无粘性土的相对密实度和粘性土的稠度及土的压实性

2018/9/16,土力学讲座系列四,1,无粘性土的相对密实度和 粘性土的稠度及土的压实性,西南交大峨眉校区土木系土力学课程组,2018/9/16,土力学讲座系列四,2,无粘性土的相对密实度,对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。 土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好； 土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。 描述土的松紧程度的指标有干密度和孔隙比，密实度在一定程度上可用其孔隙比来反映,2018/9/16,土力学讲座系列四,3,无粘性土的相对密实度,无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、形状和级配的影响很大。因此即便两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状态。 在工程上一般用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度。它是用无粘性土自身最松和最密两种极限状态作为判别的基准。,2018/9/16,土力学讲座系列四,4,相对密实度Dr,定义（理论表达式）,定义（实用表达式）,emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算,emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算,e0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比,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,2018/9/16,土力学讲座系列四,5,相对密实度Dr,无粘性土处于最密实的状态,无粘性土处于最紧密的状态,在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：,疏松,中密,密实,2018/9/16,土力学讲座系列四,6,粘性土的稠度,定义： 指粘性土在某一含水率下对外界引起的变形或破坏的抵抗能力，是粘性土最主要的物理状态指标。,2018/9/16,土力学讲座系列四,7,粘性土的稠度,2018/9/16,土力学讲座系列四,8,粘性土的稠度,流动状态,可塑状态,固体状态,半固体状态,刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动,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,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,体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡,2018/9/16,土力学讲座系列四,9,粘性土的稠度,粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某一界限含水率来区分，稠度界限（阿太堡）Atterberg界限,定义：,2018/9/16,土力学讲座系列四,10,粘性土的稠度,液限 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 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 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。,2018/9/16,土力学讲座系列四,11,粘性土的稠度,粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的试验方法测定这些界限含水率。,2018/9/16,土力学讲座系列四,12,塑限测定方法：,搓滚法和液塑限联合测定法,2018/9/16,土力学讲座系列四,13,塑限测定方法：,搓滚法：调制均匀的湿图样，在毛玻璃上搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻恰好出现裂缝，就把土条的含水率定为塑限 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。,2018/9/16,土力学讲座系列四,14,液限测定方法：,液塑限联合测定法： 土工试验方法标准（GB/T50123-1999）规定入土深度恰好为17毫米所对应的含水率为17毫米液限，入土深度恰好为10毫米所对应的含水率为10毫米液限。,液塑限联合测定法和碟式仪法,2018/9/16,土力学讲座系列四,15,液限测定方法：,2018/9/16,土力学讲座系列四,16,液限测定方法：,2018/9/16,土力学讲座系列四,17,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,2018/9/16,土力学讲座系列四,18,塑性指数,液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）成为塑性指数,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,2018/9/16,土力学讲座系列四,19,液性指数,粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样的状态，与无粘性土的相对密实度相似，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。,2018/9/16,土力学讲座系列四,20,判定,土处于坚硬状态,土处于可塑状态,土处于流动状态,2018/9/16,土力学讲座系列四,21,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。,2018/9/16,土力学讲座系列四,22,土的压实性,人们很早就用土作为建筑材料，而且知道要把松土击实。公元前200多年，我国秦朝修筑驰实（行车大道），就有用“铁锥筑土坚实”的记载，说明那时人们已经认识到土的密度和土的工程特性有关。,2018/9/16,土力学讲座系列四,23,土的压实性,土的压实性指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀性。填土的密实度常以其干密度来表示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验进行的。,2018/9/16,土力学讲座系列四,24,击实试验,轻型：粒径小于5毫米,重型：粒径小于40毫米,25下，分三层击实,56下，分5层击实,2018/9/16,土力学讲座系列四,25,击实仪,2018/9/16,土力学讲座系列四,26,影响土的压实性的因素,含水率的影响 对同一种土料，分别在不同的含水率下，用同一击数将他们分层击实，测定土样的含水率和密度，然后以含水率为横坐标，干密度为纵坐标，绘制击实曲线。 从图中可以看出，当含水率较小时，土的干密度随着含水率的增加而增大，而当干密度增加到某一值后，含水率继续增加反而使干密度减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，此时对应的含水率称为最优含水率。,2018/9/16,土力学讲座系列四,27,影响土的压实性的因素,击实功能的影响 实验室中的击实功能是用击数来反映的，对同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密度也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到的最大干密度也大，最优含水率小 用同一种土料在不同含水率下分别用不同的击数进行击实试验，就能得到一组随击数而异的含水率与干密度关系曲线。,2018/9/16,土力学讲座系列四,28,影响土的压实性的因素,1、土料的最大干密度和最优含水率不是常数。最大干密度随击数的增加而逐渐增大，最优含水率则逐渐减小。但是这种增大或减小的速率是递减的，因而光靠增加击实功能来提高土的干密度是有一定限度的。,2、含水率较低时击数的影响显著。当含水率较高时，含水率与干密度的关系曲线趋近于饱和线，也就是说，这时提高击实功能是无效的。填料的含水率过高和过低都是不利的，过高恶化土体的力学性质，过低则填土遇水后容易引起湿陷。,2018/9/16,土力学讲座系列四,29,影响土的压实性的因素,土类和级配的影响 同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指数越大，越难于压实 对于无粘性土，含水率对压实性的影响没有像粘性土那么敏感，其击实曲线与粘性土是不同的，在含水率较大时得到较高的干密度。因此在无粘性土的实际填筑中，同时需要不断洒水使其在较高含水率下压实。无粘性土的填筑标准，通常是用相对密实度来控制的，一般不进行击实试验 级配良好的土易于压实，反之则不易压实,2018/9/16,土力学讲座系列四,30,影响土的压实性的因素,粗粒含量的影响 由于击实仪尺寸的限制，实际试验中可能剔除超出粒径的部分，然后进行试验。这样测得的最大干密度和最有含水率与实际土料在相同击实功能下的最大干密度和最有含水率不同。对于轻型击实试验，可按下式修正,