土力学与基础工程 教学课件 ppt 作者 代国忠 第2章 土的物理性质与工程分类(3)

1、2.5 土的物理状态指标,土的物理状态 粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态,土的物理性质指标 (三相间的比例关系),力学特性,影响,表示,emax与emin ：最大与最小孔隙比,2.5.1 无粘性土的物理状态指标,密实度,如何衡量?,单位体积中固体颗粒含量的多少,优点：简单方便,缺点：不能反映级配的影响 只能用于同一种土,对策,相对密度,孔隙比e或孔隙率n,emin = 0.35,emin = 0.20,emax: 最大孔隙比；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,emin: 最小孔隙比；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，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比,emax与emin ：最大与最小孔隙比,注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难,粗粒土的密实状态指标,判别标准： Dr = 1 , 最密状态 Dr = 0 , 最松状态 Dr 1/3 , 疏松状态 1/3 2/3 , 密实状态,相对密度,【例3】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量w=9.43%,天然密

2、度=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态,【解答】,砂土在天然状态下的孔隙比,砂土最小孔隙比,砂土最大孔隙比,相对密实度,（1/3,2/3,中密状态,2.5.2 粘性土的物理状态指标,也称稠度状态,稠度状态与含水量有关,粘性土,含水量,较硬,变软,流动,塑限wp,稠度界限,粘性土的稠度反映土中水的形态,固态或半固态,塑态,流态,强结合水膜最大,出现自由水,强结合水,弱结合水,自由水,稠度状态,含水量,土中水的形态,w（%）,半固态与固态之间的分界含水率。到固态后 体积不再收缩而得名。,液限,1液限、塑限和缩限,吸附结合水的能力；粘性大小；大致反映粘土颗粒含量,1）塑性指数,常作为细粒土工程分类的依据,缺点 不能充分反映粘土颗粒含量,不同的粘土矿物结合水的能力不同,活性指数,p0.002: 粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比,A 1.25,非活性粘土 正常粘土 活性粘土,2塑性指数、液性指数,相对稠度,对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同

3、,液性指数,不同的粘土，wp、wL 大小不同,定义：,wp,w,wl,IL1,坚硬状态 可塑状态 流 态,0.00 0.25 0.25 - 0.75 0.75 1.00,硬塑 可塑 软塑,2）液性指数,1) 粘性土的灵敏度 St,=,原状土,结构性,相同含水量 密度,粉碎 重塑,重塑土,强度降低,St 1 1-2 2-4 4-8 8-16 16,粘性土 不灵敏 低灵敏 中等灵敏 灵敏 很灵敏 流动,3. 土的灵敏度和触变性,含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。 土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。 目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。,2) 粘性土的触变性,粗粒土的密实状态指标: 相对密度Dr,小结,2.5 物理状态指标,细粒土的稠度状态指标: 液性指数IL,引入 定义 判别标准,稠度界限,稠度状态,含水量,土中水的形态,塑性指数,液性指数,引入 定义 判别标准,反映粘性土结构性的指标:1)灵敏度;2)触变性.,压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩

4、性和渗透性,压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性,研究击实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度,击实方法：,室内击实试验 现场试验: 夯打、振动、碾压,2.6 土的压实性,一. 室内击实试验,二. 细粒土的压实性,三. 粗粒土的压实性,2.6 土的压实性,一. 室内击实试验,试验设备 击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿 试验条件 土样分层n=3层；落高d=30cm；击数N=27/层 击实能量,试验方法 对w=cosnst的土；分三层压实； 测定击实后的w、，算定d,注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪,2.6 土的压实性,二. 细粒土的压实性,1.击实曲线,2.理论分析,3.影响因素,4.压实标准,2.6 土的压实性,1.击实曲线,特点： 具有峰值 位于饱和曲线之下,粘性土渗透系数很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的。,0 4 8 12 16 20 24 28 含水量w(%),饱和曲线,dmax=1.86,wop=12.1,二. 细粒土的压实性,最大干密度 最优含水量,2.6 土的压实性,2. 理论分析,压实机理：,

5、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; 空气被挤出或被压缩等,颗粒表面水膜很薄，相对移动困难,水膜润滑作用不明显; 封闭气泡难以排出; 增加水的相对含量,w wop, d dmax,w wop , d dmax,w wop , d dmax,二. 细粒土的压实性,2.6 土的压实性,3. 影响因素,a. 击实功能,b. 土的级配,c. 击实方式 夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适,二. 细粒土的压实性,2.6 土的压实性,4. 压实标准,粘性土存在最优含水量wop，在填土施工中应该将土料的含水量控制在wop左右，以期得到dmax。 在wop的干侧：常具有凝聚结构。土质比较均匀，强度较高，较脆硬，不易压密；但浸水时易产生附加沉降。 在wop的湿侧：常具有分散结构。土体可塑性大，适应变形的能力强；但强度较低，具有各向异性。 在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水量，选定合适的含水量，一般要求为：,b. 工程上常采用压实度Dc 控制（作为填方密度控制标准）,、级土石坝 Dc9598% 级土石坝 Dc9295%,二. 细粒土的压实性,不存在最优含

6、水量； 在完全风干和饱和两种状态 下易于击实； 潮湿状态下d明显降低。,三. 粗粒土的压实性,1.击实曲线,特点,2. 理论分析,对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。 在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。,3. 压实标准,常用相对密度控制 Dr0.70.75 施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和,2.6 土的压实性,小结,一. 室内击实试验,二. 细粒土的压实性,三. 粗粒土的压实性,1.击实曲线,2.理论分析,3.影响因素,4.压实标准,1.击实曲线,2.理论分析,3.压实标准,2.6 土的压实性,目的：,依据：,2.7 岩土的工程分类,便于研究及应用,能反映土的物理力学性质,土的组成 土的状态 土的结构,2.7.1 按现行规范进行岩土的分类,目前，建筑地基基础设计规范GB50007-2002、岩土工程勘察规范GB50021-2001和公路桥涵地基与基础设计规范JTJ D063-2007对岩土的分类标准是相同的。该分类体系的主要特点是，在考虑划分标准时，注重土的天然结构特性和强度，并始终与土的主要工程特性变形和强度特征紧密联系。 因此，该分类标

7、准既考虑了按沉积年代和地质成因的划分，同时又将某些特殊形成条件和特殊工程性质的区域性特殊土与普通土区别开来。 地基土按沉积年代可划分为： 老沉积土：第四纪晚更新世Q3及其以前沉积的土，一般呈超固结状态，具有较高的结构强度； 新近沉积土：第四纪全新世近期沉积的土，一般呈欠固结状态，结构强度较低。 根据地质成因土可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积淤积土、风积土和冰积土。作为建筑地基的岩土可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土和特殊土。,1. 岩石,岩石为颗粒间牢固粘结，呈整体或具有节理裂隙的岩体称为岩石，岩石的坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度fr分类：,2. 碎石土 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50的土称为碎石土。 根据颗粒级配和颗粒性质分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。,3. 砂土 粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50，且粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50的土称为砂土。根据颗粒级配分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。,4. 粉土 粉土也称为粉性土，粉土是介于砂土和粘性土之间，塑性指数 Ip10，粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重5

8、0的土。根据粉粒、粘粒、砂粒之间含量的分配情况，细分为粘质粉土、砂质粉土和粉土。,5.粘性土 粘性土是指塑性指数 Ip10的土。根据塑性指数又可分为粉质粘土和粘土。Ip17 粘土；10 Ip 17 粉质粘土。 在静水或缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限、天然孔隙比e1.5的粘性土称为淤泥。当天然含水量大于液限而1.5e1.0的粘性土或粉土为淤泥质土。 6. 人工填土 由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成分较杂乱，均匀性较差，根据其物质组成和成因，可分为素填土、压实填土、杂填土和冲填土。 7. 特殊土 在一定区域分布，具有特殊成分，状态和结构特征的土称为特殊土，它分为湿陷性土、红粘土、软土（包括淤泥、淤泥质土、泥炭质土、泥炭等）、混合土、填土、冻土、膨胀岩土、盐渍岩土、风化岩与残积土、污染土，详见岩土工程勘察规范。,【例4】某砂样，经筛分析试验，得各粒组含量百分比如下图，按地基规范分类法定名。,5.0,d,0.075,0.25,0.5,2.0,14,16,14,26,22,8,%,【解答】,1。d0.075mm占86%50%,可定名为粉砂； 2。d

9、0.075mm占86%85%,可定名为细砂； 3。d0.25mm占70%50%,可定名为中砂； 4。d0.5mm占56%50%,可定名为粗砂； 5。d2.0mm占30%，在25%-50%之间,可定名为砾砂； 最后只能定名为砾砂,【例5】下图为某三种土A、B、C的颗粒级配曲线,试按地基规范分类法确定三种土的名称,【解答】,A土:从A土级配曲线查得,粒径小于2mm的占总土质量的67%、粒径小于0.075mm占总土质量的21%,满足粒径大于2mm的不超过50%,粒径大于0.075mm的超过50%的要求,该土属于砂土； 又由于粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大于2mm占总土质量25%50%的要求,故此土应命名为砾砂,B土:粒径大于2mm的没有,粒径大于0.075mm占总土质量的52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为粉砂,C土:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于20mm的占总土质量的13%,按碎石土分类表可得,该土应命名为圆砾或角砾,土中粒径小于0.075mm的细粒含量多于或等于50%，且粗粒含量少于25%的土属于细粒土。,高液限粘土,细粒土按塑性图进行细分,高液限粉土,低液限粘土,低液限粉土,高液限有机质粘土,2.7.2 细粒土塑性图分类,土力学与其他力学相比，其主要的特点是：力作用的对象是一种性质十分复杂的土体。建筑物的荷载施加到地基土上后，土体的变形性状和强度性状都与土的特性有关。 土的物理性质及土的工程分类是研究土的基本性质的基础。在进行土力学计算及处理地基基础问题时，不仅要知道土的物理性质特征及其变化规律，了解各类土的特性，还必须熟练掌握反映土三相组成比例和状态各指标的定义，土的物理状态指标试验和计算公式，以及按土的有关特征和指标进行岩土的工程分类。,本章小结,

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