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东南大学土木工程

东南大学土木工程. 土 力 学. 第 3 章. 主讲教师 童小东. 第 3 章 土的物理性质及分类. 第 1 节 概述 第 2 节 土的三相比例指标 （ ＊ ） 第 3 节 黏性土的物理特征 （ ＊ ） 第 4 节 无黏性土的密实度 （ ＊ ） 第 5 节 土的分类. 气. 水. 土颗粒. 第 2 节 土的三相比例指标. 土的三相比例指标定量反映了土的三相的组成情况，有助于理解土的基本物理性质。 土是三相体。. 固相 （土颗粒）. 土. 液相 （水）. 气相 （气）. 质量. 体积. V a. m a =0.

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  1. 东南大学土木工程 土 力 学 第 3 章 主讲教师 童小东

  2. 第3章 土的物理性质及分类 第1节 概述 第2节 土的三相比例指标（＊） 第3节 黏性土的物理特征（＊） 第4节 无黏性土的密实度（＊） 第5节 土的分类

  3. 气 水 土颗粒 第2节 土的三相比例指标 • 土的三相比例指标定量反映了土的三相的组成情况，有助于理解土的基本物理性质。 • 土是三相体。 固相（土颗粒） 土 液相（水） 气相（气）

  4. 质量 体积 Va ma=0 Vv Vw mw V m 气 Vs ms 水 土颗粒 土的三相示意图

  5. 为了对土的基本物理性质有所了解，需要对土的三相的组成情况进行定量研究。表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标，包括土粒相对密度ds、含水量w、密度、孔隙比e、孔隙率n和饱和度Sr。为了对土的基本物理性质有所了解，需要对土的三相的组成情况进行定量研究。表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标，包括土粒相对密度ds、含水量w、密度、孔隙比e、孔隙率n和饱和度Sr。

  6. 土粒相对密度ds(Specific Density of Solid Particles)：土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比。在数值上等于土粒密度，但无量纲。在试验室用“比重瓶法”测定，一般土粒（无机矿物颗粒）比重的变化幅度不大（2.6~2.8）。

  7. 土的含水量w(Water Content)：土中水的质量与土粒质量之比。在试验室一般用“烘干法”测定。一般来说，同一类土，当含水量增大时，其强度就降低。 • 土的含水量试验所测定的为土中的自由水和弱结合水。

  8. 天然重度(Natural ~) 干重度(Dry ~) 饱和重度(Saturated ~) 有效重度(Effective ~) • 土的密度(Density)：土单位体积的质量。在试验室一般用“环刀法”测定。 • 土的重度(Unit Weight)：土单位体积的重量。 天然密度 土的密度 干密度 饱和密度 有效密度

  9. 土的孔隙比e(Void Ratio)：土中孔隙体积与土粒体积之比。可以用来评价天然土层的密实程度。 • 土的孔隙率n(Porosity)：土中孔隙体积与土体总体积之比。 • 土的饱和度Sr(Degree of Saturation)：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。

  10. ma=0 Vv=e mw= wdsw 气 m= (1+w)wdsw V=1+e 水 Vs=1 ms=dsw 土颗粒 指标的换算 令Vs=1，w1= w，则Vv=e，V=1+e 质量 体积

  11. 第3节 黏性土的物理特征 一、黏性土的界限含水量(Atterberg Limits) 同一种黏性土随着含水量的不同，可分别处于固态、半固态、可塑状态和流动状态。黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称为界限含水量。

  12. 缩限wS 塑限wP 液限wL 0 w 固态 半固态 可塑状态 流动状态 划分四种土体状态的界限含水量分别为缩限(Shrinkage Limit)、塑限(Plastic Limit)和液限(Liquid Limit)。

  13. 锥式液限仪 液限仪 液限： 碟式液限仪 塑限：搓条法 液限 横坐标：土样含水量 液塑限 联合测定仪 塑限 纵坐标：圆锥入土深度

  14. 圆锥入土深度与含水量的关系

  15. 锥式液限仪

  16. 碟式液限仪

  17. wP和wL均是由扰动土样确定的指标，土的天然结构已经被破坏。 通常当原状土的天然含水量等于wL时，原状土并不处于流动状态，但天然结构一经破坏，土即呈现出流动状态。

  18. 二、黏性土的塑性指数和液性指数 塑性指数(Plasticity Index)IP为液限和塑限的差值，表示土处于可塑状态的含水量变化范围。 IP=wL-wP 塑性指数在一定程度上综合反映了影响黏性土特征的各种重要因素(土的颗粒组成，土的矿物成分以及土中水的离子成分和浓度等)。

  19. 液性指数(Liquidity Index)IL为黏性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。 液性指数可以表示黏性土所处的软硬状态。液性指数的值越大，表示土质越软。

  20. 三、黏性土的灵敏度和触变性 土的灵敏度(Degree of Sensitivity)：原状土的强度与同一土经重塑（含水量不变，土的结构被彻底破坏）后的强度之比。 土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低就越显著。施工中要尽量减少对土结构的扰动。

  21. 土的触变性(Thixotropy)：黏性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种胶体化学性质称为土的触变性。土的触变性(Thixotropy)：黏性土的结构遭到破坏，其强度就会降低，但随着时间发展土体的强度会逐渐恢复，这种胶体化学性质称为土的触变性。

  22. 第4节 无黏性土的密实度 • 无黏性土的密实度（Compactness）与其工程性质有着密切的关系。呈密实状态时，为良好地基；呈疏松状态时，为不良地基。

  23. 无黏性土的最小孔隙比（Minimum Void Ratio）emin：处于最紧密状态的孔隙比。在试验室可用“振击法”测定。 • 无黏性土的最大孔隙比（Maximum Void Ratio） emax：处于最疏松状态的孔隙比。在试验室可用“漏斗法”或“量筒法”测定。

  24. 无黏性土的相对密实度(Relative Density)Dr： 无黏性土的最大孔隙比与天然孔隙比之差和最大孔隙比与最小孔隙比之差的比值。 相对密实度的值介于0~1之间，值越大，表示越密实。

  25. 第7节 土的分类 两个土的分类体系： 1.侧重于把土作为建筑材料，以扰动土作为研究对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性[《土的分类标准》（GBJ 145-90）]；

  26. 2. 侧重于把土作为建筑地基和环境，以原状土为研究对象。对土的分类除了考虑土的组成外，很注重土的天然结构性[《岩土工程勘察规范》（ GB 50021-2001） 和《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）]。 一、《土的分类标准》（GBJ 145-90）的分类 土分为一般土和特殊土。

  27. 1.一般土 按其有机质的含量可分为无机土和有机土。 按土颗粒粒径（d）大小将土颗粒分组，称为粒组。 巨粒：>60mm 土的粒组 粗粒：0.075~60mm 细粒：≤0.075mm

  28. 巨粒土 无机土 含巨粒的土 砾类土 粗粒土 砂类土 细粒土 细粒土按塑性图（IP~wL）分类。土的液限采用质量为76g、锥角为30的液限仪测定。

  29. 塑性图 （17mm）

  30. 塑性图 （10mm）

  31. 2.特殊土 通常指黄土、膨胀土和红黏土等。可按其塑性指标在塑性图上的位置初步判别。其最终分类尚应遵循专门规范的规定。 二、《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）和《建筑地基基础设计规范》 （GB 50007-2002）的分类

  32. 1.按地质成因分类 根据地质成因可分为：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土等。 2.按颗粒级配和塑性指数分类 碎石土(2mm)：松散、稍密、中密、密实 砂土(0.075~2mm)：松散、稍密、中密、密实 粉土(0.075mm,IP10)：密实、中密、稍密 黏性土(IP>10)：粉质黏土(17>IP>10)、黏土(IP>17)

  33. 3.特殊土 具有一定分布区域或工程意义，具有特殊成分、状态和结构特征的土称为特殊土。 特殊土包括软土、填土、湿陷性土、红黏土、膨胀土、多年冻土、混合土、污染土等。 • 软土：指在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用下形成的天然孔隙比e≥ 1.0、且天然含水量w>wL的软弱土。

  34. 淤泥：e≥1.5 软土 淤泥质土：1.5 > e≥1.0 天然孔隙比大： e ≥1.0 天然含水量高：w>wL 物理力学特性软土的 抗剪强度低 压缩系数高 渗透系数小 灵敏度高 具有明显的流变性

  35. 填土：根据物质组成和堆填方式，可分为四类。填土：根据物质组成和堆填方式，可分为四类。 a.素填土：由碎石土、砂土、粉土和黏性土等一种或几种材料组成，不含杂物或含杂物很少； b.杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物； c.冲填土：由水力冲填泥砂形成； d.压实填土：按一定标准控制材料成分、密度和含水量，分层压实或夯实而成。

  36. 湿陷性土：是指土体在一定的压力下受水浸湿时，产生的湿陷变形达到一定数值的土。湿陷性土：是指土体在一定的压力下受水浸湿时，产生的湿陷变形达到一定数值的土。 • 膨胀土：一般是指黏粒成分主要由亲水黏土矿物（以蒙脱石和伊里石为主）所组成的黏性土，在环境的温度和湿度变化时，可产生强烈的胀缩变形，具有吸水膨胀、失水收缩的特性。

  37. 土按有机质含量（Wu）的分类 无机土：Wu <5% 有机质土：10% ≥ Wu ≥ 5% 土 泥炭质土：60%≥ Wu > 10% 泥炭：Wu > 60%

  38. 第3章 重点内容 1.土的三相比例指标：土粒比重（Specific density of solid particles）、含水量（Water content）、密度（Density），孔隙比（Void ratio）、孔隙率（Porosity）、饱和度（Degree of saturation）；

  39. 2.无黏性土（Non-cohesive soil）的相对密实度（Relative density）； 3.黏性土（Cohesive soil）的塑性指数（Plasticity index） 、液性指数（Liquidity index）

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