chpt1土的物理性质.ppt

1、岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土的形成土的形成土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物（人工破碎;堆石坝的坝壳料；相当于物理风化）。土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物岩石风化分为物理风化和化学风化。物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土的形成土的形成化学风化：化学风化：岩体（或岩块、岩

2、屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒极细颗粒的过程。的过程。特征：特征：FF物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗；FF化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。化，只不过哪

3、种占优而已。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类土从其堆积或沉积的条件来看可分为：土从其堆积或沉积的条件来看可分为：残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类 运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离

4、开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、搬运离开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。风积土、冰碛土和沼泽土等。冲积土：由水流冲积而成；冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑颗粒分选、浑圆光滑 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来的堆积物；积物；没有层理、细砂或粉粒；没有层理、细砂或粉粒；黄土黄土 冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石不成层、从漂石到粘粒到粘粒 沼泽土：在沼泽地的沉积物；沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度

5、低含有机质、压缩性高、强度低岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类岩土工程研究所岩土工程研究所1-2 1-2 土的组成土的组成第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土为三相系三相系。固相：土的颗粒、粒间胶结物；固相：土的颗粒、粒间胶结物；液相：土体孔隙中的水；液相：土体孔隙中的水；气相：孔隙中的空气。气相：孔隙中的空气。岩土工程研究所岩土工程研究所1-2 1-2 土的组成土的组成第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与

6、工程分类当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土饱和土；当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土干土；一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼含空气和水，此时的土体属三相系，称为含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土湿土。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土

7、的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（一）成土矿物（一）成土矿物原生矿物原生矿物：由：由物理风化物理风化生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；生成的土粒；颗粒较粗，一般为无粘性土；石英、长石、云母石英、长石、云母等；等；圆形、板状、块状圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑吸水力弱、稳定、无塑性；砂多为石英。性；砂多为石英。次生矿物次生矿物：由原生矿物经：由原生矿物经化学风化化学风化作用而形成的矿物。颗粒较细，作用而形成的矿物。颗粒较细，一般为粘土矿物，形成粘性土。一般为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、；片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。极细；

8、吸水力强、活泼、有塑性。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成的水铝硅酸盐矿物，属次生矿物水铝硅酸盐矿物，属次生矿物。其结构可分为晶体和非晶体，以其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物晶体矿物为主。为主。硅片：硅片：基本单元是硅氧四面体，由基本单元是硅氧四面体，由11个居个居中的硅原子和中的硅原子和44个在角点的氧原子组成，组个在角点的氧原子组成，组成底面具有六边形孔硅片；成底

9、面具有六边形孔硅片；铝片：铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为个氢氧离子为22个相邻单元的铝原子共有组个相邻单元的铝原子共有组成铝片（一个居中的铝原子和成铝片（一个居中的铝原子和66个角点的氢个角点的氢氧离子）；氧离子）；岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（二）粘土矿物的晶体结构（二）粘土矿物的晶体结构粘土矿物：粘土矿物：高岭石：高岭石：长石风化产物，长石风化产物，11：11型晶格，一个硅型晶格，一个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连接，片一个铝片一

10、个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。一个颗粒多达近百个晶层。伊利石：伊利石：云母在碱性介质中风化产物，云母在碱性介质中风化产物，2 2：11型型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；蒙脱石：蒙脱石：伊利石进一步风化，伊利石进一步风化，2 2：11型晶格，晶型晶格，晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；连接层没有钾离子连接，而是有水分子进入；连接弱。弱。岩土工程研究所岩土工程研究所次生矿物次生矿物次生矿物次生矿物 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 高岭石高岭石蒙 脱 石岩土工程研究所岩

11、土工程研究所高岭石高岭石（氢键联结）（氢键联结）粘土矿物的粘土矿物的晶格构造晶格构造蒙脱石蒙脱石伊利石伊利石粒径粒径比表面积比表面积胀胀 缩缩 性性渗渗 透透 性性强度强度压压 缩缩 性性大大10-20m2/g小小大大大大小小中中80-100m2/g中中中中中中中中小小800m2/g大大小小小小大大比表面积：单位质量土颗粒所拥有的总表面积9克蒙脱土的总表面积大约与一个足球场一样大岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类一、土的固相一、土的固相一、土的固相一、土的固相（三）土粒的大小和土的级配（三）土粒的大小和土的级配粒组：把工程性质相近的土

12、粒合并为一组；某粒组的土粒含量定粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比。6060土的土的级配级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试验称为土的布范围的试验称为土的颗粒大小分析试验颗粒大小分析试验。常用的方法：

13、常用的方法：（11）筛分法：粒径筛分法：粒径0.0750.075mmmm；试验时将风干、分散的代表性土试验时将风干、分散的代表性土样通过一套孔径不同的标准筛样通过一套孔径不同的标准筛(例如例如2020、22、0.50.5、0.250.25、0.10.1、0.075mm)0.075mm)，称出留在各个筛子上的土重，即可求得各个粒组的相，称出留在各个筛子上的土重，即可求得各个粒组的相对含量。对含量。（22）密度计法：粒径）密度计法：粒径0.0750.0750.075mmmm，又有粒径又有粒径0.0750.075mmmm 岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性

14、质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验1.筛分法利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（）式中：mi，m分别为小于某粒径的土粒质量及试样总质量。实例：实例：教材P9。岩土工程研究所岩土工程研究所筛分法（筛分法（d0.075mm的土）的土）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类2.密度计法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量的方法。通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。岩土工

15、程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类3.土的级配曲线（1）粒径分布曲线（2）粒组频率曲线粒径分布曲线粒组频率曲线岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类(五五)颗粒分析试验曲线的主要用途颗粒分析试验曲线的主要用途按粒径分布曲线可求得：按粒径分布曲线可求得：（11）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程大致评估土的工程性质性质；（22）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配评价土级配的好坏。

16、的好坏。根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数不均匀系数CuCu和曲率系和曲率系数数CcCc，它们的定义为：它们的定义为：（1122）岩土工程研究所岩土工程研究所 (1 (13)3)式中：式中：dd1010，dd3030和和dd6060为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为为1010，3030和和6060时所对应的粒径。时所对应的粒径。dd1010称为有效粒径；称为有效粒径；dd6060称为称为限制粒径限制粒径。第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类岩土工程研究所岩土

17、工程研究所土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和土的级配的好坏可由土中的土粒均匀程度和粒径分布曲线的形状粒径分布曲线的形状来来决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系决定，而土粒的均匀程度和曲线的形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。数来衡量。CuCu小，曲线陡；小，曲线陡；CuCu大，易压密；大，易压密；CcCc过大，台阶在过大，台阶在d10d30d10d30间；间；CcCc过小，台阶在过小，台阶在d30d60d30d60间；间；第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质

18、指标与工程分类土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。土的级配的连续性也可用粒组频率曲线来反映。双峰，谷点双峰，谷点3=5Cu=5，且且Cc=13Cc=13时，级配良好，否则，不时，级配良好，否则，不良。良。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类实例实例岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类岩土工程研究所岩土工程研究所粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数不均匀系数Cu用于判定土的不均匀

19、程度：用于判定土的不均匀程度：Cu 5,不均匀土不均匀土；Cu 3 或 Cc 1,级配不连续土级配不连续土4）不均匀系数不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣：如果如果 Cu 5且且 C c =1 3，级配级配 良好的土良好的土；如果如果 Cu 3 或或 Cc 0.075mm）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类二、土的结构二、土的结构（二）蜂窝状结构（二）蜂窝状结构(0.075-0.005mm)岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类二、土

20、的结构二、土的结构（三）絮状结构（三）絮状结构 角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征是土粒之角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特征是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式为主。这种结构的土粒呈间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。任意排列，具有较大的孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。片堆结构片堆结构岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标可分为两类：可分为两类：一类是必须一类是必

21、须通过试验测定通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；指标；另一类是另一类是根据直接指标换算根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。间接指标。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类1-4 1-4 土的物理性质指标土的物理性质指标一、试验直接测定的物理性质指标（一）土的密度与重度土的密度定义为单位体积土的质量，用表示，单位为kg/m3(或g/cm3)。表达式如下：（1-4）对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。岩土工程研究所岩土工程

22、研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类土的土的重度重度亦称为亦称为容重容重，定义为单位体积土的重量，用，定义为单位体积土的重量，用表示，单位表示，单位为为kN/mkN/m33。表达式如下：表达式如下：（1-51-5）式中：式中：WW土的重量，单位为土的重量，单位为kNkN；g g重力加速度。重力加速度。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（二）土粒比重（二）土粒比重GsGs土粒比重定义为土粒比重定义为土粒的质量（或重量）与同体积土粒的质量（或重量）与同体积44时纯水的质量时纯水的质量（或重量）之比（或重

23、量）之比（无因次），其表达式为：（无因次），其表达式为：（1-61-6）或或 （1-71-7）式中：式中：ss土粒的密度，即土粒单位体积的质量；土粒的密度，即土粒单位体积的质量；（ww）4444时纯水的密度，时纯水的密度，11g/cmg/cm33（ww）4444时纯水的重度。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在数值上等于土粒的密度岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类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：（

24、1-8）式中：m1瓶加水的质量；m2瓶加土加水的质量；ms烘干土的质量。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（三）土的含水率（三）土的含水率ww土的土的含水率含水率，曾称为含水量，定义为，曾称为含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示，其表达式为：以百分数表示，其表达式为：（1-91-9）测定含水率常用的方法是测定含水率常用的方法是烘干法烘干法，先称出天然土的质量，然后放在烘，先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在箱中，在100100105105常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。常温下烘

25、干，称得干土质量，按上式可算得。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类二、间接换算得物理性质指标二、间接换算得物理性质指标（一）土的孔隙比（一）土的孔隙比ee定义：土中定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，其表达式为：，以小数表示，其表达式为：（1-101-10）（二）土的孔隙率（二）土的孔隙率nn定义：土中定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内孔隙的体积，或单位体积内孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：以百分数表示，其表达式为：（1-111-11）岩土工程研究

26、所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（三）土的饱和度（三）土的饱和度SrSr定义：土中定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示，其表达式，以百分数表示，其表达式为：为：（1-121-12）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类土的干重度：土的干重度：单位体积内土粒的重量单位体积内土粒的重量，表达式为：，表达式为：（1-141-14）土烘干，体积要减小，因而，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不等于烘干土的密度。土的干。土的干密度

27、或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。愈密实，反之愈疏松。（四）干密度（四）干密度dd与干重度与干重度dd土的干密度：土的干密度：单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量，表达式：，表达式：（1-131-13）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（五）饱和密度（五）饱和密度satsat与饱和重度与饱和重度satsat饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土

28、的质量。表达式为：质量。表达式为：（1-151-15）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：（1-161-16）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（六）浮密度（六）浮密度与浮重度（有效重度）与浮重度（有效重度）土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度浮重度，即即有效重度有效重度的概念，其表达式为：

29、的概念，其表达式为：（1-171-17）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒质量与同体积水质量之差，其表达式为：质量与同体积水质量之差，其表达式为：（1-181-18）或或 （1-191-19）从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度在数值上有如下关系：在数值上有如下关系：岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理

30、性质指标与工程分类三、物理性质指标间的换算三、物理性质指标间的换算常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求出其余的六个。出其余的六个。（一）孔隙比与孔隙率的关系（一）孔隙比与孔隙率的关系设土体内设土体内土粒的体积为土粒的体积为11，则，则e=Ve=Vvv/V/V可知，孔隙的体积可知，孔隙的体积VVvv为为ee，土体的土体的体积体积VV为（为（11ee），），于是有：于是有：（1-201-20）或或 （1-211-21）三相示意图（三相示意图（aa）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类

31、土的物理性质指标与工程分类（二）干密度与湿密度和含水率的关系二）干密度与湿密度和含水率的关系设设土体的体积土体的体积VV为为11，则，则dd=mmss/VV，土体内土粒的质量土体内土粒的质量mmss为为dd，由由w=mw=mww/m/mss水的质量水的质量mmww为为w w dd。于是，按式（于是，按式（1144）的定义可得：）的定义可得：或或 （1-221-22）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（三）孔隙比与比重和干密度的关系（三）孔隙比与比重和干密度的关系设土体内设土体内土粒的体积为土粒的体积为11，则按，则按e=Ve=Vvv/

32、V/V，孔隙的体积孔隙的体积vvvv为为ee；由由ss mmss/V/Vss得土粒的质量得土粒的质量mmss为为ss。于是，按于是，按dd的定义可得：的定义可得：应用式（应用式（1166）整理得：）整理得：(1-23)(1-23)岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系设土体内设土体内土粒的体积为土粒的体积为11，则按，则按e=Ve=Vvv/V/V得体积得体积vvvv=ee；由由ss m mss/V/Vss得得土粒的质量土粒的质量mmss=ss。按按w=mw=m

33、ww/m/mss ，水得质量，水得质量mmww=wwss，则水得体积则水得体积vvww=m=mww/ww =wwss/ww。于是，于是，SrSr定义可得：定义可得：（1-241-24）当土饱和时，即当土饱和时，即SrSr为为100100，则：，则：（1-251-25）式中：式中：wwsatsat饱和含水率。饱和含水率。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（五）浮密度与比重和孔隙比得关系（五）浮密度与比重和孔隙比得关系设土体内设土体内土粒体积为土粒体积为11，则按则按e=Ve=Vvv/V/V ，孔隙的体积，孔隙的体积VVvv为为ee；由由

34、ss m mss/VVss得土粒的质量得土粒的质量mmss为为ss。于是，按式（于是，按式（111818）可得：）可得：（1-261-26）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类【例题【例题1133】某一块试样在天然状态下的】某一块试样在天然状态下的体积为体积为6060cmcm33，称得其称得其质量质量为为108108gg，将其将其烘干后烘干后称得质量为称得质量为96.4396.43gg，根据试验得到的土粒比重根据试验得到的土粒比重GGss为为2.72.7，试求试样的湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔，试求试样的湿密度、干密度、

35、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。隙率和饱和度。【解】（【解】（11）已知）已知VV60cm60cm33，m=108gm=108g，则由式（则由式（1144）得）得 =m =m v=180 v=180 60=1.8g/cm 60=1.8g/cm33岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（22）已知）已知mmss=96.43g=96.43g，则则 mmww=mmmmss=108=10896.43=11.57g96.43=11.57g按式（按式（1199），于是），于是 w=mw=mww m mss11.5711.5796.43=12

36、%96.43=12%（33）已知已知GGss=2.7=2.7，则则 VVss=m=ms s ss=96.43=96.43 2.72.735.7cm35.7cm33 V Vvv=VVVVss=60=6035.735.724.3cm24.3cm33按式（按式（111010），于是），于是 e=Ve=Vv v V Vss24.3 24.3 35.7=0.6835.7=0.68（44）按式（按式（111111）n=Vn=Vv v V V24.3 24.3 60=40.560=40.5（55）根据根据ww的定义的定义 VVww =m=mww ww=11.57=11.57 1111.57cm11.57cm

37、33 于是按式（于是按式（111212）SStt=VVww V Vvv=11.57=11.57 24.324.34848岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类1-5 1-5 无粘性土得相对密实度、无粘性土得相对密实度、粘性土得稠度及土的压实性粘性土得稠度及土的压实性一、无粘性土的相对密实度一、无粘性土的相对密实度常用相对密实度常用相对密实度DDrr来衡量来衡量无粘性土的松紧程度无粘性土的松紧程度，其定义为，其定义为 （1-271-27）式中：式中：DDrr相对密实度；相对密实度；eemaxmax无粘性土处在最松状态时的孔隙比；无粘性土处在

38、最松状态时的孔隙比；eeminmin无粘性土处在最密状态时的孔隙比；无粘性土处在最密状态时的孔隙比；ee00无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类按式（123）可得相对密实度得使用表达式 （1-28）式中：dmax无粘性土的最大干密度；dmin无粘性土的最小干密度；d无粘性土的天然干密度或填筑干密度。将风干的无粘性土试样用漏斗法测定其最小干密度，用振击法测定其最大干密度。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类在工程上

39、，用相对密实度在工程上，用相对密实度DrDr划分无粘性土的状态如下：划分无粘性土的状态如下：0 0Dr1/3 Dr1/3 疏松的疏松的 1/31/3Dr2/3 Dr2/3 中密的中密的 2/3 2/3Dr1 Dr1 密实的密实的e emaxmax:最大孔隙比；用用“松砂器法松砂器法”测定，在试验室可用测定，在试验室可用“漏斗法漏斗法”或或“量筒法量筒法”测定；测定；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比e eminmin:最小孔隙比；用用“振击法振击法”测定；测定；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高

40、，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比岩土工程研究所岩土工程研究所n n孔隙比孔隙比e en n优点：简单方便优点：简单方便n n缺点：无法反映土的级配因素缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散松散中密中密密实密实稍密稍密岩土工程研究所岩土工程研究所标准贯入试验击数标准贯入试验击数N N 为标准为标准30157松散松散中密中密密实密实稍密稍密岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类二、粘性土的稠度二、粘性土的稠度（一）粘性土的稠度状态（一）粘性土的稠度状态稠度稠度指粘性土的干湿程度或在某一指粘性土的干湿程度或在某一含水率下

41、抵抗外力作用而变形或破含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是粘性土最主要的物理坏的能力，是粘性土最主要的物理状态指标。状态指标。流动、软、可塑、硬流动、软、可塑、硬等描述等描述四种状态四种状态可塑性可塑性：土在外力作用下可改变形：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂，状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸除厚仍能保持已有的形状。外力卸除厚仍能保持已有的形状。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（二）界限含水率及其测定（二）界限含水率及其测定1.1.界限含水率界限含水率粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来

42、区分，这粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这种种界限含水率界限含水率称为称为稠度界限或阿太堡界限稠度界限或阿太堡界限。液限（液限（WWLL）从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可塑状态的上限含水率；塑状态的上限含水率；塑限（塑限（WWpp）从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是可塑状态的下限含水率；可塑状态的下限含水率；缩限（缩限（WWss）从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘性土随着含水率的减小而体积开始

43、不变时的含水率。性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类2.液、塑限的测定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。液、塑限联合测定法：塑限5秒入土2mm时的含水率 10mm液限 5秒入土10mm时的含水率 17mm液限 5秒入土17mm时的含水率岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类2.液、塑限的测

44、定测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。25击合拢长度13mm时含水率为液限。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类土的缩限用收缩皿法测定，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，测出干试样的体积并称量准确至0.1g后，按下式计算：（1-29）式中：ws土的缩限（）w制备时的含水率（）V1湿试样的体积（cm3），V2干试样的体积（cm3）岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类（三）塑性指数和液性

45、指数（三）塑性指数和液性指数1.1.塑性指数塑性指数塑性指数：塑性指数：液限和塑限之差液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。的百分数值（去掉百分号）。用用IIpp表示，表示，取整数取整数，即：，即：塑性指数越高，塑性指数越高，吸着水含量可能高吸着水含量可能高，土的粘粒含量越高。，土的粘粒含量越高。塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大。粘土粉质粘土岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类2.2.液性指数液性指数粘性土的状态可用液性指数来判别。粘性土的状态可用液性指数来判别。定义为：定义为：（1-311-31）式中：式中：IILL液

46、性指数，以小数表示；液性指数，以小数表示；ww土的天然含水率。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。了天然土所处的状态。当当wwwwpp时，时，IILL00，土处于土处于坚硬坚硬状态；状态；wwppwwwwLL时，时，00IILL1.01.0，土处于可塑状态；土处于可塑状态；wwLLww时，时，IILL1.01.0，土处于流动状态。土处于流动状态。岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类三、土的压实性土的压实性：指在一定的含

47、水率下，以人工或机械的方法，使土能够压实到某种密实度的性质。填土的密实程度常以干密度表示击实试验 土工试验方法标准（国家标准）轻型：d5mm；V=947cm3,m=2.5kg,3层 25击，落高30.5cm重型：d40mm；V=2104cm3,m=4.5kg,5层 56击，落高47.7cm岩土工程研究所岩土工程研究所室内击实试验 试验设备试验设备 击实筒击实筒V=V=1000cm3；击实锤击实锤w=25牛牛顿顿 试验条件试验条件 土样分层土样分层n=3层；落高层；落高d=30cm；击数击数N=27/层层 击实能量击实能量 试验方法试验方法 对对w=cosnst的土；分三层压实；的土；分三层压实

48、；测定击实后的测定击实后的w、，算定算定d 注意注意：仅适用于细粒土；仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土土第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类三、土的压实性三、土的压实性土的压实性影响因素：（含水率、击实功、土种类、级配、粗粒含量等）土的压实性影响因素：（含水率、击实功、土种类、级配、粗粒含量等）（一）含水率的影响（一）含水率的影响最大干密度最大干密度（对于与某（对于与某NN），最优含水率最优含水率wwopop在一定的压实能量下

49、使土最容易压在一定的压实能量下使土最容易压实，并能达到最大密实度时的含水实，并能达到最大密实度时的含水量，称为土的最优含水量量，称为土的最优含水量(或称最佳或称最佳含水量含水量)。相对应的干密度叫做最。相对应的干密度叫做最大干密度。大干密度。岩土工程研究所岩土工程研究所压实机理：压实机理：颗粒被击碎，土粒定向排列颗粒被击碎，土粒定向排列;粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;空气被挤出或被压缩等空气被挤出或被压缩等水膜润滑作用效果最佳水膜润滑作用效果最佳;尚没有形成封闭气泡，气体易于排出尚没有形成封闭气泡，气体易于排出;颗粒表面水膜很薄，相对

50、移动困难颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 水膜润滑作用不明显水膜润滑作用不明显;封闭气泡难以排出封闭气泡难以排出;增加水的相对含量增加水的相对含量 w wop,d dmaxw wop,d wop,d5mmd5mm粒径的含量不超过粒径的含量不超过25253030时，仍可时，仍可用轻型击实，但要修正。用轻型击实，但要修正。问题：问题：d5mmd5mm粒径的含量较少时是剔除好：粒径的含量较少时是剔除好：还是修正好？或者干脆用重型？还是修正好？或者干脆用重型？岩土工程研究所岩土工程研究所四、四、压实标准压实标准a.a.粘性土存在最优含水量粘性土存在最优含水量op，在填土施工中应该将土料的含水量，在填土施