科普2：土的物理性质.ppt

1、2：土的物理性质：土的物理性质土的物理性土的物理性质指指标三相三相间的比例关系的比例关系质量和体量和体积之之间的关系的关系影响影响力学特性力学特性 土的分土的分类土的物理状土的物理状态指指标 反映土的松密和反映土的松密和软硬硬 状状态的指的指标2.2 土的物理性土的物理性质指指标(熟知熟知)土的三相草土的三相草图 土的物理性质指标（土的三相比例指标）土的物理性质指标（土的三相比例指标）表示土的三相表示土的三相组成各部分的成各部分的质量和体量和体积之之间的比例关系的指的比例关系的指标九个物理量九个物理量:m ma V Vv Vw ms m w Vs Va 三个独立三个独立变量，量，干土或干土或饱

2、和土二和土二个独立个独立变量量其它指其它指标：三相草三相草图法法计算算 实验室室测定定九个物理量九个物理量:m ma V Vv Vw ms m w Vs Va 可假可假设任一参数任一参数为1为了确定三相草了确定三相草图诸量中的三个量，通常量中的三个量，通常进行三个基本的物理性行三个基本的物理性质试验：F 土的密度土的密度试验F 土粒比重土粒比重试验F 土的含水量土的含水量试验2.2 土的物理性土的物理性质指指标一、土的基本物理性一、土的基本物理性质指指标 土粒比重土粒比重GsGs（土粒相对密度）（土粒相对密度）土土中中固固体体颗粒粒的的质量量与与同同体体积4时纯水水的的质量量之之比比；或或为土

3、粒密度与土粒密度与4时纯水的密度之比。水的密度之比。w 测定方法：定方法：比重瓶法；比重瓶法；经验法法常常见值：砂：砂类土土 Gs=2.652.69；粉；粉类土土Gs=2.702.71；黏性土黏性土 Gs=2.722.76。有机有机质 Gs=2.42.5；泥炭：；泥炭：Gs=1.51.8。w 土粒密度土粒密度 土的含水量（含水率）土的含水量（含水率）w w土中水的土中水的质量与土粒量与土粒质量之比，以百分数表示量之比，以百分数表示。w 测定方法定方法w 常常见值：砂土砂土w=(040)%；黏性土；黏性土 w=(2060)%。w 意意义：表示土体湿度（含水程度）的物理指：表示土体湿度（含水程度）

4、的物理指标。与土。与土的种的种类、埋藏条件及其附近的自然、埋藏条件及其附近的自然环境等有关。境等有关。烘干法；烘干法；红外外线法；法；酒精燃酒精燃烧法；法；铁锅炒干法炒干法2.2 土的物理性土的物理性质指指标 土的密度土的密度 土的土的总质量量m与与总体体积V之比或土之比或土单位体位体积的的质量。量。单位：国位：国际上上kg/m3，国内工程中常用，国内工程中常用g/cm3。w 测定方法定方法:环刀法刀法适用于黏性土、粉土与砂土。适用于黏性土、粉土与砂土。w 常常见值：砂土：砂土：1.62.0g/cm3；黏土黏土:1.82.0g/cm3；腐殖土：腐殖土：1.51.7g/cm3。w 表达式表达式

5、w 意意义：综合反映了土的物合反映了土的物质组成和成和结构特征。构特征。干密度干密度 土土单位位体体积中中土土粒粒的的质量量或或土土的的孔孔隙隙中中完完全全没没有水有水时的密度。的密度。w 测定方法定方法大大环刀法刀法；放射性同位素法放射性同位素法w 常常见值：d=（1.31.8）g/cm3w 工程工程应用用 在在工工程程上上常常把把干干密密度度作作为评定定土土体体紧密密程程度度的的标准准。通通常常用用作作填填方方工工程程如如土土坝、路路基基和和人人工工压实地地基基等等土土体体压实质量的控制量的控制标准。准。w 表达式表达式 饱和密度饱和密度 土的孔隙完全被水充土的孔隙完全被水充满时的密度的密

6、度w 常常见值：sat=（1.82.3）g/cm3 浮密度（有效密度）浮密度（有效密度）在在地地下下水水位位以以下下，土土单位位体体积中中土土粒粒的的质量量与与同同体体积水的水的质量之差量之差。w 表达式表达式 w 表达式表达式 w 常常见值：三、描述土的孔隙体三、描述土的孔隙体积相相对含量的指含量的指标 土的孔隙比土的孔隙比e e土中孔隙体土中孔隙体积与固体与固体颗粒体粒体积之比之比 根据根据、Gs与与W实测值计算而得，工程算而得，工程应用很广，可以用用很广，可以用来来评价天然土价天然土层的密的密实度、度、进行砂土液化判断等。行砂土液化判断等。w 常常见值：砂土砂土e=0.30.9；当砂土当

7、砂土e1.0时，为软弱地基。弱地基。w 表达式表达式 孔隙率孔隙率n n土的孔隙体土的孔隙体积与土与土总积之比之比，以百分数表示。，以百分数表示。w 常常见值：黏性土和粉土：黏性土和粉土:(30-60)%；砂土；砂土:(25-45)%。根据根据、Gs与与W实测值计算而得，孔隙度与孔隙比相算而得，孔隙度与孔隙比相比，工程比，工程应用用较少。少。w 表达式表达式 w 物理意物理意义：表示土中孔隙大小的程度。：表示土中孔隙大小的程度。土的饱和度土的饱和度SrSr土中孔隙水的体土中孔隙水的体积与孔隙体与孔隙体积之比之比，以百分数表示。，以百分数表示。w 常常见值：Sr=0100%。根据根据、Gs与与W

8、实测值计算而得。算而得。w 工程中工程中Sr作作为砂土湿度划分的砂土湿度划分的标准准：w 表达式表达式 w 物理意物理意义：表示水在孔隙中充：表示水在孔隙中充满的程度。的程度。Sr 50%稍湿的稍湿的50%Sr80%很湿的很湿的Sr 80%饱和的和的2.2 土的物理性土的物理性质指指标土的三个土的三个组成相的体成相的体积和和质量上的比例关系量上的比例关系三相草三相草图法法室内室内测定三个基本定三个基本物理性物理性质指指标：土的密度土的密度 土粒比重土粒比重土的含水量土的含水量其它物理性其它物理性质指指标孔隙含量孔隙含量含水程度含水程度密度和重度密度和重度土的物理土的物理性性质指指标小小 结结特

9、点特点:指指标概念概念简单，数量很多，数量很多要点：名称、概念或定要点：名称、概念或定义、符号、表达式、符号、表达式、单位或量位或量纲、常、常见值或范或范围、联系与区系与区别2.2 土的物理性土的物理性质指指标土的物理状土的物理状态指指标 反映土的松密和反映土的松密和软硬硬 状状态的指的指标无黏性土的松密程度无黏性土的松密程度黏性土的黏性土的软硬状硬状态土的物理性土的物理性质指指标三相三相间的比例关系的比例关系质量和体量和体积之之间的关系的关系影响影响力学特性力学特性密密实度度稠度稠度 黏性土的物理特征黏性土的物理特征黏性土黏性土含水量含水量较硬硬变软流流动固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态

10、液体状态（流动状态液体状态（流动状态)黏性土的黏性土的稠度稠度稠度是指土的稠度是指土的软硬程度。硬程度。反映了土粒之反映了土粒之间的的连结强度随着含水量高低而度随着含水量高低而变化的性化的性质。黏性土的黏性土的可塑性可塑性黏黏性性土土在在外外力力的的作作用用下下可可以以任任意意改改变形形状状而而不开裂，外力撤去后仍能保持既得的形状的性能。不开裂，外力撤去后仍能保持既得的形状的性能。界限含水量界限含水量黏性土由一种状黏性土由一种状态转到另一种状到另一种状态的的分界含水量分界含水量，称，称为土的稠度界土的稠度界限或限或界限含水量界限含水量。塑限塑限液限液限黏性土的稠度反映土中水的形黏性土的稠度反映

11、土中水的形态固固态或或半固半固态可塑状可塑状态流流动状状态强结合水合水弱弱结合水合水自由水自由水w土土颗粒粒强结合水合水弱弱结合水合水土土颗粒粒强结合水合水土土颗粒粒自由水自由水弱弱结合水合水强结合水合水强结合水膜最厚合水膜最厚出出现相当数量自由水相当数量自由水 黏性土的稠度状黏性土的稠度状态界限含水量界限含水量稠度状稠度状态含水量含水量土中水的形土中水的形态示意示意图缩限限2.3 黏性土的物理状黏性土的物理状态指指标定义定义黏性土由可塑黏性土由可塑状状态转到流到流动状状态的界限含水的界限含水量称量称为液限液限w wL L。1、液限、液限wL(%)测定方法测定方法 锥式液限式液限仪操作操作过程

12、：程：将将黏黏性性土土调成成均均匀匀的的浓糊糊状状，装装满盛盛土土杯杯，刮刮平平杯杯口口表表面面，将将76克克重重圆锥体体轻放放在在试样表表面面的的中中心心，使使其其在在自自重重作作用用下下徐徐徐徐沉沉入入试样，若若圆锥体体经5秒秒种种恰恰好好沉沉入入10mm深深度度，这时杯杯内内土土样的的含含水水量量就就是是液液限限WL值。为了了避避免免放放锥时的的人人为晃晃动影影响响，可采用可采用电磁放磁放锥的方法。的方法。锥式液限式液限仪蝶式液限蝶式液限仪操作操作过程：程：将将黏黏性性土土调成成均均匀匀的的浓糊糊状状，装装入入碟碟内内，刮刮平平表表面面，做做成成试样中中心心约10mm厚厚的的土土饼，用用

13、开开槽槽器器在在土土中中开开槽槽，槽槽底底宽度度为2mm，然然后后将将碟碟子子抬抬高高10mm，使使碟碟自自由由下下落落，连续下下落落25次次后后，如如果果土土槽槽合合拢长度度为13mm，这时试样的含水量的含水量为液限。液限。蝶式液限蝶式液限仪定定义义黏黏性性土土由由半半固固态转到到可可塑塑状状态的的界界限限含含水量称水量称为塑限塑限wP2、塑限、塑限wP(%)测定方法测定方法操作操作过程：程：用用双双手手将将天天然然湿湿度度的的土土样搓搓成成小小圆球球（球球径径小小于于10mm），放放在在毛毛玻玻璃璃板板上上再再用用手手掌掌慢慢慢慢搓搓滚成成小小土土条条，用用力力均均匀匀，搓搓到到土土条条直

14、直径径为3mm，出出现裂裂纹，自自然然断断开开，这时土土条条的的含含水水量量就就是是塑限塑限wp值。搓好的泥条搓好的泥条 搓条法搓条法2.3 黏性土的物理状黏性土的物理状态指指标 入土深度与含水量的关系入土深度与含水量的关系制制备3个个不不同同含含水水量量的的试样，测定定圆锥仪在在5秒秒时的的下下沉沉深深度度，测定定此此时的的含含水水量量，在在双双对数数坐坐标纸上上绘出出圆锥下下沉沉深深度度和和含含水水量量的的关关系系直直线。深深度度10mm，对应的的含含水水量量为液液限限，2mm对应的含水量的含水量为塑限塑限。液、塑限液、塑限联合合测定法定法 定义定义黏性土与粉土的液限与塑限的差黏性土与粉土

15、的液限与塑限的差值（去掉（去掉%），称），称塑性指数，记为塑性指数，记为IP。工程应用工程应用用塑性指数用塑性指数IP作作为黏性土定名的黏性土定名的标准。准。黏性土的物理状黏性土的物理状态指指标 物理意义物理意义 土土处在可塑状在可塑状态的含水量的含水量变化范化范围。塑性指数愈大，土。塑性指数愈大，土处于可塑状于可塑状态的含水量范的含水量范围也愈大。也愈大。黏土黏土粉粉质黏土黏土 塑性指数塑性指数I IP P（值）（值）液液性性指指数数又又称称相相对稠稠度度，是是将将土土的的天天然然含含水水量量w与与wL及及wP相相比比较，以以表表明明w是是靠靠近近wL还是是靠靠近近wP，反反映映土土的的软硬

16、不同。硬不同。物理意义物理意义工程应用工程应用定义定义黏性土的液性指数黏性土的液性指数为天然含水量与塑天然含水量与塑限的差限的差值和液限与塑限差和液限与塑限差值之比，称之比，称液性指数，记为液性指数，记为IL。状状态坚硬硬硬塑硬塑可塑可塑软塑塑流塑流塑液性指数液性指数IL00IL0.250.25IL0.750.751.0 液性指数液性指数I IL L（比值）（比值）2.3 黏性土的物理状黏性土的物理状态指指标黏性土的状黏性土的状态（GB50007)s 黏性土的活黏性土的活动度度活活动度度活活动度度A：黏性土的塑性指数与土中黏：黏性土的塑性指数与土中黏粒（粒（d0.002mm的的颗粒）含量百分数

17、粒）含量百分数的比的比值。物理意义物理意义活活动度反映黏性土中所含度反映黏性土中所含矿物的活物的活动性。据性。据A的大小可分的大小可分为3种：种：A0.75 不活不活动黏土黏土0.75A1.25 活活动黏土黏土方证出品 黏性土结构性的演示黏性土结构性的演示 黏黏性性土土因因受受扰动而而原原结构构被被破破坏坏后后，其其工工程程性性质通通常常会会变差差，强度度将将明明显下下降降。土土中中所所示示土土样在在保保持持天天然然结构构时(原原状状土土)，其其上上承承受受了了1.5kg的的压力力，但但当当结构构完完全全破破坏坏而而成成为重重塑塑土土时，变为可可流流动的泥的泥浆。s 黏性土的黏性土的结构性构性

18、 用孔隙比用孔隙比e为标准准 w 无黏性土无黏性土 按天然孔隙比按天然孔隙比e划分砂土的密划分砂土的密实度（度（74规范）范）表表1-6w 密密实度度：土的固体：土的固体颗粒排列的粒排列的紧密程度。密程度。密密实中密中密稍密稍密松散松散砾砂砂粗砂粗砂中砂中砂e0.60.6e0.750.75e0.85细砂砂粉砂粉砂e0.70.7e0.850.85e0.95评价价：（：（1）优点：点：简捷方便；捷方便；（2）缺点：无法反映土的粒径）缺点：无法反映土的粒径级配因素。配因素。一一般般指指砂砂（类）土土和和碎碎石石（类）土土，这两两大大类土土中中一一般般黏黏粒粒含含量量少少，不不具具有有可可塑塑性性，呈

19、呈单粒粒结构构，它它们的的物物理理状状态主主要要取取决决于于土的密土的密实程度，即密程度，即密实度。度。无黏性土的相无黏性土的相对密度密度密密实度度密密实中密中密松散松散相相对密度密度1.00.670.670.330.330w 用相用相对密度密度Dr划分砂土的密划分砂土的密实度度评价价：（：（1）优点：理点：理论上完善；上完善；（2）缺点：）缺点：实际上上难以操作。以操作。1-穿心穿心锤2-锤垫3-触探杆触探杆4-贯入器入器头5-出水孔出水孔6-贯入器身入器身7-贯入器靴入器靴标准准贯入入试验 标准准贯入入试验(SPT)适适用用于于砂砂土土、粉粉土土和和一一般般黏黏土土，它它利利用用一一定定的

20、的锤击动能能（锤重重63.5kg，落落距距76cm）,将将一一定定规格格的的对开开管管式式的的贯入入器器打打入入钻孔孔孔孔底底的的土土中中，先先按按打打入入15cm，再再打打入入30cm，根根据据打打入入土土中中的的贯阻阻抗抗，判判别土土层的的工程性工程性质。贯入入阻阻抗抗用用贯入入器器贯入入土土中中 30cm的的 锤 击 数数 N63.5表表 示示,N63.5也称也称为标贯击数。数。以以标准准贯入入试验锤击数数N为标准准标准准贯入入试验(SPT)我我国国现行行建建筑筑地地基基基基础设计规范范(GB50007-2002)采采用用原原位位标准准贯入入试验锤击数数N（N63.5）来）来评价价砂砂类

21、土土的密的密实度。根据度。根据N可将砂土分可将砂土分为：锤击数数N63.5N63.51010N63.5151530密密实度度松散松散稍密稍密中密中密密密实 该试验的的应用主要有用主要有评定砂土的相定砂土的相对密度、密度、评定地基土承定地基土承载力、估算力、估算单桩承承载力等。力等。碎石土碎石土的密的密实度划分度划分 砂砂类土土的密的密实度划分度划分碎石土密碎石土密实度按重型（度按重型（圆锥）动力触探力触探锤击数划分。数划分。重型重型圆锥动力探力探测锤击数数N63.5密密实度度重型重型圆锥动力探力探测锤击数数N63.5密密实度度N63.55松散松散10N63.520中密中密5200mm的的颗粒粒

22、超超过全重的全重的50卵石卵石碎石碎石圆形及形及亚圆形形为主主棱角形棱角形为主主粒径粒径20mm的的颗粒粒超超过全重的全重的50圆砾角角砾圆形及形及亚圆形形为主主棱角形棱角形为主主粒径粒径2mm的的颗粒粒超超过全重的全重的50碎石土没有黏性和塑性，属于碎石土没有黏性和塑性，属于单粒粒结构构碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土特殊土特殊土人工填土人工填土分分类依据依据:根据土的根据土的颗粒粒级配配和和颗粒形状粒形状进行分行分类定名。定名。2.7 土的分土的分类分分类依据：依据：根据土的根据土的颗粒粒级配配定名。定名。土的名土的名称称颗粒粒级配配砾砂砂粒径粒径2mm的的颗粒占全重的粒占全重的2

23、550粗砂粗砂粒径粒径0.5mm的的颗粒超粒超过全重的全重的50中砂中砂粒径粒径0.25mm的的颗粒超粒超过全重的全重的50细砂砂粒径粒径0.75mm的的颗粒超粒超过全重的全重的85粉砂粉砂粒径粒径0.75mm的的颗粒超粒超过全重的全重的50s 砂土砂土碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土特殊土特殊土人工填土人工填土2.7 土的分土的分类s 粉土和黏性土粉土和黏性土碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土特殊土特殊土人工填土人工填土粉土粉土：塑性指数：塑性指数IP10，且，且d0.075mm的的颗粒含量不超粒含量不超过全重全重50%的土称的土称为粉土。粉土。黏性土黏性土：塑性指数：塑性指数

24、Ip10的土。的土。粉粉质黏土：黏土：1017的土的土s 特殊土特殊土 特殊土包括特殊土包括软土（淤泥、淤泥土（淤泥、淤泥质土、泥炭等）、人工填土、泥炭等）、人工填土、湿陷性黄土、土、湿陷性黄土、红黏土、膨黏土、膨胀土、多年土、多年冻土等。土等。参看参看岩土工程堪察岩土工程堪察规范范（GB50021-2001）s 人工填土人工填土碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土特殊土特殊土人工填土人工填土 按人工填土堆按人工填土堆积年代分年代分 根据其物根据其物质组成和堆填方式分成和堆填方式分老填土老填土：黏性土填筑：黏性土填筑时间超超过10年，年，粉土超粉土超过5年。年。新填土新填土：若黏性土填筑：若黏性土填筑时间小于小于10 年，粉土少于年，粉土少于5年。年。素填土素填土：由碎石土、砂土、粉土、黏性：由碎石土、砂土、粉土、黏性土等土等组成的填土。其中不含成的填土。其中不含杂质或含或含杂质很少。很少。杂填土填土：凡含有建筑垃圾、工：凡含有建筑垃圾、工业废料、料、生活垃圾等生活垃圾等杂物的填土。物的填土。冲填土冲填土：由水力冲填泥砂形成的填土。：由水力冲填泥砂形成的填土。土层分布示意土层分布示意土层分布示意土层分布示意