土质土力学土的物理性质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

3 3 土物理性质土物理性质 土工程性质主要指土物理性质和力土工程性质主要指土物理性质和力学性质。学性质。土物理性质是指组成土各部分之间土物理性质是指组成土各部分之间数量百分比关系、性质、相互之间数量百分比关系、性质、相互之间作用关系等不一样所引发各种物理作用关系等不一样所引发各种物理状态。状态。土力学性质是指土在外力作用下所土力学性质是指土在外力作用下所表现出来性质（变形和强度）。表现出来性质（变形和强度）。第1页3 3 土物理性质土物理性质 物理性质分为基本物理性质和水理性质：物理性质分为基本物理性质和水理性质：土固、液（水）、气三相在质量和体积之土固、液（水）、气三相在质量和体积之间相互百分比关系称为土基本物理性质，间相互百分比关系称为土基本物理性质，主要反应在土密实程度和干湿情况等。主要反应在土密实程度和干湿情况等。液相（水）水与固相之间相互作用所表现液相（水）水与固相之间相互作用所表现出来性质称为土水理性质，主要研究土稠出来性质称为土水理性质，主要研究土稠度与塑性、土膨胀性与收缩性、土透水性度与塑性、土膨胀性与收缩性、土透水性和毛细性等。和毛细性等。第2页3 3 土物理性质土物理性质 土物理性质与力学性质关系：土物理性质与力学性质关系：土固体骨架是决定土性质本质原因，土固体骨架是决定土性质本质原因，而土中固、液相之间相互作用以及液而土中固、液相之间相互作用以及液相在质和量上改变，都会引发土性质相在质和量上改变，都会引发土性质发生各种改变，直接影响土力学性质。发生各种改变，直接影响土力学性质。第3页3 3 土物理性质土物理性质 3.1 3.1 土基本物理性质土基本物理性质 3.2 3.2 细粒土稠度和可塑性细粒土稠度和可塑性 3.3 3.3 土膨胀性与崩解性土膨胀性与崩解性 3.4 3.4 土透水性和毛细性土透水性和毛细性 第4页3 3 土物理性质土物理性质 3.1 3.1 土基本物理性质土基本物理性质土土基基本本物物理理性性质质包包含含土土质质量量、土土含含水水性性和和土土孔孔隙隙性性和和密密实实性性，它它们们反反应应了了土土三三相相组组成成之之间间百百分分比比关关系系、松松密密程程度度和和干干湿湿程程度度。土土基基本本物物理理性性质质取取决决于于组组成成土土三相之间在质量和体积上百分比关系。三相之间在质量和体积上百分比关系。通通惯惯用用一一些些数数值值来来描描述述土土基基本本物物理理性性质质，称为土基本物理性质指标。称为土基本物理性质指标。第5页3 3 土物理性质土物理性质 为为了了研研究究方方便便，通通常常将将各各相相组组成成在在土土中中所所占占质质量量和和体体积积用用一一个个简简化化模模型型表表示示（土土三三相相组组成成模模型型，将将分分散散各各部部分分理理想想化化地地分分别别集集中中在在一一起起）（下下右右图图），并并用用对对应应符符号号表表示示各各组组成部分及其质量和体积。成部分及其质量和体积。SWA第6页3 3 土物理性质土物理性质 以质量计：以质量计：空气质量空气质量 ma 0 水质量水质量 mw土粒质量土粒质量 ms 总质量总质量 m=mw+ms以重量计：以重量计：W=mg以体积计：以体积计：空气体积空气体积 Va 水体积水体积 Vw土粒体积土粒体积 Vs 总体积总体积 V=Vv+Vs孔隙体积孔隙体积 Vvma(0)mwmsmVaVwVsVvV土三相图土三相图 质量质量 mass 体积体积 volume SWA第7页3 3 土物理性质土物理性质 土三相图土三相图 一、土质量和重量一、土质量和重量1、土粒密度、土粒密度土粒密度定义：土粒质土粒密度定义：土粒质量与土粒体积之比量与土粒体积之比单位：单位：g/cm3、t/m3ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWA第8页3 3 土物理性质土物理性质 土粒比重定义：土粒质土粒比重定义：土粒质量与同体积量与同体积4C水质量水质量之比。之比。无量纲无量纲土粒比重土粒比重土三相图土三相图 ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWA第9页3 3 土物理性质土物理性质 土土粒粒比比重重与与土土粒粒密密度度在在数数值值上上是是相相等。等。普通土土粒密度值见下表：普通土土粒密度值见下表：土名土名砂土砂土砂砂质质粉土粉土 粘粘质质粉土粉土 粉粉质质黏土黏土黏土黏土 s(g/cm3)2.652.692.702.712.722.73 2.742.76第10页3 3 土物理性质土物理性质 土土粒粒密密度度是是实实测测指指标标，小小于于5mm土土颗颗粒粒采采取取比比重重瓶瓶法法，等等于于、大大于于5mm土土颗颗粒粒采采取取浮浮称称法法和和虹虹吸吸管管法法测测定定。粗粗细细混混杂杂土土，采采取取对对应应方方法法测测定定土土粒粒密密度度后后取取质质量量加加权权平平均均值值作作为为整整个个土土土土粒粒密密度度。详详细细试试验验方方法法及及技技术术关关键键点点见见土土工工试试验验方方法法标准标准GB/T50123-1999。第11页3 3 土物理性质土物理性质 2、土密度、土密度（1）质量密度）质量密度（2）重力密度（重度、）重力密度（重度、容重容重）密度和重度综合反应了土物质组成与结构密度和重度综合反应了土物质组成与结构ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWA第12页3 3 土物理性质土物理性质 对天然土，在对天然土，在保持天然结构和保持保持天然结构和保持天然含水量天然含水量情况下测得密度称为情况下测得密度称为土土天然密度天然密度（通常所说密度即指天然（通常所说密度即指天然密度），对应重度为天然重度，以密度），对应重度为天然重度，以区分于其它条件下密度。区分于其它条件下密度。第13页3 3 土物理性质土物理性质 土密度是土密度是实测指标实测指标，可采取环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂，可采取环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法等方法测定。法等方法测定。环刀法适合用于细粒土，蜡封法适合用于易破裂土和形状不环刀法适合用于细粒土，蜡封法适合用于易破裂土和形状不规则坚硬土，灌水法和灌砂法适合用于现场测定粗粒土密度。规则坚硬土，灌水法和灌砂法适合用于现场测定粗粒土密度。环刀环刀第14页3 3 土物理性质土物理性质（3）饱和密度）饱和密度(重度重度)ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWAw第15页3 3 土物理性质土物理性质 干密度是表征结构松密程度指标，与含水量无关干密度是表征结构松密程度指标，与含水量无关（4）干密度（重度）干密度（重度）ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWAa土干密度越大，土越密实，强度越高，水稳土干密度越大，土越密实，强度越高，水稳定性越好。土干密度惯用作填土密实程度施定性越好。土干密度惯用作填土密实程度施工控制指标工控制指标。第16页3 3 土物理性质土物理性质（5）各密度关系）各密度关系土密度与土干密度和饱和密度关系是：土密度与土干密度和饱和密度关系是：当土在天然状态下为干燥时，测得密度当土在天然状态下为干燥时，测得密度为干密度，饱和时（土处于地下水位面为干密度，饱和时（土处于地下水位面附近及以下）为饱和密度。附近及以下）为饱和密度。第17页3 3 土物理性质土物理性质(6)土有效重度（浮重度）土有效重度（浮重度）当土浸没在水中时，其颗粒会受到浮力作用，土体所受重力当土浸没在水中时，其颗粒会受到浮力作用，土体所受重力应扣除浮力。应扣除浮力。计算地下水位以下土层自重应力时应该考虑浮计算地下水位以下土层自重应力时应该考虑浮力影响，此时采取有效重度计算力影响，此时采取有效重度计算。有效重度是扣除浮力以后颗粒所受重力与土总体积之比，用有效重度是扣除浮力以后颗粒所受重力与土总体积之比，用 表示，有效重度又称为浮重度（浮容重）。有效重度除于表示，有效重度又称为浮重度（浮容重）。有效重度除于重力加速度称为土有效密度（浮密度），用重力加速度称为土有效密度（浮密度），用 表示。计算式表示。计算式为：为：土有效重度影响原因与土密度相同。土有效重度影响原因与土密度相同。第18页3 3 土物理性质土物理性质 2土含水性土含水性土含水性是指土含水情况，说明土土含水性是指土含水情况，说明土干湿程度。干湿程度。可用土中含水质量来表示，也可用可用土中含水质量来表示，也可用水充填孔隙程度表示。水充填孔隙程度表示。第19页3 3 土物理性质土物理性质(1)土天然含水土天然含水量（含水率）量（含水率）土三相图土三相图 ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWA用百分数表示用百分数表示实测指标（烘干实测指标（烘干法）法）含水量与土结构、物质成份、含水量与土结构、物质成份、土所处环境等相关。如，砂土所处环境等相关。如，砂土含水率为土含水率为040%，黏性土，黏性土20100%，泥炭有时可达，泥炭有时可达400%以上。以上。第20页3 3 土物理性质土物理性质(2)土饱和度土饱和度（相对含水率）（相对含水率）土三相图土三相图 ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWA用小数表示用小数表示计算指标计算指标饱和度反应了孔隙被水充满程饱和度反应了孔隙被水充满程度。干燥时度。干燥时Sr=0，完全饱和时，完全饱和时Sr=1。依据饱和度可对砂土和粉土进依据饱和度可对砂土和粉土进行湿度划分行湿度划分：Sr 0.5为稍湿；为稍湿；0.50.8为饱和。为饱和。第21页3 3 土物理性质土物理性质 3土孔隙性土孔隙性孔隙是土主要结构特征之一。土孔隙性孔隙是土主要结构特征之一。土孔隙性是指土中孔隙大小、形状、分布特征、是指土中孔隙大小、形状、分布特征、连通情况及总体积等。土孔隙性主要取连通情况及总体积等。土孔隙性主要取决于土粒度成份和土粒排列紧密程度。决于土粒度成份和土粒排列紧密程度。孔隙性评价指标包含孔隙度、孔隙比、孔隙性评价指标包含孔隙度、孔隙比、相对密实度等。相对密实度等。第22页3 3 土物理性质土物理性质(1)孔隙比孔隙比用小数表示用小数表示计算指标计算指标土三相图土三相图 ma(0)mwmsmVaVwVsVvV质量质量 mass 体积体积 volume SWA孔隙比惯用以表示土密实程孔隙比惯用以表示土密实程度，并用于计算地基沉降量。度，并用于计算地基沉降量。e越大，孔隙越发育，结构越越大，孔隙越发育，结构越涣散。涣散。粉土按孔隙比粉土按孔隙比e分类：分类：密实（密实（e0.75）；）；中密（中密（0.75 e30）；）；中密中密(15N 30)；稍密稍密(1020）；）；中密（中密（10N63.5 20）；）；稍密（稍密（514）；）；密密实实（11N120 14）；）；中密（中密（6N120 11）;稍密（稍密（3N120 6）;涣涣散（散（N120 3）。）。第36页3 3 土物理性质土物理性质 5.1 5.1 土基本物理性质土基本物理性质 5.2 5.2 细粒土稠度和可塑性细粒土稠度和可塑性 5.3 5.3 土膨胀性与崩解性土膨胀性与崩解性 5.4 5.4 土透水性和毛细性土透水性和毛细性 第37页3 3 土物理性质土物理性质 稠度状态稠度状态特征特征稠度界稠度界限限体积缩体积缩小方向小方向含水率减含水率减小方向小方向流流态态液流状态液流状态土呈液体状态土呈液体状态,薄层状流动薄层状流动粘流状态粘流状态土似土似黏滞黏滞液体液体,厚层状流动厚层状流动塑塑态态粘塑状态粘塑状态土土具具塑塑性性体体性性质质，可可塑塑成成任任意意形形状状，且能黏着于其它物体上且能黏着于其它物体上稠塑状态稠塑状态土土具具塑塑性性体体性性质质，可可塑塑成成任任意意形形状状，但不能黏着于其它物体上但不能黏着于其它物体上固固态态半固体状半固体状态态土土近近似似固固体体，力力学学强强度度较较大大，形形状状固定，不能揉捏变形固定，不能揉捏变形固体状态固体状态土土具具固固体体性性质质，力力学学强强度度高高，形形状状大小固定大小固定体积不体积不变变触变限触变限液限液限wL塑性上限塑性上限黏着限黏着限塑限塑限wP塑性下限塑性下限收缩限收缩限wS在含水量不一样情况下，黏性土表现出三种在含水量不一样情况下，黏性土表现出三种不一样物理状态，即固态、塑性态、流动态：不一样物理状态，即固态、塑性态、流动态：第38页3 3 土物理性质土物理性质 通常将土中含水多少而使土体表现出不通常将土中含水多少而使土体表现出不一样稀稠软硬性质称为土一样稀稠软硬性质称为土稠度稠度。稠度性质只出现于黏性土和含粘粒多土稠度性质只出现于黏性土和含粘粒多土中。中。产生原因产生原因是含水量改变使土粒上结是含水量改变使土粒上结合水膜厚度改变，从而造成土粒间相对合水膜厚度改变，从而造成土粒间相对活动性和连结力发生改变。活动性和连结力发生改变。第39页3 3 土物理性质土物理性质 不一样稠度状态本质特征：不一样稠度状态本质特征：固体状态时，含水量很低，粒间以固体状态时，含水量很低，粒间以公共固定层连结公共固定层连结，连结力特强，孔隙中全部为空气。强度大，在外力连结力特强，孔隙中全部为空气。强度大，在外力作用下较易破裂。作用下较易破裂。半固体状态时，含水量较低，半固体状态时，含水量较低，粒间以公共固定层连粒间以公共固定层连结为主，残留部分公共扩散层连结结为主，残留部分公共扩散层连结，连结力很强。，连结力很强。孔隙中有孔隙。坚硬，在外力作用下易破裂。孔隙中有孔隙。坚硬，在外力作用下易破裂。稠塑状态时，粒间全部经过稠塑状态时，粒间全部经过公共扩散层连结公共扩散层连结，但，但扩扩散层厚度较薄散层厚度较薄，连结强，土体与他物不能形成公共，连结强，土体与他物不能形成公共扩散层，不能粘着在他物上，塑性较弱。可改变形扩散层，不能粘着在他物上，塑性较弱。可改变形状，外力作用下较易变形。状，外力作用下较易变形。第40页3 3 土物理性质土物理性质 粘塑状态时，粒间全部经过粘塑状态时，粒间全部经过公共扩散层连结，扩公共扩散层连结，扩散层厚度较厚散层厚度较厚，连结较强，土能粘着在他物上，连结较强，土能粘着在他物上，塑性强。可塑造成任意形状，外力作用下易变形。塑性强。可塑造成任意形状，外力作用下易变形。粘流状态时，粘流状态时，扩散层厚度大扩散层厚度大，粒间开始形成，粒间开始形成公共公共扩散层扩散层，连结较弱，连结较弱，粒间存在少许自由水粒间存在少许自由水，可作，可作厚层流动，含有触变性。强度弱至无，基本上没厚层流动，含有触变性。强度弱至无，基本上没有抵抗外力能力。有抵抗外力能力。液流状态时，粒间存在大量自由水，液流状态时，粒间存在大量自由水，不能形成公不能形成公共扩散层共扩散层，粒间连结弱至无，可作薄层流动，流，粒间连结弱至无，可作薄层流动，流动性大。呈泥浆状态，无任何抵抗外力能力。动性大。呈泥浆状态，无任何抵抗外力能力。第41页3 3 土物理性质土物理性质 2界限含水量及其测定土稠度状态改变与含水量改变相关，伴随含水量改变，土也不停改变其稠度状态。当含水量改变到一定数值时，土稠度状态会发生本质改变。伴随含水量改变，土由一个稠度状态转变为另一个稠度状态，对应于转变点含水量称为界限含水量。又称Atterberg界限(19)。第42页3 3 土物理性质土物理性质 界限含水量有五个：固态与半固态之间界限含水量有五个：固态与半固态之间收缩限、固态与塑态之间收缩限、固态与塑态之间塑限塑限（塑性下（塑性下限）、稠塑态与粘塑态之间粘着限、塑限）、稠塑态与粘塑态之间粘着限、塑态与液态间态与液态间液限液限（塑性上限）、粘流态（塑性上限）、粘流态与液流态间触变限。其中，意义最大是与液流态间触变限。其中，意义最大是塑限和液限，分别记为塑限和液限，分别记为 p和和 L。有时也。有时也用到收缩限，记为用到收缩限，记为 s。当土天然含水量当土天然含水量 L时为流态。时为流态。第43页3 3 土物理性质土物理性质 塑限和液限是评价黏性土物理性质主要指标，塑限和液限是评价黏性土物理性质主要指标，在工程勘察时通常都要测定，当前测定方法在工程勘察时通常都要测定，当前测定方法主要有三种：塑限采取搓条法、液限采取液主要有三种：塑限采取搓条法、液限采取液限仪、限仪、联合测定法（利用联合测定仪同时测联合测定法（利用联合测定仪同时测定塑限和液限）定塑限和液限）。测定时可采取扰动土样。测定时可采取扰动土样。液限仪有两种：锥式液限仪和碟式液限仪。液限仪有两种：锥式液限仪和碟式液限仪。两种方法测定结果不一致，使用时也有差异，两种方法测定结果不一致，使用时也有差异，所以必须所以必须注明测定所用方法以及所依据测试注明测定所用方法以及所依据测试方法标准方法标准。收缩限则采取收缩皿法测定。收缩限则采取收缩皿法测定。第44页3 3 土物理性质土物理性质 3黏性土可塑性及其指黏性土可塑性及其指标标（1）概念）概念当黏性土天然含水量界于塑限与液限之当黏性土天然含水量界于塑限与液限之间间时时，在外力作用下可塑成任意形状而不破，在外力作用下可塑成任意形状而不破坏土粒坏土粒间连结间连结，并在外力解除后也不恢复，并在外力解除后也不恢复到原来形状，保持已到原来形状，保持已经经有有变变形，形，这这种性种性质质称称为为黏性土黏性土可塑性可塑性。黏性土可塑性高低能黏性土可塑性高低能够够用塑限和液限差用塑限和液限差值值大小来表示。二者差大小来表示。二者差值值越大，越大，处处于塑于塑态态含含水量改水量改变变范范围围越大，可塑性就越高。而二越大，可塑性就越高。而二者者间间差差值值越小，可塑性就越低。越小，可塑性就越低。第45页3 3 土物理性质土物理性质（2）塑性指数）塑性指数1）概念）概念通常将黏性土液限与塑限差值称为塑性指通常将黏性土液限与塑限差值称为塑性指数，记为数，记为Ip，即：，即：Ip=L-p计算时，通常将含水量中百分号去掉计算时，通常将含水量中百分号去掉。土可塑性强弱，主要取决于土中粘粒含量土可塑性强弱，主要取决于土中粘粒含量和粘粒矿物亲水性。土中粘粒含量越多，和粘粒矿物亲水性。土中粘粒含量越多，矿物亲水性越强，矿物亲水性越强，Ip越大，可塑性越强。越大，可塑性越强。所以，工程实践中常利用塑性指数进行黏所以，工程实践中常利用塑性指数进行黏性土分类。性土分类。第46页3 3 土物理性质土物理性质 2）细粒类土工程分类）细粒类土工程分类岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范依据塑性指数对细粒依据塑性指数对细粒类土分类类土分类：塑性指数塑性指数Ip10土定为土定为黏性土黏性土，而，而Ip 10且粒径大且粒径大于于0.075mm颗粒质量不超出总质量颗粒质量不超出总质量50%土定为土定为粉粉土土（过去称为亚砂土）；（过去称为亚砂土）；黏性土中，黏性土中，Ip大于大于10且小于或等于且小于或等于17土定为土定为粉质粉质黏土黏土(过去称为亚黏土过去称为亚黏土)，Ip17土为土为黏土黏土。（划分依据：塑性指数由对应于（划分依据：塑性指数由对应于76g圆锥液限圆锥液限仪沉入土中深度为仪沉入土中深度为10mm时测定液限计算而时测定液限计算而得）。得）。第47页3 3 土物理性质土物理性质 土工程分土工程分类标类标准准依依据塑性据塑性图图(A.Gasagrande,1930A.Gasagrande,1930)对细对细粒粒类类土分土分类类：图图中，中，A线线以上以上为为黏土，黏土，以下以下为为粉土。粉土。B线线右右侧侧为为高液限，左高液限，左侧为侧为低液低液限。限。英文字母代号含英文字母代号含义义：C黏土黏土M粉土粉土H高液限高液限L低液限低液限O有机有机质质（划分依据：塑性指数由碟式仪（划分依据：塑性指数由碟式仪测定液限或对应于测定液限或对应于76g76g圆锥液限仪圆锥液限仪沉入土中深度为沉入土中深度为17mm17mm时测定液时测定液限计算而得）。限计算而得）。第48页3 3 土物理性质土物理性质（3）液性指数）液性指数土天然含水量与塑限之差与塑性指数比土天然含水量与塑限之差与塑性指数比值值称称为为液性指数，用液性指数，用IL表示，表示，计计算式算式为为：液性指数大小反液性指数大小反应应了土在天然状了土在天然状态态下所下所处处稠度状稠度状态态。黏性土黏性土状状态态分分类类：IL 0为坚为坚硬状硬状态态；00.25为为硬塑状硬塑状态态；0.250.75为为可塑状可塑状态态；0.751.00为软为软塑状塑状态态；IL1为为流塑状流塑状态态。第49页3 3 土物理性质土物理性质 4影响黏性土可塑性原因影响黏性土可塑性原因可塑性是粘粒表面形成可塑性是粘粒表面形成结结合水膜所表合水膜所表现现出来出来性性质质。含有可塑性土，土粒。含有可塑性土，土粒间间存在不是很存在不是很强强水胶水胶连结连结。可塑性。可塑性强强弱取决于土粒外弱取决于土粒外围扩围扩散散层层最大可能含量，即取决于塑性指数大小。最大可能含量，即取决于塑性指数大小。扩扩散散层层越厚，弱越厚，弱结结合水含量越多，合水含量越多，则则塑性指塑性指数越大，土可塑性越数越大，土可塑性越强强。所以，影响。所以，影响扩扩散散层层厚度原因也就是影响黏性土可塑性原因，包厚度原因也就是影响黏性土可塑性原因，包含土含土矿矿物成份、粒度成份、水溶液化学成份、物成份、粒度成份、水溶液化学成份、浓浓度及度及PH值值等。等。第50页3 3 土物理性质土物理性质 5研究黏性土稠度及可塑性意义研究黏性土稠度及可塑性意义黏性土稠度反应了土粒间连结强度，塑黏性土稠度反应了土粒间连结强度，塑性反应了土粒与水相互作用程度，在一性反应了土粒与水相互作用程度，在一定程度上表明了土中粘粒含量和矿物成定程度上表明了土中粘粒含量和矿物成份亲水程度。份亲水程度。所以，稠度和塑性与土力所以，稠度和塑性与土力学性质直接相关，学性质直接相关，塑性指标是判断黏性塑性指标是判断黏性土物理力学性质主要参数土物理力学性质主要参数。第51页3 3 土物理性质土物理性质 黏性土稠度状态以液性指数作为判断黏性土稠度状态以液性指数作为判断标准，能概略地说明土粒相对活动难标准，能概略地说明土粒相对活动难易程度与土抵抗外力变形和破坏能力。易程度与土抵抗外力变形和破坏能力。稠度状态能反应土体在天然状态下强稠度状态能反应土体在天然状态下强度和稳定性。流塑态时含有高压缩和度和稳定性。流塑态时含有高压缩和低强度特点；软塑态时含有较高压缩低强度特点；软塑态时含有较高压缩性和较低强度；硬塑和坚硬状态时含性和较低强度；硬塑和坚硬状态时含有较低压缩性和较高强度。有较低压缩性和较高强度。第52页3 3 土物理性质土物理性质 值得注意是，液性指数是利用扰动土测定液值得注意是，液性指数是利用扰动土测定液限和塑限经计算得到。在自然界中，除少数限和塑限经计算得到。在自然界中，除少数新近堆积饱水黏性土外，普通土粒间都存在新近堆积饱水黏性土外，普通土粒间都存在天然结构连接。所以，往往在天然含水量超天然结构连接。所以，往往在天然含水量超出液限时，土并不表现出流动状态；或者天出液限时，土并不表现出流动状态；或者天然含水量大于塑限时不表现出塑性状态，而然含水量大于塑限时不表现出塑性状态，而是展现出半固态或固态。只有当日然结构破是展现出半固态或固态。只有当日然结构破坏后，土才展现出流态或塑态，通常称之为坏后，土才展现出流态或塑态，通常称之为潜流态或潜塑态。所以，在评价天然土层稠潜流态或潜塑态。所以，在评价天然土层稠度状态时，应考虑天然结构连接原因。度状态时，应考虑天然结构连接原因。第53页3 3 土物理性质土物理性质 对于红黏土和老黏土，常采取含水比来评价对于红黏土和老黏土，常采取含水比来评价其稠度。含水比是土天然含水量与液限比值，其稠度。含水比是土天然含水量与液限比值，含水比越小，土越坚硬。含水比越小，土越坚硬。塑性指数可用于黏性土分类，方法简便。但塑性指数可用于黏性土分类，方法简便。但不能全方面反应土特征。因为液限对土矿物不能全方面反应土特征。因为液限对土矿物成份和粒度成份最敏感指标，所以，常利用成份和粒度成份最敏感指标，所以，常利用塑性指数和液限两个指标对黏性土进行分类，塑性指数和液限两个指标对黏性土进行分类，这就是黏性土塑性图分类这就是黏性土塑性图分类(A.Gasagrande,1930A.Gasagrande,1930)。第54页3 3 土物理性质土物理性质 另外，可利用另外，可利用活活动动性指数性指数A来表示黏性来表示黏性土土亲亲水程度或活水程度或活动动性。活性。活动动性指数性指数A为为塑性指数与土中小于塑性指数与土中小于0.002mm颗颗粒百分粒百分含量比含量比值值。综综合反合反应应了土塑性与粘粒含了土塑性与粘粒含量和粘粒量和粘粒矿矿物物亲亲水性关系。水性关系。土可塑性与膨土可塑性与膨胀胀性、收性、收缩缩性、透水性等性、透水性等有着有着亲亲密关系。密关系。第55页3 3 土物理性质土物理性质 5.1 5.1 土基本物理性质土基本物理性质 5.2 5.2 细粒土稠度和可塑性细粒土稠度和可塑性 5.3 5.3 土膨胀性与崩解性土膨胀性与崩解性 5.4 5.4 土透水性和毛细性土透水性和毛细性 第56页3 3 土物理性质土物理性质 5.3 土膨胀性和崩解性土膨胀性和崩解性土在水中因为水溶液改变而使土体发生变形和破坏性质，称土在水中因为水溶液改变而使土体发生变形和破坏性质，称为土抗水性。包含膨胀性、收缩性、崩解性、溶滤性、冲刷为土抗水性。包含膨胀性、收缩性、崩解性、溶滤性、冲刷性等。这里介绍前三种抗水性。性等。这里介绍前三种抗水性。1土膨胀性及其指标土膨胀性及其指标土尤其是黏性土，当含水量增加时，土体积也随之增大，这土尤其是黏性土，当含水量增加时，土体积也随之增大，这种性质称为膨胀性。种性质称为膨胀性。引发土膨胀原因，多数认为是结合水膜厚度随含水量增加而引发土膨胀原因，多数认为是结合水膜厚度随含水量增加而增厚，土粒连接减弱，水楔劈作用使土粒间距增大。另外，增厚，土粒连接减弱，水楔劈作用使土粒间距增大。另外，一些黏土矿物如蒙脱石晶胞间因吸入结合水造成晶胞间距增一些黏土矿物如蒙脱石晶胞间因吸入结合水造成晶胞间距增大，也可引发土膨胀。大，也可引发土膨胀。表示土膨胀性指标主要有膨胀率、自由膨胀率、膨胀力、膨表示土膨胀性指标主要有膨胀率、自由膨胀率、膨胀力、膨胀含水量等。胀含水量等。第57页3 3 土物理性质土物理性质(1)(1)膨胀率膨胀率原状土在一定压力下，在有侧限条件下，浸水膨胀原状土在一定压力下，在有侧限条件下，浸水膨胀稳定后高度与原高度比值，称为膨胀率，符号为稳定后高度与原高度比值，称为膨胀率，符号为 epep，以百分数表示。定义式为，以百分数表示。定义式为其中，其中，h hw w土样膨胀稳定后高度，土样膨胀稳定后高度，cmcm；h h0 0土土样原始高度，样原始高度，cmcm。不加荷载进行膨胀试验所测得膨胀率称为无荷载膨不加荷载进行膨胀试验所测得膨胀率称为无荷载膨胀率，反应土膨胀性。胀率，反应土膨胀性。第58页3 3 土物理性质土物理性质(2)(2)自由膨胀率自由膨胀率将一定体积扰动烘干土样经充分吸水膨胀稳定后，测得增加将一定体积扰动烘干土样经充分吸水膨胀稳定后，测得增加体积与原干土体积之比称为自由膨胀率，以百分数表示。定体积与原干土体积之比称为自由膨胀率，以百分数表示。定义式为义式为(3)(3)膨胀力膨胀力原始土样在保持体积不变条件下，因为浸水膨胀而产生最大原始土样在保持体积不变条件下，因为浸水膨胀而产生最大内力。内力。(4)(4)膨胀含水量膨胀含水量土样膨胀稳定后含水量，此时扩散层厚度到达最大，结合水土样膨胀稳定后含水量，此时扩散层厚度到达最大，结合水含量也到达最大。含量也到达最大。膨胀性指标利用膨胀试验来测定。膨胀性指标利用膨胀试验来测定。第59页3 3 土物理性质土物理性质 2土收土收缩缩性及其指性及其指标标土当含水量减小土当含水量减小时时，体，体积缩积缩小性小性质质称称为为土收土收缩缩性。主要原因性。主要原因是双是双电层电层厚度厚度变变薄、薄、结结合水量降低。当含水量减小到一定数合水量降低。当含水量减小到一定数值时值时，土体，土体积积不再随含水量减小减小，不再随含水量减小减小，转变转变点含水量即点含水量即为缩为缩限，是固限，是固态态与半固与半固态态分界点含水量。分界点含水量。收收缩缩性性评评价指价指标标有：有：(1)体体缩缩率率土土样样失水收失水收缩缩减小体减小体积积与原体与原体积积比比值值，称之，以百分数表示，称之，以百分数表示，定定义义式式为为：第60页3 3 土物理性质土物理性质(2)线缩线缩率率土土样样失水收失水收缩缩减小高度与原高度比减小高度与原高度比值值，称之，以百分数表示，称之，以百分数表示，定定义义式式为为：(3)收收缩缩系数系数原状土原状土样样在直在直线线收收缩阶缩阶段，含水量每减小段，含水量每减小1%时竖时竖向向线缩线缩率。率。即即收收缩缩性指性指标标利用收利用收缩试验缩试验来来测测定。定。第61页3 3 土物理性质土物理性质 3土崩解性及其指标土崩解性及其指标土浸水后，因为含水量增加，而发生崩散、解体性土浸水后，因为含水量增加，而发生崩散、解体性质，称为崩解性。崩解性是膨胀性深入发展，是膨质，称为崩解性。崩解性是膨胀性深入发展，是膨胀性变态。造成崩解原因与膨胀性相同。通常有两胀性变态。造成崩解原因与膨胀性相同。通常有两种解释：一个是宏观解释，就是伴随含水量增加，种解释：一个是宏观解释，就是伴随含水量增加，土体表面发生膨胀，对内部产生压力，土体内部应土体表面发生膨胀，对内部产生压力，土体内部应力分布不均匀而破坏，表现为土样由表及里逐步剥力分布不均匀而破坏，表现为土样由表及里逐步剥落。另一个是微观解释，就是当水进入孔隙是不均落。另一个是微观解释，就是当水进入孔隙是不均匀，反离子层中逸出离子也是不均匀，从而在内部匀，反离子层中逸出离子也是不均匀，从而在内部产生不均衡应力，因为斥力与吸力不均衡，局部应产生不均衡应力，因为斥力与吸力不均衡，局部应力集中，在吸力最小处产生破坏。力集中，在吸力最小处产生破坏。第62页3 3 土物理性质土物理性质 评评价土崩解性指价土崩解性指标标有：有：(1)崩解崩解时间时间：一定体：一定体积积土土样样浸水后完全崩解所需浸水后完全崩解所需时间时间。(2)崩解特征：土崩解特征：土样样崩解崩解过过程中各种程中各种现现象，如均匀象，如均匀散粒状、散粒状、鳞鳞片状、碎片状、碎块块状、崩裂状等。状、崩裂状等。(3)崩解速度：土崩解速度：土样样在崩解在崩解过过程中程中质质量量损损失与原土失与原土样质样质量之比量之比值值与与时间时间关系。关系。4影响土抗水性原因影响土抗水性原因土上述抗水性与土粒土上述抗水性与土粒扩扩散散层层厚度改厚度改变变相关，所以相关，所以影响影响扩扩散散层层厚度原因也是影响抗水性原因。厚度原因也是影响抗水性原因。第63页3 3 土物理性质土物理性质 5.1 5.1 土基本物理性质土基本物理性质 5.2 5.2 细粒土稠度和可塑性细粒土稠度和可塑性 5.3 5.3 土膨胀性与崩解性土膨胀性与崩解性 5.4 5.4 土透水性和毛细性土透水性和毛细性 第64页3 3 土物理性质土物理性质 1.土透水性土透水性土透水性原因是土中存在土透水性原因是土中存在连连通孔隙。透水性通孔隙。透水性强强弱与弱与孔隙大小及孔隙大小及连连通性相关，而与土孔隙度无关。所以，通性相关，而与土孔隙度无关。所以，碎石土透水性好，砂土透水性很好，而黏性土透水碎石土透水性好，砂土透水性很好，而黏性土透水性差。性差。碎石土及砂土中水渗透服从达西定律。黏性土碎石土及砂土中水渗透服从达西定律。黏性土则则当当水力坡度到达一定数水力坡度到达一定数值值后才能后才能产产生渗透。生渗透。土透水性指土透水性指标标是渗透系数是渗透系数K，是达西公式中百分比，是达西公式中百分比系数。系数。第65页3 3 土物理性质土物理性质 2.毛毛细细性性土中存在毛土中存在毛细细孔隙，水在孔隙，水在经过经过毛毛细细孔隙孔隙时时，水、，水、固、气界面上固、气界面上产产生毛生毛细细力，水在毛力，水在毛细细力作用向各力作用向各方向运方向运动动特征，称特征，称为为毛毛细细性。性。中砂、中砂、细细砂、粉砂毛砂、粉砂毛细细性性显显著，粗砂、碎石土基著，粗砂、碎石土基本不存在毛本不存在毛细细性。黏性土情况性。黏性土情况较较复复杂杂。毛毛细细性可性可产产生毛生毛细压细压力（力（连结连结力）、使土含水量力）、使土含水量增加（造成地基土冰增加（造成地基土冰冻现冻现象、地下室潮湿、危害象、地下室潮湿、危害房屋基房屋基础础及道路路面、促使土沼及道路路面、促使土沼泽泽化与化与盐盐碱化）。碱化）。毛毛细细性性评评价指价指标标是毛是毛细细上升高度、毛上升高度、毛细细上升速度上升速度等。等。第66页