1--土的工程性质与分类.pptx

n土土(soil)是各种岩石矿物颗粒组成是各种岩石矿物颗粒组成的松散集合体。的松散集合体。n土体土体(soil mass)是由一定的土体是由一定的土体材料组成材料组成,具有一定的土体结构具有一定的土体结构,赋赋存于一定地质环境中的地质体。存于一定地质环境中的地质体。固相固相土土 液相液相 气相气相土中颗粒的大小、成分及三土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关相之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质系，反映出土的不同性质 土的三相组成：土的三相组成：4.1 土的组成与土的组成与 结构、构造结构、构造一、土的固相一、土的固相n土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的土粒的大小、相关矿物成分以及大小搭配情况对土的物理力学性质有明显影响物理力学性质有明显影响 1.土的颗粒级配土的颗粒级配n工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干工程上将各种不同的土粒按其粒径范围，划分为若干粒组粒组，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中，为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称为土的来表示，称为土的颗粒级配颗粒级配n试试验方法验方法 筛分法：筛分法：适用于适用于d 0.075mm 比重计法比重计法:适用于适用于d0.075mm土的粒组划分土的粒组划分筛分法筛分法用一套孔径不同的筛用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量计算其占总土粒质量的百分数的百分数 比重计法：比重计法：利用不同大小的土粒在水中的沉利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量颗粒粒径级配曲线：颗粒粒径级配曲线：纵坐标表示小于某粒径的土纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比粒含量百分比,横坐标表示土粒的粒径横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）对数坐标）颗粒级配的描述颗粒级配的描述 工程上常用工程上常用不均匀系不均匀系数数Cu描述颗粒级配描述颗粒级配的不均匀程度的不均匀程度 Cu愈大，表示土粒愈不愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把均匀。工程上把Cu5的土视为级配不良的土；的土视为级配不良的土；Cu5的土视为级配良的土视为级配良好的土好的土 曲率系数曲率系数Cc描述颗粒级描述颗粒级配曲线整体形态，表明配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况某粒组是否缺失情况对于砾类土或砂类土，对于砾类土或砂类土，同时满足同时满足Cu5和和Cc=13时，定名为良好级配砂时，定名为良好级配砂或良好级配砾或良好级配砾 d10、d30、d60小于某粒小于某粒径的土粒含量为径的土粒含量为10%、30%和和60%时所对应时所对应的粒径的粒径2.土的矿物成分土的矿物成分n矿物成分取决于矿物成分取决于母岩的矿物成分母岩的矿物成分和和风化风化作用作用n原生矿物：原生矿物：由岩石经过物理风化形成，由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与母岩相同其矿物成分与母岩相同n例：例：石英、云母、长石等石英、云母、长石等n特征：特征：矿物成分的性质较稳定，由其组矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点性较低的特点 n次生矿物：次生矿物：岩石经化学风化后所形成的岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不相同新的矿物，其成分与母岩不相同 n例：例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等石等n特征：特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点性，遇水易膨胀的特点 二、土中的水二、土中的水n土中水的含量明显地影响土的性质土中水的含量明显地影响土的性质(尤其尤其是粘性土是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外，的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和非结合水还存在结合水和非结合水1.结合水结合水n强结合水：强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体失液体的特性而接近于固体 n弱结合水：弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱粒距离增大而减弱 2.非结合非结合水水n存在于土粒电场影响范围以外，性质和存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传递水压力，冰点为普通水无异，能传递水压力，冰点为0，有溶解能力，有溶解能力 n以两种形式存在：以两种形式存在：毛细水、重力水毛细水、重力水三、土中气体三、土中气体n土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为为与大气连通的非封闭气体与大气连通的非封闭气体和和与大气不连通的封与大气不连通的封闭气体闭气体n1.非封闭气体：非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大土的性质影响不大 n2.封闭气体：封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的时间和延长土体受力后变形达到稳定的时间四、土的结构四、土的结构 n在成土过程中所形成的土粒的空间在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关积条件有关1.单粒结构：单粒结构：n粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态密实状态密实状态密实状态疏松状态疏松状态2.蜂窝结构：蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位成链环单位,很多链环联结起来，形成孔很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构隙较大的蜂窝状结构 蜂窝结构蜂窝结构3.絮状结构絮状结构：n细微粘粒大都呈片状或针状，质量极轻，在水中细微粘粒大都呈片状或针状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构絮状结构絮状结构五、土的构造五、土的构造 n土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性和裂隙性主要特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造即层理构造和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性和裂隙构造，二者都造成了土的不均匀性 n1.层理构造层理构造：土粒在沉积过程中土粒在沉积过程中,由于由于不同阶不同阶段段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而而沿竖向呈现出成层特征沿竖向呈现出成层特征 n2.裂隙构造：裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所土体被许多不连续的小裂隙所分分割割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物 4.2 土的物理力学土的物理力学性质及其指标性质及其指标一、土的三相比例指标一、土的三相比例指标n所谓土的物理性质就是表示土中三相比所谓土的物理性质就是表示土中三相比例关系的一些物理量。例关系的一些物理量。n土的物理性质指标不仅可以描述土的物土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程理性质和它所处的状态，而且在一定程度上反映了土的力学性质。度上反映了土的力学性质。土的物理性质指标的分类土的物理性质指标的分类n一类是必须通过试验测定的，如含水一类是必须通过试验测定的，如含水量、密度和土粒比重，称为直接指标量、密度和土粒比重，称为直接指标n一类是根据直接指标换算的，如孔隙一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标标 土的三相图土的三相图 为便于说明这些为便于说明这些物理性质指标物理性质指标的定义和它们的定义和它们的换算关系，的换算关系，常用三相图表常用三相图表示土体内三相示土体内三相的相对含量。的相对含量。1.试验直接测定的物理性质指标 土的密度土的密度和重度和重度密密度度定义：单位体积土的质量，用定义：单位体积土的质量，用表示表示单位：单位：kg/m3或 g/cm3表达式：表达式：定义：单位体积土的重量，用定义：单位体积土的重量，用表示表示单位：单位：KN/m3表达式：表达式：重重度度土的密度土的密度和重度和重度测定方法：环刀法测定方法：环刀法土粒比重土粒比重Gsn定义：定义：土的质量（或重量）与同体积土的质量（或重量）与同体积4时纯时纯水的质量水的质量（或重量）（或重量）之比之比n表达式表达式：土粒比重变化范围不大：粘性土一般土粒比重变化范围不大：粘性土一般2.702.75；砂土一般为；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒比重减小左右。土中有机质含量增加，土粒比重减小土的比重土的比重Gsn测定方法：测定方法：比比重重瓶瓶法法，事事先先将将比比重重瓶瓶注注满满蒸蒸馏馏水水，称称瓶瓶加加水水的的质质量量m1。然然后后把把烘烘干干土土若若干干克克(ms)装装入入空空比比重重瓶瓶内内，再再加加纯纯水水至至满满，称称瓶瓶加水加土的质量加水加土的质量m2，按下式计算土粒比重，按下式计算土粒比重土的比重土的比重Gs土的含水量土的含水量wn含水量：含水量：土中水的质量与土粒质量之比，以百土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示分数表示 n表达式：表达式：土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关条件及其所处的自然地理环境等有关。土的含水量土的含水量n测定方法：测定方法：烘干法。先称出天然湿土的质量，然后烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在放在烘箱里，在100105下烘干，下烘干，称干土的质量。称干土的质量。2.2.间接换算的物理性质指标间接换算的物理性质指标 土的孔隙比土的孔隙比e en定义：定义：土土中中孔孔隙隙的的体体积积与与土土粒粒的的体体积积之之比比，以小数表示以小数表示n表达式：表达式：土中孔隙率土中孔隙率nn定义：定义：土土中中的的孔孔隙隙的的体体积积与与土土的的总总体体积积之之比，以百分数表示比，以百分数表示n表达式：表达式：土的饱和度土的饱和度Srn定义：定义：土土中中孔孔隙隙水水的的体体积积与与孔孔隙隙体体积积之之比比，以百分数表示以百分数表示n表达式：表达式：饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土饱和土Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态砂土根据饱和度分为三种状态:Sr50%稍湿；稍湿；50Sr80%很湿；很湿；Sr80%饱和饱和干密度干密度d d 干重度干重度d d n定义：单位体积内土粒的质量或重量定义：单位体积内土粒的质量或重量n表达式：表达式：干密度干密度d d干重度干重度d dn土烘干，体积要减小，因而土的干密度土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。不等于烘干土的密度。n土的干密度或干重度是评价土密实程度土的干密度或干重度是评价土密实程度的指标，干密度或干重度越大表明土越的指标，干密度或干重度越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。工程的施工质量。饱和密度饱和密度satsat与饱和重度与饱和重度satsat n定义：定义：土土中中孔孔隙隙完完全全被被水水充充满满，土土处处于于饱饱和状态时单位体积土的质量或重量和状态时单位体积土的质量或重量n表达式：表达式：浮密度浮密度与浮重度与浮重度 n定义：定义：单单位位体体积积内内土土粒粒质质量量与与同同体体积积水水质质量量之差之差n表达式：表达式：各种密度之间的比较各种密度之间的比较土的三相比例指标中的质量密度指标共有土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土个，土的密度的密度，饱和密度饱和密度sat，干密度，干密度d，浮密度，浮密度 (kg/m3),相应的重度指标也有相应的重度指标也有4个，土的重度个，土的重度，饱和重度饱和重度 sat，干重度，干重度 d，浮重度，浮重度 (kN/m3)3.3.物理性质指标间的换算物理性质指标间的换算 n常用的物理性质指标共有常用的物理性质指标共有9个，一般说，个，一般说，已知其中任意已知其中任意3个，通过换算，可以求其个，通过换算，可以求其余余6个。个。孔隙比与孔隙率的关系孔隙比与孔隙率的关系 干密度与湿密度和含水量的关系干密度与湿密度和含水量的关系 孔隙比与比重和干密度的关系孔隙比与比重和干密度的关系 饱和度与含水量、比重和孔隙比的关系饱和度与含水量、比重和孔隙比的关系 当土饱和时，即为当土饱和时，即为Sr=100则则 饱和含水量浮密度与比重和孔隙比的关系浮密度与比重和孔隙比的关系 例题分析例题分析 n【例】某土某土样经试验测得体得体积为100cm3，湿土湿土质量量为187g，烘干后，干土烘干后，干土质量量为167g。若土粒的比重若土粒的比重Gs为2.66，求求该土土样的含水量的含水量、密度密度、重度重度 、干重度干重度 d、孔隙比孔隙比e、饱和重度和重度 sat和有效重度和有效重度 n【解答】解答】二、无粘性土的密实状态二、无粘性土的密实状态无粘性土与粘性土区别：无粘性土与粘性土区别：n1 1、矿物成分：无粘性土一般由原生矿物组成，颗粒矿物成分：无粘性土一般由原生矿物组成，颗粒较粗；粘性土一般由次生矿物组成，颗粒较细；较粗；粘性土一般由次生矿物组成，颗粒较细；n2 2、土的结构：无粘性土颗粒较粗，土粒之间的粘结土的结构：无粘性土颗粒较粗，土粒之间的粘结力很弱或无粘结，往往形成单粒结构；粘性土颗粒较力很弱或无粘结，往往形成单粒结构；粘性土颗粒较细，呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构，天细，呈现具有很大孔隙的蜂窝状结构或絮状结构，天然状态下具有一定的结构性、灵敏度和触变性。然状态下具有一定的结构性、灵敏度和触变性。n 3 3、物理状态：物理状态：无粘性土无粘性土的工程性质取决于其的工程性质取决于其密实度密实度；而而粘性土粘性土的工程性质取决于其的工程性质取决于其软硬状态软硬状态及及土性稳定性土性稳定性。无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度n对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。很大。n土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好；土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好；n土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。n描述土的松紧程度的指标有干密度和孔隙比，密实度在描述土的松紧程度的指标有干密度和孔隙比，密实度在一定程度上可用其孔隙比来反映一定程度上可用其孔隙比来反映 无粘性土的相对密实度无粘性土的相对密实度n无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、形状无粘性土的孔隙比的范围受土粒的大小、形状和级配的影响很大。因此即便两种无粘性土具和级配的影响很大。因此即便两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状态。态。n在工程上一般用相对密实度在工程上一般用相对密实度Dr来衡量无粘性土来衡量无粘性土的松紧程度。它是用无粘性土自身最松和最密的松紧程度。它是用无粘性土自身最松和最密两种极限状态作为判别的基准。两种极限状态作为判别的基准。相对密实度相对密实度Drn定义（理论表达式）定义（理论表达式）emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算e0 无粘性土的天然孔隙比无粘性土的天然孔隙比相对密实度相对密实度Drn定义（实用表达式）定义（实用表达式）dmax无无粘性土的最大干密度粘性土的最大干密度dmin无粘性土的最小干密度无粘性土的最小干密度 d无粘性土的天然干密度无粘性土的天然干密度相对密实度相对密实度Dr无粘性土处于最密实的状态无粘性土处于最密实的状态 无粘性土处于最松的状态无粘性土处于最松的状态在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：疏松中密密实动力触探确定无粘性土的密实度动力触探确定无粘性土的密实度n天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥动力触探的锤击数动力触探的锤击数N63.5进行评定进行评定(GB50007-2002)密实度密实度按按N评定砂土密实度评定砂土密实度 按按N63.5评定碎石土密实度评定碎石土密实度 松散松散稍密稍密中密中密密实密实N10N63.5510N155N63.51015N3010N63.520N30N63.520标准贯入试验标准贯入试验n质量为质量为63.5kg的重锤的重锤n从从76cm高处落下高处落下n将贯入器贯入土中将贯入器贯入土中30cm的锤击数的锤击数三、粘性土的稠度三、粘性土的稠度n定义：定义：指指粘粘性性土土在在某某一一含含水水量量下下对对外外界界引引起起的的变变形形或或破破坏坏的的抵抵抗抗能能力力，是是粘性土最主要的物理状态指标。粘性土最主要的物理状态指标。粘性土的稠度粘性土的稠度流动状态可塑状态半固体状态 固体状态 刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动 体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡 含水率减小,丧失可塑性，在外力作用下，易于发生破裂 水分蒸发，上覆沉积层厚度增加，含水率减小，体积收缩 外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状 粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量n定义：定义：粘性土从一种状态转变为另一状态，粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某一可用某一界限含水量界限含水量来区分，称为来区分，称为稠度界限稠度界限,（阿太堡）（阿太堡）AtterbergAtterberg界界限限粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量粘性土的界限含水量液限液限 流动状态与可塑状态的界限含水量，流动状态与可塑状态的界限含水量，可塑状态的上限含水量可塑状态的上限含水量 塑限塑限 可塑状态与半固体状态的界限含水可塑状态与半固体状态的界限含水量，可塑状态的下限含水量量，可塑状态的下限含水量 缩限缩限 半固体状态与固体状态的界限含水量，半固体状态与固体状态的界限含水量，即粘性土随着含水量的减小而体积开始不变即粘性土随着含水量的减小而体积开始不变的含水量。的含水量。n粘性土从一种状态转变为另外一种状态粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的试验方法测工程上只是根据某些通用的试验方法测定这些界限含水量。定这些界限含水量。塑限测定方法：n搓条法搓条法和和液塑限液塑限联合合测定法定法塑限测定方法：搓搓条条法法：调调制制均均匀匀的的湿湿土土样样，在在毛毛玻玻璃璃上上搓搓滚滚成成3 3毫毫米米直直径径的的土土条条，若若这这个个时时刻刻恰恰好好出现裂缝，就把土条的含水量定为塑限出现裂缝，就把土条的含水量定为塑限液液塑塑限限联联合合测测定定法法：取取代代表表性性试试样样，加加入入不不同同数数量量的的纯纯水水，调调制制成成三三种种不不同同稠稠度度的的试试样样，用用电电磁磁落落锥锥测测定定圆圆锥锥在在自自重重作作用用下下经经5 5秒秒后后沉沉入入试试样样的的深深度度。以以含含水水量量为为横横坐坐标标，圆圆锥锥入入土土深深度度为为纵纵坐坐标标，在在双双对对数数纸纸上上绘绘制制关关系系曲曲线线(图图4-26)4-26)。入入土土深深度度2 2毫毫米米所对应的含水量为塑限。所对应的含水量为塑限。塑限测定方法：液限测定方法：n液塑限液塑限联合合测定法定法和和碟式碟式仪法法 液塑限液塑限联合合测定法：定法：土土工工试试验验方方法法标标准准（GB/T50123-1999）规规定定入入土土深深度度恰恰好好为为17毫毫米米所所对对应应的的含含水水量量为为17毫毫米米液液限限，入入土土深深度度恰恰好好为为10毫毫米米所所对对应应的的含含水水量量为为10毫毫米米液液限。限。液限测定方法：碟式液限碟式液限仪：金属碟半径为金属碟半径为54mm54mm，糊状，糊状土样装入碟中厚土样装入碟中厚8mm8mm，在土，在土样中开梯形小槽，底宽样中开梯形小槽，底宽2mm2mm，顶宽，顶宽11mm11mm。使碟上升。使碟上升1cm1cm后再下落，下落后再下落，下落2525次后，次后，如土槽合拢长度为如土槽合拢长度为13mm13mm，这时土样的含水量即为液这时土样的含水量即为液限。限。缩限测定方法：收缩皿法 n把土料的含水量调制到大于土的液限，把土料的含水量调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干土样的体积并称其质面，烘干，测出干土样的体积并称其质量，按下式计算量，按下式计算 塑性指数n液限和塑限之差（去掉百分号）称为塑性液限和塑限之差（去掉百分号）称为塑性指数指数塑性指数表示处于可塑状态时土的含水量可变塑性指数表示处于可塑状态时土的含水量可变化幅度。塑性指数越大，可塑状态含水量变化化幅度。塑性指数越大，可塑状态含水量变化范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个综合性指标。一般地，塑性指数越高，土的粘综合性指标。一般地，塑性指数越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土的分类指标粒含量越高，所以常常用作粘性土的分类指标 液性指数 粘粘性性土土即即使使具具有有相相同同的的含含水水量量，也也未未必必处处于于同同样样的的状状态态，与与无无粘粘性性土土的的相相对对密密实实度度相相似似，粘粘性性土土的的状状态态用用液液性性指指数来判别。数来判别。液性指数表征了土的天然含水量与界限含水量之间的相液性指数表征了土的天然含水量与界限含水量之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。对关系，表达了天然土所处的状态。液性指数是粘性土的天然含水量和塑限的差值液性指数是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数的比值。与塑性指数的比值。判定判定土处于坚硬状态 土处于可塑状态 土处于流动状态注意注意n由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重土的结构已彻底破坏，而天然土一般在自重作用下已有很长的历史，它获得了一定的结作用下已有很长的历史，它获得了一定的结构强度，以至于土的天然含水量大于它的液构强度，以至于土的天然含水量大于它的液限也未必一定会发生流动。含水量大于液限限也未必一定会发生流动。含水量大于液限只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。变为粘滞泥浆。例题分析例题分析n【例】某砂土试样某砂土试样,试验测定土粒比重试验测定土粒比重Gs=2.7,含水量含水量=9.43%,天天然密度然密度=1.66g/cm3。已知砂样最密实状态时称得干砂质量已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg，其体积其体积V=1000cm3。求此砂土的相对密度求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态并判断砂土所处的密实状态【解答】解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度相对密实度（1/3,2/31/3,2/3中密状态中密状态四、土的力学性质四、土的力学性质1 1、土的压缩性、土的压缩性2 2、土的抗剪强度、土的抗剪强度1.土的压缩性土的压缩性n土的压缩性土的压缩性是指土在压力作用下体积缩是指土在压力作用下体积缩小的特性小的特性压缩量的组成压缩量的组成n固体颗粒的压缩固体颗粒的压缩n土中水的压缩土中水的压缩n空气的排出空气的排出n水的排出水的排出占总压缩量的占总压缩量的1/400不到，不到，忽略不计忽略不计压缩量主要组成部分压缩量主要组成部分说明：说明：土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果土的压缩被认为只是由于孔隙体积减小的结果无粘性土无粘性土透水性好，水易于排出透水性好，水易于排出压缩稳定很快完成压缩稳定很快完成粘性土粘性土透水性差透水性差，水不易排出水不易排出压缩稳定需要很长一段时间压缩稳定需要很长一段时间土的固结：土的固结：土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程土体在压力作用下，压缩量随时间增长的过程沉降：沉降：在附加应力作用下，地基土产生体积缩小，从而在附加应力作用下，地基土产生体积缩小，从而引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降引起建筑物基础的竖直方向的位移（或下沉）称为沉降瞬时沉降次固结沉降主固结沉降n瞬时沉降瞬时沉降Si指在加荷后立即指在加荷后立即发生的沉降生的沉降n饱和粘土和粘土 在很短的在很短的时间内，孔隙中的水来不及排出，加内，孔隙中的水来不及排出，加之土体中的土粒和水是不可之土体中的土粒和水是不可压缩的，因而瞬的，因而瞬时沉降是在没有沉降是在没有体体积变形的条件下形的条件下发生的，它主要是由于土体的生的，它主要是由于土体的侧向向变形引形引起的起的n瞬瞬时沉降一般不予考沉降一般不予考虑n对于控制要求于控制要求较高的建筑物，瞬高的建筑物，瞬时沉降可用沉降可用弹性理性理论估算。估算。n主固结与主固结沉降主固结与主固结沉降 在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土在荷载作用下饱和土体中孔隙水的排除导致土体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐增加，这体体积随时间逐渐减小，有效应力逐渐增加，这一过程称为一过程称为主固结主固结 随着时间的增加，孔隙水应力逐渐消散，有效随着时间的增加，孔隙水应力逐渐消散，有效应力逐渐增加并最终达到一个稳定值，此时孔隙应力逐渐增加并最终达到一个稳定值，此时孔隙水应力消散为零，主固结沉降完成，这一过程所水应力消散为零，主固结沉降完成，这一过程所产生的沉降为产生的沉降为主固结沉降。主固结沉降。n次固结沉降次固结沉降n土体在主固结成将完成之后有效应力不土体在主固结成将完成之后有效应力不变的情况下还会随时间的增长进一步产变的情况下还会随时间的增长进一步产生沉降，称为生沉降，称为次固结沉降次固结沉降n次固结沉降对某些土如软粘土是比较重次固结沉降对某些土如软粘土是比较重要的，对于坚硬土或超固结土，这一分要的，对于坚硬土或超固结土，这一分量相对较小。量相对较小。n为了研究土的压缩特性，通常需要进行为了研究土的压缩特性，通常需要进行试验试验室内固结试验现场原位试验（荷载试验、旁压试验）压缩试验压缩试验n研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，研究土的压缩性大小及其特征的室内试验方法，亦称固结试验亦称固结试验压缩仪示意图压缩仪示意图刚性护环刚性护环加压活塞加压活塞透水石透水石环刀环刀底座底座透水石透水石土样土样荷载荷载注意：注意：土样在竖直土样在竖直压力作用下，由于压力作用下，由于环刀和刚性护环的环刀和刚性护环的限制，只产生竖向限制，只产生竖向压缩，不产生侧向压缩，不产生侧向变形变形n用环刀切取扁园柱体，一般高用环刀切取扁园柱体，一般高2 2厘厘米，直径应于高度米，直径应于高度2 25 5倍，面积为倍，面积为30cm30cm2 2或或50 cm50 cm2 2,试样连同环刀一起试样连同环刀一起装入护环内，上下有透水石以便试装入护环内，上下有透水石以便试样在压力作用下排水。样在压力作用下排水。n在透水石顶部放一加压上盖，所加在透水石顶部放一加压上盖，所加压力通过加压支架作用在上盖，同压力通过加压支架作用在上盖，同时安装一只百分表用来量测试样的时安装一只百分表用来量测试样的压缩。压缩。n由于试样不可能产生侧向变形而只由于试样不可能产生侧向变形而只有竖向压缩。于是，我们把这种条有竖向压缩。于是，我们把这种条件下的压缩试验称为单向压缩试验件下的压缩试验称为单向压缩试验或侧限压缩试验。或侧限压缩试验。e-p曲线曲线研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律研究土在不同压力作用下，孔隙比变化规律H0H0/(1+e0)Vve0Vs1pH1H1/(1+e)sVveVs1土样在压缩前后变土样在压缩前后变形量为形量为s，整个过整个过程中土粒体积和底程中土粒体积和底面积不变面积不变土粒高度在受土粒高度在受压前后不变压前后不变其中其中根据不同压力根据不同压力p作用下，达到稳定的孔隙比作用下，达到稳定的孔隙比e，绘制绘制e-p曲线，曲线，为压缩曲线为压缩曲线整理整理ep曲线曲线A曲线曲线B曲线曲线A压缩性压缩性曲线曲线B压缩性压缩性e0epe-p曲线曲线e-p曲线越陡，土的压缩性越高曲线越陡，土的压缩性越高e-p曲线越平缓，曲线越平缓，土的压缩性越低土的压缩性越低e-logp曲线曲线n在较高的压力范围内，在较高的压力范围内，压缩曲线近似为一直压缩曲线近似为一直线，很明显，该直线线，很明显，该直线越陡，意味着土的压越陡，意味着土的压缩性越高。缩性越高。压缩指数压缩性指标压缩性指标压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在压缩性不同的土，曲线形状不同，曲线愈陡，说明在相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土相同压力增量作用下，土的孔隙比减少得愈显著，土的压缩性愈高的压缩性愈高压缩性指标压缩性指标:1.1.压缩系数压缩系数a a和压缩指数和压缩指数C Cc c2.2.压缩模量压缩模量E Es s 3.3.变形模量变形模量E E0 0压缩系数压缩系数a土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压土体在侧限条件下孔隙比减少量与竖向压应应力增量的比值力增量的比值epp1p2e1e2e0M1M2e-p曲线曲线利用单位压力增量所引起利用单位压力增量所引起得孔隙比改变表征土的压得孔隙比改变表征土的压缩性高低缩性高低ep在压缩曲线中，实际采在压缩曲线中，实际采用割线斜率表示土的压用割线斜率表示土的压缩性缩性规范规范用用p p1 1100kPa100kPa、p p2 2200kPa200kPa对应的压对应的压缩系数缩系数a a1-21-2评价土的压缩性评价土的压缩性n a1-20.1MPa-1 低压缩性土低压缩性土n0.1MPa-1a1-20.5MPa-1 中压缩性土中压缩性土n a1-20.5MPa-1 高压缩性土高压缩性土压缩模量压缩模量Es土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，土在侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值，或称为侧限模量或称为侧限模量说明：说明：土的压缩模量土的压缩模量E Es s与土的的压缩系数与土的的压缩系数a a成反比，成反比，E Es s愈大，愈大，a a愈小，土的压缩性愈低愈小，土的压缩性愈低n变形模量变形模量E0土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的土在无侧限条件下竖向压应力与竖向总应变的比值。比值。变形模量与压缩变形模量与压缩模量之间关系模量之间关系其中其中土的泊松比，土的泊松比，一般一般00.5之间之间2.2.土的抗剪强度土的抗剪强度n土的破坏主要是由于剪切土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点破坏的重要特点n工程实践中与土的抗剪强工程实践中与土的抗剪强度有关的工程主要有以下度有关的工程主要有以下3 3类类 （1 1）稳定性问题）稳定性问题 （2 2）土压力问题）土压力问题 （3 3）地基的承载力问题）地基的承载力问题滑动面的产生是由于滑动面上的剪应力达到土的抗剪强度滑动面的产生是由于滑动面上的剪应力达到土的抗剪强度抗剪强度即土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。抗剪强度即土体对于外荷载所产生的剪应力的极限抵抗能力。土的强度问题实质上是土的抗剪强度土的强度问题实质上是土的抗剪强度。土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的土的破坏主要是由于剪切引起的，剪切破坏是土体破坏的重要特点。重要特点。稳定性问题稳定性问题是以土作为建造材料的土工构筑物的稳定性问题。是以土作为建造材料的土工构筑物的稳定性问题。如土坝、路堤等填方边坡、天然土坡等的稳定性。如土坝、路堤等填方边坡、天然土坡等的稳定性。土压力问题土压力问题是土作为工程构筑物环境的安全性问题。挡土墙、地是土作为工程构筑物环境的安全性问题。挡土墙、地下结构等的周围土体，它的强度破坏将造成对墙体过下结构等的周围土体，它的强度破坏将造成对墙体过大的侧向土压力，以至可能导致这些工程构筑物发生大的侧向土压力，以至可能导致这些工程构筑物发生滑动、倾覆等破坏事故。滑动、倾覆等破坏事故。地基承载力问题地基承载力问题 是土作为建筑物地基，如果基础下的地基土体产生整是土作为建筑物地基，如果基础下的地基土体产生整体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形，将体滑动或因局部剪切破坏而导致过大的地基变形，将会造成上部结构的破坏或影响其正常使用功能。会造成上部结构的破坏或影响其正常使用功能。美国纽约某水泥仓美国纽约某水泥仓库：库：是近代世界上最严重是近代世界上最严重的建筑物破坏之一的建筑物破坏之一位于纽约汉森河旁位于纽约汉森河旁19401940年水泥仓库装载年水泥仓库装载水泥，使粘性土超载，水泥，使粘性土超载，引起地基土剪切破坏引起地基土剪切破坏而滑动。而滑动。倾斜倾斜4545度，地基土被度，地基土被挤出达挤出达5.185.18米，米，2323米米外的办公楼也发生倾外的办公楼也发生倾斜。斜。确定强度指标的试验确定强度指标的试验n测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验测定土抗剪强度指标的试验称为剪切试验n按照常用的试验仪器将剪切试验分为按照常用的试验仪器将剪切试验分为 直接剪切试验直接剪切试验 三轴压缩试验三轴压缩试验 无侧限抗压强度试验无侧限抗压强度试验 十字板剪切试验十字板剪切试验n近似模拟近似模拟直接剪切试验直接剪切试验 在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，在直剪试验过程中，不能量测孔隙水应力，也不能控制排水，所以只能以总应力法来表也不能控制排水，所以只能以总应力法来表示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和示土的抗剪强度。但是为了考虑固结程度和排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率排水条件对抗剪强度的影响，根据加荷速率的快慢可将之间试验划分为的快慢可将之间试验划分为n快剪快剪n固结快剪固结快剪n慢剪慢剪直剪试验的缺点直剪试验的缺点n剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面剪切破坏面固定为上下盒之间的水平面n试验中试验的排水程度靠试验速度的快慢试验中试验的排水程度靠试验速度的快慢控制控制n由于上下土盒的错动，剪切过程中试样的由于上下土盒的错动，剪切过程中试样的有效面积减小，使试样中的应力分布不均有效面积减小，使试样中的应力分布不均匀，主应力方向发生变化，当剪切变形较匀，主应力方向发生变化，当剪切变形较大时这一缺陷表现更为突出大时这一缺陷表现更为突出三轴压缩试验三轴压缩试验n三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒三轴压缩试验直接量测的是试样在不同恒定周围压力下的抗压强度，然