各土层物理力学性能指标
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土力学-第二章土的物理性质及分类
Vv=e
天津城建大学土木工程学院
mw m ms 100% 100% ms ms
m Vv w s V
气
e
假设：ρw1=ρw ,Vs=1,则
ms Vs d s w d s w
Vv Vs
V n v 100% V
Sr
Vw 100% Vv
VV e
V 1 e
将粒径>2mm的质量超过50%的称为碎石土；
将粒径＞2mm的质量小于50％，而大于0.075mm的质量超过50%的称为砂土； 将大于0.075mm的质量小于50%的定为粉土或粘性土。
天津城建大学土木工程学院
2.1
概述
土力学
土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液 二相相互作用表现出来的性质。
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，
烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为2.66， 求该土样的含水量w、密度ρ、重度 、干重度d 、孔隙 比e、饱和重度sat和浮重度
【解】
mw 187 167 w 100% 11.98% ms 167
粘性土的物理特征
无粘性土的密实度 粉土的密实度和湿度 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 土的分类
天津城建大学土木工程学院
2.3
粘性土的物理特征
土力学
2.3.1 粘性土的可塑性及界限含水量
2.3.2 粘性土的物理状态指标
2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性
天津城建大学土木工程学院
2.3.1
粘性土的可塑性及界限含水量
腐殖土ρ＝1.5～1.7g/cm3
天津城建大学土木工程学院
2.2.2
天津城建大学土木工程学院
mw m ms 100% 100% ms ms
m Vv w s V
气
e
假设：ρw1=ρw ,Vs=1,则
ms Vs d s w d s w
Vv Vs
V n v 100% V
Sr
Vw 100% Vv
VV e
V 1 e
将粒径>2mm的质量超过50%的称为碎石土；
将粒径＞2mm的质量小于50％，而大于0.075mm的质量超过50%的称为砂土； 将大于0.075mm的质量小于50%的定为粉土或粘性土。
天津城建大学土木工程学院
2.1
概述
土力学
土的物理性质是指三相的质量与体积之间的相互比例关系及固、液 二相相互作用表现出来的性质。
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，
烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度ds为2.66， 求该土样的含水量w、密度ρ、重度 、干重度d 、孔隙 比e、饱和重度sat和浮重度
【解】
mw 187 167 w 100% 11.98% ms 167
粘性土的物理特征
无粘性土的密实度 粉土的密实度和湿度 土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 土的分类
天津城建大学土木工程学院
2.3
粘性土的物理特征
土力学
2.3.1 粘性土的可塑性及界限含水量
2.3.2 粘性土的物理状态指标
2.3.3 粘性土的活动度、灵敏度和触变性
天津城建大学土木工程学院
2.3.1
粘性土的可塑性及界限含水量
腐殖土ρ＝1.5～1.7g/cm3
天津城建大学土木工程学院
2.2.2
混凝土物理力学性能、建筑砂浆物理力学性能
2021/3/11
3
一、混凝土物理力学性能
一、概念
混凝土是由胶凝材料、集料加水以及必要时加入 化学外加剂和矿物掺合料进行拌合，经硬化而成 的人造石材。一般所称的混凝土是指水泥混凝土， 它由水泥、水及砂石集料配制而成，其中水泥和 水是具有活性的组成成分，起胶凝作用；集料只 起骨架填充作用。
混凝土的物理力学性能主要有强度、变形及耐久 性等三个方面的性能。
《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》 GB/T50082-2009
《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 GB/T50080—2016
《普通混凝土配合比设计规程》 JGJ55-2011 《建筑砂浆基本性能试验方法》 JGJ /T70-2009 《砌筑砂浆配合比设计规程》 JGJ/T98-2010
(3)刮除试模上口多余的混凝土，待混凝土临近初 凝时，用抹刀抹平。
2021/3/11
14
3．试件的养护
(1)试件成型后应立即用不透水的薄膜覆盖表面。
(2)采用标准养护的试件．应在温度为20±5℃的环 境中静置一昼夜至二昼夜，然后编号、拆模。拆 模后应立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95 ％以上的标准养护室中养护，或在温度为 20±2℃的不流动的Ca(OH)2饱和溶液中养护。标 准养护室内的试件应放在支架上，彼此间隔10～ 20mm，试件表面应保持潮湿，并不得被水直接 冲淋。
混凝土强度是混凝土的主要物理力学性能，又分 为抗压强度、抗拉强度及抗折强度等，其中抗压 强度是表示混凝土强度等级的主要指标。
2021/3/11
4
混凝土在使用过程中，受外界干湿变化、温度
变化和荷载作用会产生各种变形。反映混凝土变
形主要有收缩、弹性模量及徐变三个指标。混凝
土的物理力学参数统计表格
ZK82-3 3.60-3.80 2.05 2.66 99.4 0.575 21.5 25.6 14.1 11.5 0.643 0.23 0.15 6.74 10.57
ZK52-1 2.40-2.60 1.87 2.76 90.7 0.930 30.5 43.2 23.8 19.4 0.349 0.40 0.29 4.82 6.75
ZK12-1 4.40-4.60 2.02 2.73 93.4 0.650 22.3 27.8 14.6 13.2 0.581 0.20 0.18 8.42 9.20
ZK12-2 4.60-4.80 2.02 2.65 95.5 0.595 21.4 25.9 14.1 11.8 0.617 0.30 0.19 5.23 8.28
JK33-2 3.70-3.90 2.09 2.74 98.6 0.588 21.2 25.9 13.3 12.6 0.626 0.29 0.18 5.53 8.67
②
黏 土
JK33-3 ZK94-1
3.90-4.10 3.40-3.60
2.08 1.88
2.75 98.0 0.609 21.7 24.5 13.9 10.6* 0.738 0.31 2.78 99.3 1.028 37.1 44.5 22.4 22.1 0.668 0.54
(%) (KPa) (度) (KPa) (度) (Mpa-1) (Mpa)
ZK72-1 2.60-2.80 1.94 2.73 96.5 0.807 28.5 41.8 22.1 19.7 0.325 0.26 0.22 6.89 8.06
ZK153-1 1.80-2.00 1.95 2.95 96.5 1.028 33.6 41.5 24.8 16.7 0.526 0.40 0.30 5.02 6.75
各土层物理力学性能指标
各土层物理力学性能指标土层物理力学性能指标是描述土层在受力下的物理学性能的参数，主要包括强度指标、变形指标和渗流指标。
以下将详细介绍各土层物理力学性能指标。
一、强度指标：1.抗压强度：表示土体抵抗垂直压缩力的能力。
一般分为极限抗压强度和终端抗压强度两种。
极限抗压强度是土体在快速加载下失效破坏的抗压强度，终端抗压强度是土体在无限时间加载下失效破坏的抗压强度。
2.抗剪强度：表示土体抵抗剪切力的能力。
常用的指标有剪切强度、内摩擦角和剪胀特性。
剪切强度是土体在剪切加载下失效破坏的抗剪强度；内摩擦角是土体抗剪切力的一个重要参数，描述土体内部颗粒间的摩擦阻力；剪胀特性是土体在剪切加载下发生的体积变化。
3.抗拉强度：表示土体抵抗拉力的能力。
土体的抗拉强度较弱，一般可忽略。
二、变形指标：1.压缩性：土体在承受一定应力后发生的压缩变形。
常见的指标有压缩模量和压缩指数。
压缩模量是描述土体吸水压缩性质的指标；压缩指数是描述土体吸水压缩特性的指标。
2.鼓包性：土体在受到一定的水平应力作用下发生的体积膨胀。
常见的指标有鼓包应力和鼓包系数。
鼓包应力是描述土体水平膨胀特性的指标；鼓包系数是描述土体鼓包性质的指标。
3.剪切变形：土体在受到剪切应力作用下的变形行为。
常用的指标有剪切模量和剪切变形密度。
剪切模量是描述土体剪切变形特性的指标；剪切变形密度是描述土体变形程度的指标。
三、渗流指标：1.渗透性：土体内部孔隙中水分运动的能力。
常用指标有渗透系数和渗透率。
渗透系数是描述土体渗透性的指标；渗透率是描述土体渗透性的指标。
2.孔隙度：表示土体中有效孔隙体积与全体积之比。
孔隙度是描述土体渗透性和储水性的重要参数。
3.渗透容限：土体在承受应力下发生的渗透变形。
渗透容限是描述土体渗透性变形特性的指标。
以上是各土层物理力学性能指标的详细介绍。
不同土层具有不同的力学性能指标，了解和研究土层的物理力学性能指标对于工程设计和建设具有重要意义。
土力学第五讲
测定emax、 emin时人为因素影响较大
Dr 主要应用于填方质量的控制，对于天然土尚难应用
华北电力大学 可再生能源学院
11
现场试验法
标准贯入试验
静力触探试验 63.5kg的钢锤，提升76cm，使 贯入器贯入土中30cm所需要的 锤击数N63.5－－标准贯入试验（先
打入土中15cm不计数） 砂类土的密实度
2
换算关系式推导
md ( 1 + w ) r d r r s w s w r = = ? V 1 + e 1 + e ( 1 + w )
干密度计算：
md r r 1 r r s sw d d r = = = Þ = = d V1 + e1 + w 1 + ed r r sw s
孔隙比：
d ( 1 + w ) r d r r s w s w e = -1e = -1 =s-1 r r r d d
同样的e=0.35，对砂1处于最密实状态，而对砂2未达到最密实。 缺点：用一个指标e无法反映土的粒径级配的因素 华北电力大学 可再生能源学院
9
方法的评价 优点：应用方便简捷 缺点：无法反映土的粒径级配的好与坏
华北电力大学 可再生能源学院
10
相对密实度法
emax e Dr emax emin
2．分类 根据土的密实度进行划分，粉土的密实度以孔隙比为划分标准：e≥0.85为稍密； 0.7≤e<0.85为中密；e＜0.7为密实。
3．工程性质 粉土的性质介于砂类土与粘性土之间。它既不具有砂土透水性大、容易 排水固结、抗剪强度较高的优点，又不具有粘性土防水性能好、不易被水
冲蚀流失、具有较大粘聚力的优点。在许多工程问题上，表现出较差的性
整理[物理]岩石、碎石土分类及其力学性质指标
![整理[物理]岩石、碎石土分类及其力学性质指标](https://img.taocdn.com/s1/m/728544d7910ef12d2af9e734.png)
(一) 岩土工程地质分类按照GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》,作为建筑地基的岩土, 可分为岩石、碎石、砂土、粉土、黏性土和人工填土等。
1.岩石的分类岩石应为颗粒间牢固联结, 呈整体或具有节理裂隙的岩体。
岩石的分类有地质分类和工程分类。
地质分类主要根据岩石的成因, 矿物成分、结构构造和风化程度, 可用地质名称加风化程度表达, 如强风化花岗岩、微风化砂岩等。
岩石按成因的类型, 可分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩(水成岩) 和变质岩三大类。
工程分类主要根据岩体的工程性状加以分类。
地质分类是一种基本分类, 工程分类是在岩石分类的基础上进行的。
(1)根据岩石的成因, 岩石可分为岩浆岩(火成岩)、沉积岩 (水成岩) 和变质岩三大类。
岩浆在向地表上升过程中, 由于热量散失逐渐经过分异等作用冷凝而成岩浆岩。
岩浆岩的分类见表Ⅰ-1。
表Ⅰ -1 岩浆岩的分类沉积岩是由岩石、矿物在内外力的作用下破碎成碎屑物质后,再经水流、风吹和冰川等的搬运、堆积在大陆低洼地带或海洋,再经胶结、压密等成岩作用而成的岩石。
沉积岩的分类见表Ⅰ-2。
表Ⅰ -2 沉积岩的分类变质岩是岩浆岩或沉积岩在高温、高压或其他因素作用下,经变质所形成的岩石。
变质岩的分类见表Ⅰ-3。
表Ⅰ -3 变质岩的分类(2)根据岩石的坚硬程度,岩石的分类见表Ⅰ-4。
表Ⅰ-4 岩石坚硬程度的划分(3)根据岩体完整程度的分类见表Ⅰ-5。
表Ⅰ -5 岩体完整程度划分注完整性指数为岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方。
(4)根据岩体基本质量等级的分类见表Ⅰ-6。
表Ⅰ-6 岩体基本质量等级分类(5)根据风化程度,岩石的分类见表Ⅰ-7和表Ⅰ-8。
表Ⅰ -7 岩体风化带表Ⅰ-8 岩石按风化程度分类注 1.波速比Kv为风化岩石与新鲜岩石压缩波速度之比。
2.风化系数Kf为风化岩石与新鲜岩石饱和单轴抗压强度之比。
3.花岗岩类岩石,可采用标准贯入试验划分,N≥50为强风化;50>N≥30为全风化; N<30为残积土。
各土层物理力学性能指标
各土层物理力学性能指标土层物理力学性能指标是描述土体固体物理性质的指标，可以用来评价土体的稳定性、抗冲刷性、渗透性等，常用指标包括体积重、单位重、孔隙比、含水率、饱和度、压缩性和剪切性能等。
1.体积重：体积重是指单位体积土体所受重力的大小。
体积重与土壤颗粒的密度有关，一般通过测定单位体积土样的质量和体积来计算。
体积重的大小直接关系到土壤的承载力和稳定性。
2.单位重：单位重是指单位体积土体的质量。
它是体积重的倒数，单位是kN/m3、单位重通常用来计算土体的水力学性质、液化性、动力响应等。
3.孔隙比：孔隙比是指土体中孔隙体积与总体积之比，是衡量土质疏松程度和渗透性的重要指标。
孔隙比越大，土体的渗透性越好。
4.含水率：含水率是指土体中含有的自由水的质量与干土质量之比。
含水率的大小直接影响土体的拟静力稳定性、渗透性、压缩性等。
5.饱和度：饱和度是指研究对象中孔隙中所含水的体积与总体积之比。
饱和度直接影响土体的渗透性、固结性、剪切强度等。
6.压缩性：压缩性是指土体在所受应力作用下体积发生变化的能力。
土壤的压缩性与孔隙分布和组成、饱和度、孔隙比等因素密切相关。
7.剪切性能：剪切性能是指土壤在受到剪切应力作用下的变形能力。
剪切性能是评价土体的抗剪强度和变形特性的重要指标。
除了上述指标外，还有其他一些指标也常用于描述土层的物理力学性能。
例如：-泊松比：泊松比是指材料在受到拉伸或压缩时沿着应变方向的变化与垂直方向的变化之比。
泊松比是评价土体的压缩性和弹性度量的重要指标。
-弹性模量：弹性模量是指材料在受力后恢复原状的能力。
弹性模量是衡量土壤抗剪切性能和变形能力的重要参数。
-液塑限度：液塑限度是指土壤从固态过渡到半固态和可塑态的水分含量范围。
液塑限度对土壤的可塑性和压缩性具有重要作用。
这些土层物理力学性能指标可以根据实际需要在实验室中进行土壤试验，以了解土体的性质，为土方工程、地基处理、地质工程设计等提供依据。
土的物理性质指标与分类
w 4℃ w 4℃ ——4℃时纯水的重度。
土粒比重在数值上等于土粒的密度
土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称 瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内， 再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比 重： m
Gs
s
m1 ms m2
Gwt
2.液性指数 粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
IL
w wp wL wp
w wp Ip
（1-31）
式中：IL——液性指数，以小数表示； w——土的天然含水率。
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。
IL<0 IL=0 – 1 IL>1 坚硬状态 可塑状态 流 态 0.00 – 0.25 硬塑 0.25 - 0.75 可塑 0.75 – 1.00 软塑
常水头试验装置
V q vA t
h v ki k L
VL k Aht
（二）变水头 法
在整个试验
过程中，水头 是随着时间而 变化的。适用 于透水性弱的 粘性土。
dV adh
aL dh dt kA h
h dV k Adt L
t2
t1
dt
h2
h1
aL dh kA h
第四节 压缩系数压缩指数
土的压缩系数和压缩指数
土的压缩曲线越陡，其压缩性越高。
故可用e-p曲线的切线斜率来表征土的压缩性，该
斜率就称为土的压缩系数，定义为：
de a dp
显然e-p曲线上各点的斜率不同，故土的压缩系数 不是常数。a越大，土压缩性越高。 实用上，可以采用割线斜率来代替切线斜率。
土粒比重在数值上等于土粒的密度
土粒比重常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称 瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内， 再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土粒比 重： m
Gs
s
m1 ms m2
Gwt
2.液性指数 粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
IL
w wp wL wp
w wp Ip
（1-31）
式中：IL——液性指数，以小数表示； w——土的天然含水率。
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。
IL<0 IL=0 – 1 IL>1 坚硬状态 可塑状态 流 态 0.00 – 0.25 硬塑 0.25 - 0.75 可塑 0.75 – 1.00 软塑
常水头试验装置
V q vA t
h v ki k L
VL k Aht
（二）变水头 法
在整个试验
过程中，水头 是随着时间而 变化的。适用 于透水性弱的 粘性土。
dV adh
aL dh dt kA h
h dV k Adt L
t2
t1
dt
h2
h1
aL dh kA h
第四节 压缩系数压缩指数
土的压缩系数和压缩指数
土的压缩曲线越陡，其压缩性越高。
故可用e-p曲线的切线斜率来表征土的压缩性，该
斜率就称为土的压缩系数，定义为：
de a dp
显然e-p曲线上各点的斜率不同，故土的压缩系数 不是常数。a越大，土压缩性越高。 实用上，可以采用割线斜率来代替切线斜率。
均质土坝各土层物理力学建议值
22
22
22
22
22
22
22
22
13
9
22
22
20
20
19
22
12
12
10
10
最大值
52.5
2.74
1.87
1.42
100.0
1.559
49.1
26.0
23.1
1.26
5.10E-06
1.70E-05
1.180
5.19
1.40E-03
1.46E-03
1.18E-03
3.45E-03
15.0
16.5
16.0
3.82
1.86E-03
1.77E-03
2.58E-03
1.77E-03
34.0
9.7
38.0
22.5
平均值
44.6
2.75
1.69
1.17
92.9
1.315
57.0
29.1
27.9
0.55
3.92E-06
3.62E-06
0.471
5.01
2.88E-03
3.17E-03
3.11E-03
2.79E-03
0.134
/
/
/
/
/
/
/
/
标准值
25.9
2.70
1.89
1.50
94.0
0.767
29.0
18.6
10.5
0.74
/
/
0.272
6.33
/
/
/
/
/
/
/
22
22
22
22
22
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最大值
52.5
2.74
1.87
1.42
100.0
1.559
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2.58E-03
1.77E-03
34.0
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平均值
44.6
2.75
1.69
1.17
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1.315
57.0
29.1
27.9
0.55
3.92E-06
3.62E-06
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3.17E-03
3.11E-03
2.79E-03
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岩土物理力学性质指标
1、塑性指数 plasticity index塑性指数是液限和塑限之差称为塑性指数，用不带百分号的小数表示，符号为IP。
概述塑性是表征细粒土物理性能一个重要特征，一般用塑性指数来表示；液限与塑限的差值称为塑性指数IP，即IP=WL-WP。
过去的研究表明，细粒土的许多力学特性和变形参数均与塑性指数有密切的关系。
特征塑性指数可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。
可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，粘性土由一种状态过渡到另一种状态的分界含水量叫作界限含水量，也称为阿太堡界限，有缩限含水量、塑限含水量、液（流）限含水量、粘限含水量、浮限含水量五种，在建筑工程中常用前三种含水量。
固态与半固态间的界限含水量称为缩限含水量，简称缩限，用ω表示。
半固态与可塑状态间的含水量称为塑限含水量，简称塑限，用ωp表示。
可塑状态与流动状态间的含水量称为液（流）限含水量，简称液限，用ωl表示。
含水量用百分数表示。
天然含水量大于液限时土体处于流动状态；天然含水量小于缩限时，土体处于固态；天然含水量大于缩限小于塑限时，土体处于半固态；天然含水量大于塑限小于液限时，土体处于可塑状态。
塑性指数习惯上用不带%的数值表示。
塑性指数是粘土的最基本、最重要的物理指标之一，它综合地反映了粘土的物质组成，广泛应用于土的分类和评价。
因素由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素。
塑性指数愈大，表明土的颗粒愈细，比表面积愈大，土的粘粒或亲水矿物（如蒙脱石）含量愈高，土处在可塑状态的含水量变化范围就愈大。
也就是说塑性指数能综合地反映土的矿物成分和颗粒大小的影响。
因此，在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类。
粉土为塑性指数小于等于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土；黏性土为塑性指数大于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土，其中：Ip>17 黏土Ip>10 粉质黏土Ip<10或Ip=10 粉土2、液性指数liquid index对黏性土来说，有一个指标叫液性指数，是判断土的软硬状态，表示天然含水率与界限含水率相对关系的指标。