2土的物理性质及分类.docx
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第 2 章 土的物理性质及分类2.1 概 述土是土粒（固体相），水（液体相）和空气（气体相）三者所组成的；土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质土的物理性质指标，可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水量，密度和土粒比重；另一类是可以根据试验测定的指标换算的；如孔隙比，孔隙率和饱和度等2.2 土的三相比例指标反映着土的物理状态,如干湿软硬松密等表示土的三相组成比例关系的指标,统称为土的三 相比例指标一、土的三相图质量m 体积V土的三相图【注意】土的三相图只是理想化地把土体中的三相分开，并不表示实际土体三相所占的比例二、指标的定义 1．三项基本物理性质指标土的物理性质指标中有三个基本指标可直接通过土工试验测定,亦称直接测定指标①土的密度P ——土单位体积的质量（单位为g / cm3或t / m3）Y = Pg试验测定方法：环刀法 一般粘性土 P =1.8〜2.0 g / cm3 ；砂土 p =1.6〜2.0 g / cm3 ；腐殖土 P =1.5〜1.7 g / cm3 ；② 土粒比重（土粒相对密度） G ——土粒的质量与同体积 4oC 纯水的质量之比。
s小 m 1 pG = —4 x — i，无量纲s V p ps w1 w1p ——土粒密度（ g /cm3 ）sp 纯水在4oC时的密度（单位体积的重量），等于lg /cm3或It/m3w1试验测定方法：比重瓶法 实际上：土粒比重在数值上等于土粒密度，前者无因次同一类土，其比重变化幅度很小，通常 可按经验数值选用土粒比重参考值土的名称砂 土粉 土粘 性 土粉质粘土:粘 土土粒比重2.65—2, 692. 70—2. 712. 72〜2. 732.74—2.76【课堂讨论】相对密度（比重）与天然密度（重度）的区别注意：从公式可以看出，对于同一种土，在不同的状态（重度、含水量）下，其比重不变；③土的含水量®——土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示：w — 100%ms一般：同一类土，当其含水量增大时，其强度就降低试验测定方法：烘干法（湿，干土质量之差与干土质量的比值）【讨论】含水量能否超过100％？——从公式可以看出，含水量可以超出100％2．特殊条件下土的密度① 饱和密度和饱和重度饱和密度p t——（土孔隙中充满水时的单位体积质量）土体中孔隙完全被水充满时的 sat,,,宀宀 m + V p .,土的密度：p —1 v w。
（ p — p — lg /cm3）sat V w w1饱和重度：丫 = p g （kN/m3）sat sat② 干密度和干重度m干密度 单位体积中土粒的质量：pd — ~V^，（kg/m3, g/cm3）干重度 单位体积中土粒的重量：yd =pdg，（kN/m3）在工程上常把干密度作为评定土体密实程度的指标，以控制填土工程的施工质量③ 有效重度（浮重度）——单位土体积中土粒的质量扣除同体积水的质量即为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度P'pj.m g — V 1 / 、Y'= s s d, （kN/m3）V同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系：sat> 1'satj1 ＋13．描述土的孔隙体积相对含量的指标测出上述三个基本试验指标后，就可根据三相图，计算出三相组成各自的体积上和质量上的 含量，并由此确定其它的物理性质指标，即导出指标V① 孔隙比一一土中孔隙体积与土粒体积之比，用小数表示：e = VvVs孔隙比是评价土的密实程度的重要物理性质指标天然状态下土的孔隙比称为天然孔隙比，它是一个重要的物理性指标，可以用来评价天然 土层的密度程度一般e< 0.6的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土是疏松的高压缩性土。
V② 孔隙率一一土中孔隙体积与土的总体积之比，以百分数表示：n =亠100%V孔隙率亦可用来表示同一种土的松、密程度一般粘性土的孔隙率为30〜60%，无粘性土为25〜45%③ 饱和度一一土中所含水分的体积与孔隙体积之比（以百分率计），饱和度可描述土体中孔隙被水充满的程度：S 100%rV显然，干土的饱和度S =0,当土被完全饱和状态时S =100%砂土根据饱和度可划分为vr很湿，S >80% 饱和rr下列三种湿润状态：S <50% 稍湿，50%VS <80% rr讨论】孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过1 或100%？三、指标的换算已知： p( 1)， d s ， dse， n， Sr， psat气T a二-一-工三==1S（Ysat），Pd（Yd），厂等的表达式推导间接指标的关键在于：熟悉各个指标的定义及其表达式，能熟练利用土的三相简图令 p = P , V = 1w1 w s则 V = e , V = 1 + e , m = G V p = G p , m = wm = wG p ,v s s s w s w w s s wm = (1 + w)G psw推导：_ m (1 + w)G pp= = s——wV 1 + em G p pp = —s = s——w =d V 1 + e 1 + wa）（b）由（b）式,G p [ (1 + w)G pe =——s—w — 1 = s—wppd—1G p + ep s w w1 + e(G + e) p s w1 + em — (V — V ) p s v w-Vm + V p 一 Vp s v w w-V=p —ps a t w(G — 1) ps w1 + eVeV=ireV m wG p wGS = —w = w— = s w = sr V V p V p e v v w v w注意：此时e已是“已知”的指标。
根据各间接指标的定义，利用三相简图可求得:YsatG re17 e几n=1－pd—G ps O土的三相比例指标换算化式一并列于下表本次课小结】1．各指标的定义；2．利用三相图进行指标间的相互换算复习思考】1．在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？用何方法？2.在三相比例指标中，哪些指标的数值可以大于1，哪些不行？ ［例题］1.某土样重180g，饱和度S =90%，土粒比重G二2.7，烘干后重135g，试计算土样的天然重度和孔隙比解：o Ge 二 *Srm 180 - 135W =——w =m 135sr = 10.0kN / m 3wm (1 + o)G rr = pg=Vg = -法二：m m + mr 二 Pg 二 v g 二 ws—s w g+ V + V 'vg = 10m / s 2m 二 180 -135w二 135 gmV =——s = s s P G ・ps s w1m= wPwVV = —wvSrVe = —wVs2.3粘性土的物理特征一、粘性土的可塑性及界限含水量粘性土由于含水量的不同，分为固态、半固态、可塑状态和流动状态，这即是粘性土的稠度状态界限含水量——粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，也即各稠度状态间的临界 含水量，以百分数表示。
可塑性——当粘性土在某含水量范围内，用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当处力移去 后仍能保持形状的性能固体状态——半固体状态——可塑状态——流动状态液限一土由可塑状态到流动状态的界限含水量称为，用® i表示，我国采用锥式液限仪来测定其工作过程是：将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将76 克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm 深度，这时杯内土样的含水量就是液限①值为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放l锥的方法塑限一一土由半固态到可塑状态的界限含水量，用«表示，用"搓条法"测定即用双手将p天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于10mm）,放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土条， 用力均匀，搓到土条直径为3mm,出现裂纹，自然断开，这时土条的含水量就是塑限① 值p缩限一一土由半固体状态不断蒸发水分到体积不再缩小时土的界限含水量，用①表示s注意：塑限、液限、缩限是一个含水量二、粘性土的可塑性指标 粘性土可塑性指标除了塑限、液限、缩限外，还有塑性指数和液性指数等指标① 塑性指数一一指液限和塑限的差值（省去％号），即土处在可塑状态的含水量变化范围，用Ip表示。
1=①一① 注意：计算时含水量要去百分号p l p结论：塑性指数表示土处在可塑状态的含水量变化范围, 显然，塑性指数愈大，土处于可塑状态的含水量范围也愈大塑性指数的大小与土中结合水的可能含量有关，土中结合水的含量与土的名称.,粉质粘上粘 土塑性指数10VpW17Ip>17粘性土按塑性指数分类注：.确定"时，液限以76克圆锥仪沉入土样中深度10mm为准土的颗粒组成、矿物组成以及土中水的离子成分和浓度等因素有关其值的大小取决于土颗粒吸 附结合水的能力,亦即与土中粘粒含量有关粘粒含量越多,土的比表面积越大,塑性指数就越高应用：根据其值大小对粘性土进行分类② 液性指数一一粘性土的天然含水量和塑限的差 值与塑性指数之比用「表示Il值愈大，土质愈软；反之，土质愈硬p =pL I P& 一①LPY ①） I < 0坚硬状态pL0 < I < 1可塑状态L》①） I > 1流动状态LL用途：根据其值大小判定土的软硬状态粘性土的状态（GB50007）蚊 态坚 硬硬 塑可 塑软 塑流 蹩戏性指数0 因此，保持天然结构的原状土，在其含水量达到液限以后，并不处于流动状 态三、粘性土的结构性和触变性1．结构性结构性——指天然土的结构受到扰动影响而改变的特性一般用灵敏度衡量当土受到扰动 时，土的平衡体系破坏，土的强度降低和压缩性增大灵敏度——以原状土的强度与该土经重塑（土的结构性彻底破坏）后的强度之比来表示重 塑试样与原状试样具有相同的尺寸、密度和含水量对于饱和粘性土的灵敏度S可按下式计算：tuuq ——原状试样的无侧限抗压强度，kPa; qu ——重塑试样的无侧限抗压强度，kPa根据灵敏度将饱和粘性。
