数、湿陷起始压力、湿陷起始压力、自由膨胀率自由膨胀率、收缩、收缩系数；系数；2.2 强度指标；强度指标；内摩擦角、粘聚力、无侧限抗压强度内摩擦角、粘聚力、无侧限抗压强度、灵敏度灵敏度 3 渗透性指标渗透性指标：渗透系数、固结系数；：渗透系数、固结系数；4 压实性指标压实性指标：最优含水量、最大干密度；：最优含水量、最大干密度；5 化学性指标化学性指标：腐蚀性分析腐蚀性分析专业.土土:是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物。史的产物
19、。搬运、沉积搬运、沉积土的形成过土的形成过程形成条件程形成条件物理力学物理力学性质性质 风化风化岩石岩石地球土土地球影响影响第六章第六章 土的结构与物理性质土的结构与物理性质专业.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（1 1）风化风化有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的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影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的
20、作用而改变其矿物的化学成分，形成作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物新的矿物专业.物理风化 (温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震)化学风化 (岩体与空气、水和各种水溶液相互作用)水解作用水解作用水化作用水化作用氧化作用氧化作用溶解作用溶解作用酸化作用酸化作用风化作用专业.（2）搬运与沉积搬运与沉积残积土残积土无搬运无搬运运积土运积土有搬运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颗粒表面粗糙多棱角多棱角粗细不均粗细不均无层理无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小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颗粒后，
21、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搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物专业.运积运积土土有有搬运搬运风：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显，土层交迭含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细
22、变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理专业.土是由固体颗粒、水、气三相组成。土具有孔隙，部分孔隙相通，具有透水性。土颗粒间联结很弱或无联结，荷载作用会产生相对位移，孔隙水排出孔隙减小，土的变形较大。土中水的排出非加荷瞬间完成，土的变形需要一定的时间完成。5.土的变形除了产生弹性变形，还会产生残余变形。土的工程特征土的工程特征专业.土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结一、土的结构一、土的结构力学特性力学特性土的结构和构造土的结构和构造影影响响重塑土的强度重塑土的强度原状土的强度原状土的强度0.075 mm)沉降分析法沉降分析法(比重计法比
23、重计法)：适用于细粒土：适用于细粒土(0.075 mm)各粒组的相对含量，用质量百分数来表示各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法表述方法 粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线专业.1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径:d50:平均平均粒径粒径d60:控制控制粒径粒径d10:有效有效粒径粒径d30;中
24、值中值粒径粒径不均匀程度不均匀程度：Cu=d60/d10 连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀级配不均匀粗细程度粗细程度：用用d50 表示 专业.不均匀系数不均匀系数：界限粒径与有效粒径之比，土的不均匀系数越大，表明土的粒度组成愈分散；Cu=d60/d10曲率系数：曲率系数：表示某种中间粒径的粒组是否缺失的情况；Cs=d302/(d60d10)指标应用：指标应用：Cu值越小，表明土的粒径分布均匀，曲线较陡，级配不良；反之，Cu值越大，表明土的粒径分布不均，曲线平缓，级配良好，容易压实。工程中分类：工程中分类：Cu5为级配
25、良好的非均粒土;1Cs3 的土称为级配不良的土。砂土的相对密度；砂土最疏松状态的孔隙比和天然状态的孔隙比之差，与砂土最疏松状态的孔隙比和最紧密状态的孔隙比之差的比值。即 Dr=(emax-e)/(emax-emin)天然状态下的孔隙比介于最大与最小孔隙比之间，所以，Dr值变化在0-1之间，通常把作为砂土的结构指标，分为以下三种状态；0 Dr 0.33 疏松疏松0.33 Dr 0.67 中密中密0.67 Dr 200 直接测定 透水性很大，压缩性极小，颗粒间无粘结，无毛细性。卵石（碎石）粒 60d200 粗粒 砾粒 粗砾 20d60 筛 分 法 透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。中、细砾
26、2d20砂粒 粗砂0.5d2 中砂 0.25d0.5 细砂0.075d0.25 细粒粉粒 0.005d0.075 静水沉降原理 透水性小，压缩性中等，毛细上升高度大，微粘性。粘粒 d0.005 透水性极弱，压缩性变化大，具粘性和可塑性。专业.（1）碎石土）碎石土粒径大于粒径大于200的颗粒含量超过全重的的颗粒含量超过全重的50%的土称为碎石土；的土称为碎石土；根据粒组含量及颗粒的形成分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。根据粒组含量及颗粒的形成分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。土的名称土的名称 颗粒形状颗粒形状 颗粒级配颗粒级配 漂石漂石 圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 粒径大于粒径
27、大于200mm的颗粒含量超过全的颗粒含量超过全重的重的50%块石块石 棱角形为主棱角形为主 卵石卵石 圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 粒径大于粒径大于20mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重的的50%碎石碎石 棱角形为主棱角形为主 圆砾圆砾 圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的颗粒含量超过全重的的50%角砾角砾 棱角形为主棱角形为主（2）砂土）砂土粒径大于粒径大于2的颗粒含量不超过全重的的颗粒含量不超过全重的50%，粒径大于，粒径大于0075的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的50%的土称为砂类土；根据粒组含量可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。的土称
28、为砂类土；根据粒组含量可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。土的名称土的名称 粒组含量粒组含量 砾砂砾砂 粒径大于粒径大于2 mm的颗粒占全重的的颗粒占全重的25-50%粗砂粗砂 粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的50%中砂中砂 粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的50%细砂细砂 粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的85%粉砂粉砂 粒径大于粒径大于0.075 mm的颗粒超过全重的的颗粒超过全重的50%专业.（3）粉土）粉土粒径大于粒径大于0.075的颗粒不超过全重的颗粒不超过全重50%，且塑性指数小于等于，且塑性指数小于等
29、于10的土定名为粉土。的土定名为粉土。粉土的密实度和湿度分别根据孔隙比、含水量分为以下三种：粉土的密实度和湿度分别根据孔隙比、含水量分为以下三种：e 0.75 密实密实 w 0.9 稍密稍密 w 30 很湿很湿 （4）粘性土）粘性土当塑性指数大于当塑性指数大于10，且小于，且小于17时，定名为粉质粘土，当塑性指数大于时，定名为粉质粘土，当塑性指数大于17时，应时，应定名为粘土。根据液性指数可以将粘性土的状态分为以下几类：定名为粘土。根据液性指数可以将粘性土的状态分为以下几类：IL0 坚硬坚硬 0 IL0.25 硬塑硬塑0.25 IL0.75 可塑（可塑（0.25-0.5硬可塑，硬可塑，0.5-
30、0.75软可塑）软可塑）0.751.0 流塑流塑（5）填土）填土填土系指由人类活动而堆填的土。根据其物质组成和堆填方式，可分为以下三填土系指由人类活动而堆填的土。根据其物质组成和堆填方式，可分为以下三类：类：a 素填土：由天然土经人工扰动和搬运堆填而成，不含杂质或杂质很少，由素填土：由天然土经人工扰动和搬运堆填而成，不含杂质或杂质很少，由碎石、砂、粉土和粘碎石、砂、粉土和粘 性土等一种或几种材料组成，不含杂质或杂质很少；性土等一种或几种材料组成，不含杂质或杂质很少；b 杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物；按其组成物质杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物；按其组成物
31、质成分和特征分为：建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土等。成分和特征分为：建筑垃圾土、工业废料土、生活垃圾土等。c 冲填土：由水力冲填泥砂组成的；冲填土：由水力冲填泥砂组成的；专业.填土按堆积时间可分为三类：填土按堆积时间可分为三类：a 古填土：堆填时间在古填土：堆填时间在50年以上的；年以上的；b 老填土：堆填时间在老填土：堆填时间在15-50年的填粘土或填粉质粘土；年的填粘土或填粉质粘土；c 新填土：堆填时间在新填土：堆填时间在15年以下的填粘土或填粉质粘土；年以下的填粘土或填粉质粘土；（6）软土）软土天然孔隙比大于或等于天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限含水量的细粒土即为软土
32、；，且天然含水量大于液限含水量的细粒土即为软土；包括淤泥、淤泥质土，其压缩系数大于包括淤泥、淤泥质土，其压缩系数大于0.5MPa，不排水抗剪度宜小于，不排水抗剪度宜小于20kpa。分类标准如下：分类标准如下：软土的工程性质：触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性、不均匀性。软土的工程性质：触变性、流变性、高压缩性、低强度、低透水性、不均匀性。（7）特殊土特殊土是指在特定的地理环境下形成的具有特殊性质的土。主要有：湿陷性黄土、膨是指在特定的地理环境下形成的具有特殊性质的土。主要有：湿陷性黄土、膨胀土、红粘土、冻土等。胀土、红粘土、冻土等。湿陷性土：湿陷性土：指浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大
33、于或等于指浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于或等于0.015的土；的土；膨胀土：膨胀土：是指土中黏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是指土中黏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，其自由膨胀率不小于缩特性，其自由膨胀率不小于40%的黏性土。的黏性土。红黏土：红黏土：是指碳酸盐系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土。其液限一般大于是指碳酸盐系的岩石经红土化作用形成的高塑性黏土。其液限一般大于50；红；红黏土经搬运后仍保留其基本特征，其液限大于黏土经搬运后仍保留其基本特征，其液限大于45的为次生红黏土。的为次生红黏土。专业.结晶水结晶水 矿物内部的
34、水矿物内部的水 结合水结合水 吸附在土颗粒表面的水吸附在土颗粒表面的水 自由水自由水 电场引力作用范围之外的水电场引力作用范围之外的水 土中冰土中冰 由自由水冻成，冻胀融陷由自由水冻成，冻胀融陷(二二)土中水土中水专业.结合水结合水 排列致密、定向性强排列致密、定向性强 密度密度11g/cmg/cm3 3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 具有固体的的特性具有固体的的特性 温度高于温度高于100100C C时可蒸发时可蒸发强结合水强结合水 位于强结合水之外，电场引位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内力作用范围之内 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而移动，有粘滞性不因重力而
35、移动，有粘滞性弱结合水弱结合水专业.自由水自由水重力水重力水毛细水毛细水在重力作用下可在土中自由流动在重力作用下可在土中自由流动 存在于固气之间存在于固气之间 在重力与表面张力作用下在重力与表面张力作用下 可在土粒间空隙中自由移动可在土粒间空隙中自由移动专业.v自由气体：自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大与大气连通，对土的性质影响不大v封闭气体：封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道增加土的弹性；阻塞渗流通道土体中的气：土体中的气：存在于土体孔隙中未被水所占据的部位。在粗粒沉积物中，土中气与大气相连，在外力作用下，易排出，所以对土体的力学性质影响不大。在细粒中，存在与大气隔绝的封闭气泡，外
36、力作用下，易溶解，外力卸除又重新释放，使土体弹性增加，透水减小。其主要成份有：CO2,O2,N2等。(二二)土中气土中气专业.土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程度特点特点: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四、土的物理指标四、土的物理指标专业.1 1.三相草图三相草图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwm
37、sm质量质量体积体积专业.三相草图三相草图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas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 V/ms m ma m三相草图法三相草图法对于饱和土对于饱和土,Va=0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专业.2.2.室内测定的三个室内测定的三个基本指标基本指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积-土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度
38、土的密度awswsVVVmmVm 土的容重土的容重=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:1.602.20 g/cm3定义定义:土单位体积的质量土单位体积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三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念专业.WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土粒比重土粒比重 s:土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量sssVm 单位单位:无
39、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 2.65C4w C4wssG 4C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度C4w =1.0 g/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:专业.WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水量土的含水量ssswmmmmm(%)w 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,用百分数表示用百分数表示注意注意:其实是含水比其实是含水比,可可达到
40、达到或或超过超过100表达式表达式:专业.v表示土中孔隙含量的指标表示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)svVVe .其它常用的物理性质指标其它常用的物理性质指标VV(%)nv 关系关系:e1en n1ne 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体积土中孔隙体积与固体颗粒体积之比之比,无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积体积定义定义:土中孔隙体积与总体积之比土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示用百分数表示表达
41、式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积体积三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系专业.v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标swmm(%)w 含水量含水量饱和度饱和度vwrVVS WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义:土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0 :干土干土Sr=1 :饱和土饱和土专业.v表示土中表示土中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
42、密度awswsVVVmmVm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 浮密度浮密度有效容重有效容重饱和容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位: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:dsat dsat专业.土从一种状态转入到另一种状态时的含水量称为界限含水量，流动状态与可塑状态之间的分界含水量定义为液限WL；从可塑状态转入到半固体状态的分界含水量称为塑限WP；液限与塑限是试验室直接测
43、定的，由此可计算求得其它指标如下；塑性指数塑性指数IP：土呈可塑状态时含水量变化的范围，代表土的可塑程度；IP=WL-WP液性指数液性指数IL：土抵抗外力的量度，其值越大，抵抗外力的能力越小；IL=(W-WP)/(WL-WP)含水比含水比u：土的天然含水量与液限含水量之比；u=W/WL活动度活动度A：土的含水量变化时，土的体积相应变化的程度，其值越大，变化程度越大；A=IP/P0.002根据塑性指数的大小可将粘性土分类如下：3 0.075mm的粒径含量不超过的粒径含量不超过50%）10 17 粘土粘土当天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粉质粘土或天然孔隙比大于1.3的粘土称为淤泥质土。
44、五五.土的可塑性指标土的可塑性指标专业.第七章第七章 土的力学性质土的力学性质一、土的渗透性一、土的渗透性渗流渗流:水、气等在土体孔隙中流动的现象。水、气等在土体孔隙中流动的现象。水头：水头：水中某点所受压力，常以此压力相当的水柱高度水中某点所受压力，常以此压力相当的水柱高度 来表示，水柱高即为来表示，水柱高即为水头水头。层流：层流：水在流动时，其任意两点的运动轨迹，称为流线，各水在流动时，其任意两点的运动轨迹，称为流线，各 流线互不相交则称为流线互不相交则称为层流层流。紊流：紊流：流线相交，使水流呈不规则状态，则称流线相交，使水流呈不规则状态，则称紊流紊流。水力梯度水力梯度：两点水头差与渗流
45、长度的比值，：两点水头差与渗流长度的比值，i=H/Li=H/L(一一)基本概念基本概念专业.适用条件适用条件ivovcri层流（线性流）层流（线性流）大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土性较重的粘性土.)1m(kivm (二二)达西定律达西定律i=h/LQ=qt=VAtV=kiQLkA ht专业.(三三)渗透系数测定方法渗透系数测定方法 室内试验方法室内试验方法1 1常水头试验法常水头试验法结果整理结果整理试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h，A，L=const量测变量量测变量:Q，t专业.室内试验方法室内试验方法2 2变水头试验法变水头试
46、验法试验装置：试验装置：如图如图试验条件试验条件:h变化变化，A，L=const量测变量量测变量:h，t透水性较小的粘性土透水性较小的粘性土常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土专业.二、土的变形性二、土的变形性1 1、土在荷载作用下的变形、土在荷载作用下的变形（1 1）弹性变形：）弹性变形：.（2 2）塑性变形）塑性变形：土颗粒在外力作用下发生剪切：土颗粒在外力作用下发生剪切变形使土颗粒产生相对移动，引起不可逆变化，变形使土颗粒产生相对移动，引起不可逆变化，称为称为“塑性变形塑性变形”。（3 3）压缩变形：）压缩变形：土层受压，孔隙水空气排出，土层受压，孔隙
47、水空气排出，孔隙体积减小，固体颗粒挤紧，土体呈压状态。孔隙体积减小，固体颗粒挤紧，土体呈压状态。(一一)基本概念基本概念专业.2 2、土在无荷载作用下的变形、土在无荷载作用下的变形（1 1）膨胀土）膨胀土-胀缩胀缩（2 2）黄土）黄土-湿陷湿陷专业.3 3、土的压缩变形、土的压缩变形 土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特是指土在压力作用下体积缩小的特性性压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水的压缩土中水的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分无粘性土无粘
48、性土粘性土粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成透水性差透水性差，水不易排出水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间专业.水槽水槽内环内环环刀环刀透水石透水石试样试样传压板传压板百分表百分表施加荷载，静置至变形稳定施加荷载，静置至变形稳定逐级加大荷载逐级加大荷载测定：测定：轴向应力轴向应力轴向变形轴向变形Pt1p2pSt1e2e0e3e1s2s3se试验结果：试验结果：(二二)固结固结(压缩压缩)试验试验专业.1221tanppeeea 土土的压缩性可用图中割线的压缩性可用图中割线 的斜率表示，设割线的斜率表示，设割线 与横座与横座 标
49、的夹角为标的夹角为 ，则，则，21MM21MM1p某点的竖向自重应力某点的竖向自重应力2p某点的竖向自重应力某点的竖向自重应力+附加力附加力 压缩系数：压缩系数：土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效应力增量的比值。土体在侧限条件下孔隙比减小量与有效应力增量的比值。kPap1001kPap200221a 为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由为了便于应用和比较，通常采用压力间隔由 增加到增加到 时所得的时所得的压缩系数压缩系数 来评定土的压缩性。来评定土的压缩性。土的体积压缩系数：土的体积压缩系数：土体在侧限条件下的竖向应变与竖向附加应力的土体在侧限条件下的竖向应变与竖向附加应力的比值。比值。（e
50、-P曲线）曲线）土的压缩模量：土的压缩模量：土体在侧限条件下的竖向附加应力与竖向应变的比值。土体在侧限条件下的竖向附加应力与竖向应变的比值。（e-P曲线）曲线）专业.e a(kP)0100200 3004000.60.70.80.91.0e eeaP 压缩系数，压缩系数，KPKPa a-1-1，MPMPa a-1-1e 1e0szPE 侧限压缩模量侧限压缩模量,KPKPa a,MP,MPa a侧限变形模量侧限变形模量固体颗粒固体颗粒孔隙孔隙z0e1e 0s1eEa vs01amE1e 体积压缩系数，体积压缩系数，KPKPa a-1-1，MPMPa a-1-11M2M专业.eap e a(kP)
