土力学第一章土的物理性质与工程分类课件.ppt

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1、张张 丙丙 印印土力学土力学1 1之第一章之第一章土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类清华大学土木水利学院清华大学土木水利学院 岩岩 土土 工工 程程 研研 究究 所所 本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习要点学习要点第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 对土的特点进行详细解释对土的特点进行详细解释 对土的组成和状态进行定量描述对土的组成和状态进行定量描述 内容琐碎、零散内容琐碎、零散 理清各节间联系理清各节间联系 理清各节内层次理清各节内层次 注意物理概念的把握注意物理概念的把握第一章：本章概要第一章：本章概要 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山3渗透特性

2、变形特性强度特性土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的物理状态土的结构土的结构土的形成过程土的形成过程土的工程分类：便于研究和应用土的工程分类：便于研究和应用土的压实性：如何获得较好的土土的压实性：如何获得较好的土决定决定第一章：本章概要第一章：本章概要 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山41-11-21-31-51-61-4（假定两种土的活性指数相同）（假定两种土的活性指数相同）1-81-91-101-12第一章：本章概要第一章：本章概要 第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的

3、物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山6土的形成土的形成土土岩石岩石风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积地质成岩作用地质成岩作用土的组成、结构土的组成、结构和物理力学性质和物理力学性质过程、条件过程、条件1.1 1.1 土的形成土的形成智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山7土的形成与风化作用土的形成与风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动岩石和土的粗颗粒受各种气岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生

4、裂缝,或在运动过或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化矿物成分与母岩相同，称矿物成分与母岩相同，称原生矿物原生矿物产生无黏性土产生无黏性土1.1 1.1 土的形成土的形成智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山8母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化矿物成分与母岩不同，称矿物成分与母岩不同，称次生矿物次生矿物形成十分细微的土颗粒，最形成十分细微的土颗粒，最主要为黏性颗粒及可溶盐类主要为黏性颗粒及可

5、溶盐类土的形成与风化作用土的形成与风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动1.1 1.1 土的形成土的形成智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山9包括植物、动物和土壤微包括植物、动物和土壤微生物的作用生物的作用可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化构成土中有机质和营养物构成土中有机质和营养物质的生物循环质的生物循环导致腐殖质的形成，改变导致腐殖质的形成，改变土壤的结构土壤的结构土的形成与风化作用土的形成与风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物活动生物活动1.1 1.1 土的形成土的形成智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山10 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积

6、土 有搬运有搬运搬运与沉积搬运与沉积母岩表层经风化作用破碎成岩母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物留在原地的堆积物 残积土残积土 强风化强风化 弱风化弱风化 微风化微风化 母岩体母岩体 颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗细不均粗细不均 无明显层理无明显层理1.1 1.1 土的形成土的形成智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山11搬运与沉积搬运与沉积 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积土 有搬运有搬运风化所形成的土颗粒，受自然力的风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物的堆

7、积物坡积土坡积土：土粒粗细不同，性质不均土粒粗细不同，性质不均洪积土洪积土：有分选性，近粗远细有分选性，近粗远细冲积土冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭湖泊湖泊沼泽沉积土：沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差海相沉积海相沉积物：物：颗粒细，表层松软，土性差颗粒细，表层松软，土性差冰冰积土：积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗细变化较大，性质不均匀风积土风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理1.1 1.1 土的形成土的形成智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山12第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1

8、 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山13土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用土中水土中水 液相液相 重要影响重要影响土体的三相构成土体的三相构成饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均

9、存在1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山14固体固体颗粒颗粒粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状土的物土的物理状态力理状态力学特性学特性固体颗粒三要素固体颗粒三要素1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成固体固体颗粒颗粒 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山15固体颗粒固体颗粒 -颗粒大小颗粒大小粒组：粒组：按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒黏粒黏粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗

10、粒土：粗粒土：以砾石和砂粒为主要组成的土，也称以砾石和砂粒为主要组成的土，也称无黏性土无黏性土细粒土：细粒土：以粉粒以粉粒、黏粒、黏粒和胶粒为主要组成的土，也和胶粒为主要组成的土，也称称黏性土黏性土巨粒巨粒601.2 1.2 土土的三相组成的三相组成固体固体颗粒颗粒 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山16固体颗粒固体颗粒 -粒径级配粒径级配F 粒径级配：粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分各粒组的相对含量，用质量百分 数来表示数来表示F 分析方法：分析方法：筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子孔径大小不同的筛子 水分法：适用于细粒土水分法：适用于细粒土 常采用比重计法

11、常采用比重计法F 表述方法表述方法:粒径级配累积曲线粒径级配累积曲线1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成固体固体颗粒颗粒 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山17固体颗粒固体颗粒 -粒径级配粒径级配筛分法筛分法适合适合于于粗粒径粗粒径（d 0.075mm）密度计法密度计法适合于细粒径适合于细粒径（d3 或或 Cc1为级配不连续土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc 用于判定土的用于判定土的级配优劣级配优劣：Cu 5且且 Cc=13为级配良好的土；如果为级配良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特

12、性完全不能移动，具有固体的特性 温度略高于温度略高于100 C时可蒸发时可蒸发F弱结合水弱结合水 受电场引力作用，受电场引力作用，为黏滞为黏滞水膜水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有黏滞性不因重力而流动，有黏滞性 是黏性土表现出是黏性土表现出可塑性可塑性的原因的原因黏土黏土颗粒颗粒-+引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水土中水土中水 结合水结合水n结合水：结合水：受颗粒表面电场作用力吸受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水力，不能任意流动的水1.2 1.2 土

13、土的三相组成的三相组成土土中水中水智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山34-毛细水：毛细水：由于土体孔隙的毛由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的细作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和水。毛细水承受表面张力和重力的作用重力的作用-重力水：重力水：自由水面以下的孔自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可隙自由水，在重力作用下可在土中自由流动在土中自由流动土中水土中水 自由水自由水n自由水：自由水：不受颗粒电场引不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成土土中水中水智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山35生活在水面收缩膜生

14、活在水面收缩膜顶面和地面的昆虫顶面和地面的昆虫收缩膜收缩膜内压内压 外压外压液体液体1液体液体2界面张力界面张力 界面张力界面张力水黾水黾 1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成土土中水中水智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山36毛管中的界面效应毛管中的界面效应Tdk w空气空气固体固体 =湿润角湿润角水水T=界面张力界面张力dk=毛管直径毛管直径ua-uwua-uw=压力差压力差毛细吸水现象毛细吸水现象澳洲蜥蜴录像澳洲蜥蜴录像1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成土土中水中水智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山37毛毛细细管管hc土中毛细水上升高度土中毛细水上升高度T2r上升高度上升高度 r

15、2hc w=2 rTcos F 毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比黏土黏土粉土粉土砂土砂土砾石砾石1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成土土中水中水智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山38张力张力TTuc 水水hc2ruc=-hc w水压水压+-TT则毛细压力：则毛细压力：2rTcos+ucr2 =0毛细管中的毛细管中的负静水压力负静水压力毛细水压力毛细水压力1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成土土中水中水智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山39土颗粒缝隙处的弯液面土颗粒缝隙处的弯液面r弯液面弯液面F在非饱和土中，孔隙中含在非饱和土中，孔隙中含有水和气，此时水多集中有水和气，此时水多集

16、中于颗粒间的缝隙处，称毛于颗粒间的缝隙处，称毛细角边水。细角边水。F由于毛细张力的作用，会由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，形成如图所示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，使毛细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。颗粒则受正压力。F这是稍湿的砂土颗粒间存这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因在假凝聚力的原因1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成土土中水中水智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山40气相气相 -土中气土中气F自由气体：自由气体：与大气连通的气体对土的性与大气连通的气体对土的性质影响不大质影响不大F封闭气体：封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体被土颗粒和水封闭的气体其体积与压力有关

17、。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体1.2 1.2 土土的三相组成的三相组成土中气土中气智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山41土体有三个组成部分：土体有三个组成部分：固相固相、液相液相和和气相气相 小小 结结F固体颗粒固体颗粒F土中水土中水F土中气体土中气体粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状结合水结合水 ：强结合水、弱结合水：强结合水、弱结合水 自由水自由水 ：重力水、毛细水：重力水、毛细水自由气体自由气体封闭气体封闭气体1.2 1.2

18、土土的三相组成的三相组成小结小结智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山42第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山43土的物理状态土的物理状态土的物理土的物理状态指标状态指标粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度黏性黏性土的软硬状态土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)1.3 1.3 土

19、的物理状态土的物理状态土的性质不仅决土的性质不仅决定于三相组成的定于三相组成的性质，而且三相性质，而且三相间量的比例关系间量的比例关系也是很重要的影也是很重要的影响因素响因素表表示示智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山44物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系土的物理土的物理性质指标性质指标 特点特点:指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多 要点要点：名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别 基本方法基本方法:定义定义三相草图法三相草

20、图法1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山45空气空气 Air三三 相相 草草 图图水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山46三三 相相 草草 图图九个物理量九个物理量:V Vv Vs Va Vw ms m w ma m物性指标是比物性指标是比例关系例关系:可假设可假设任一参数为任一参数为1物理量关系物理量关系:空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积三

21、个独立变量，三个独立变量，干土或饱和土二干土或饱和土二个独立变量个独立变量其它指标：其它指标：三相草图法计算三相草图法计算实验室实验室测定测定1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山47基本物理性质试验基本物理性质试验为了确定三相草图诸量中的三个量，通为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：常进行三个基本的物理性质试验：F 土的密度试验土的密度试验F 土粒比重试验土粒比重试验F 土的含水量试验土的含水量试验1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山48定

22、义：土单位体积的质量定义：土单位体积的质量表达式：表达式：单单 位位:kg/m3 或或 g/cm3一般范围一般范围:1.602.20 g/cm3n 土的密度土的密度 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积 相关指标相关指标:土的重度土的重度 =g 单位单位:kN/m3 工程上更常用工程上更常用,用于计算土的用于计算土的自重应力自重应力基本试验指标基本试验指标-土的密度土的密度1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山49定义：土粒的密度与定义：土粒的密度与4C时时纯蒸馏水密度的比值纯蒸馏水密度的比值表达

23、式：表达式：单单 位位:无量纲无量纲一般范围：黏性土一般范围：黏性土 2.702.75，砂土砂土 2.65n 土粒比重土粒比重Gs基本试验指标基本试验指标-土粒比重土粒比重=1.0 g/cm3土粒比重在数值上土粒比重在数值上等于土粒的密度等于土粒的密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山50定义：土粒的密度与定义：土粒的密度与4C时时纯蒸馏水密度的比值纯蒸馏水密度的比值表达式：表达式：单单 位位:无量纲无量纲一般范围：黏性土一般范围：黏性土 2.702.75，

24、砂土砂土 2.65n 土粒比重土粒比重Gs基本试验指标基本试验指标-土粒比重土粒比重=1.0 g/cm3土粒比重在数值上土粒比重在数值上等于土粒的密度等于土粒的密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山51基本试验指标基本试验指标-含水量含水量 定义：土中水的质量与土粒质定义：土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示量之比，用百分数表示表达式：表达式：单单 位位:无量纲无量纲一般范围：变化范围大一般范围：变化范围大注意注意:其实是含水比其实是含水比,可达到或超

25、过可达到或超过100100n 土的含水量土的含水量W空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山52n 可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标砂类土：砂类土：28-35%黏性土：黏性土：30-50%，有的可达，有的可达60-70%n孔隙比孔隙比e：土中孔隙体积与固体土中孔隙体积与固体颗粒体积之比颗粒体积之比,为无量纲为无量纲n孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙体土中孔隙体积与总

26、体积之比积与总体积之比,用百分数表示用百分数表示可用三相草图推出可用三相草图推出空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山53表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标对干土：对干土：Sr=0对饱和土：对饱和土：Sr=1 n含水量：含水量：n饱和度：饱和度：土中水的体积与孔土中水的体积与孔隙体积的比值隙体积的比值F饱和度表示孔隙中充满水的程度：饱和度表示孔隙中充满水的程度：空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的

27、土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山54表示土体密度和重度的指标表示土体密度和重度的指标n干密度：干密度：土被烘干时的密度，土被烘干时的密度，干重度：干重度：n天然密度天然密度 天然重度天然重度n饱和密度：饱和密度：土被饱和时的密度，土被饱和时的密度，饱和重度：饱和重度：n浮重度：浮重度：静水下的静水下的有效重度有效重度浮密度浮密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山55各种密度重度间的大小关系各种密度重度间的大小关

28、系n天然密度天然密度n干密度干密度n饱和密度饱和密度n天然重度天然重度n干重度干重度n饱和重度饱和重度n浮重度浮重度1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山56F常用的物理性质指标间的换算关系：常用的物理性质指标间的换算关系：教科书教科书 P23 P23 表表1-91-9小小 结结 从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导F学习要点：学习要点：1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山5

29、7小小 结结土的三个组成相的体积和质土的三个组成相的体积和质量上的比例关系量上的比例关系定义定义三相草图法三相草图法室内测定三个基本室内测定三个基本物理性质指标：物理性质指标：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质指标其它物理性质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特点特点:指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别土的物理土的物理性质指标性质指标1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理性质物理

30、性质指标指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山58土的物理状态指标土的物理状态指标土的物理状态土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度黏性土的软硬状态黏性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)表表示示影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠度1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山59粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态n 密实度：密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少通常指单位体积中固体颗粒含量的多少简单方便，但只能用于同一种简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响土，不能反

31、映级配的影响 l 物理性质指标物理性质指标：孔隙比：孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n）干重度干重度 d dl 相对密度相对密度：e emaxmax与与e emin min：最大与最小孔隙比：最大与最小孔隙比1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山60F最大孔隙比最大孔隙比e emaxmax:将松散的风干土样通过长颈漏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最小干密度再经换算得到最大孔隙比F最小孔隙比最小孔隙比emin:将松散的风干土样装

32、入金属容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提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比孔隙比理论上的最大与最小孔隙比理论上的最大与最小孔隙比在室内的测定有时很困难在室内的测定有时很困难粗粒土的最大与最小孔隙比粗粒土的最大与最小孔隙比1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山61l 相对密度相对密度粗粒土的相对密度粗粒土的相对密度l粗粒土的密实粗粒土的密实度标准度标准 Dr=0 最松状态最松状态 Dr 1/3疏松状态疏松状态1

33、/3 2/3密实状态密实状态 Dr=1最密状态最密状态F相对密度指标主要用于人工填土，对天然相对密度指标主要用于人工填土，对天然砂土层采用砂土层采用原位标准贯入试验原位标准贯入试验法测定法测定1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山62n黏性土最主要的物理状态特征是它的黏性土最主要的物理状态特征是它的稠度稠度。稠度。稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力抵抗能力稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关黏性土黏性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动黏性土的稠度状态黏性土的稠度状

34、态1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山63塑限塑限w wp p液限液限w wL L黏性土的稠度反映土中水的形态黏性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水w w土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水强结合水膜最大强结合水膜最大出现相当数量自由水出现相当数量自由水黏性土的稠度状态黏性土的稠度状态稠度界限稠度界限稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的

35、形态示意图示意图1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山64液性指数：液性指数：wpwwl IL 0 坚硬坚硬(半固态半固态)0 IL 0.25硬塑硬塑0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑流塑土的稠度状态土的稠度状态液性指数液性指数n不同的黏土，不同的黏土，wp、wL 大小不同。对于不同的黏大小不同。对于不同的黏土，含水量相同，稠度可能不同土，含水量相同，稠度可能不同F液性指数液性指数是表征土的含水量与分界含水量之是表征土的含水量与分界含水量之间相对关系的指标。对重塑土较为合适。间相对关系的指标。对重塑土较为合适。1.3

36、 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山65塑性指数塑性指数n问题：反映的是全部土颗粒吸附结和合的能力，不能问题：反映的是全部土颗粒吸附结和合的能力，不能充分反映黏土矿物表面活性的高低充分反映黏土矿物表面活性的高低 n 活性指数：活性指数：粒径小于粒径小于0.002mm0.002mm颗粒的质量颗粒的质量占总土总质量的百分比占总土总质量的百分比 A 1.25活性黏土活性黏土n 定义：定义：大体上表示土的大体上表示土的弱结合水含量弱结合水含量 反映吸附结合水的反映吸附结合水的能力能力，即黏性大小，即黏性大小 大致反映黏土颗粒含量大致反映黏土颗粒

37、含量 常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山66F 粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标:相对密度相对密度D Dr r F 细粒土的稠度状态指标细粒土的稠度状态指标:液性指数液性指数I IL L 定义定义 判别标准判别标准 界限含水量界限含水量 w wP P、w wL L 土中水形态土中水形态 塑性指数塑性指数 I Ip p 吸附结合水的能力吸附结合水的能力 定义定义 判别标准判别标准小小 结结1.3 1.3 土的土的物理状态物理状态物理状态指标物理状态指标 智者乐水智者乐水

38、仁者乐山仁者乐山67第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山68土土 的的 结结 构构土颗粒或粒团的空间排土颗粒或粒团的空间排列和相互联结列和相互联结原状土和原状土和重塑重塑土的强度土的强度沉积或碾压土沉积或碾压土的各向异性的各向异性 土的结构土的结构土体土体的性质的性质 土粒间的作用力土粒间的作用力 粗粒土的结构粗

39、粒土的结构 细粒土的结构细粒土的结构 黏性土的结构性指标黏性土的结构性指标1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山69第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山70土土 的的 结结 构构土颗粒或粒团的空间排土颗粒或粒团的空间排列和相互联结列和相互联结原状土和原状土和重塑重塑土的强度土的强度沉

40、积或碾压土沉积或碾压土的各向异性的各向异性 土的结构土的结构土体土体的性质的性质 土粒间的作用力土粒间的作用力 粗粒土的结构粗粒土的结构 细粒土的结构细粒土的结构 黏性土的结构性指标黏性土的结构性指标1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山71粗粒土的结构粗粒土的结构F粒间作用力：粒间作用力：重力起重力起决定性的作用决定性的作用。在非。在非饱和土中，还受到毛饱和土中，还受到毛细力的作用细力的作用F排列形式：点与点排列形式：点与点 点与面点与面单粒结构单粒结构示意图示意图1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山72细土颗粒间的作用力细土颗粒

41、间的作用力 范德华力：范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为几接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土黏结在一起的主因个分子的距离，是细粒土黏结在一起的主因库仑力：库仑力：颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢减的速度比范德华力慢胶结力：胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力是土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度化合键，具有较高的强度毛细力：毛细力：土中毛细作用形成的力土中毛细作用形成的力 土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用

42、：作用，其他粒间力起主导作用：1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山73细粒土的结构细粒土的结构 形成环境形成环境 粒间作用力粒间作用力 排列形式排列形式淡水中沉积淡水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势（粒间斥力占优势)面与面面与面絮凝结构絮凝结构海水中沉积海水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加（斥力减小引力增加)边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边示意图示意图分散结构分散结构 1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山74反映黏性土结构性的指标反映黏性土结构性的指标 灵敏度灵敏度 触变性触变性S S

43、t t1 11-21-22-42-44-84-88-168-161616黏性土黏性土不灵敏不灵敏低灵敏低灵敏中等灵敏中等灵敏灵敏灵敏很灵敏很灵敏流动流动 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 qu1qu2原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度qu1和重塑土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度qu1之比之比1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山75含水量不变，密度不变，因重塑而强度含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为恢复的现象，称为

44、触变性触变性。反映黏性土结构性的指标反映黏性土结构性的指标F土的触变性是土结构中联结形态发生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变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现宏观表现F目前尚没有合理的描述土触变性的方目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标法和指标 灵敏度灵敏度 触变性触变性1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山76土的结构土的结构土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结粗粒土的结构粗粒土的结构单粒结构单粒结构重力起主导作用重力起主导作用粒间力起粒间力起主导作用主导作用黏性土的黏性土的结构性指标结构性指

45、标细粒土的结构细粒土的结构分散结构分散结构 絮凝结构絮凝结构小小 结结1.4 1.4 土的结构土的结构 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山77第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态 1.4 1.4 土的结构土的结构 1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山78土的组成土的组成土的状态土的状态土的结构土的结构建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2011GB50007-2

46、011分类法分类法 水利部水利部土工试验规程土工试验规程SL237-1999SL237-1999分类法分类法土的工程分类土的工程分类F 目的：目的：便于调查研究；便于调查研究；便于分析评价；便于分析评价；便于交流便于交流 (基于共同的概念基于共同的概念)F 依据：最能反映土的物理力学性质的指标依据：最能反映土的物理力学性质的指标F 要求：要有一定的逻辑性、系统性，要求：要有一定的逻辑性、系统性，纲目分明，简单易记，便于运用纲目分明，简单易记，便于运用1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山79岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土人工填土人工填土土漂

47、石漂石块石块石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主粒径大于粒径大于200mm200mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%卵石卵石碎石碎石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主棱角形为主棱角形为主圆砾圆砾角砾角砾粒径大于粒径大于20mm20mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于2mm2mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%名称名称 颗粒形状颗粒形状 粒组含量粒组含量建筑地基基础规范建筑地基基础规范GB50007-2011GB50007-20111.5 1.5 土的工程分类土的工程分类智者乐

48、水智者乐水 仁者乐山仁者乐山80土的名称土的名称 粒组含量粒组含量粒径大于粒径大于2mm2mm的颗粒占的颗粒占全质量全质量25-50%25-50%砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.5mm0.5mm的颗粒的颗粒超过全质量超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.25mm0.25mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的的颗粒超过全质量颗粒超过全质量85%85%粒径大于粒径大于0.075mm0.075mm的颗的颗粒超过全质量粒超过全质量50%50%建筑地基基础规范建筑地基基础规范GB50007-2011GB50007-2

49、011岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土人工填土人工填土土1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山81土n 黏性土：黏性土：塑性指数塑性指数Ip10的土的土 粉质黏土：粉质黏土：101017的土的土 非活性黏土：非活性黏土：A 1.25n粉土：粉土：粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量的颗粒含量小于全质量小于全质量50%而塑性指数而塑性指数Ip 10的土的土建筑地基基础规范建筑地基基础规范GB50007-2011GB50007-2011岩石岩石碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土黏性土黏性土人工填土人工填土土1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类智

50、者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山82水利部水利部SL237-1999SL237-1999分类法分类法 土颗粒组成及其特性土颗粒组成及其特性 塑性指标：液限、塑限、塑性指数塑性指标：液限、塑限、塑性指数 有机质含量有机质含量n 土的分类土的分类 巨粒土和含巨粒土巨粒土和含巨粒土 粗粒土：粗粒土：砾类土、砂类土砾类土、砂类土 细粒土：根据塑性图分类细粒土：根据塑性图分类 特殊土：特殊土：黄土、膨胀土、红黏土黄土、膨胀土、红黏土n 分类依据：分类依据：1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类智者乐水智者乐水 仁者乐山仁者乐山83第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.