土力学第一章土的物理性质及工程分类总结课件.ppt

第一章 土的物理性质及工程分类,内容提要,本章主要讨论土的物质组成及其定性和定量描述的方法。主要包括：土的三相组成和三相比例指标及换算 土的颗粒特征 粘性土的界限含水量 砂土的密实度 土的工程分类,土的形成和演变,土的形成地壳表层的整体岩石在大气中经受长期的风化作用而破碎后，形成形状不同、大小不一的颗粒。这些颗粒受到各种自然力的作用，在各种不同的自然环境下堆积下来，就形成了土。土是地壳表层的岩石长期经受风化作用和水流、冰川、风等自然力的剥蚀、搬运及堆积作用而生成的松散堆积物。,岩石,土,剥蚀,搬运,风化,沉积,土的形成过程,土的形成和演变,土的演变（沉积与成岩）堆积下来的土，在很长的地质年代中发生复杂的物理化学变化，逐渐压密、岩化，最终又形成岩石（沉积岩或变质岩）。工程上所遇到的大多数土都是在第四纪地质年代内所形成的，年代在一百万年以内。,风化作用,风化作用是由于自然界各种因素和外力的作用使岩石产生破碎与分解，颗粒变小及化学成分改变等现象的地质作用。风化作用可分为物理风化、化学风化和生物风化。这三种风化作用是同时进行并且互相作用的。,物理风化,物理风化是岩体在各种物理作用力的影响下，从大的块体分裂为小的石块甚至土粒的过程。产生物理风化的原因包括以下几种：地质构造力 使岩体断裂、剥落等。温度变化 岩体表面与内部热胀冷缩程度不同，岩体不同矿物成分热胀冷缩程度不同导致岩体发生断裂、剥落等。冰胀 岩体裂隙中水分结冰时巨大的冰胀作用使裂隙扩展，岩体断裂。碰撞 风、水流、波浪的冲击及挟带物的撞击使岩体遭受破坏和剥蚀。,因寒冷风化破裂的岩石,风蚀穴（宁夏贺兰山）,风蚀蘑菇（河北承德）,化学风化,化学风化是指母岩表面和碎散的颗粒受环境因素（水、空气以及溶解在水中的氧气和碳酸气等）的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物（次生矿物）。常见原因如下：水解作用 岩体矿物成分被分解，与水进行化学成分交换，形成新的矿物，新成分产生膨胀使岩体胀裂。水化作用 土中某些矿物成分与水发生化学反应，水按一定的比例加入矿物的组成中，改变矿物原有的分子结构，形成新的矿物。,新生成的含水矿物强度低于原来的无水矿物,化学风化,氧化作用 土中的矿物与氧结合形成新的矿物。溶解作用 岩石中某些矿物成分被水溶解，以溶液形式流失。化学风化的结果是形成十分细微的土颗粒，最主要的为粘土颗粒及大量的可溶性盐类。这些微细颗粒的表面积很大，具有吸附水分子的能力。,海蚀蘑菇（广西北海）,生物风化,生物风化作用是指各种动植物及人类活动对岩石的破坏作用。分为两种基本形式：物理生物风化 生物产生的机械力（植物根系生长，人类爆破活动）造成岩石破碎。化学生物风化 生物产生的化学成分（植物根系分泌的有机酸、动植物死亡后遗体腐烂产物以及微生物作用等）引起岩石成分改变而使岩石腐蚀破坏。,植物根劈作用（北京房山）,土的沉积与成岩作用,沉积土在固结成岩过程中主要有以下几种作用：压固脱水作用 下部沉积土在上覆沉积物重量的均匀压力下发生的排水固结现象。胶结作用 将松散的碎屑颗粒连结起来固结成岩。重结晶作用 沉积物中的非晶体物质，在溶解和固体扩散等作用下，能够脱水转化成晶体；沉积物中的微小晶体颗粒，在一定条件下能够长成粗大的晶粒。沉积岩新矿物的形成 沉积土在向沉积岩的转化过程中，形成与新环境相适应的新的稳定矿物。,孔隙减少密实度增大,土与岩石的相互转化过程,第一节 土的三相组成,土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的，通常称之为三相组成（固相、液相和气相）。,气相,固相,液相,+,+,土体,土颗粒,孔隙水,孔隙气体,随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也就不同。,一、土的固相,土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架的最基本的物质。,无机矿物,岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等,由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物，如粘土矿物等,原生矿物 圆状、浑圆状、棱角状次生矿物 针状、片状、扁平状,次生矿物的水溶性,次生矿物按其与水的作用可分为易溶的、难溶的和不溶的。次生矿物的水溶性对土的性质有重要影响。,粘土矿物,粘土矿物的主要代表性矿物成分：高岭石、伊利石和蒙脱石。,蒙 脱 石,高 岭 石,伊 利 石,粘土矿物,粘土矿物的性质：是细小的扁平颗粒，表面具有极强的与水相互作用的能力。颗粒愈细，表面积愈大，亲水的能力就愈强，对土的工程性质的影响就愈大。,土中的有机质,主要成分：由微生物作用产生的腐殖质矿物 动植物残体（泥炭）等 有机颗粒紧紧地吸附在无机矿物颗粒的表面形成了颗粒间的连接，但这种连接的稳定性较差。,二、土的液相,土的液相是指存在于土的孔隙中的水。土中的水是一种十分复杂的电解质水溶液，它和亲水性的矿物颗粒表面有着复杂的物理化学作用。,二、土的液相,土中水,自由水,结合水,强结合水,弱结合水,重力水,毛细水,处于土颗粒表面水膜中的水，受到表面引力的控制而不服从静水力学规律，其冰点低于零度。不能传递静水压力。,存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水，受重力的控制而流动。可以传递静水压力，能溶解盐类。,存在于最靠近土颗粒表面处；密度大于1g/cm3；有过冷现象；温度高于100度时可蒸发；性质跟固体相似，具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度。,强结合水,弱结合水,存在于距土颗粒表面较远处；位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内；可以发生迁移；有粘滞性；,自由水,二、土的液相,自由水,毛细水,重力水,存在于地下水位以下的透水土层中的水。在重力或压力差的作用下能在土中渗流，对土颗粒和结构物都有浮力作用。,存在于地下水位以上透水层中的水。受表面张力的支配，能沿着土的细孔隙上升到一定的高度。,NOTE：水是土的一个重要组成部分。根据实用观点，一般认为它不承受剪力，但能承受压力和一定的吸力；同时，水的压缩性很小，在通常所遇到的压力范围内，它的压缩量可以忽略不计。,三、土的气相,土的气相是指充填在的土孔隙中的气体，包括自由气体（与大气连通）和封闭气体（与大气不连通）两大类。,自由气体,成分与空气相似，对土的工程性质影响不大；在外力作用下很快从孔隙中挤出。,封闭气体,在压力作用下可被压缩或溶解于水中，对土的工程性质有很大影响。,阻塞渗流通道，使土的渗透性减小；增加土的弹性，拖延土的压缩和膨胀变形随时间的发展过程。,土体各组成部分的作用,气相,固相,液相,+,+,构成土骨架，起决定作用,重要影响,土体,次要作用,为什么要研究土的结构？土的物质组成和含量的比例并不能完全决定土的宏观的工程性质，决定土工程性质的是组成土体的基本结构单元的空间排列情况和联结方式等。土的结构通常包含土的微观结构和土体的宏观结构两种概念。,土的结构,土的结构,土的微观结构 组成土的基本结构单元的大小、形状、表面特征、比例关系，各结构单元和孔隙的空间排列状况及其结构联结特征等。通常需借助光学或电子显微镜进行研究。土的微观结构一般分为单粒结构、蜂窝状结构、絮状结构三种基本类型。,单粒结构,由粗大的土粒在水或空气中下沉而形成。砂土，碎石土土颗粒之间是点与点的接触，土颗粒间几乎没有联结。随着形成条件的不同，有紧密与疏松两种状态。,紧密单粒结构,疏松单粒结构,单粒结构的松密程度取决于矿物成分、颗粒形状、级配情况。,紧密单粒结构,土粒排列紧密，在静、动荷载作用下都不会产生较大的沉降，稳定性好。强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基。,疏松单粒结构,土粒排列疏松，土骨架不稳定。当受到振动或其他外力作用时，土颗粒易发生移动，使骨架结构趋向密实，会导致土中孔隙剧烈减少，引起土体较大的变形。未经处理一般不宜作为建筑物的地基。,蜂窝结构,是主要由粉粒（粒径为0.005-0.075mm）组成的结构形式，在粉土和粘土中常见。单个土粒下沉过程中，土粒间的分子引力大于土粒的重力，土粒停留在最初的接触点上不再下沉，逐渐形成土粒链，很多的土粒链联结起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构。,可承受一般的水平静荷载。但是当其承受较大的静荷载或动荷载时，其结构将破坏，会导致严重的地基沉降。,絮状结构,对于细小的粘粒（粒径小于0.005mm），其重力作用很小，能够在水中长期悬浮，不会下沉。悬浮的土颗粒在相互之间的吸引力作用下，形成絮状结构。主要存在于海相沉积粘土中。孔隙很大，强度低、压缩性高、对扰动比较敏感，土粒间的联结强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强。,土的三种微观结构的比较,土的三种微观结构中密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝状结构土为其次，絮状结构土的工程性质最差。后两种结构的土会因振动或其他外界扰动导致其天然结构被破坏，因此未经处理不能作为天然地基。,土的结构,土的宏观结构（土的构造）土体形成过程中产生的三相物质成分以及节理、裂隙等不连续面在土体内的排列、组合特征，可以直接用肉眼或放大镜进行观察。土的构造特征主要是层理构造和裂隙构造。,土的层理构造,土在形成过程中，不同阶段沉积的不同物质成分沿竖向分层分布的特征。,土的裂隙构造,黄土的柱状裂隙,裂隙的存在破坏土体的完整性，大大降低土体的强度和稳定性，增大透水性，对工程不利。,第二节 土的颗粒特征,天然土是由大小不同的颗粒组成的，土粒的大小称为粒度。粒度分析方法筛分析方法：适用于粒径大于0.075mm的土粒沉降分析方法：适用于粒径小于0.075mm的土粒工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组成情况,一、土的粒度成分,粒度成分,天然土的粒径一般是连续变化的，为了描述的方便，工程上常把大小相近的颗粒合并为组，称为粒组。粒组划分原则：应使粒组界限与粒组性质的变化相适应，并按一定的比例递减关系划分粒组的界限值。,粒 组,规范标准,GBJ 789 建筑地基基础设计规范 GB5002194 岩土工程勘察规范 GB14590 土的工程分类标准 JTJ05193 公路土工试验规程,粒组划分标准（GB5002194）,粒组划分标准（GB14590）,粒组划分标准（JTJ05193）,漂 石,粘土,细砂,粗砂,碎石,卵石,碎石,粘土,二、粒度成分及其表示方法,土的粒度成分是指土中各种不同粒组的相对含量（以干土质量的百分比表示）它可用来描述土中各种不同粒径土粒的分布特征。常用的粒度成分表示方法：表格法、累计曲线法和三角形坐标法。,土的粒度成分表示的表格法,土的粒度成分表示的表格法,可用于土的工程分类和定名,土的粒度成分表示的累计曲线法,曲线平缓级配良好,曲线陡直级配不良,土的粒度成分表示的累计曲线法,不连续级配,土粒的级配指标,不均匀系数 曲率系数（级配系数）d10、d30、d60分别相当于累计含量为10、30、60的粒径。,土粒的级配指标,d10有效粒径 小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时相应的粒径 d30中间粒径 小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时相应的粒径 d60限制粒径 小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时相应的粒径,土的级配,Cu反映大小不同粒组的分布情况。Cu越大，表示土粒的分布范围大，土的级配良好。Cc描述累计曲线的整体形状。,土的级配,Cu10时，称为级配良好。若Cu过大，表示可能缺失中间粒径，属不连续级配。综合条件：当Cu5且Cc=13时，为级配良好的土。工程中用级配良好的土作为路堤和堤坝的填土用料时，容易获得较大的密实度。,举例 1,曲线a：d100.1mm，d300.22mm，d600.39mm；计算得Cu3.9，Cc=1.24；土样a为级配不良的土。,举例 2,级配良好,土的粒度成分表示的三角形坐标法,基本原理：等边三角形内任意一点至三个边的垂直距离的总和恒等于三角形之高。三角形坐标法只适用于划分为三个粒组的情况。,土的粒度成分表示的三角形坐标法,m点坐标：粘粒含量28.9粉粒含量48.7砂粒含量 22.4,三种表示方法的比较,表格法能清楚地用来说明土样的各粒组含量，但对于大量土样之间的比较就显得过于冗长，且无直观概念。累计曲线法能用一条曲线表示一种土的粒度成分，而且可以在一张图上同时表示多种土的粒度成分，能直观地比较其级配状况。,三角形坐标法能用一个点表示一种土的粒度成分，而且可在一张图上同时表示多种土的粒度成分，便于进行土料的级配设计。根据使用要求选用合适的表示方法。,三种表示方法的比较,三、粒度成分分析方法,筛分法 利用一套不同孔径的标准筛把各种粒径的土分离出来。（适用于粗粒土，粒径600.075mm）沉降分析法 基本原理：土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比。（适用于细粒土，粒径0.075mm）,筛分法仪器设备,振筛机,标准筛的孔径依次为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。试验步骤：将烘干的均匀土样放入标准筛，经振筛机振动，将土粒分离开；称出留在每个筛上的土重，求出留在每个筛上的土的质量百分含量。,相当于在1平方英寸（6.451610-4m2）的面积上有200个筛孔。,105.02.01.00.50.250.1,200g,10161824223872,小于某粒径之土质量百分数P（）,粒径(mm),P%958778665536,沉降分析法,试验方法：将一定质量（ms）的干土制成一定体积（V）的悬液，在搅拌均匀并停止搅拌时开始计时，经过一定时间（ti）在液面下某个深度（Li）测定该深度处悬液的密度（i）。,最大粒径：小于等于上述粒径的土粒质量：式中：s土粒的密度（g/cm3）w水的密度（g/cm3）,沉降分析法,悬液中粒径小于等于di（mm）的土粒质量占土粒总质量的累计百分比pi（以表示）为：测定悬液密度的方法：比重计法，移液管法,沉降分析法,比重计,是用来测量液体密度的仪器。,移液管,容积为25毫升,用移液管在一定深度处吸出一定量的悬液，烘干后测出干土的质量，计算出土的密度。,NOTE：土粒并不是球形颗粒，用上述公式计算得到的并不是实际土粒的尺寸，而是与实际土粒有相同沉降速度的理想球体的直径，称为水力直径。,四、土粒的形状,土粒形状对于土的密实度和土的强度有重要影响。棱角状的颗粒互相嵌挤咬合形成比较稳定的结构，土体强度较高；磨圆度高的颗粒之间容易滑动，土体的稳定性较差。土粒的形状与土的矿物成分有关，也与土的成因条件及地质历史有关。,土粒形状的描述方法,肉眼观察鉴别方法 对电子显微镜扫描照片采用计算机图像处理的方法 用体积系数和形状系数描述（定性评价）,体积系数,体积系数Vc：式中：V土粒体积（mm3）；dm土粒的最大粒径（mm）。Vc愈大，土粒愈接近于圆形。圆球状的Vc1；立方体的Vc0.37；棱角状土粒的Vc更小。,形状系数,形状系数F：式中：A1、B1、C1分别为土的最大、中间和最小粒径。,第三节 土的三相比例指标,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。土的三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密的状态。是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。,土的三相图,土粒,水,气,实际土体,土的三相图,土的三相图,各相的质量与体积,土的三相比例指标,试验指标,密度（天然密度）,土粒密度（比重）,可以直接通过试验测定,土的三相比例指标,换算指标,须由试验指标换算,含水量,干密度（干重度）,饱和密度（饱和重度）,有效重度,孔隙比,孔隙率,饱和度,土的密度,定义：单位体积土的质量。定义式：土的密度取决于土粒密度、孔隙体积、孔隙水质量等，综合反映了土的物质组成与结构特征。一般土的密度为1.602.20g/cm3,土的密度,试验测定方法：环刀法 试验设备：,环 刀,电子天平,内径61.8mm外径79.8mm高度20mm,适用于细粒土,土的密度,试验步骤：用环刀取土。（环刀内壁先涂一薄层凡士林，将环刀垂直压入土体，用切土刀沿环刀外侧切削土样，取出环刀，并将环刀上下两端削平。）擦净环刀外壁，称量环刀和土的总质量。环刀和土的总质量减去环刀质量得到土的质量，除以环刀体积（固定），得到土的密度。,土的重度,在用国际单位制计算重力时，由土的质量产生的单位体积的重力称为重力密度，简称重度。对天然土求得的密度称为天然密度，相应的重度称为天然重度。,土粒密度（比重）,定义：干土粒的质量与其体积之比。表达式：土粒密度主要取决于土矿物成分。测定方法：比重瓶法（适用于粒径小于5mm的各类土）。,试验仪器：,比重瓶,砂 浴,土粒密度（比重）,容积100mL或50mL,土粒密度（比重）,试验步骤：将比重瓶烘干，称取一定质量的烘干土样装入比重瓶，称土样和比重瓶的总质量。向比重瓶内注入半瓶纯水，放在砂浴上煮沸。（煮沸时间：砂土不少于30分钟，粘土和粉土不少于1小时。）将一定量的无气纯水注入装有土样悬液的比重瓶，将比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。取出比重瓶，擦干瓶外壁，称出比重瓶、水和土样的总质量，并测定瓶内的水温。,从温度与瓶、水总质量的关系曲线中查得各试验温度下的瓶、水总质量。,土粒密度的计算公式：,干土质量,比重瓶和水的总质量,比重瓶、水及土样的总质量,T时纯水的比重（可查物理手册）,与干土同体积的水的质量,土粒密度的一般数值,土粒相对密度,定义：土粒的质量与同体积的4纯水的质量之比（无量纲，数值与土粒密度相同）。表达式：纯水在4时的密度，可取w=1g/cm3。,土粒相对密度的一般数值,土的含水量,定义：土中水的质量与固体（土粒）质量之比。表达式：含水量反映土中水的含量多少，是描述土的干湿程度的重要指标，常以百分数表示。测定方法：烘干法,试验仪器与设备：,烘 箱,电子天平,土的含水量,土样盒,土的含水量,试验步骤：取代表性土样若干，放入土样盒，称盒与湿土的总质量。将土样置于烘箱内，在105110的恒温下烘干。（烘干时间：粘土和粉土不少于8小时，砂土不少于6小时。）取出土样，冷却后称量土样盒与干土的总质量。,天然含水量,天然状态下土层的含水量称为天然含水量，其变化范围很大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。一般干的粗砂土，其天然含水量值接近于零；饱和砂土，天然含水量可达40%；坚硬的粘性土的天然含水量约小于30%；饱和状态的软粘性土（如淤泥）的天然含水量可达60%或更大。,含水量的变化对粘性土和粉土等细粒土的工程性质有很大影响，对砂土的工程性质稍有影响，对碎石土的工程性质没有影响。一般说来，同一类土的含水量越大，土越湿、越软，强度就越低，作为地基时的承载力越低。,天然含水量,干密度,定义：土的固体质量与土的总体积之比。计算公式：土的干密度越大，土越密实，强度就越高，水稳定性越好。干密度常用作填土密实度的施工控制指标。,单位体积内土粒的质量,饱和密度,定义：当土的孔隙中全部为水所充满，土处于饱和状态时的密度，即全部充满孔隙的水的质量与固相质量之和与土的总体积之比。计算公式：土的干重度：土的饱和重度：,有效重度,定义：扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之比（又称为浮重度）。计算公式：水的重度，工程上取10kN/m3。土的浮密度：,几个密度之间的关系：,孔隙比,定义：孔隙的体积与固相体积之比，以小数表示。计算公式：孔隙比用来评价天然土层的密实程度，或从孔隙比的变化推算土的压密程度。一般e1.0的土是疏松的高压缩性土。,孔隙率,定义：孔隙的体积与土的总体积之比，用百分数表示。计算公式：孔隙比与孔隙率的换算关系：,饱和度,定义：孔隙中水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示。计算公式：饱和度变化范围：0100%；饱和度越大，表明土孔隙中充水越多。土完全干燥时Sr=0；对于饱和土，其孔隙全部被水充填，Sr=100%。,饱和度,饱和度是反映土中孔隙被水充满程度的指标，即反映土体潮湿程度的物理指标。砂土湿度的三种状态,三相比例指标的换算,三相指标的换算关系,孔隙比,三相指标的换算关系,饱和重度,三相指标的换算关系,饱和度,三相指标的换算关系,干重度,三相指标的换算关系,孔隙率,三相指标的换算关系,有效重度,例 题1.1,某一施工现场需要填土，坑的体积为2000m3，土方来源于附近山丘开挖。经勘察，土粒相对密度为2.70，含水量为15，孔隙比为0.6。要求填土的含水量为17，干重度为17.6kN/m3，求：（1）取土场土的重度、干重度和饱和度是多少？（2）应从取土场开采多少土方？（3）碾压时应洒多少水？,第四节 粘性土的界限含水量,粘性土的状态与界限含水量,粘性土随着含水量的不同呈现如下几种物理状态：,流动状态,可塑状态,固体状态,半固体状态,含水量逐渐减少，粘滞流动的特点逐渐消失，显示出塑性，具有一定的抗剪强度。,含水量继续减少,可塑性逐渐消失，土的体积随着含水量的减少而减小。,可以塑成任何形状而不发生裂缝，在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状。,含水量很大时，土体呈现一种粘滞流动的液体的状态；抗剪强度极低。,含水量很小时,土的体积不再随着含水量的减少而减小。土呈现脆性固体的特征，能承受较大的剪切应力。,粘性土的状态与界限含水量,粘性土含水量不同时土中水的存在状态：,固体状态或半固体状态,可塑状态,流动状态,含水量,粘性土的状态与界限含水量,与含水量相关联的粘性土的宏观物理状态用稠度的概念进行表示。粘性土因含水量的不同表现出不同的稀稠、软硬状态的性质称为粘性土的稠度。土的稠度实际上反映了土中不同形态的水的含量，也反映了土颗粒之间的联结强度随着含水量的不同而发生变化的性质。,粘性土的状态与界限含水量,土从一种状态变化到另一种状态的分界点的含水量称为分界含水量，或界限含水量。（Atterberg 1911）,固态,半固态,可塑状态,流动状态,塑限,液限,缩限,含水量,wL,wp,ws,0,粘性土的状态与界限含水量,粘性土界限含水量的测定方法 液限：平衡锥式液限仪（碟式液限仪）塑限：搓条法 缩限：收缩皿法,粘性土的状态与界限含水量,粘性土液限的测定,平衡锥式液限仪,试验方法：使平衡锥在自重的作用下沉入试样，当达到规定深度时的含水量即为液限。,平衡锥质量为76g，锥角为30,粘性土的状态与界限含水量,粘性土液限的测定,沉入深度标准：GBJ 789 建筑地基基础设计规范 GB5002194 岩土工程勘察规范 GB14590 土的工程分类标准,10mm,17mm,按照两种不同标准测量得到的液限值不同,粘性土的状态与界限含水量,粘性土塑限的测定,搓 条 法,试验方法：把塑性状态的土在毛玻璃上用手搓条，在缓慢地、单方向地搓动过程中土样内的水份渐渐蒸发，如搓到土条的直径为3mm左右时断裂为若干段，则此时的含水量即为塑限。,粘性土的状态与界限含水量,公路系统的液限塑限联合测定法,光电式液塑限联合测定仪,试验方法：平衡锥质量100g，锥角30 取沉入深度20mm时的含水量为液限；用低于液限的不同含水量的土样测定沉入深度，将含水量与沉入深度的数据绘制在双对数坐标纸上，用直线外插求得沉入深度为5mm时的含水量，定义此含水量为塑限。,粘性土的状态与界限含水量,粘性土缩限的测定：收缩皿法,收缩皿：金属制成，直径4550mm，高度2030mm;试验方法：将土样的含水量调配到大于土的液限，然后分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测定干试样的质量和体积。,粘性土的状态与界限含水量,粘性土缩限的测定：收缩皿法,缩限的计算公式：,土样制备时的含水量,湿土样的体积，等于收缩皿的体积,干土样的体积,干土样的质量,粘性土的塑性指数与液性指数,可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小可以用土处在塑性状态的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。塑性指数：从液限到塑限的含水量的变化范围，即土处在可塑状态的含水量的变化范围。塑性指数用不带%的数值表示。,粘性土的塑性指数与液性指数,塑性指数的大小取决于土体吸附结合水的能力。塑性指数越大，表明土的颗粒越细，比表面积越大，土中的粘粒或亲水矿物（如蒙脱石）含量越高，土处在可塑状态的含水量的变化范围就越大。塑性指数综合反映了土的矿物成分和颗粒大小对土体亲水性质的影响，在工程上常作为对粘性土进行分类的依据。,粘性土的塑性指数与液性指数,塑性指数与粘粒含量的关系,粘性土的塑性指数与液性指数,粘性土的塑性指数与液性指数,液性指数是表示天然含水量与界限含水量之间相对关系的指标。液性指数一般用小数表示。,粘性土的塑性指数与液性指数,液性指数小于0，土处于固体状态或半固体状态。液性指数在01之间，土处于可塑状态；液性指数大于1，土处于流动状态。液性指数可用来表示粘性土的软硬状态，液性指数越大，表示土越软。,固态,半固态,可塑状态,流动状态,塑限,液限,缩限,含水量,wL,wp,ws,0,粘性土的天然稠度,NOTE：液限和塑限都是用重塑土样测定的，没有反映土体原状结构的影响。保持原状结构的土即使天然含水量大于液限（液性指数大于1），但仍具有一定的强度，并不呈现流动的性质（潜流状态）。含水量大于液限只是意味着：一旦土的天然结构遭到破坏，其强度将立即丧失而呈现出流动的性质。,粘性土状态划分（GB500212001、JTG D632007）,第五节 无粘性土的密实度,无粘性土的密实度,无粘性土一般是指碎石土和砂土。粉土属于砂土和粘性土的过渡类型，但是其物质组成、结构及物理力学性质主要接近砂土。无粘性土的密实度是判定其工程性质的重要指标，它综合反映了无粘性土颗粒的矿物组成、颗粒级配、颗粒形状和排列等因素对其工程性质的影响。,无粘性土的密实度,无粘性土的密实度对其工程性质具有重要的影响。密实的无粘性土：结构稳定，强度较高，压缩性较低，是良好的建筑物地基；松散的无粘性土：强度较低、稳定性差，压缩性大，不宜作为建筑物地基。评价无粘性土密实度的指标：孔隙比、相对密度、标准贯入击数,无粘性土的密实度,无粘性土密实度的评价方法：通过室内试验测定孔隙比，确定相对密度；标准贯入试验（原位测试）；野外观测方法（用于碎石土）。,无粘性土的密实度,砂土的相对密度 计算公式：,砂土的最大孔隙比，砂土处于最疏松状态时的孔隙比,砂土的最小孔隙比，砂土处于最紧密状态时的孔隙比,砂土的天然孔隙比,同时考虑了孔隙比和颗粒级配的影响,无粘性土的密实度,砂土的相对密度 计算公式：当砂土的天然孔隙比接近于最小孔隙比时，相对密度接近于1，表明砂土接近于最密实的状态；当砂土的天然孔隙比接近于最大孔隙比时，相对密度接近于0，表明砂土接近于最松散的状态。,砂土密实度划分标准,无粘性土的密实度,砂土相对密度的试验测定：通过室内试验测定砂土的最大和最小干密度，由此计算砂土的最小和最大孔隙比，从而确定砂土的相对密度。砂土最小干密度试验：松散落砂法 砂土最大干密度试验：振动锤击法,无粘性土的密实度,松散落砂法,令砂土以尽可能松散的状态落入量筒，以获得其最松散的状态，从而求得砂土的最小干密度。,无粘性土的密实度,振动锤击法,将砂土试样分3次装入金属圆筒，用振动叉敲击圆筒两侧，同时用击锤锤击试样表面，以获得试样最致密的状态，从而求得砂土的最大干密度。,振动叉,击 锤,无粘性土的密实度,无粘性土密实度分类：,在工程实践中通常采用标准贯入试验来划分砂土的密实度。用规定的锤重（63.5kg）和落距（76cm）把标准贯入器打入土中，记录贯入一定深度（30cm）所需的锤击数N值。标准贯入试验的贯入锤击数反映了土层的松密和软硬程度。,标准贯入试验设备,标准贯入器外径50mm内径35mm,穿心锤,砂土密实度分类（GB 50021-2001）,无粘性土的密实度,碎石土密实度分类：粉土密实度分类：根据孔隙比e进行划分。,根据平均粒径与最大粒径的情况，按照重型动力触探锤击数N63.5，超重型动力触探锤击数N120或野外观察鉴别的方法进行密实度分类。,无粘性土的密实度,粉土密实度分类（GB 50021-2001）,第六节 土的工程分类,土的工程分类,土的工程分类是岩土工程勘测与设计的前提，是岩土工程勘察评价的基本内容。土的工程分类的目的：把不同的土分别安排到各个具有相近性质的组合中去，使人们有可能根据同类土已知的性质去评价其使用性能，或为工程师提供一个可供采用的描述与评价土的方法。,土的工程分类,土的工程分类的作用：只能提供一些最基本的信息，指导工程师选择合适的勘察方法与试验方法，明确评价的重点，建议必要的施工措施，但分类不能代替试验和评价。土的工程分类的原则：遵循同类土的工程性质最大程度相似和异类土的工程性质显著差异的原则来选择分类指标和确定分类界限。不同行业有不同的土的分类体系。,土的工程分类,碎石土分类碎石土是指粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50的土。碎石土按颗粒级配和颗粒形状可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。,土的工程分类,碎石土分类（GB50021-2001，JTG D63-2007）,土的工程分类,砂土分类砂土是指粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50，且粒径大于0.075mm的颗粒质量超过总质量的50的土。砂土按颗粒级配可进一步划分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。,土的工程分类,砂土分类（GB50021-2001，JTG D63-2007）,土的工程分类,细粒土分类粒径大于0.075mm的颗粒质量不超过总质量的50的土属于细粒土。细粒土按照塑性指数可划分为粉土和粘性土两大类，粘性土可进一步划分为粉质粘土和粘土两个亚类。,土的工程分类,细粒土分类（GB50021-2001，JTG D63-2007）,土的工程分类,粉土的划分（DGJ 08-11-1999）,土的工程分类,塑性图分类法A线：区分粘土和粉土B线：区分高液限土和低液限土公路土工试验规程（JTG E40-2007）,土的工程分类,土的工程分类标准（GB/T 50145-2007）和公路土工试验规程（JTG E40-2007）将土分为巨粒土、粗粒土、细粒土三大类。巨粒土巨粒含量超过15；粗粒土巨粒含量少于或等于15，且巨粒含量与粗粒含量之和超过50%；细粒土细粒含量多于或等于50%。,例 题 1.2,某地基土试验中，测得土的干重度d=15.7kN/m3，含水量w=19.3%，土粒相对密度ds=2.71。液限wL=28.3%，塑限wp=16.7%。求：（1）该土的孔隙比e、孔隙率n及饱和度Sr；（2）该土的塑性指数Ip、液性指数IL，并定出该土的名称及状态。,