土力学课件2011-2-土的物理性质及分类.ppt

第2章土的物理性质及分类 主要内容 2.6土的物理性质指标物理模型假定模型 总质量：m=ms+mw总体积：V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw符号：s—soilv—voida—airw—water图2-25土的三相图2.6.1土的三相草图可用三相草图来描述土的三相组成定义土的物理性质指标。 三相草图的意义：土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标；三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密；评价土的工程性质的最基本的物理性质指标；工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。 2.6.2三个实测物理性质指标直接测定指标（可在实验室内直接测定）：重度、含水量、土粒比重Gs（土粒密度s）。换算指标：其它指标均为换算指标（孔隙比、饱和度）。4个质量比体积，3个体积比体积，2个质量比质量。 1、土的密度和重度 2、含水量 烘箱 3、土粒比重Gs—固体颗粒质量与同体积水(在4℃时)质量之比 表2-7土粒比重范围 2.6.3换算的物理性质指标孔隙比于是可得两者关系：孔隙率 饱和度0Sr1饱和土：Sr=1干土：Sr=0 土的饱和重度γsat土的密度与重度的关系：土的有效重度（浮重度）土的干重度 2.6.5几种常用指标之间关系式的推导土的三相比例指标之间可以互相换算：方法1：由三相图及其定义计算，见教材52页例2.1。假定V=1,或者假定Vs=1方法2：由三相图导出的计算公式。 孔隙比与孔隙率的关系 干密度与湿密度和含水率的关系 孔隙比与比重和干密度的关系 当土饱和时，即为Sr=100％则饱和含水率19饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 浮密度与比重和孔隙比的关系20 指标间的换算气水土粒GsρwVs＝11+e质量m体积V土的三相指标中，土粒比重Gs，含水量ω和密度ρ是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标Vv=eωGsρwGs（1＋ω）ρw推导：换算关系式： 2.7土的物理状态指标2.7.1粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）用孔隙比e可评价砂土的密实度；优缺点：优点：应用方便、简单缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响所以：应与最大孔隙比与最小孔隙比比较；建立相对密度的概念。 最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin用“振击法”测定。最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax用“松散器法”测定。相对密度：最大孔隙比、最小孔隙比的概念： 举例说明建立相对密度概念的意义：结论：土样1：密实；土样2：不密实土类最大孔隙比emax最小孔隙比emin实际孔隙比e土样10.80.50.55土样20.60.30.55问题：哪个土样密实？ 1用Dr表示砂土密实度见表2-9，《铁路工程技术规范》（P50） 当e=emax时，Dr=0，最松状态；当e＝emin时，Dr=1.0，最密状态。优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善缺点：emax和emin难以准确测定，给Dr的确定带来困难。 2、标准贯入试验方法方法：63.5kg锤，升到76cm高，自由落下标准贯入器入土深度30cm，所需锤数为N63.5显然： 规范：《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)表2-10，详见第8章判断标准： 2.7.2粘性土的稠度（界限含水量）Atterberg（瑞典土壤学家，1911）塑性：可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。Plasticity。在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。 土体体积随含水量的变化：图2-29含水量与体积的关系 土的界限含水量（Atterberglimits）缩限：半固体状态与固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，体积不发生变化。Shrinkagelimit,wS。塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。Plasticlimit,wP。液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquidlimit,wL。 “界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？注意：塑限和液限是土力学中常用的。 液限的测定：锥式液限仪（中国）；碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。碟式液限仪平衡锥式液限仪 17mm液限测定演示： 17mm液限测定演示： 液限测定演示： 塑限的测定：搓条法测定。3mm土条。缩限的测定：收缩皿法测定。 讨论：液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；试验的具体程序和步骤详见《土工试验方法标准》；界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定结构性；所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。 （1）塑性指数IP概念:塑性状态时含水量变化范围，IP（Plasticityindex）。常省略%；变化范围很大（如大于200）；是粘性土区别于砂土的重要特征；反映了土与水之间物理化学作用的强弱。 物理意义：思考： 一个问题：结论：不能。 举例说明：土类液限wL塑限wL含水量土样132%12%20%土样242%24%20%结果：土样1：可塑态；土样2：半固态；问题：判断土样物理状态？“必须建立含水量与界限含水量的关系” （2）液性指数IL表2-11粘性土的稠度标准天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（Liquidityindex）。 在0到1之间。越大，表示土越软；大于1，处于流动状态；小于0，处于固体状态或半固体状态。关于IL结论： 求证（1）求证（2）例题：证明： [例2-5]某粘性土的天然含水量w=19.3%，液限wL=28.3%，塑限wP=16.7%。求塑性指数IP和液性指数IL，确定该土状态。查表2-11可知该土的状态为硬塑状态。IL===0.224[解]：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6 “土的工程分类是勘察、设计的首要内容”2.8土的工程分类分类存在不同体系，主要有：(1)建设部《土的分类标准》(GBJl4590)；(2)建设部《建筑地基基础设计规范》(GB500072002)；(3)水利部《土工试验规程》(SL2371999)中的12884分类法；(4)交通部《公路土工试验规程》(JTJ05193)。 分类原则和特点：2.8.1建筑地基基础设计规范(GB500072002)对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配；对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因；给出岩石的分类标准；将天然土分为6大类：岩石、碎石土、砂类土、粉土、粘性土和人工填土。 天然土分为6大类：岩石：表2-12和表2-13碎石类土：表2-14砂类土:表2-15粉土：表2-16粘性土：表2-17人工填土:表2-18 问题：土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？（例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）回答：粉粒组:0.075mm>=d>0.005mm粉土：大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%，且塑性指数IP10的土。 分类原则和特点：2.8.2土的分类标准(GBJl4590)考虑了土的有机质含量、颗粒组成特征以及土的塑性指标。（总的分类体系如图2-30）；先判断该土属于有机土还是无机土。若属于无机土，则可先按表2-20划分其粒组。根据土内各粒组的相对含量，将土分为：巨粒土和含巨粒土粗粒土细粒土 表2-211巨粒土和含巨粒土表2-22、2-23、2-242粗粒土表2-25和塑性图2-313细粒土 图2-31塑性图CH—clay,highCL—clay,lowMH—mo,highML—mo,lowO—organic粘土—clay粉土—mo，silt砾石—gravel砂—sand