土的物理性质.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 土的物理性质,一、土的基本物理性质,二、粘性土的稠度状态及可塑性,三、粘性土的胀缩性和崩解性,四、土的透水性和毛细性,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,),表示,影响,力学特性,密实度,稠度,土的三个组成相的体积和质量上的比例关系,密实程度,干湿程度,定义,土的物理性质主要研究：,1,、土的三相体系间,质量,与,体积,间的比例关系，如密度、空隙性等，称基本物理性质，共有,9,个指标。,2,、,固体,与,液体,间相互作用表现出来的性质如稠度、可塑性、,胀缩性、,透水性等，称水理性质。,空气,Air,三 相 示意 图,水,Water,固体,Solid,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,1.,密度,土粒密度,s,实测指标,土的天然密度,实测指标,土的干密度,d,饱和密度,sat,土的物理性质指标,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,2.,含水性指标,天然含水率,w,实测指标,饱和含水率,w,sat,饱和度,s,r,3.,空隙性,孔隙率,n,孔隙比,e,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,指标含及其确定方法：,实测指标,土粒密度,s,：,定义：单位体积内土颗粒的,质量,表达式：,s,=m,s,/V,s,单 位：,k,g/m,3,或,g/cm,3,一般范围：,粘性土,2.702.75,g/cm,3,，,砂土,2.65,g/cm,3,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,指标含及其确定方法：,实测指标,土的天然密度,：,定义：天然状态下单位体积,内土的质量。,表达式：,单 位：,k,g/m,3,或,g/cm,3,一般范围：,1.602.20 g/cm,3,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,注意区别：,1,）含义上：,s,是固体相部分质量，只与土中的矿物组成有关，与孔隙性和含水性无关；而是天然状态下单位体积内土的质量，与两者均有关。,2,）测定方法上：,s,用扰动土样，采用比重瓶法测定，用原状土样，采用环刀法或蜡封法测定。,3,）数值上：,s,指标含及其确定方法：,实测指标,土的天然含水率,w,：,定义：,土中水的质量与土粒质,量之比，用百分数表示,表达式：,单 位：无量纲,一般范围：,变化范围大，可超过,100%,测量方法：,室内一般用烘干法。,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,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,砂类土：,28-35%,粘性土：,30-50%,，有的可达,60-70%,孔隙比,e,：,土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,为无量纲,孔隙率,(,孔隙度,)n,：,土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示,可用三相草图推出,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,指标含及确定方法,：,换算指标,：,1,、,干,密度,d,：,定义：土中孔隙完全没有水,时的密度,表达式：,d,=m,s,/V,KN/m,3,g/cm,3,它可用和,w,换算,。,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,2,、,饱和密度,sat,：,土中孔隙完全被水充满时,的密度。,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,饱和容重：,3,、有效容重（浮容重）,表达式：,物理意义：地下水位以下，土体受水的浮力时单位体积的质量。,天然密度,干密度,饱和密度,4,、,饱和含水率,（,w,sat,),：,指土饱和时，所含水的质量与固体质量之比。,%,。,5,、,饱和度,（,Sr,）：,指土中,水的体积与空隙体积之比的,%,。,表示孔隙的饱和程度,。,空气,水,固体,m,a,=0,m,w,m,s,m,质量,V,a,V,w,V,s,V,v,V,体积,6,、,孔隙率,n,：,指土中孔隙体积与土总体积之比的,%,。,7,、孔隙比,e,：,指土中孔隙体积与固体体积之比,上述,s,w,d,sat,w,sat,s,r,n,e,一共,10,个物理性质指标，是否各自独立，互不相干呢？,不是,，通常实验室测定,s,w,后，其余,7,个指标可以通过三相草图换算而得。,因为三相草图是相对比例关系，为了计算方便，我们可以设其中一个部分为,1,，例如设,Vs=1,1.3,土的物理状态,物理性质指标,小 结,土的三个组成相的体积和质量上的比例关系,定义,三相草图法,室内测定三个基本物理性质指标：,土的密度,土粒密度,土的含水量,其它物理性质指标,孔隙含量,含水程度,密度和容重,特点,:,指标概念简单，数量很多,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,密实程度,干湿程度,4,、某住宅地基勘察中，由一个原状土试验测得：土的天然密度,=1.85kN/m,3,土粒密度,s,=2.75kN/m,3,土的天然含水量,w=20%,。求其余,6,个指标,1,、已知一块饱和原状土样，其体积为,17.40,cm,3,，重,29.8,g,，经,105,度温度下烘干后，重,19.6,g,。求：,w,、,s,、,e,、,d,、,sat,。,2,、在野外试验中用体积为,90,cm,3,的环刀取原状土样，称得质量为,154,g,，送回试验室后称得重量,148,g,，并测得,w=15%,，,s=2.7g/cm,3,。求,、,d,、,w,、,e,、,n,、,w,sat,、,s,r,。,3,、一块体积为,27,cm,3,的粘土，烘干后重,47.25,g,。在体积不变的情况下饱和，饱和后的重量,56.7,g,。,求,s,。,1,、已知一块饱和原状土样，其体积为,17.40,cm,3,，重,29.8,g,，经,105,度温度下烘干后，其重为,19.6,g,，求：,w,s,e,d,sat,解：,2.,在野外试验中用体积为,90,cm,3,的环刀取原状土样，称得质量为,154,g,，送回试验室后称得重量,148,g,，并测得,w=15%,s,=2.7g/cm,3,.,求,d,w,e,n,w,sat,s,r,.,已知：,V=90,cm,3,m=154g,，,m=148g,w=15%,s,=2.7g/cm,3,.,解：土样从野外送回试验室的过程中，土的重量减轻了。说明土的水分损失了一部分，所以试验室测得的含水率偏小。真正的含水率应根据含水率的概念确定。,.,89,.,0,1,%,0,.,47,)%,1,(,)%,1,(,%,9,.,59,%,9,.,32,)%,(,)%,(,),/,(,1,.,17,),/,(,71,.,1,),/,(,3,.,14,),/,(,43,.,1,%,7,.,19,7,.,128,15,.,0,%,15,148,.,%,7,.,2,43,.,1,7,.,2,1,43,.,1,1,1,1,3,3,90,154,3,3,90,7,.,128,7,.,128,7,.,128,154,148,答：,为：,真正的,解得,得：,代入,而,不会变,其中总质量,而,=,-,=,=,-,=,-,=,=,=,=,-,=,-,=,=,=,=,=,=,=,=,=,=,=,=,=,=,-,=,=,-,-,d,s,s,d,sat,s,d,s,s,s,w,e,n,s,w,m,KN,cm,g,m,KN,cm,g,w,w,g,m,w,w,w,m,g,m,m,m,m,w,w,w,r,sat,d,s,m,m,s,s,w,m,m,r,r,r,r,r,r,r,r,3.,一块体积为,27,cm,3,的粘土，烘干后重,47.25,g,。在体积不变的情况下饱和，饱和后的重量,56.7,g,。,求,s,.,已知：,V=27,cm,3,，,m,s,=47.25g,，,m,sat,=56.7g,解：,二、粘性土的稠度状态及可塑性,1.,稠度与界限含水率,粘性土由于含水率不同，可表现出稀稠软硬程度不同的物理状态（如固态、可塑态及流动态），称为,土的稠度,。即：,说明随,w,的增大，土的状态发生了变化；也说明土中颗粒的活动性随,w,的增大变得容易，即水与颗粒的表面现象越明显。,由一种状态转变为另一种时的含水率叫界限含水率，如由态到塑态到流态。,固 态,塑 态,流 态,固体态,半固态,粘塑态,稠塑态,粘流态,液流态,W,小,W,大,触变限,塑限,W,p,粘着限,收缩限,液限,w,l,塑限,w,p,液限,w,l,粘性土的稠度反映土中水的形态,固态或,半固态,可塑状态,流动状态,强结合水,弱结合水,自由水,w,土颗粒,强结合水,弱结合水,土颗粒,强结合水,土颗粒,自由水,弱结合水,强结合水,强结合水膜最大,出现相当数量自由水,粘性土的稠度状态,稠度界限,稠度状态,含水量,土中水的形态,示意图,根据土的不同状态，有几种界限含水率。包括：收缩限、,塑限,、粘着限、,液限,、触变限等，又称阿太堡界限。,塑限,w,p,：由半固态转变为可塑态的界限含水率。,液限,w,L,：由可塑态转变为流态的界限含水率。,塑限的实测常用,搓条法,；液限的测定常用,锥式液限仪或蝶式液限仪,。,固 态,塑 态,流 态,固体态,半固态,粘塑态,稠塑态,粘流态,液流态,W,小,W,大,触变限,塑限,W,p,粘着限,收缩限,液限,w,l,2,、,塑性指数及土的塑性指数分类,如果土的天然含水率介于塑限和液限之间时，土将处于塑性状态，这时土可被塑成任意形状而不发生断裂，这种性质叫,可塑性,。,塑性指数,（I,p,）,是指液限与塑限的差值,。,I,p,=w,L,-w,p,I,p,愈大，说明土的可塑状态的范围越大，可塑性越好，反之亦然。,I,p,=0,时，土无可塑性。,I,p,的大小主要取决于土中粘粒的含量及其矿物成分。土中粘粒含量越高，矿物的亲水性越好，,I,p,越大，反之，就小。,思考：砂和砾石类土是否有可塑性,why?,土按塑性指数的分类，各部门有所区别，界限也有区别。,国标准,岩土工程勘察规范,中规定：,分类不足之处在于：不同的液限和塑限可能得出相同的塑性指数，即土类型相同，但其性质可能完全不同。,为解决这一问题，提出了用塑性图对细粒土分类。,如国标中就采用了这一分类方法。如图：,CL,CLO,10,30,塑性指数,Ip,Ip=10,Ip=7,ML,MLO,MH,MHO,CH,CHO,A,80,60,40,20,100,液限,W,l,(%),C,代表粘土,M,代表粉土,O,代表有机质,A,线：,Ip=0.63(Wl,-,20,),如果土中含有有机质就用代号,O,。例如,CHO,为有机质高液限粘土类。另外还有一些别的规定。,3.,液性指数及稠度状态分级,液性指数,可以看出：,当,ww,p,时，,I,L,w,L,时，,(w-w,p,W,L,-W,P,),，,I,L,1,土将处于流动状态；,当,w,p,w,w,L,时，,0,I,L,1,，土将处于可塑状态；,因此，,I,L,的大小 实际上反映了土的天然稠度状态。,按,I,L,将土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种状态。,从土的力学性质角度，考察土的稠度状态：实际上，,I,L,反 映了土的强度和压缩性，,I,L,越大，土将处于软塑或流塑状态，土体的强度就低，压缩性高，承载力低；反之，,I,L,越小，土处于坚硬或硬塑状态，土的强度就高，压缩性就低，承载力大。,液性指数,I,L,0,0I,L,0.25,0.25I,L,0.75,0.751.00,稠度状态,坚硬,硬塑,可塑,软塑,流塑,三、粘性土的胀缩性和崩解性,1.,胀缩性包括膨胀性与收缩性,：,是指粘性土由于含水率增加或减少而引起体积增大（膨胀）或减少（收缩）的性质。一般来说，粘性土不同程度的具有胀缩性。,产生原因,：由于土颗粒表面的结合水（水化）膜厚度产生了变化，从而导致矿物颗粒间引力变化，进而产生了土的胀缩性。,评价指标,：膨胀率、膨胀力、线膨胀率、体缩率等。,2.,崩解性,：,指粘性土随含水率增加而发生崩散解体的性能。,崩解形式,：,散粒崩解、鳞片状崩解、碎块状或崩裂状崩解。具体形式主要取决于土的矿物成分、粒度成分、结构及胶结程度等。,产生原因,：,由于浸水后，土颗粒间产生局部应力集中，使局部颗粒间的斥力超过吸引力，造成这些颗粒崩落。,评价指标,：,崩解速度和崩解时间,四、土的透水性和毛细性,土的透水性在评价水库、渠道等水工建筑物的渗漏和浸没问题时，具有重要意义。,土体中的渗流,土颗粒,土中水,渗流,土是一种碎散的多孔介质，其孔隙在空间互相连通。当饱和土中的两点存在能量差时，水就在土的孔隙中从能量高的点向能量低的点流动,水在土体孔隙中流动的现象称为,渗流,土具有被水等液体透过的性质称为土的,渗透性,是土中孔隙直径大小的主要影响因素,因由粗颗粒形成的大孔隙可被细颗粒充填，故土体孔隙的大小一般由细颗粒所控制。因此，土的渗透系数常用有效粒径,d,10,来表示，如哈臣公式：,土的性质,水的性质,粒径大小及级配,孔隙比,矿物成分,结构,渗透系数的影响因素,是单位土体中孔隙体积的直接度量,对于砂性土，常建立孔隙比,e,与渗透系数,k,之间的关系，如：,渗透系数的影响因素,土的性质,水的性质,粒径大小及级配,孔隙比,矿物成分,结构,对粘性土，影响颗粒的表面力,不同粘土矿物之间渗透系数相差极大，其渗透性大小的次序为高岭石,伊里石,蒙脱石；当粘土中含有可交换的钠离子越多时，其渗透性将越低,塑性指数,Ip,综合反映土的颗粒大小和矿物成份，常是渗透系数的参数,渗透系数的影响因素,土的性质,水的性质,粒径大小及级配,孔隙比,矿物成分,结构,影响孔隙系统的构成和方向性，对粘性土影响更大,在宏观构造上，天然沉积层状粘性土层，扁平状粘土颗粒常呈水平排列，常使得,k,水平,k,垂直,在微观结构上，当孔隙比相同时，凝聚结构将比分散结构具有更大的透水性,渗透系数的影响因素,土的性质,水的性质,粒径大小及级配,孔隙比,矿物成分,结构,饱和曲线,含水量,w,W,op,干容重,d,max,1,含水量,w,渗透系数,k,絮状结构 分散结构,渗透系数的影响因素,土的性质,水的性质,粒径大小及级配,孔隙比,矿物成分,结构,渗透系数的影响因素,水的动力粘滞系数：,温度,，水粘滞性，,k,饱和度（含气量）：封闭气泡对,k,影响很大，可减少有效渗透面积，还可以堵塞孔隙的通道,土的性质,水的性质,粒径大小及级配,孔隙比,矿物成分,结构,