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土力学第二章-土的物理状态指标

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土力学课件第2章_土的物理性质及分类

土力学课件第2章_土的物理性质及分类
• 一类是根据直接指标换算的，称为间接指标（换 算指标），有 孔隙比（void rate） 孔隙率（porosity） 饱和度（degree of saturation）
2.2.1 土的三相比例关系图
质量
m mw ms
气 水 土粒
体积
Va
Vv
Vw
V
Vs
ms：土粒质量 mw：土中水质量 m：土的总质量
100 %
（7）干密度ρd干容重γd • 定义：单位体积内土粒的质量或重量
• 表达式：
d

ms V
d

ms g V

d
g
• 土烘干，体积要减小，因而土的干密度不 等于烘干土的密度。
• 土的干密度或干容重是评价土密实程度的 指标，干密度或干容重越大表明土越密实， 反之越疏松。常用它来控制填土工程的施 工质量。
干密度与湿密度和含水率的关系
m
V
d
wd
1
d 1 w
d

1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
d

ms V
s
1 e
e dsw 1 d
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Sr
Vw Vv

ws w
e
wd s e
当土饱和时，即为Sr=100％
则
e wsat ds
w
sat

Gs e 1 e

w


Gs 1 1 e

e Gs (1 w)w 1
n 1 d Gs w
St

w d nw
kN/m3 kN/m3 kN/m3 kN/m3

土力学-第2章 第2讲

土力学-第2章 第2讲
土的分类原则和标准
目 的： • 便于调查研究； • 便于比较、分析、评价； • 便于学术与经验的交流 (基于共同的概念)
原 则： 1）简明原则—采用的指标能综合反映土的主要工程
性质；测定方法简单，使用方便。 2）工程性质差异原则—采用的指标一定程度上反映 不同类工程用土的不同特性。
2.7 土的胀缩性、巨粒湿土 陷性和漂 卵石石冻胀性
1、按沉积年代和地质成因划分
(ii) 运积土
洪积土
2.7 土的分类
建筑地基土的分类
1、按沉积年代和地质成因划分
(ii) 运积土
冲积土
2.7 土的分类
建筑地基土的分类
1、按沉积年代和地质成因划分
(ii) 运积土
风积土，如：黄土
2.7 土的分类
建筑地基土的分类
1、按沉积年代和地质成因划分
B土：粒径大于2mm的没有，粒径大于0.075mm的占全重的52%，属于 砂土。按砂土的分类此土命名为粉砂。
C土：粒径大于2mm的占全重的67%，粒径大于20mm的占全重的13%， 按碎石土分类，该土命名为圆砾或角砾。
2.7 土的分类
分类体系：
1.建筑工程系统分类体系
侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，例如： 《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ D63-2007)地基土分类 方法
2.工程材料系统分类体系
侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基工程。研 究对象为扰动土，例如： 《土的分类标准》(GB/T 501452007)工程用土的分类和《公路土工试验规程 》(JTG E402007)土的工程分类
孔密隙实比的e 无黏性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大， 对可同作一为种建土筑，当物孔的隙良比好小地于基某。一限度时，土体处于密实状态，孔隙

土力学与基础工程-第二章

土力学与基础工程-第二章

1
2
无粘性土的密实度
无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。 密实度的评价方法有三种： 室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 利用标准贯入试验等原位测试方法 野外观测方法 （用于碎石土）
1.2 土的物理性质指标－天然密度
土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：
01
含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。试验室内一般用“烘干法”确定。
土中水
自由水
结合水
强结合水
弱结合水
重力水
毛细水
结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。
自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。
结晶水
结晶水：土粒矿物内部的水。
土中水和气
弱结合水
2.2.2 土中水和气
强结合水-具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。性质跟固体相似。 自由水-可以传递静水压力 、能溶解盐类。
颗粒堆积物
土： 狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 广义：土则是将整体岩石也视为土
岩石
地球
地球
搬运、沉积
1 土的形成
1.1 土的形成与组成
构成土骨架，起决定作用1.1 土的形成与组成 Nhomakorabea气相

土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)

土力学_第2章(土的物理性质和工程分类)
固 态 结晶水
强结合水
固体 状态
结合水
土中的水
液 态
不任意流动
弱结合水 毛细水
自由水
重力水
气 态
四种—书中P13
+ + + +_ + _ _ _ _ + _ _ _ __ + _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _
粘土颗粒
强结合水
弱结合水
自由水
O 2
粘粒
H+
105o
H+
水分子 极 性
（c）土中的气体（空气）
判断标准：
N63.5 ≤5 松散
稍密 中密 密实 N ≤ 10 松散 稍密 中密
碎石土
5＜ N63.5 ≤10 10＜ N63.5 ≤20 N63.5 ＞20
砂 土
密实状态
10＜ N ≤15 15＜ N ≤30
密实状态
N ＞30
标准贯入 击数
密实
重Ⅰ型 动力触探击数
（3） 粘性土的物理状态（软－硬状态）
Va 气体 ma=0 mw=w ρs Vw
水
mw
Vv=e V =e+1
ms= ρs
Vs 土粒 ms
Vs=1
干容重计算公式：
ms g s g Gs w g Gs w d d g V e 1 e 1 e 1
浮容重：静水下的土体受到水的浮力作用，其容重等于土的饱和容重减去水的容重。
隙比e与该种土达到最密时的孔隙比emin和最松时的孔隙比emax相对 比的办法，来表示孔隙比e时土的密实度。
emax e Dr emax emin
0.67＜Dr≤1.0 密实 中密 松散 （《地基与基础》－p27）

土力学第2章 (1)

土力学第2章 (1)
整理得：
e
Gs w
d
1
16
（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由ρs ＝ ms / Vs得 土粒的质量ms=ρs。按w= mw / ms ，水得质量mw=wρs，则水得体积 vw= mw / ρw =wρs/ρw。于是，Sr定义可得：
塑限（Wp）——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； 缩限（Ws）——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变时的含水率。
31
2.液、塑限的测定 测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。 测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。 液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率10mm 液限－ 5秒入土10mm时的含水率17mm 液限－ 5秒入土17mm时的含水率
I p wL wp
塑性指数越高，结合水含量可能高，土的粘粒含量越高。
工程中:用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。
35
2.液性指数
第一章 土的物理性质指标与工程分类
IL w wp wL w p w wp Ip
粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
式中：IL——液性指数，以小数表示；
沈阳建筑大学
土力学
第2章 土的物理性质及分类
主讲教师: 王宁伟
2.1
概述
• 土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性 质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学 性质。 • 土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。也就 是说土的松密和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间 在数量上所占有的比例，因此土力学中采用三相之间在体 积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。

土力学-第2章 土的物理性质及分类

土力学-第2章 土的物理性质及分类

三相草图法
第二章 土的物理性质及分类
ma=0
m mw ms
质量 空气 air 水 Water
Va
Vv Vw V
固体 Solid
Vs
体积
三 相 草 图(three-phase soil models)
第二章 土的物理性质及分类
九个物理量:
V Vv Vs Va Vw ms m w ma m
物理量关系:
ma=0
空气
Va
Vv Vw V
m mw
水
ms
质量
固体
Vs
体积
位: 无量纲 • 一般范围：粘性土 2.70~2.75， 砂土 2.65
• 单
=1.0 g/cm3
土粒比重在数值上 等于土粒的密度
基本试验指标-土粒比重
第二章 土的物理性质及分类
土的含水量W
• 定义：土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示 • 表达式：
黏聚力
原始黏聚力（由粒间电分子引力产生） 固化黏聚力（由粒间胶结物产生）
土受扰动时，这两类黏聚力被（部分）破坏，使土的强度降低。但 扰动停止后，原始黏聚力可随时间部分恢复，故强度有所恢复。但固化 黏聚力是无法在短时间内恢复的。所以易于触变的土，被扰动而降低的 强度仅能部分恢复
土中水的离子成分和浓度→水中低价阳离子浓度增加，IP越大
黏土的物理状态指标
第二章 土的物理性质及分类
不同的粘土，wp、wL 大小不同。对于不同的粘土，含水 量相同，稠度可能不同
w wP w w P 液性指数： IL wL wP IP
wp w wL IL 0 坚硬(半固态) 0<IL0.25 硬塑 0.25 <IL 0.75 可塑 0.75 <IL 1 软塑 IL>1 流塑

土力学第2章-第四讲


14
一、重点讨论——2.5 土的结构
→ 土的结构指的是什么？ → 粗粒土结构以什么结构为主？哪种力起主 要作用？ → 细粒土结构形成中何种力起主要作用？ → 细粒土结构分为哪几种？其沉积环境分别如何？ 为什么其环境会导致该结构？
15
习题讨论课
1. 已知某土试样的土粒比重为2.72，孔隙比为0. 95，饱和度为0.37。 若将此土样的饱和度提高到0.90时，1m3的土应加多少水?
能反映土的物理力学性质
无黏性土：颗粒级配 黏性土：液限、塑性指数
《建筑地基基础设计规范》(GB 50007-2002)分类法 《土的分类标准》（GBJ 145-90)分类法
标 准
对同一种土，采用不同的分类标准，得到的土的名称并不相同。在 实践中应该根据具体工程所属的行业，选择适宜的方法。
7
习题讨论课
解： （1）绘制三相草图
（2）加水前：V=1m3，则由
V e = v = 0.95 Vs
Vs = 0.513m3 Vv = 0.487m 3 Va = 0.307m3
（3）加水后：V=1m3，则由
V e = v = 0.95 Vs
Vs = 0.513m3 Vv = 0.487m 3 Va = 0.049m3 Vw= 0.438m 3
上节内容回顾
常用的物理性质指标间的换算关系
方法：三相草图法 思路：先求解三相草图上的全部质量和体积， 再依据定义求解表达式 技巧：假设任一参数（体积）为1 换算关系：教科书 P49 表2-8
ma=0 m mw ms
Air Water Solid
Va Vw Vs Vv V
质量
1
体积
上节内容回顾
土的物理状态指标

土力学 第2版 第二章 土的物理性质及分类

环刀法
环刀的容积V=60cm3； 环刀的质量m1； 环刀和土的质量m2；
土的密度: m2 m1
V
2.2.2 指标的定义
土力学
2.特殊条件下土的密度
质量m
体积V
Vw Va Vv
气
mw
水
m
ms
土粒
Vs V
（1）干密度ρd ：单位体积中固
体颗粒部分的质量 （紧密程度）
d
ms V
（2）饱和密度ρsat ：土体中孔 （3）浮密度ρ ：在地下水位
出合适的名称，可以概略评价土的工程性质。
第2章 土的物理性质及分类
2.1 概述 2.2 土的三相比例指标 2.3 粘性土的物理特征 2.4 无粘性土的密实度 2.5 粉土的密实度和湿度 2.6 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 2.7 土的分类
土力学
2.2 土的三相比例指标
2.2.1 土的三相比例关系图 2.2.2 指标的定义 2.2.3 指标的换算
土力学
2.2.1 土的三相比例关系图
土力学
质量m
气
mw —土中水质量
mw
水
m
ms —土粒质量
ms
土粒
Vs V
Vw Va Vv
体积V
Va —土中气体积 Vw —土中水体积
Vs —土粒体积
m ms mw
Vv Vw Va
（土的总质量）
（土中孔隙体积）
V Vs Vw Va
（土的总体积）
2.2 土的三相比例指标
ds
ms
Vs 1
s 1
测定方法：比重瓶法
ρs—土粒密度，单位体积土粒质量 ρw1 —纯水在40C时的密度，1g/cm3
土粒相对密度变化范围不大：一般，砂类土2.65～2.69；粉性土

土力学第二章-土的物理性质指标

• 土体的容重与密度的关系： • 测定方法： 蜡封法、环刀法、灌砂法、灌水法
直接测定指标-4
• 土体的含水率： 反映土体含水的多少。等于土体在105º -110º C的温 度下烘至恒量时所失去的水份的重量或质量与土颗粒 的重量或质量之比。 W m (%) (%) Ws ms • 砂土含水少，粘性土含水多。 • 测定方法： 烘干法、酒精燃烧法、电炉炒干法
间接测定指标-3
• 饱和容重：指土体处于饱和状态时的容重，或指饱和 土体的容重，这时土体的孔隙中全部充满水。 Ws Vv sat ( KN / m 3 ) V • 饱和密度：指土体处于饱和状态时的密度，或指饱和 土体的密度，这时土体的孔隙中全部充满水。 ms Vv sat ( g / cm3 ) V • 饱和容重与饱和密度的关系：
直接测定指标-1
• 土颗粒比重： 指土体在105º -110º C的温度下烘至恒量时的重量或 质量与土颗粒同体积的4º C时蒸馏水的重量或质量之比。 ms Ws Gs Gs Vs Vs
水的容重=9.81KN/m3，水的密度=1g/cm3 土颗粒的比重与土体中的水和气体无关 土颗粒比重一般介于2.65-2.75之间 • 测定方法： 比重瓶法、浮称法、虹吸筒法
间接测定指标-1
• 孔隙比： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与土 颗粒的体积之比。它是一个相对指标。
• 孔隙率： 反映土体孔隙的多少。等于土体中孔隙的体积与整 个土体的体积 之比。它是一个绝对指标。
Vv e Vs
Vv n (%) V
间接测定指标-2
• 土体的饱和度： 反映土体含水的多少，等于土体孔隙中水的体积与孔隙 的体积之比 V Sr (%) Vv • 干土的饱和度为0， 饱和土的饱和度为100%， 一般土的饱和度介于0-100%之间。 • 理论上，饱和土的饱和度为100%， 但因土体中存在封闭孔隙，实际饱和度达到80%的土就 称为饱和土。

陈希哲《土力学地基基础》笔记和课后习题(含真题)详解(土的物理性质及工程分类)


土的密度 ρ 和土的重度 γ
土的三项基本物理性质指标 土粒相对密度 Gs（ds）
土
反映土的松密程度的指标 土的含水率 w
的 土的物理性质指标 反映土中含水程度的指标
物 理
特定条件下土的密度（重度）
性
用孔隙比 e 为标准
质 及
无黏性土的密实度 以相对密度 Dr 为标准
工
以标准贯入试验 N 为标准
程 分
吸引，形成具有很大孔隙癿蜂窝状结构
那些粒徂极细癿黏土颗粒（粒徂小于
絮状结 0.005mm）在水丨长期悬浮，这种土粒在
构（二 水丨运动，相互碰撞而吸引逐渐形成小链
级蜂窝 环状癿土集粒，质量增大而下沉，弼一丧
结构） 小链环碰到另一小链环时相互吸引，丌断
扩大形成大链环状，称为絮状结构
（2）土癿构造
土癿构造是指同一土层丨，土颗粒乊间相互关系癿特征。土癿构造常见癿有下列几种，
二、土癿三相组成 土癿三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。土丨癿固体矿物构成土癿骨架， 骨架乊间存在大量孔隙，孔隙丨充填着水和空气。 土体三相比例丌同，土癿状态和工程性质也随乊各异，例如：固体+气体（液体=0） 为干土。此时黏土呈坒硬状态。固体+液体+气体为湿土，此时黏土多为可塑状态。固体+ 液体（气体=0）为饱和土。 1．土癿固体颗粒 土癿固体颗粒是土癿三相组成丨癿主体，是决定土癿工程性质癿主要成分。 （1）土粒癿矿物成分（见表 2-1-4）
状构造丨，因裂隙强 度低、渗透性大，工
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裂隙状构造
土体丨有很多丌连续癿小裂隙，某些硬塑戒坒硬状 态癿黏土为此种构造
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粘性土的物理状态
• 粘性土的物理状态： 粘性土按含水多少划分为固态、半固态、塑态、液态 四种物理状态
含水量 土的状态 界限含水量 含水情况 固态 缩限s 水 特征 形状体积 体积要变 不变 强度 大 小 小 大 半固态 塑限p 自由水 可塑性 可流动 塑态 液态 液限L
强结合水 强弱结合 强弱结合水， 自由水
砂土的状态划分
• 按相对密度划分砂土状态： 疏松状态 Dr<0.33 中密状态 Dr=0.33-0.67 紧密状态 Dr>0.67 • 按标准贯入击数划分砂土状态： 标准贯入击数：就是在现场标准贯入试验中，用一 定质量的锤把标准贯入器打入土中一定深度所需要 的锤击数。 砂土状态： 松散状态 N<10 中密状态 N=15-30 稍密状态 N=10-15性指数时，天然含水率和界限含水率不带%。
粘性土的状态划分
• 按照液性指数的大小，粘性土的状态可划分为： 坚硬状态：IL<0 硬塑状态：IL=0-0.25 可塑状态：IL=0.25-0.75 软塑状态：IL=0.75-1.0 流塑状态：IL>1.0
砂土的相对密度
界限含水率的测定
• 测试仪器：土的界限含水率用液塑限联合测定仪测定。 • 测试方法： 1）<0.5mm 的干土200g 加水浸润， 2）将浸润土装满调土杯，放入光电式液塑限联合测定仪下， 3）观察圆锥下沉到土体中的下沉深度， 土体含水不同，圆锥下沉到土体中的入土深度不同， 4）测出圆锥3个不同入土深度与对应的3个含水率， 5）在双对数坐标上画出入土深度与含水率的关系直线， 6）2mm入土深度对于的含水率就是塑限， 17mm入土深度对于的含水率就是液限。
粘性土的塑性指数
• 塑性指数： 反映粘性土可塑能力的大小，即可塑范围的大小， 等于粘性土的液限与塑限之差。
I p L p
计算塑性指数时，液限和塑限不带% • 土的分类： 粉土：Ip<10 粉质粘土：Ip=10-17 粘土：Ip>17
粘性土的液性指数
• 土的物理状态按照天然含水率划分，没有考虑土类 的影响，即土的界限含水率的影响。 • 液性指数： 综合反映土的天然含水率和界限含水率的关系。
• 相对密度： 综合反映砂土处于最松状态、最紧密状态和天然状态 之间孔隙比的关系。 emax e Dr emax emin • 砂土处于最松状态时，有最大孔隙比，相对密度为0； • 砂土处于最紧密状态时，有最小孔隙比，相对密度为1。 • 砂土处于天然状态时，孔隙比介于最大 和最小之间， 相对密度在0-1之间。
粘性土的稠度及可塑性
• 稠度： 反映粘性土的软硬、干湿程度，可粗略反映土体的强度。 • 稠度状态： 指粘性土在某一含水率下所具有的物理状态。 • 可塑性： 指粘性土在某一含水率下可以塑成任何形态而不发生开 裂，在外力去后，能保持既得形状的性能。
粘性土的界限含水率
• 界限含水率： 指粘性土体从一种物理状态转变到另一种物理状态 时含水率的分界点 • 缩限s： 指固态与半固态之间含水率的分界点 • 塑限p ： 指半固态与塑态之间含水率的分界点 • 液限L ： 指塑态与液态之间含水率的分界点