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第二章 土的物理性质及分类

第二章 土的物理性质及分类. 2.2 土的三相比例指标. 2.1 概述. 2.3 黏性土的物理特性. 2.4 无黏性土的密实度. 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. 2.8 土的压实性. 2.1 概 述. 土体. 气相. 固相. 液相. +. +. 构成土骨架，起决定作用. 重要影响. 次要作用. 土的物理性质又在一定程度上决定了土的力学性质. 2.2 土的三相比例指标. 土的物理性质指标的分类.

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第二章 土的物理性质及分类

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  1. 第二章 土的物理性质及分类

  2. 2.2 土的三相比例指标 2.1 概述 2.3 黏性土的物理特性 2.4 无黏性土的密实度 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 2.8 土的压实性

  3. 2.1 概 述 土体 气相 固相 液相 + + 构成土骨架，起决定作用 重要影响 次要作用 • 土的物理性质又在一定程度上决定了土的力学性质

  4. 2.2 土的三相比例指标 土的物理性质指标的分类 • 一类是必须通过试验测定的，称为直接指标（或基本指标） ，有：含水率(water content; moisture content)密度(density)土粒比重(specific gravity of soil particles) • 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）

  5. Va Vv mw Vw m V ms Vs 2.2.1 土的三相比例关系图 质量 体积 气 水 土粒 Vs：土粒体积 Vw：土中水体积 Va：土中气体积 Vv：土中孔隙体积 V：土的总体积 ms：土粒质量 mw：土中水质量 m：土的总质量 m=ms+mw 土的三项组成示意图

  6. (1)土的密度ρ和容重γ 2.2.2 指标的定义 定义： 单位体积土的质量，用ρ表示 密度 单位： Mg/m3或 g/cm3 表达式： 定义：单位体积土的重量，用γ表示 容重 单位：KN/m3 表达式：

  7. 测定方法：环刀法

  8. (2)土的比重Gs • 定义： 土的质量与同体积4℃时纯水的质量之比（无因次）。一般情况下，土粒比重等于土粒密度，但二者含义不同。 • 表达式 ：

  9. 测定方法： 比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量m1。然后把烘干土若干克(ms)装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重

  10. （3）土的含水率w • 含水率： 土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 • 表达式：

  11. 测定方法： 烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在100～105℃下烘干，称干土的质量。

  12. 间接换算的物理性质指标 （4）土的孔隙比e • 定义： 土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示 • 表达式：

  13. （5）土中孔隙率n • 定义： 土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示 • 表达式：

  14. （6）土的饱和度Sr • 定义： 土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示 • 表达式：

  15. （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：

  16. 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。

  17. （8）饱和密度ρsat与饱和容重γsat • 定义： 土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量 • 表达式：

  18. （9）浮密度与浮容重 • 定义： 单位体积内土粒质量与同体积水质量之差 • 表达式： 各种密度之间的比较:

  19. 1、孔隙比e 2、孔隙率n 3、饱和度St 4、含水量w （烘干法测定） 5、比重ds （比重瓶法测定） （环刀法测定） 6、天然密度 天然重度 干重度 7、干密度 8、饱和密度 饱和重度 9、浮密度 浮重度 2.2.3 指标的换算

  20. e=VV/Vs 质量m 体积V 气 Vv=e 水 V=1+e 土粒 Vs=1 土的三项物理指标换算图

  21. 孔隙比与孔隙率的关系

  22. 干密度与湿密度和含水率的关系

  23. 孔隙比与比重和干密度的关系

  24. 饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 当土饱和时，即为Sr=100％则 饱和含水率

  25. 浮密度与比重和孔隙比的关系

  26. 土的三相比例指标换算公式 1 名称 符号 三相比例表达式 常用换算公式 单位 土粒比重 含水量 g/cm3 密 度 干密度 g/cm3 g/cm3 有效密度 g/cm3 饱和密度

  27. 土的三相比例指标换算公式 2 名称 符号 三相比例表达式 常用换算公式 单位 重度 kN/m3 kN/m3 干重度 饱和重度 kN/m3 有效重度 kN/m3 孔隙比 孔隙率 饱和度

  28. 质量（g) 体积(cm3) 求： 绘制三相比例图 例题1.1 某工程地基勘探中，取原状50cm3，重95.15g，烘干后重75.05g，土粒比重为2.67 。 1.79 21.89 20.1 20.1 95.15 50 75.05 28.11 解： ms = 75.05g mw= 95.15－75.05= 20.1g m = 95.15g V = 50cm3 Vv= 50－28.11= 21.89cm3 Va = 21.89－20.1= 1.79cm3

  29. 2、计算三相比例指标 质量（g) 体积(cm3) 1.79 21.89 20.1 20.1 95.15 50 28.11 75.05 =19.39-10=9.39kN/m3

  30. 例题1.2 加水后体积(m3) 体积(m3) 某土料孔隙比e=0.9，饱和度Sr=40%， 如果在体积不变的情况下，使饱和度增加 到Sr=90%，问1m3土料中应加多少水。 0.474 0.43 0.19 1 1 0.526 0.526 解： Vv=0.9Vs=0.474m3 Vv+Vs=1m3 加水前 加水后 所以1m3土加水量为 0.43－0.19=0.24(t)

  31. 2.3 黏性土的物理特性 同一种黏性土，含水量不同，可分别处于： 固态 半固态 可塑状态 流动状态 2.3.1 黏性土的可塑性及界限含水量

  32. 液限LL（liquid limit） 流动状态与可塑状态的界限含水率，可塑状态的上限含水率 塑限PL(plastic limit) 可塑状态与半固体状态的界限含水率，可塑状态的下限含水率 缩限SL(shrinkage limit) 半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变的含水率。 黏性土由一种状态转移到另一种状态的界限含水量总称Atterberg 界限，有：缩限、塑限、液限。

  33. 含水量 减小 外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状 流动状态 可塑状态 半固体状态 固体状态 缩限 液限 塑限 刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动 体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡 水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩 含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂

  34. 1. 液限测定方法 76g圆锥体经5秒钟恰好沉入10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限WL值。有些研究认为沉入17mm深度与碟式结果同，《公路土工试验规程》（JTJ051-93）采用100g圆锥体沉入20mm深度。

  35. 将碟子抬高10mm，使碟下落，连续下落25次后，如土槽合拢长度为13mm，这时试样的含水量就是液限。将碟子抬高10mm，使碟下落，连续下落25次后，如土槽合拢长度为13mm，这时试样的含水量就是液限。

  36. 2.塑限测定方法 （1）搓条法 即用双手将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm），放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条，若土条搓到直径为3mm时恰好开始断裂，这时断裂土条的含水量就是塑限。

  37. 2.塑限测定方法 （二）液塑限联合测定法 取代表性试样，加入不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重作用下经5秒后沉入试样的深度。以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度2毫米所对应的含水率为塑限。

  38. 3.缩限测定方法：收缩皿法 把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干土样的体积并称量至0.1克，按下式计算

  39. 1. 塑性指数PI( plasticity index) 2.3.2 黏性土的物理状态指标 • 液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）为塑性指数 塑性指数表示处于可塑状态时土的含水率可变化幅度。塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个综合性指标。一般地，塑性指数越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土地分类指标

  40. 2. 液性指数LI (liquidity index) 粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样的状态，粘性土的状态用液性指数来判别。 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。 黏性土根据液性指数值划分软硬状态。GB50007-2002分成五种状态（要记住！）

  41. 液性指数 状态 黏性土的状态（GB50007-2002） 表2-3 坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑

  42. 注意 • 由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重作用已有很长的历史，它获得了一定的结构强度，以至于土的天然含水率大于它的液限也未必一定会发生流动。含水率大于液限只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。

  43. 3. 天然稠度

  44. 2.3.3 黏性土的活动度、灵敏度、触变性 1. 黏性土的活动度 衡量黏土中所含黏粒矿物活动性的指标 A：黏性土的活动度； Ip：黏性土的塑性指数； m：粒径<0.002mm的颗粒含量百分数。 分成三类： 不活动黏性土：A<0.75 正常黏性土：0.75<A<1.25 活动黏性土：A>1.25

  45. 原状土的无侧限抗压强度 重塑土的无侧限抗压强度 —原状土的无侧限抗压强度(kPa) 2. 黏性土的灵敏度 表示土的结构性对强度影响的指标 灵敏度 = 低灵敏 中灵敏 高灵敏 灵敏度越高，土的结构性就越强，受扰动后对其影响大，挖基坑等工程应注意！ —重塑土的无侧限抗压强度(kPa)

  46. 打桩 3. 黏性土的触变性 饱和黏性土的结构受到扰动，导致其强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而部分恢复。黏性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。

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