中南大学工程地质课件.ppt

第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质1.土的三项比例指标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，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，是工程地质勘察报告中的基本内容。V—土的总体积，cm3；m—土的总质量，g；Vs—土中固体颗粒实体的体积，cm3；ms—土的固体颗粒质量，g；Vv—土中孔隙体积，cm3；mw—土中液体的质量，g；Vw—土中液体的体积，cm3；ma—土中空气的质量，（ma=0）；Va—土中气体的体积，cm3。土的三相示意图 1.土粒密度（土粒比重）土粒密度是指固体颗粒的质量与其体积之比，即单位体积土粒的质量，其单位为g/cm3。第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质1.土的三项比例指标土粒密度也称土粒比重（土粒相对密度），是指土的质量与4℃时同体积水的质量之比，其值与土粒密度相同，但没有单位，在用作土的三相指标计算时必须乘以水的密度值才能平衡量纲。土粒密度大小决定于土粒的矿物成分，与土的孔隙大小和含水多少无关，它的数值一般在2.6~2.8g/cm3之间。 2.土的密度（天然密度）土的密度是指土的总质量与总体积之比，即单位体积土的质量，其单位是g/cm3，常见值为1.6~2.2g/cm3。土的密度常用环刀法测定。第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质1.土的三项比例指标3.土的含水量土中所含水分的质量与固体颗粒质量之比，以百分数表示，又称土的含水率。它是描述土的干湿程度的重要指标。用烘干法测定。 一、土的三相图气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V二、直接测定指标1.土的密度ρ：单位体积土的质量工程中常用重度来表示单位体积土的重力重力加速度，近似取10m/s22.土粒相对密度Gs（土粒比重）：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.70～2.75；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小Vv 气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V3.土的含水量ω：土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质 三、换算指标气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V1.孔隙比e和孔隙率n孔隙比e：土中孔隙体积与土粒体积之比2.土的饱和度Sr：土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态:孔隙率n：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示Sr≤50%稍湿；50％＜Sr≤80%很湿；Sr＞80%饱和 3.不同状态下土的密度和重度饱和密度ρsat：土体中孔隙完全被水充满时的土的密度干密度ρd：单位体积中固体颗粒部分的质量浮密度ρ：土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ(kg/m3),相应的重度指标也有4个，土的重度，饱和重度sat，干重度d，浮重度(kN/m3)气水土粒msmwmVsVwVVVa质量m体积V 四、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： 三相比例指标之间的换算表指标名称三相比例定义式常用换算公式单位天然密度ρg/cm3土粒密度ρsg/cm3干密度ρdg/cm3饱和密度ρsatg/cm3浮重度γ′kN/m3孔隙比e孔隙度n含水量ω饱和度Sr 土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程性质有着密切关系1.孔隙比e孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，土愈松散2.相对密实度Dr砂土在天然状态下孔隙比砂土在最密实状态时的孔隙比砂土在最松散状态时的孔隙比第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质2.无粘性土的密实状态 砂土的天然孔隙比界于最大和最小孔隙比之间，故相对密度Dr=0~1；当e=emax时，Dr=0，砂土处于最疏松状态；当e=emin时，则Dr=1，砂土处于最紧密状态。工程实际中，常用相对密度判别砂土的震动液化，或评价砂土的密实程度。按相对密度值可将砂土分为三种密实状态，第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质2.无粘性土的密实状态 用标贯击数判定砂土的密实状态第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质对于粉土，用e值作为划分标准2.无粘性土的密实状态实际上，由于砂土原状样不易取得，测定天然孔隙比较为困难，加上实验室测定砂土的与精度有限，因此计算的相对密度值误差较大，在实际工程中，常用标准贯入测试来判定砂土的密实状态。 第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质3.粘性土的物理特征由固态转变到流态的界限含水量，称为塑性界限（塑限）由塑态转变到流态的界限含水量，称为液性界限（液限）粉土的液限在32~38%之间，粉质粘土为38~46%，粘土为40~50%。塑限常见值为17~28%。粘性土的液限与塑限一般在室内进行测定，液限常采用锥式液限仪。粘性土的稠度状态的变化是由于土中含水量的变化而引起的，粘性土由一种稠度状态转变为另一种稠度状态，相应于转变点（临界点）的含水量称为稠度界限（界限含水量）。工程上常用的有液性界限wL和塑性界限wp。 粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时，土处于可塑状态，具有可塑性，这是粘性土的独特性能。由于粘性土的可塑性是含水量界于液限与塑限之间表现出来的，故可塑性的强弱可由这两个稠度界限的差值大小来反映，这差值称为塑性指数IP，即：液性指数ILIL≤001.00稠度状态坚硬硬塑可塑软塑流塑按液性指数划分粘性土的稠度状态表第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质3.粘性土的物理特征液性指数和塑性指数土处于何种稠度状态取决于土中的含水量，但是由于不同土的稠度界限是不同的，因此天然含水量不能说明土的稠度状态。为判别自然界中粘性土的稠度状态，通常采用液性指数（IL）进行评价，即： 土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的特性压缩量的组成固体颗粒的压缩土中水的压缩空气的排出水的排出占总压缩量的1/400不到，忽略不计压缩量主要组成部分说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土粘性土透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成透水性差，水不易排出压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程第4章土的工程性质与分类4.2土的物理力学性质4.土的力学性质