1、Soil mechanics Chapter 1第一章第一章土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类 本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习要点学习要点 对土的特点进行详细解释对土的特点进行详细解释 对土的组成和状态进行定量描述对土的组成和状态进行定量描述 内容琐碎、零散内容琐碎、零散 理清各节间联系理清各节间联系 理清各节内层次理清各节内层次 注意物理概念的把握注意物理概念的把握Soil mechanics Chapter 1知识要点知识要点1.1.掌握土体的三相组成及三相比例指标之间的换算掌握土体的三相组成及三相比例指标之间的换算2.2.领会无粘性土密实度概念、判别方法及砂土
2、相对领会无粘性土密实度概念、判别方法及砂土相对密度的计算密度的计算3.3.掌握粘性土的塑掌握粘性土的塑限限、液限、塑性指数和液性指数、液限、塑性指数和液性指数的概念及其物理状态评价的概念及其物理状态评价4.4.掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分类方法掌握无粘性土和粘性土的分类依据和分类方法5.5.掌握土体的压实原理及压实标准与控制掌握土体的压实原理及压实标准与控制Soil mechanics Chapter 11.1 土的形成土的形成1.3 土的结构土的结构1.4 土的物理性质指标土的物理性质指标1.2 土的组成土的组成1.6 土的工程分类土的工程分类1.5 无粘性土的相对密实度、粘性土的稠度
3、无粘性土的相对密实度、粘性土的稠度 及土的压实性及土的压实性本章内容本章内容Soil mechanics Chapter 1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三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的形成过程土的形成过程土的工程分类：便于研究和应用土的工程分类：便于研究和应用土的压实性：如何获得较好的土土的压实性：如何获得较好的土决定决定Soil mechanics Chapter 1形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学性质物理力学性质影响影响土是岩石经过风化后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在不同条件下形成的自然历史的产物 风化
4、风化岩石岩石地球地球土土地球地球Soil mechanics Chapter 1生物风化生物风化物理风化物理风化化学风化化学风化矿物成矿物成分未变分未变无粘性土无粘性土原生矿物原生矿物矿物成矿物成分改变分改变粘性土粘性土次生矿物次生矿物 风化作用分类风化作用分类有有 机机 质质岩石和土的粗颗粒受各种气候因素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的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎。动过程中因碰撞和摩擦而破碎。特点：只改变颗粒的大小和形状，特点：只改变颗粒的大小和形状，不改变矿物颗粒的成分。不改变矿物颗粒的成分。母岩表面和碎散的颗粒受环境因母岩表面和碎
5、散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。分，形成新的矿物。经化学风化生成的土为细粒土，经化学风化生成的土为细粒土，具有粘结力。具有粘结力。包括植物、动物和土壤微生物的作用包括植物、动物和土壤微生物的作用 可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物质的生物循环构成土中有机质和营养物质的生物循环 导致腐殖质的形成，改变土壤的结构导致腐殖质的形成，改变土壤的结构Soil mechanics Chapter 1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
6、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，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。运到远近不同的地点所沉积的堆积物。二二.搬运与沉积搬运与沉积Soil mechanics Chapter 1运积土的特点运积土的特点运积土运积土有搬运有搬运风：风积土风：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
7、: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Soil mechanics Chapter 1气相气相固相固相液相液相+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土体次要作用次要作用土体三相组成示意图土体三相组成示意图湿土。是一种非饱湿土。是一种非饱和土。若为粘土多和土。若为粘土多
8、为可塑性土。为可塑性土。液相为零，为干液相为零，为干土。此时粘土呈土。此时粘土呈坚硬状态，砂土坚硬状态，砂土呈松散状态。呈松散状态。气体为零，为饱和气体为零，为饱和状态。此时粉细砂状态。此时粉细砂或粉土在震动下容或粉土在震动下容易产生液化。易产生液化。土的三相比例不同，其性质不同土的三相比例不同，其性质不同Soil mechanics Chapter 11、固体矿物颗粒、固体矿物颗粒(固相固相)物理状态物理状态力学特性力学特性粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 Soil mechanics Chapter 1 矿物成分矿物成分粘土矿物粘土矿物:由硅氧四面体和铝氢氧八面体构由硅氧四
9、面体和铝氢氧八面体构成的晶胞所组合而成成的晶胞所组合而成1、固体矿物颗粒、固体矿物颗粒(固相固相)Soil mechanics Chapter 1长石石英石英云母云母Soil mechanics Chapter 1伊利石伊利石高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石Soil mechanics Chapter 1硅氧四面体晶片的结构硅氧四面体晶片的结构表示表示Soil mechanics Chapter 1铝氢氧八面体晶片的结构铝氢氧八面体晶片的结构表示表示Soil mechanics Chapter 1粘土矿粘土矿物的晶物的晶格构造格构造高岭石高岭石蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石粒径粒径比表面积比表面积胀胀 缩缩
10、 性性渗渗 透透 性性强度强度压压 缩缩 性性大大10-20m2/g小小大大大大小小中中80-100m2/g中中中中中中中中小小800m2/g大大小小小小大大比表面积比表面积：单位质量：单位质量土颗粒所拥有的总表面土颗粒所拥有的总表面积积9克蒙脱土的总克蒙脱土的总表面积大约与一表面积大约与一个足球场一样大个足球场一样大Soil mechanics Chapter 1蒙脱石蒙脱石三种粘性土矿物的形状特性三种粘性土矿物的形状特性Soil mechanics Chapter 1 颗粒级配颗粒级配a.颗粒大小颗粒大小b.各粒径成各粒径成分在土中占分在土中占的比例的比例1.常用表格法或常用表格法或2.累
11、计曲线法表示累计曲线法表示3.三角坐标法三角坐标法影响土性影响土性质的主因质的主因1、固体矿物颗粒、固体矿物颗粒(固相固相)Soil mechanics Chapter 1颗粒大小颗粒大小粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗粗 中中 细细粗粗 中中 细细0.075粗粒粗粒细粒细粒巨粒巨粒60Soil mechanics Chapter 11.表表格格法法表表示示的的粒粒组组划划分分Soil mechanics Chapter
12、1粒径级配粒径级配确定方法确定方法 筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 (0.1 mm)沉降分析法：适用于细粒土沉降分析法：适用于细粒土 (0.1 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Soil mechanics Chapter 1筛分法就是用一套标准筛子如孔筛分法就是用一套标准筛子如孔直径直径(mm)(mm)：20、10、5.0、2.0、l.0、0.5、0.25、0.1、0.075，将烘干且分散了的将烘干且分散了的200g g有代表性有代表性的试样倒入标准筛内摇振，然后的试样倒入标准筛内摇振，然
13、后分别称出留在各筛子上的土重，分别称出留在各筛子上的土重，并计算出各粒组的相对含量，即并计算出各粒组的相对含量，即得土的颗粒级配。得土的颗粒级配。沉降分析法：具体有密度计法沉降分析法：具体有密度计法(也也称比重计法称比重计法)或移液管法或移液管法(也称吸管也称吸管法法)。该两法的理论基础都是依据。该两法的理论基础都是依据Stokes(Stokes(斯托克斯斯托克斯)定律，即球状的定律，即球状的细颗粒在水中的下沉速度与颗粒细颗粒在水中的下沉速度与颗粒直径的平方成正比直径的平方成正比105.02.01.00.50.250.1200g10161824223872P%958778665536筛分法原理
14、图筛分法原理图筛分法筛分法Soil mechanics Chapter 1通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。径的土粒含量的方法。名义粒径名义粒径：筛分法中以筛孔径代表；密度计法中以与实际土颗：筛分法中以筛孔径代表；密度计法中以与实际土颗粒在水中沉降速率相同的同样物质的球的直径代表。粒在水中沉降速率相同的同样物质的球的直径代表。密度计法密度计法Soil mechanics Chapter 1典典型型颗颗分分级级配配曲曲线线沉降分析结
15、果沉降分析结果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P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)2.累计曲线表示法累计曲线表示法Soil mechanics Chapter 1d101009080706050403020100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d60d50d30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
16、效有效粒径粒径d30:中中值粒径值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 表示表示 Soil mechanics Chapter 11009080706050403020100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d60d10d30斜率斜率:某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组
17、质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少平台平台-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度:Cc=d302/(d60 d10)曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大C c =1 3,级配连续性好级配连续性好Soil mechanics Chapter 1粒径级配累积曲线及指标的用途：粒径级配累积曲线及指标的用途：粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土不均匀土；Cu 3 或或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土不均匀系数不
18、均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：如果如果 Cu 5且且 C c =1 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 Cu 3 或或 Cc 1,级配级配 不良的土不良的土Cu小，曲线陡；小，曲线陡；Cu大，曲线缓。大，曲线缓。Cc过大，台阶在过大，台阶在d10d30间；间；Cc过小，台阶在过小，台阶在d30d60间。间。Soil mechanics Chapter 13.三角坐标法三角坐标法基本原理：基本原理：利用等边三角形内任利用等边三角形内任意一点至三个边的平意一点至三个边的平行距离的总和等于三行距离的总和等于三角形的边长。角形的边长。该方法只适用
19、于划分该方法只适用于划分三个粒组的情况三个粒组的情况CAEODBF三角形坐标法三角形坐标法粉粒粉粒(0.0050.075mm)含量含量()粘粒粘粒(0.075mm)含量含量()图中图中m点的粒组点的粒组含量分别如何？含量分别如何？Soil mechanics Chapter 1 颗粒形状颗粒形状原生矿物原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状圆状、浑圆状、棱角状次生矿物次生矿物 针状、片状、扁平状针状、片状、扁平状1、固体矿物颗粒、固体矿物颗粒(固相固相)Soil mechanics Chapter 12、土体中水、土体中水(液相液相)根据土体中水分子受到电场力的作用大小根据土体中水分子受到电场力的作用
20、大小,土体中的土体中的水主要可以分为水主要可以分为: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的水即为土土中的水即为土体中的液相体中的液相,其含其含量及性质明显地量及性质明显地影响土的性质影响土的性质.重力水重力水毛细水毛细水强结合水强结合水弱结合水弱结合水 结晶水结晶水 矿物内部的水矿物内部的水 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Soil mechanics Chapter 1大多数粘粒表面带有大多数粘粒表面带有净的负电荷净的负电荷，是因为：，是因为：1.1.低价原子替代了四面体中的硅原子
21、和八面体中的铝原子；低价原子替代了四面体中的硅原子和八面体中的铝原子；2.2.颗粒结构连续性的破坏，在颗粒边缘引起断键，通常这颗粒结构连续性的破坏，在颗粒边缘引起断键，通常这些断键产生净负电荷，但在些断键产生净负电荷，但在PHPH7 7的酸性介质中，边缘的酸性介质中，边缘上也常有正电荷的局部集中；上也常有正电荷的局部集中；3.3.在颗粒表面或边缘上暴露的氢氧离子中氢离子被离解。在颗粒表面或边缘上暴露的氢氧离子中氢离子被离解。Soil mechanics Chapter 1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1.21.22.4g/cm2.4g/cm3 3 冰点冰点-76-
22、76 具有极大的粘滞性和固体具有极大的粘滞性和固体的特性的特性 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 密度密度1.01.7g/cm3 冰点冰点-2030 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移动，有粘滞性弱结合水弱结合水 弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使可以因电场引力的作用从水膜厚的地
23、方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水性变小。Soil mechanics Chapter 1土中毛细现象土中毛细现象毛细水毛细水分布在土粒内部相互贯通分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连不一、直径互异、彼此连通的毛细管通的毛细管rThccos2 上升高度上升高度:毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘土粘土粉土粉土砂土砂土砾石砾石分析对象分析对象:水柱水柱cos22rThrwcT为表面张力为表面张力Soil mechanics
24、 Chapter 13、土体中气体、土体中气体(气相气相)土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分土体中的气体是指存于土体空隙中未被水占据的部分,存在形式有两种存在形式有两种:自由气体自由气体:与大气相通与大气相通,对土的性质影响不大对土的性质影响不大封闭气体封闭气体:与大气隔绝与大气隔绝,增大土体的弹性和压缩性增大土体的弹性和压缩性土体中气体土体中气体Soil mechanics Chapter 1 土有三个组成部分：固相、液相和气相土有三个组成部分：固相、液相和气相 小结小结1.固体颗粒固体颗粒2.土中水土中水3.土中气体土中气体 粒径级配粒径级配 矿物成分矿物成分 颗粒形状颗粒形状
25、 结合水结合水 (强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水)自由水自由水 (重力水、毛细水重力水、毛细水)自由气体自由气体封闭气体封闭气体Soil mechanics Chapter 11.3 土的结构土的结构定义：定义：土体的结构是指土颗粒之间的相互排列和连接方式土体的结构是指土颗粒之间的相互排列和连接方式。力学特性力学特性影影响响土的结构土的结构反映反映土的成分土的成分形成条件形成条件分类分类单粒结构单粒结构分散结构分散结构絮状结构絮状结构Soil mechanics Chapter 1 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分单粒结构单粒结构 示意图示意图重力、毛细力重力、毛
26、细力点与点、点与面点与点、点与面原生矿物原生矿物 指粗颗粒在重力作用下独立下沉并与其指粗颗粒在重力作用下独立下沉并与其它稳定颗粒相接触所形成的一种结构形式它稳定颗粒相接触所形成的一种结构形式Soil mechanics Chapter 1 范德华力：范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因 库仑力：库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢衰减的速度比范德华力慢 胶结力：胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力土粒间通过胶体连结在一起
27、，作用力是化合键，具有较高的强度是化合键，具有较高的强度 毛细力：毛细力：土中毛细作用形成的力土中毛细作用形成的力 土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用：作用，其他粒间力起主导作用：细土颗粒间的作用力细土颗粒间的作用力 Soil mechanics Chapter 1 粒间作用力粒间作用力 形成环境形成环境 排列形式排列形式 矿物成分矿物成分絮状结构絮状结构 分散结构分散结构 示意图示意图淡水中沉积淡水中沉积海水中沉积海水中沉积注意：注意：天然条件下，可能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。天然条件下，可
28、能是多种组合，或者由一种结构过渡向另一种结构。面与面面与面边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边细粒土的结构细粒土的结构Soil mechanics Chapter 1Soil mechanics Chapter 1类型类型土的构造：土的构造：是指同一土层中土颗粒之间的相互关系特征是指同一土层中土颗粒之间的相互关系特征。力学特性力学特性影影响响土的构造土的构造层状构造层状构造分散构造分散构造裂隙构造裂隙构造结核状构造结核状构造通常分散构造土的工程性质最好，结核状构造土的工程性通常分散构造土的工程性质最好，结核状构造土的工程性质取决于细粒土部分，裂隙状构造土的工程性质最差。质取决于细粒土部分，
29、裂隙状构造土的工程性质最差。Soil mechanics Chapter 11.4 土的物理性质指标土的物理性质指标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状态粘性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)力学特力学特性性影影响响表示表示土的三相比例指标对研究土的性质十分重要土的三相比例指标对研究土的性质十分重要Soil mechanics Chapter 1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：名称
30、、概念或定义、符号、表达式、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什么是土的三相比例？什么是土的三相比例？Soil mechanics Chapter 1一一.土的三相草图土的三相草图ma=0mwmsm质量质量体积体积WaterAirSoilVaVwVsVvVSoil mechanics Chapter 1三相草图三相草图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
31、参数共有九个参数:V Vv Vs Va V/ms m 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物性指标是比例关系性指标是比例关系: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Soil mechanics Chapter 1为了确定三相草图诸量中的三个量，通为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：常进行三个基本的物理性质试验：F 土的密度试验土的密度试验F 土粒比重试验土粒比重试验F 土的含水量试验土的含水量试验基本物理
32、性质试验基本物理性质试验Soil mechanics Chapter 1WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的密度土的密度awswsVVVmmVm 土的容重土的容重=g工程上更常用于计算土工程上更常用于计算土的自重应力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土的天然密度有时也称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二、室内测定的三个物理性质指标二、室内
33、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Soil mechanics Chapter 1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：dsat dsat天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度Vm 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 饱和容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积Soil mechanics Chapter 1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
34、 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 2.65C4w C4wssG 4C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度C4w =1.0 g/cm3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: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饱和度饱和度vwrVVS 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Soil mechanics Chapte
35、r 1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,可达到或超过可达到或超过100表达式表达式:孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)svVVe VV(%)nv 关系关系:e1en n1ne 在在某种程度上反映土的松密某种程度上反映土的松密定义定义:土中孔隙体积与固土中孔隙体积与固体颗粒体积之比体颗粒体积之比,无量纲无量纲表达式表达式: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:Soil mechanics Cha
36、pter 1常用的物理性质指标间的换算关系常用的物理性质指标间的换算关系换算步骤换算步骤:假设假设V Vs s=1(V=1=1(V=1或或m ms s=1),=1),并画出三相草图并画出三相草图;:解出各相物质成分的质量和体积解出各相物质成分的质量和体积;:利用定义式导出所求的物理性质指标。利用定义式导出所求的物理性质指标。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
37、可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量剩下两个独立变量Soil mechanics Chapter 1土的三相比例换算公式土的三相比例换算公式Soil mechanics Chapter 1【例题例题】某一块试样在天然状态下的体积为某一块试样在天然状态下的体积为60.0cm3，称得其质量为，称得其质量为108.00g，将其烘干后称得质量为，将其烘干后称得质量为96.43g，根据试验得到的土粒比重，根据试验得到的土粒比重Gs为为2.70，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。、孔隙率和饱和
38、度。3496.4335.712.701ssssswmmVcmG360.035.7124.29vsVVVcm108.0096.4311.57wsmmmg360Vcm96.43smg0amg324.2912.72avwVVVcm11.573wVcm11.57CONTINUESoil mechanics Chapter 1影响影响1.5.1无粘性土的密实特性无粘性土的密实特性无粘性土的松密程度无粘性土的松密程度力学特力学特性性密实度大密实度大结构稳定、强度大、压缩变形小结构稳定、强度大、压缩变形小密实度小密实度小结构疏松、不稳定、压缩变形大结构疏松、不稳定、压缩变形大衡量无粘性土的密实度方法衡量无粘
39、性土的密实度方法孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n相对密度相对密度D Dr r现场标准贯入试验测定现场标准贯入试验测定土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量定义定义:Soil mechanics Chapter 11.孔隙比孔隙比e或孔隙率或孔隙率nu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优点：简单方便优点：简单方便缺点：不能反映级配的影响缺点：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emin=0.35emin=0.20利用孔隙比利用孔隙比e或孔隙率分类或孔隙率分类Soil mech
40、anics Chapter 1孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n n分类分类相对密度相对密度minmaxmaxeeeeDr优点：把土的级配因素考虑在内，优点：把土的级配因素考虑在内，理论上较为完善理论上较为完善e e、e eminmin、e emanman难以准确测定难以准确测定e 0.95 e 0.85 松松散散0.85 e 0.950.70 e 0.85 e 0.70 细细 砂砂、粉粉 砂砂0.75 e 0.850.60 e 0.75 e 0.60砾砾 砂砂、粗粗 砂砂、中中 砂砂稍稍密密中中密密密密实实密密 实实 度度土土 的的 名名 称称e 0.95 e 0.85 松松散散0.85
41、e 0.950.70 e 0.85 e 0.70 细细 砂砂、粉粉 砂砂0.75 e 0.850.60 e 0.75 e 0.60砾砾 砂砂、粗粗 砂砂、中中 砂砂稍稍密密中中密密密密实实密密 实实 度度土土 的的 名名 称称2.相对密度相对密度式中：式中：Dr相对密实度；相对密实度；emax无粘性土处在最松状态时的孔隙比；无粘性土处在最松状态时的孔隙比；emin无粘性土处在最密状态时的孔隙比；无粘性土处在最密状态时的孔隙比；e无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比。无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比。Soil mechanics Chapter 1式中：式中：dmax无粘性土的最大干密度；无粘性土的
42、最大干密度；dmin无粘性土的最小干密度；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。无粘性土的天然干密度或填筑干密度。ddddddrDminmaxmaxmin1swdGe 无粘性土用无粘性土用漏斗法漏斗法测定其最小干密度，用测定其最小干密度，用振击法振击法测定测定其最大干密度。其最大干密度。minmax0maxeeeeDr无粘性土的相对密实度实用表达式无粘性土的相对密实度实用表达式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 ,密实状态密实状态判别标准
43、：判别标准：Soil mechanics Chapter 13 3、根据现场标准贯入试验判定、根据现场标准贯入试验判定 标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质量为量为63.5kg63.5kg的锤头，提升到的锤头，提升到76cm76cm的高度，让锤自由下落，打击的高度，让锤自由下落，打击标准贯入器，使贯入器入土深为标准贯入器，使贯入器入土深为30cm30cm所需的锤击数，记为所需的锤击数，记为N63.5N63.5，这是一种简便的测试方法。，这是一种简便的测试方法。N N的大小，综合反映了土的的大小，综合反映了土的贯入阻力的大小，亦即密实度的大
44、小。我国贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国岩土工程勘查规岩土工程勘查规范范（GB50021GB500219494）规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数）规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数进行划分。进行划分。判定标准：判定标准：Soil mechanics Chapter 1粘性土的物理特性可以用稠度表示。粘性土的物理特性可以用稠度表示。稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态，反映土的软硬程度。稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态，反映土的软硬程度。粘性土从一种状态过渡到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。粘性土从一种状态过渡到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。塑限塑限p液
45、限液限l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塑态塑态 液态液态 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w1.5.2无粘性土的稠度无粘性土的稠度稠度稠度：指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破指粘性土的干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。Soil mechanics Chapter 1 粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含粘性土从一种状态
46、过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这种界限含水率称为水率来区分，这种界限含水率称为稠度界限稠度界限或或阿太堡界限阿太堡界限。界限含水率及其测定界限含水率及其测定流态流态Vw0可塑态可塑态半固态半固态 固态固态膨胀膨胀收缩收缩wLwPwSSoil mechanics Chapter 1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Soil mechanics Chapter 11.界限含水率界限含水率流态流态Vw0可塑
47、态可塑态半固态半固态 固态固态膨胀膨胀收缩收缩wLwPwS液限（液限（W WL L）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率；也就是可塑状态的上限含水率；塑限（塑限（WpWp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率,也就是可塑状态的下限含水率；也就是可塑状态的下限含水率；缩限（缩限（WsWs）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率从半固体状态转变为固体状态的界限含水率,亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始不 变时的含水率。变时的含水率。测定塑限的方法：测定塑
48、限的方法：搓滚法和搓滚法和液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法。2.液、塑限的测定液、塑限的测定测定液限的方法：测定液限的方法：碟式仪法碟式仪法、锥式液限仪锥式液限仪液、塑限联合测定法。液、塑限联合测定法。Soil mechanics Chapter 1一、界限含水量的测定方法一、界限含水量的测定方法1、液限液限L L锥式液限仪测定法：锥式液限仪测定法：76g锤经锤经5s恰好沉入土恰好沉入土10mm所对应的含水量。所对应的含水量。碟式液限仪测定法：以碟式液限仪测定法：以2转转/秒的速度，使碟子反复秒的速度，使碟子反复起落，坠击底座，当起落，坠击底座，当25击击V型土槽合拢长度恰好型土槽合拢长度
49、恰好13mm所对应的含水量。所对应的含水量。锥式液限仪锥式液限仪碟式液限仪碟式液限仪Soil mechanics Chapter 12、塑限、塑限p滚搓法：滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm3mm 土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。液、塑性联合测定法：液、塑性联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时利用液、塑性联合测定仪同时测定测定3 3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和含水量关系曲线，则曲线上对应深度为含水量关系曲线，则曲线上对应深
50、度为10mm10mm及及2mm2mm时土时土样的含水量就分别为该土的液限和塑限。样的含水量就分别为该土的液限和塑限。圆锥入土深度与含水量关系圆锥入土深度与含水量关系液塑限联合测定仪液塑限联合测定仪Soil mechanics Chapter 1二、塑性指数二、塑性指数I Ip p和液性指数和液性指数I IL LpLpI 反映吸附结合水的能力。能大致反映粘土颗粒的含量及其反映吸附结合水的能力。能大致反映粘土颗粒的含量及其粘性粘性塑性指数塑性指数I Ip p工程上常用作粘性土与粉土定名的依据工程上常用作粘性土与粉土定名的依据缺点：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
