土的物理性质及工程分类省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

土力学是力学一个分支，是以土力学是力学一个分支，是以土土为研究对象学科。为研究对象学科。u 研究内容研究内容：经过研究土物理、力学、物理化学性质及微观结：经过研究土物理、力学、物理化学性质及微观结构，深入认识土和土体在荷载、水、温度等外界原因作用下反构，深入认识土和土体在荷载、水、温度等外界原因作用下反应特征即土压缩性、剪切性、渗透性及动力特征。应特征即土压缩性、剪切性、渗透性及动力特征。u 需要研究和处理工程中三大类问题：（需要研究和处理工程中三大类问题：（1）土体）土体渗流渗流与渗透与渗透变形变形；（；（2）土体）土体变形问题变形问题；（；（3）土体）土体稳定或强度问题稳定或强度问题。第2页7月21日在广州海珠区江南大道南海珠广场深基坑南边发生滑坡。第3页比比萨萨斜塔是意大利斜塔是意大利比比萨萨城大教堂独城大教堂独立式立式钟钟楼，位于楼，位于比比萨萨大教堂大教堂后面。后面。钟钟楼始建于楼始建于1173年年，设计为设计为垂直建造，但垂直建造，但是在工程开始后很快是在工程开始后很快便因便因为为地基不均匀和地基不均匀和土土层层松松软软而而倾倾斜。斜。第4页比比萨萨(Pisa)斜塔斜塔第5页 该该城市人口密集。城市人口密集。1850年开始抽取地下水，年开始抽取地下水，18911973年，整个年，整个老城下沉达老城下沉达8.7m造成地面道路、建筑及其它建筑造成地面道路、建筑及其它建筑设设施破坏。施破坏。土土层层中中地下水位下降，使有效地下水位下降，使有效应应力增加，使地基深入固力增加，使地基深入固结结沉降。沉降。墨墨西西哥哥城城下下沉沉第6页圣母教堂，因地表不均匀下沉使其圣母教堂，因地表不均匀下沉使其发发生生严严重重倾倾斜，并成斜，并成为为危房。危房。第7页La Conchita La Conchita 滑坡滑坡1996年年发发生在美国加州生在美国加州La Conchita，因居民已提前，因居民已提前撤离固未造成人撤离固未造成人员伤员伤亡。亡。第8页Santa Tecla Santa Tecla 滑坡滑坡1月13日，萨尔瓦多发生了7.6级强震，震中位于Santa Miguel西南60英里。所以在Santa Tecla 造成 山体滑坡，最终造成700多人遇难。第9页舟曲泥石流舟曲泥石流第10页舟曲泥石流舟曲泥石流第11页一、是三眼峪沟内部有一、是三眼峪沟内部有滑坡、崩塌滑坡、崩塌等大量等大量涣涣散固体物散固体物质质存在，存在，为为泥石流泥石流发发生提供了充分物生提供了充分物质质条件，其中多数条件，其中多数为为1879年年7月月1日日甘甘肃肃文文县县8级级地震所地震所诱发诱发。同。同时时舟曲位于舟曲位于龙门龙门山地震活山地震活动带动带北北缘缘，又，又临临近天水地震活近天水地震活动带动带，以前也曾受汶川地震涉及，以前也曾受汶川地震涉及，土土质质相相对对疏松，一遇疏松，一遇强强降雨降雨轻轻易形成泥石流。易形成泥石流。二、是三眼峪沟流域上游植被以幼林二、是三眼峪沟流域上游植被以幼林为为主，灌草百分比高，局主，灌草百分比高，局部裸露，部裸露，储储水能力水能力较较弱，在弱，在经历经历今年入夏以来今年入夏以来长时间严长时间严重干旱重干旱后，表后，表层层土土变变得愈加干松。得愈加干松。三、三、是在近期是在近期强强降雨作用下，土体降雨作用下，土体强强度极大地降低度极大地降低，形成坡面形成坡面泥石流，并逐步泥石流，并逐步带动带动沟坡崩滑岩土形成冲沟坡崩滑岩土形成冲击击力巨大泥石流，在力巨大泥石流，在从中上游从中上游汇汇流至中下游流至中下游过过程中，使得因地震形成天然堆石程中，使得因地震形成天然堆石坝坝逐逐层溃层溃决，并最决，并最终终造成泥石流流量增大和破坏力增造成泥石流流量增大和破坏力增强强。舟曲发生泥石流主要原因：舟曲发生泥石流主要原因：第12页课程结构体系课程结构体系l第一章第一章 土物理性质及工程分类土物理性质及工程分类l第二章第二章 土渗透性及渗流土渗透性及渗流l第三章第三章 地基中应力计算地基中应力计算l第四章第四章 土压缩性和地基沉降计算土压缩性和地基沉降计算l第五章第五章 土抗剪强度土抗剪强度l第六章第六章 地基承载力地基承载力l第七章第七章 土压力土压力l第八章第八章 土坡稳定分析土坡稳定分析第13页第一章第一章 土物理性质及工程分类土物理性质及工程分类第14页l 1.1 土生成土生成l 1.2 土三相土三相组组成成l 1.3 土土结结构及构及结结构构l 1.4 土三相物理性土三相物理性质质指指标测标测定及定及计计算算l 1.5 无粘性土特征无粘性土特征l 1.6 粘性土及粉土特征粘性土及粉土特征l 1.7 粘性土水粘性土水-土系土系统统工程（物理工程（物理-化学）特征化学）特征l 1.8 土工程分土工程分类类主要内容主要内容第15页1 1.1.1 土生成土生成 风风化、搬运、堆化、搬运、堆积积 岩石岩石 土土 压压密、岩化密、岩化一、土概念一、土概念土：土：覆盖在地表上碎散矿物集合体。覆盖在地表上碎散矿物集合体。岩石：组成地壳基本物质，是一个或各种矿物聚合体。岩石：组成地壳基本物质，是一个或各种矿物聚合体。统称为大自然产物。统称为大自然产物。土是岩石经过风化后在不一样条件下形成自然历史产物。土是岩石经过风化后在不一样条件下形成自然历史产物。第16页岩石岩石风风化分化分为为物理物理风风化、化学化、化学风风化和生物化和生物风风化化。物理物理风风化化：岩石：岩石经经受受风风、霜、雨、雪侵、霜、雨、雪侵蚀蚀，或受波浪冲，或受波浪冲击击、地震等引地震等引发发各种力作用，温度改各种力作用，温度改变变、冻胀冻胀等原因使整体岩石等原因使整体岩石产产生裂隙、崩解碎裂成岩生裂隙、崩解碎裂成岩块块、岩屑、岩屑过过程。程。化学化学风风化化：岩体（或岩：岩体（或岩块块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物气体、水和各种水溶液等物质质相接触，相接触，经经氧化、碳化和水化氧化、碳化和水化作用，使作用，使这这些岩石或岩屑逐步些岩石或岩屑逐步产产生化学改生化学改变变，分解，分解为为极极细颗细颗粒粒过过程。程。特征：特征：物理风化物理风化：量：量变过变过程，形成土程，形成土颗颗粒粒较较粗；粗；化学风化化学风化：质变过质变过程，形成土程，形成土颗颗粒很粒很细细。对对普通土而言，通常既普通土而言，通常既经历过经历过物理物理风风化，又有化学化，又有化学风风化，化，只不只不过过哪种占哪种占优势优势而已而已。第17页土从其堆土从其堆积积或沉或沉积积条件来看可分条件来看可分为为：残积土残积土：岩石：岩石风风化后仍留在原地堆化后仍留在原地堆积积物。物。特点：湿特点：湿热热地地带带，粘土，深厚，松，粘土，深厚，松软软，易，易变变；严严寒地寒地带带，岩，岩块块或砂，物理或砂，物理风风化，化，稳稳定。定。第18页运积土运积土：岩石：岩石风风化后化后经经流水、流水、风风和冰川以及人和冰川以及人类类活活动动等搬运离等搬运离 开生成地点后再沉开生成地点后再沉积积下来堆下来堆积积物。又分物。又分为为冲冲积积土、土、风积风积土、冰土、冰碛碛土和沼土和沼泽泽土等。土等。冲积土冲积土：由水流冲：由水流冲积积而成；而成；颗颗粒分粒分选选、浑圆浑圆光滑。光滑。风积土风积土：由：由风风力力带动带动土粒土粒经过经过一段搬运距离后沉一段搬运距离后沉积积下来堆下来堆积积物；物；没有没有层层理、理、细细砂或粉粒；黄土。砂或粉粒；黄土。冰碛（冰碛（qi）土）土：由冰川剥落、搬运形成堆：由冰川剥落、搬运形成堆积积物；不成物；不成层层、从漂、从漂石到粘粒。石到粘粒。沼泽土沼泽土：在沼：在沼泽泽地沉地沉积积物；含有机物；含有机质质、压缩压缩性高、性高、强强度低。度低。第19页气相固相液相+组成土骨架，起决定作用组成土骨架，起决定作用主要影响主要影响土体土体次要作用次要作用 1 1.2.2 土三相组成土三相组成第20页土是固体土是固体颗颗粒、水和空气混合物，常称土粒、水和空气混合物，常称土为为三相系三相系。固相固相：土：土颗颗粒、粒粒、粒间间胶胶结结物；物；液相液相：土体孔隙中水；：土体孔隙中水；气相气相：孔隙中空气。：孔隙中空气。第21页当土骨架孔隙全部被水占当土骨架孔隙全部被水占满时满时，这这种土称种土称为为饱和土饱和土；当土骨架孔隙当土骨架孔隙仅仅含空气含空气时时，就成，就成为为干土干土；普通在地下水位以上地面以下一定深度内土孔隙中兼含空气和普通在地下水位以上地面以下一定深度内土孔隙中兼含空气和水，此水，此时时土体属三相系，称土体属三相系，称为为湿土湿土。依据土粘性分：依据土粘性分：粘性土粘性土：颗颗粒很粒很细细；无粘性土无粘性土：颗颗粒粒较较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直径几粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直径几十厘米甚至十厘米甚至1米）。米）。第22页一、土固相一、土固相 土固相物土固相物质质包含无机包含无机矿矿物物颗颗粒和有机粒和有机质质，是，是组组成土骨架最成土骨架最基本物基本物质质，称，称为为土粒。土粒。对对土粒土粒应应从其从其矿矿物成份、物成份、颗颗粒大小粒大小来来描述。描述。（一）成土矿物：（一）成土矿物：原生矿物，次生矿物原生矿物，次生矿物 原生矿物原生矿物是指岩是指岩浆浆在冷凝在冷凝过过程中形成程中形成矿矿物，如石英、物，如石英、长长石、石、云母等。云母等。次生矿物次生矿物是由原生是由原生矿矿物物经过风经过风化作用后形成新化作用后形成新矿矿物，如三物，如三氧化二氧化二铝铝、三氧化二、三氧化二铁铁、次生二氧化硅、粘土、次生二氧化硅、粘土矿矿物以及碳酸物以及碳酸盐盐等。等。第23页（二）土粒大小和土级配（二）土粒大小和土级配粒度，粒径粒度，粒径粒组粒组：把工程性：把工程性质质相近土粒合并相近土粒合并为为一一组组；某粒；某粒组组土粒含量定土粒含量定义为该义为该粒粒组组土粒土粒质质量与干土量与干土总质总质量之比。量之比。土级配土级配：土中各种大小粒土中各种大小粒组组中土粒相中土粒相对对含量。含量。伴随伴随颗颗粒大小不一粒大小不一样样，土性，土性质质能能够够有很大差异。所以，人有很大差异。所以，人们们经经常按照粒径范常按照粒径范围围，将土粒分，将土粒分为为若干若干组组，粒，粒组组之之间间分界尺寸分界尺寸称称为为界限粒径。界限粒径。国内国内惯惯用一个粒用一个粒组组划分以下表所表示。划分以下表所表示。第24页土粒粒土粒粒组组划分划分粒粒 组组 名名 称称粒径范围粒径范围(mm)普通特征漂石或块石漂石或块石卵石或碎石卵石或碎石 20020060透水性很大，无粘性，无毛细水透水性很大，无粘性，无毛细水 粗粗 中中 细细602020552透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超出粒径大小 粗粗 中中 细细 极细极细20.50.50.250.250.10.10.05易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加，无粘性，遇水不膨胀，干燥时涣散；毛细水上升高度不大，但随粒径变小而增大 粗粗 细细0.050.010.010.005透透水水性性小小，湿湿时时稍稍有有粘粘性性，遇遇水水膨膨胀胀小小，干干时时稍稍有有收收缩缩；毛毛细细水水上上升升高高度度较较大大较较快快，极易出现冻胀现象极易出现冻胀现象 粘粘 粒粒 0.075mm 密度计法密度计法：粒径：粒径0.075mm 联合测定联合测定：现现有粒径有粒径0.075mm 第28页 利用一套孔径由大到小利用一套孔径由大到小筛筛子，将按要求方子，将按要求方法取得一定法取得一定质质量干量干试样试样放入一次叠好放入一次叠好筛筛中，中，置振置振筛筛机上充分振机上充分振摇摇后，称出留在各后，称出留在各级筛级筛上上土粒土粒质质量，按下式量，按下式计计算出小于某土粒粒径土算出小于某土粒粒径土粒含量百分数粒含量百分数X（）（）。式中：式中：mi，m为为分分别为别为小于某粒径土粒小于某粒径土粒质质量及量及试样总质试样总质量。量。1 1、筛分法、筛分法第29页土样筛土样筛颗分筛颗分筛第30页105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536土粒径土粒径级级配累配累积积曲曲线线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.510第31页2 2、密度计法、密度计法 用于分析粒径小于用于分析粒径小于0.1mm（0.075mm）土，依据粗颗粒下）土，依据粗颗粒下沉速度快，细颗粒下沉速度慢原理，能够把颗粒按下沉速度沉速度快，细颗粒下沉速度慢原理，能够把颗粒按下沉速度进行粗细分组。试验室惯用比重计来进行细粒土粒径分析，进行粗细分组。试验室惯用比重计来进行细粒土粒径分析，称为密度计法。称为密度计法。第32页密度计密度计第33页3 3、土级配曲线、土级配曲线 颗颗粒分析粒分析试验试验曲曲线线第34页(四四)颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线主要用途主要用途按粒径分布曲按粒径分布曲线线可求得：可求得：（1）土中各粒）土中各粒组组土粒含量，用于土粒含量，用于粗粒土分粗粒土分类类和大致和大致评评定土定土工程性工程性质质；（2）一些特征粒径，用于）一些特征粒径，用于建筑材料建筑材料选择选择和和评评价土价土级级配好坏配好坏。依据一些特征粒径，可得到两个有用指依据一些特征粒径，可得到两个有用指标标，即，即不均匀系数不均匀系数CuCu和和曲率系数曲率系数CcCc，它它们们定定义为义为：第35页 式中，式中，d10，d30和和d60为为粒径分布曲粒径分布曲线线上小于某粒径土粒含量分上小于某粒径土粒含量分别为别为10，30和和60时时所所对应对应粒径。粒径。d10称称为为有效粒径有效粒径；d60称称为为限制粒径限制粒径。土土级级配好坏可由土中配好坏可由土中土粒均匀程度土粒均匀程度和和粒径分布曲粒径分布曲线线形状形状来决定，来决定，而土粒均匀程度和曲而土粒均匀程度和曲线线形状又可用形状又可用不均匀系数不均匀系数和和曲率系数曲率系数来衡量。来衡量。Cu小，曲小，曲线线陡；陡；Cu大，易大，易压压密；密；Cc过过大，台大，台阶阶在在d10d30间间；Cc过过小，台小，台阶阶在在d30d60间间；规规范：范：纯净砾纯净砾、砂，、砂，Cu=5，且且Cc=13时时，级级配良好，不然，不良。配良好，不然，不良。第36页土土颗颗粒粒级级配曲配曲线线第37页二、土液相二、土液相（一）结合水（一）结合水 强结合水强结合水性性质质靠近于固体，冰点很低，沸点靠近于固体，冰点很低，沸点较较高，且不能高，且不能传递压传递压力。力。弱结合水弱结合水也称也称为为薄膜水，不能薄膜水，不能传递压传递压力，也不能在孔隙水力，也不能在孔隙水中自由流中自由流动动，但它能，但它能够够因因电场电场引力作用从水膜厚地方向水膜引力作用从水膜厚地方向水膜薄地方薄地方转转移。因移。因为为它存在，使土含有塑性、粘性、影响土它存在，使土含有塑性、粘性、影响土压压缩缩性和性和强强度，并使土透水性度，并使土透水性变变小。小。吸着水厚度吸着水厚度影响原因影响原因：成土：成土矿矿物；阳离子物；阳离子浓浓度及化学性度及化学性质质（阳离子价低，厚；阳离子（阳离子价低，厚；阳离子浓浓度高，薄）。度高，薄）。第38页（二）自由水（二）自由水 离开土离开土颗颗粒表面粒表面较远较远，不受土，不受土颗颗粒粒电电分子引力作用，且可自分子引力作用，且可自由移由移动动水称水称为为自由水自由水。（分。（分为为毛毛细细管水管水和和重力水重力水）1 1、毛细管水、毛细管水 土中存在土中存在许许多大小不一多大小不一样样相互相互连连通通弯曲孔道，因弯曲孔道，因为为水分子与土粒分子之水分子与土粒分子之间间附着力和水气界面上表面附着力和水气界面上表面张张力，于力，于是将引是将引发发迫使相迫使相邻邻土粒相互土粒相互积紧压积紧压力，力，该压该压力称力称为为毛管水毛管水压压力力。土层中毛细管水土层中毛细管水第39页2 2、重力水、重力水 在重力或水位差作用下能在土中流在重力或水位差作用下能在土中流动动自由水称自由水称微重力水微重力水。含有。含有溶解能力，能溶解能力，能传递传递静水和静水和动动水水压压力，力，对对土土颗颗粒有浮力作用。粒有浮力作用。当它在土孔隙中流当它在土孔隙中流动时动时，对对所流所流经经土体施加渗流力（亦称土体施加渗流力（亦称动动水水压压力、渗透力），力、渗透力），计计算中算中应应考考虑虑其影响。其影响。三、土气相三、土气相 存在土中气体分存在土中气体分为为两种基本两种基本类类型：一个是型：一个是与大气与大气连连通气体通气体；另一个是另一个是与大气不与大气不连连通以气泡形式存在封通以气泡形式存在封闭闭气体气体。第40页一、土结构一、土结构1 1、定义、定义土粒或土粒集合体在空土粒或土粒集合体在空间间排列和相互排列和相互联结联结形式称形式称为为土土结结构构。1 1.3.3 土结构及结构土结构及结构2 2、类型、类型（a）单单粒粒结结构构（b）峰）峰窝结窝结构构（c）絮状）絮状结结构构第41页 单单粒粒结结构构如如图图（a）所表示。由）所表示。由颗颗粒大土粒在水或空气中下沉粒大土粒在水或空气中下沉堆堆积积而成。粗粒土都含有而成。粗粒土都含有单单粒粒结结构。构。单单粒粒结结构能构能够够分分为为疏松和疏松和紧紧密。疏松密。疏松单单粒粒结结构土孔隙大，骨架不构土孔隙大，骨架不稳稳定，在外定，在外载载作用下作用下轻轻易易发发生生错错位，位，产产生很大生很大变变形或沉降，所以，形或沉降，所以，这这种土未种土未经处经处理普通不宜理普通不宜作作为为建筑物地基。建筑物地基。紧紧密密单单粒粒结结构土，因构土，因为颗为颗粒排列粒排列紧紧密，密，强强度高，度高，压缩压缩性小，在性小，在动动、静、静载载作用下都不会作用下都不会发发生生较较大沉降，是良好天然大沉降，是良好天然地基。地基。第42页 峰峰窝结窝结构构如如图图（b）所表示。粒径大）所表示。粒径大约约在在0.020.002mm范范围围内内粉土或粘土粉土或粘土颗颗粒，在水中粒，在水中单单个下沉个下沉时时，途中碰到已沉，途中碰到已沉积积土粒土粒时时，因因为为土粒之土粒之间间分子引力大于土粒自重，使得土粒只能停留在最分子引力大于土粒自重，使得土粒只能停留在最初接触位置不能初接触位置不能继续继续下沉，下沉，这这么，一粒一粒相互吸引，最么，一粒一粒相互吸引，最终终将将能形成含有很大孔隙蜂能形成含有很大孔隙蜂窝窝状状结结构。构。第43页 絮状絮状结结构构如如图图（c）所表示。直径小于）所表示。直径小于0.002mm极极细细粘粒，在水粘粒，在水中能中能够长够长久久悬悬浮而不下沉，假如水中浮而不下沉，假如水中掺掺有一些有一些电电解解质质，颗颗粒粒间间排排斥力能被斥力能被动动减弱，运减弱，运动动着土粒能着土粒能够够相互碰撞凝聚成絮状小集粒而相互碰撞凝聚成絮状小集粒而下沉，并相下沉，并相继继与已沉与已沉积积絮状集粒接触，形成絮状集粒接触，形成类类似蜂似蜂窝窝而孔隙很大而孔隙很大絮状絮状结结构（又称构（又称为为二二级级蜂蜂窝结窝结构）。构）。以上三种结构中，密实单粒结构工程性质最好；蜂窝结构和絮以上三种结构中，密实单粒结构工程性质最好；蜂窝结构和絮状结构假如受到扰动，强度就会降低，压缩性变高，难以作为天状结构假如受到扰动，强度就会降低，压缩性变高，难以作为天然地基。然地基。第44页二、土结构二、土结构1 1、定义、定义 同一土层中颗粒或颗粒结合体相互间位置与充填空间情况称同一土层中颗粒或颗粒结合体相互间位置与充填空间情况称为土结构。其实，这一定义与大多书本一样依然比较含糊，未为土结构。其实，这一定义与大多书本一样依然比较含糊，未交代结构与结构关系。其实，土结构着重于细微观，而结构能交代结构与结构关系。其实，土结构着重于细微观，而结构能够了解为土体宏观结构。够了解为土体宏观结构。第45页2 2、类型、类型 土体土体结结构普通能构普通能够够分分为为以下四以下四类类：(1)层层状状结结构构 顾顾名思名思义义，层层状状结结构是由不一构是由不一样颜样颜色和粒径土粒色和粒径土粒组组成一成一层层一一层结层结构状构状态态。大部分。大部分细细粒土土粒土土层层是是这这种种结结构。构。(2)分散分散结结构构 土土层层中土粒分布均匀，性中土粒分布均匀，性质质相近，粗粒土大都是分散相近，粗粒土大都是分散结结构。构。第46页(3)裂隙状裂隙状结结构构 土体被土体被许许多不多不连续连续小裂隙所分割，破坏了原状土整体性，使其小裂隙所分割，破坏了原状土整体性，使其工程性工程性质变质变差，一些差，一些坚坚硬和硬塑状硬和硬塑状态态粘土含有粘土含有这这种种结结构。构。(4)结结核状核状结结构构 在在细细粒土中粒土中显显著著掺掺有粗有粗颗颗粒或各种粒或各种结结核。如含核。如含结结核黄土等，核黄土等，该该类类土性土性质质主要决定于主要决定于细细粒土部分。粒土部分。第47页1 1.4.4 土三相物理性质指标测定及计算土三相物理性质指标测定及计算 土物理、力学性土物理、力学性质质不但决定于它三相不但决定于它三相组组成性成性质质和它和它结结构，构，而且而且还还与三相之与三相之间间量百分比关系量百分比关系亲亲密相关。密相关。可分可分为为两两类类：经过试验测经过试验测定定，如含水量、密度和土粒相，如含水量、密度和土粒相对对密度，称密度，称为为 直接指直接指标标；依据直接指依据直接指标换标换算算，如孔隙比、孔隙率、，如孔隙比、孔隙率、饱饱和度等，称和度等，称为为间间接指接指标标。土三相土三相图图从右从右图图能能够轻够轻易得到以下关系：易得到以下关系：Vv=Vw+Va V=Vs+Vv=Vs+Vw+Va m=ms+mw 第48页一、试验直接测定物理性质指标一、试验直接测定物理性质指标（一）土粒相对密度（土粒比重）（一）土粒相对密度（土粒比重）d ds s 土粒相土粒相对对密度定密度定义为义为土粒土粒质质量（或重量）与同体量（或重量）与同体积积4时纯时纯水水质质量（或重量）之比（无因次），量（或重量）之比（无因次），其表示式其表示式为为：或或 式中，式中，为为土粒密度，即土粒土粒密度，即土粒单单位体位体积质积质量；量；为为4时纯时纯水密度，水密度，1.0g/cm3土粒相对密度在数值上等于土粒密度土粒相对密度在数值上等于土粒密度第49页 土粒相土粒相对对密度密度惯惯用用比重瓶法比重瓶法测测定，事先将比重瓶注定，事先将比重瓶注满纯满纯水，水，称瓶加水称瓶加水质质量。然后把烘干土若干克装入量。然后把烘干土若干克装入该该空比重瓶内，再空比重瓶内，再加加纯纯水至水至满满，称瓶加土加水，称瓶加土加水质质量，按下式量，按下式计计算土粒相算土粒相对对密度：密度：式中，式中，m1为为瓶瓶+水水质质量；量；m2为为瓶瓶+土土+水水质质量；量；ms为为烘烘干土干土质质量。量。第50页 其中，其中，m1+ms为为瓶瓶+水（水（满满）质质量量+干土干土质质量；量；m1+ms-m2为为与土粒体与土粒体积积相相同水同水质质量。量。比重瓶法比重瓶法空瓶空瓶质量质量m0烘干土烘干土质量质量ms瓶瓶+水水质量质量m1瓶瓶+土土+水水质量质量m2第51页（二）土天然含水量（二）土天然含水量w w 土天然含水量，定土天然含水量，定义为义为土中水土中水质质量与土粒量与土粒质质量之比量之比，以，以百分数表示，其表示式百分数表示，其表示式为为：将将 代入上式可得代入上式可得 测测定含水率定含水率惯惯用方法是用方法是烘干法烘干法，先称出天然土，先称出天然土质质量，然量，然后放在烘箱中，在后放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干土常温下烘干，称得干土质质量，按上式可算得。量，按上式可算得。第52页烘干法烘干法第53页 土密度定土密度定义为义为单单位体位体积积土土质质量量，用，用表示，表示，单单位位为为Mg/m3(或或g/cm3)。表示式以下：表示式以下：对对于粘性土，土密度于粘性土，土密度惯惯用用环环刀法刀法测测定。定。（三）土天然密度（三）土天然密度与重度与重度第54页密度：环刀法密度：环刀法第55页定义：定义：土中孔隙体积与土总体积之比土中孔隙体积与土总体积之比，或单位体积内孔隙，或单位体积内孔隙体积，以百分数表示，其表示式为体积，以百分数表示，其表示式为：二、间接换算得物理性质指标二、间接换算得物理性质指标（一）土孔隙比（一）土孔隙比e e （二）土孔隙率（二）土孔隙率n n 定义：定义：土中孔隙体积与土粒体积之比土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数表示，其表，以小数表示，其表示式为：示式为：第56页定定义义：土中孔隙水体土中孔隙水体积积与孔隙体与孔隙体积积之比之比，以百分数表示，其表，以百分数表示，其表示式示式为为：（三）土饱和度（三）土饱和度SrSr第57页 土干重度：土干重度：单单位体位体积积内土粒重量内土粒重量，表示式，表示式为为：土烘干，体土烘干，体积积要减小，因而，土干密度不等于烘干土密度。要减小，因而，土干密度不等于烘干土密度。土干密度或干重度也是土干密度或干重度也是评评定土密定土密实实程度指程度指标标，干密度或干，干密度或干重度愈大表明土愈密重度愈大表明土愈密实实，反之愈疏松。，反之愈疏松。（四）干密度四）干密度d d与干重度与干重度d d 土干密度：土干密度：单单位体位体积积内土粒内土粒质质量量，表示式：，表示式：第58页（五）饱和密度（五）饱和密度satsat与饱和重度与饱和重度satsat 饱饱和密度定和密度定义义：土中孔隙完全被水充土中孔隙完全被水充满满土土处处于于饱饱和状和状态态时单时单位体位体积积土土质质量量。表示式。表示式为为 在在饱饱和状和状态态下，下，单单位体位体积积土重量称土重量称为饱为饱和重度，其表示式和重度，其表示式为为：第59页（六）浮密度（六）浮密度与浮重度（有效重度）与浮重度（有效重度）土在水下，受到重力水浮力作用，此土在水下，受到重力水浮力作用，此时时土中固体土中固体颗颗粒粒质质量量再扣去固体再扣去固体颗颗粒排开水粒排开水质质量与土量与土样总样总体体积积之比之比 浮密度浮密度第60页 与其与其对应对应，提出了浮密度概念，土浮密度是，提出了浮密度概念，土浮密度是单单位体位体积积内土内土粒粒质质量与同体量与同体积积水水质质量之差量之差，其表示式，其表示式为为：或或 从上述四种土密度或重度定从上述四种土密度或重度定义义可知，同一土可知，同一土样样各种密度或各种密度或重度在数重度在数值值上有以下关系：上有以下关系：第61页三、惯用物理性质指标实用计算公式三、惯用物理性质指标实用计算公式(重点、难点重点、难点)惯惯用土物理指用土物理指标标共有九个。已知其中任意三个，共有九个。已知其中任意三个，经过换经过换算能算能够够求出其余六个。求出其余六个。（一）孔隙比与孔隙率关系（一）孔隙比与孔隙率关系 设设土体内土粒体土体内土粒体积为积为1，则则 可知，孔隙体可知，孔隙体积积Vv为为e，土体土体体体积积V为为（1e），），于是有：于是有：或或 三相示意三相示意图图（a）第62页（二）干密度与天然密度和含水量关系二）干密度与天然密度和含水量关系 设设土体体土体体积积V为为1，则则d=ms/V，土体内土粒土体内土粒质质量量ms为为d，由由w=mw/ms水水质质量量mw为为wd。于是，按天然密度定于是，按天然密度定义义可得：可得：或或 （1-22）三相示意三相示意图图（b）第63页 设土体内土粒体积为设土体内土粒体积为1，则按，则按 ，孔隙体积孔隙体积Vv为为e；由由s ms/Vs得土粒质量得土粒质量ms为为s。于是，按。于是，按d定义可得：定义可得：将将 代入，整理得：代入，整理得：（三）孔隙比与土粒相对密度和干密度关系（三）孔隙比与土粒相对密度和干密度关系三相示意三相示意图图（c）第64页（四）饱和度与含水量、相对密度和孔隙比关系（四）饱和度与含水量、相对密度和孔隙比关系 设设土体内土粒体土体内土粒体积为积为1，则则按按e=Vv/Vs得体得体积积Vv=e；由由s ms/Vs得土粒得土粒质质量量ms=s。按按w=mw/ms，得，得质质量量mw=ws，则则得体得体积积Vw=mw/w=ws/w。于是，于是，当土当土饱饱和和时时，即，即Sr为为100，则则：式中，式中，wsat为饱为饱和含水率。和含水率。三相示意三相示意图图（d）第65页（五）浮密度与土粒相对密度和孔隙比关系（五）浮密度与土粒相对密度和孔隙比关系 设设土体内土粒体土体内土粒体积为积为1，则则按按e=Vv/Vs，孔隙体，孔隙体积积Vv为为e；由由s ms/Vs得土粒得土粒质质量量ms为为s。于是，按式浮密度定于是，按式浮密度定义义可得可得 三相示意三相示意图图（e）第66页习题习题1、某干砂某干砂试样试样 ，经细经细雨后，体雨后，体积积未未变变，饱饱和度到达和度到达Sr=40%，试问细试问细雨后砂雨后砂样样密度、重度和含水密度、重度和含水量各是多少？量各是多少？2、有一个完全、有一个完全饱饱和粘土土和粘土土样样，测测得得总总体体积积V1=100cm3，已知，已知土粒土粒对对水相水相对对密度密度ds=2.66，土，土样样含水量含水量w1=45%，将，将该该土土样样置置于烘箱中烘了一段于烘箱中烘了一段时间时间之后，之后，测测得土得土样样体体积积V2=95cm3，w2=35%，问问土土样样烘干前后密度、干密度、孔隙比、烘干前后密度、干密度、孔隙比、饱饱和度各和度各为为多少？多少？3、某一某一块试样块试样在天然状在天然状态态下体下体积为积为60cm3，称得其称得其质质量量为为108g，将其烘干后称得将其烘干后称得质质量量为为96.43g，依据依据试验试验得到土粒比重得到土粒比重ds为为2.7，试试求求试样试样湿密度、干密度、湿密度、干密度、饱饱和密度、含水率、孔和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和隙比、孔隙率和饱饱和度。和度。第67页4、某土、某土样样在天然状在天然状态态下孔隙比下孔隙比 e=0.8，土粒比重土粒比重 ds=2.68，含含水量水量=24%，求：求：(a)天然状天然状态态下重度、干重度和下重度、干重度和饱饱和度；和度；(b)若若该该土土样样加水后，到达加水后，到达饱饱和状和状态态，计计算算饱饱和和时时含水量含水量及及饱饱和重度和重度(假定土孔隙比保持不假定土孔隙比保持不变变)。5、某、某饱饱和土和土样样重重0.4N，体体积为积为21.5 cm3。放入烘箱内烘一段放入烘箱内烘一段时间时间后取出，称得其重量后取出，称得其重量为为0.33N，体体积积减小至减小至15.7 cm3，饱饱和度和度为为75%。试试求求该该土土样样烘烤前含水量烘烤前含水量 w、孔隙比孔隙比 e 及干容及干容重重 d。第68页n 上一上一节讲节讲9个三相指个三相指标标主要是反主要是反应应土土物理性物理性质质，还还不能直接表不能直接表现现土物理状土物理状态态，本，本节讲节讲授反授反应应土土物理状物理状态态相关指相关指标标。n 所所谓谓土物理状土物理状态态，对对于粗粒土来于粗粒土来讲讲，就是指它密，就是指它密实实程度；程度；对对于于细细粒土，粒土，则则是指它是指它软软硬程度即粘性土稠度硬程度即粘性土稠度(consistency）1.51.5、1.6 1.6 土物理状态指标土物理状态指标第69页一、无粘性土（粗粒土）密实度（一、无粘性土（粗粒土）密实度（1.51.5节）节）u 土密土密实实度度:指指单单位体位体积积土体中固体土体中固体颗颗粒含量。干容量粒含量。干容量d和孔和孔隙比隙比e（或孔隙率（或孔隙率n）都是表示土密）都是表示土密实实度指度指标标。u 但但这这种直接用土粒含量或孔隙含量表示密种直接用土粒含量或孔隙含量表示密实实度方法含有度方法含有显显著著缺点：缺点：最主要就是它最主要就是它们们没有考没有考虑虑到土粒粒径到土粒粒径级级配配这这一主要原因一主要原因影响，不一影响，不一样级样级配砂土，即使孔隙比相同，所配砂土，即使孔隙比相同，所处处松密状松密状态态并不并不会相同。会相同。第70页 为了更加好表明粗粒土密实状态，能够将天然孔隙比为了更加好表明粗粒土密实状态，能够将天然孔隙比e e与与同一个土最密实状态孔隙比同一个土最密实状态孔隙比e emin min 和最涣散状态孔隙比和最涣散状态孔隙比e emax max 进进行对比，看天然行对比，看天然e e是靠近是靠近e eminmin还是靠近还是靠近e emaxmax，以此来判别它密，以此来判别它密实度。这种度量密实度指标称为实度。这种度量密实度指标称为相对密度相对密度(relative relative densitydensity)D Dr r。式中：式中：Dr相相对对密密实实度；度；emax无粘性土无粘性土处处于最松状于最松状态时态时孔隙比；孔隙比；emin无粘性土无粘性土处处于最密状于最密状态时态时孔隙比；孔隙比；e无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比。第71页 显显然，当然，当e靠近于靠近于emin时时，Dr 靠近于靠近于1，土呈密，土呈密实实状状态态，当，当e靠近于靠近于emax时时，Dr靠近于零，土呈靠近于零，土呈涣涣散状散状态态。通常依据。通常依据Dr能能够够把粗粒土松密状把粗粒土松密状态态分分为为以下三种：以下三种：0Dr0.33 涣涣散散 0.33 Dr0.67 中密中密 0.67 Dr 1 密密实实第72页 天然砂土密天然砂土密实实度只能在度只能在现场现场利用利用标标准准贯贯入入试验试验、静力触探、静力触探试试验验等原位等原位测试测试方法来取得。通常依据方法来取得。通常依据标标准准贯贯入入试验锤击试验锤击数数N，将天然砂土分将天然砂土分为为四种密四种密实实度状度状态态以下表所表示。以下表所表示。天然砂土密天然砂土密实实度划分度划分砂土密实度砂土密实度 涣散稍密稍密中密中密密实密实标准试验击数N1010N151530第73页n 碎石土能碎石土能够够用可挖性、可用可挖性、可钻钻性等方法性等方法进进行行现场现场判判别别，普通，普通也可区分也可区分为为密密实实、中密和稍密三种密、中密和稍密三种密实实度状度状态态。n 细细粒土（粘性土）无法在粒土（粘性土）无法在试验试验室室测测定最大和最小孔隙比，定最大和最小孔隙比，实实际际上也不存在上也不存在emax和和emin，所以只能，所以只能依据孔隙比依据孔隙比e或干密度或干密度d来来判断其密判断其密实实度度。第74页 稠度：稠度：稠度：稠度：指粘性土干湿程度或在某一含水率下抵抗外力指粘性土干湿程度或在某一含水率下抵抗外力指粘性土干湿程度或在某一含水率下抵抗外力指粘性土干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而作用而作用而作用而变变变变形或破坏能力，是粘性土最主要物理状形或破坏能力，是粘性土最主要物理状形或破坏能力，是粘性土最主要物理状形或破坏能力，是粘性土最主要物理状态态态态指指指指标标标标。二、粘性土稠度（二、粘性土稠度（二、粘性土稠度（二、粘性土稠度（1.61.61.61.6节）节）节）节）（一）粘性土稠度状态（一）粘性土稠度状态 粘性土稠度状粘性土稠度状粘性土稠度状粘性土稠度状态惯态惯态惯态惯用用用用流动、软、可塑、硬流动、软、可塑、硬流动、软、可塑、硬流动、软、可塑、硬等描述。等描述。等描述。等描述。粘性土粘性土第75页 粘性土从一个状粘性土从一个状粘性土从一个状粘性土从一个状态过态过态过态过渡到另渡到另渡到另渡到另一个状一个状一个状一个状态态态态，可用某一界限含水，可用某一界限含水，可用某一界限含水，可用某一界限含水率来区分，率来区分，率来区分，率来区分，这这这这种界限含水率称种界限含水率称种界限含水率称种界限含水率称为为为为稠度界限稠度界限稠度界限稠度界限或或或或阿太堡界限阿太堡界限阿太堡界限阿太堡界限。（二）界限含水率及其测定（二）界限含水率及其测定流流态态Vw0可