土力学土的物理性质指标与工程分类省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

岩土工程研究所岩土工程研究所土土 力力 学学河海大学河海大学 岩土工程研究所岩土工程研究所朱俊高第1页岩土工程研究所岩土工程研究所绪绪 论论土力学是研究土物理性质以及在荷载作用下土体内部应力变形和强度规律一门学科。土力学研究对象是土需要研究和处理工程中三大类问题：土体稳定或强度问题；土体变形问题；渗流：渗透变形与渗透稳定。第2页岩土工程研究所岩土工程研究所绪绪 论论土力学课程学习方法：土力学课程学习方法：FF重视基本概念了解，要咬文嚼字，了解加记忆；重视基本概念了解，要咬文嚼字，了解加记忆；FF注意基本理论学习；注意基本理论学习；FF掌握基本计算方法掌握基本计算方法。土力学课程学习要求土力学课程学习要求：FF课后复习，每章学习完要复习；课后复习，每章学习完要复习；FF作业独立完成；作业独立完成；FF作业按时交作业按时交。第3页岩土工程研究所岩土工程研究所绪绪 论论土力学历史：土力学历史：FF人类在同生存作斗争历史中，积累了大量土力学知识；人类在同生存作斗争历史中，积累了大量土力学知识；FF土力学作为一门系统学科是以土力学作为一门系统学科是以太沙基太沙基19251925年出版土力学年出版土力学为标志；很多为标志；很多基本理论、试样方法基本理论、试样方法在在2020世纪世纪7070年代前就已经形年代前就已经形成；成；FF当代土力学在当代土力学在本构模型理论、计算方法、非饱和土力学本构模型理论、计算方法、非饱和土力学有较大有较大发展；量测技术提升；土动力学理论、分析方法、测试伎俩有发展；量测技术提升；土动力学理论、分析方法、测试伎俩有很大发展和提升。很大发展和提升。第4页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土形成土形成土是涣散颗粒堆积物，是岩石风化产物（人工破碎;堆石坝坝壳料；相当于物理风化）。土是指覆盖在地表没有胶结或弱胶结颗粒堆积物依据起源分：有机土和无机土岩石风化分为物理风化和化学风化。物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪侵蚀，或受波浪冲击、地震等引发各种力作用，温度改变、冻胀等原因使整体岩石产生裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑过程。第5页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类1-1 1-1 土形成土形成化学风化：化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使这些岩石或岩屑逐步产生化学改变，分解为些岩石或岩屑逐步产生化学改变，分解为极细颗粒极细颗粒过程。过程。特征：特征：FF物理风化：量变过程，形成土颗粒较粗；物理风化：量变过程，形成土颗粒较粗；FF化学风化：质变过程，形成土颗粒很细。化学风化：质变过程，形成土颗粒很细。对普通土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，对普通土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风化，只不过哪种占优而已。只不过哪种占优而已。第6页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类土从其堆积或沉积条件来看可分为：土从其堆积或沉积条件来看可分为：残积土：岩石风化后仍留在原地堆积物。残积土：岩石风化后仍留在原地堆积物。特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变；严寒地带，岩块或砂，物理风化，稳定。严寒地带，岩块或砂，物理风化，稳定。第7页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离开生成地点后再沉积下来堆积物。又分为冲积土、风运离开生成地点后再沉积下来堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛土和沼泽土等。积土、冰碛土和沼泽土等。冲积土：由水流冲积而成；冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑颗粒分选、浑圆光滑 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来堆风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来堆积物；积物；没有层理、细砂或粉粒；没有层理、细砂或粉粒；黄土黄土 冰碛土：由冰川剥落、搬运形成堆积物；冰碛土：由冰川剥落、搬运形成堆积物；不成层、从漂石不成层、从漂石到粘粒到粘粒 沼泽土：在沼泽地沉积物；沼泽土：在沼泽地沉积物；含有机质、压缩性高、强度低含有机质、压缩性高、强度低第8页岩土工程研究所岩土工程研究所1-2 1-2 土组成土组成第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类土是固体颗粒、水和空气混合物，常称土为土是固体颗粒、水和空气混合物，常称土为三相系三相系。固相：土颗粒、粒间胶结物；固相：土颗粒、粒间胶结物；液相：土体孔隙中水；液相：土体孔隙中水；气相：孔隙中空气。气相：孔隙中空气。第9页岩土工程研究所岩土工程研究所1-2 1-2 土组成土组成第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类当土骨架孔隙全部被水占满时，这种土称为当土骨架孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土饱和土；当土骨架孔隙仅含空气时，就成为当土骨架孔隙仅含空气时，就成为干土干土；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水，此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，此时土体属三相系，称为时土体属三相系，称为湿土湿土。依据土粘性分：依据土粘性分：粘性土：颗粒很细；粘性土：颗粒很细；无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚至堆石（直径几十堆石（直径几十cmcm甚至甚至11mm）第10页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类一、土固相一、土固相一、土固相一、土固相（一）成土矿物（一）成土矿物原生矿物原生矿物：由：由物理风化物理风化生成土粒；颗粒较粗，普通为无粘性土；石生成土粒；颗粒较粗，普通为无粘性土；石英、长石、云母等；英、长石、云母等；圆形、板状、块状圆形、板状、块状；吸水力弱、稳定、无塑性；吸水力弱、稳定、无塑性；砂多为石英。砂多为石英。次生矿物次生矿物：由原生矿物经：由原生矿物经化学风化化学风化作用而形成矿物。颗粒较细，普作用而形成矿物。颗粒较细，普通为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、极通为粘土矿物，形成粘性土。高岭石、伊利石、蒙脱石；片状、极细；吸水力强、活泼、有塑性。细；吸水力强、活泼、有塑性。第11页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类一、土固相一、土固相一、土固相一、土固相（二）粘土矿物晶体结构（二）粘土矿物晶体结构粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成粘土矿物：由各种硅酸盐矿物分解形成水水铝硅酸盐矿物铝硅酸盐矿物。其结构可分为晶体和非晶体，以其结构可分为晶体和非晶体，以晶体矿物晶体矿物为主。为主。硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每硅片：基本单元是硅氧四面体，底面每个氧离子为个氧离子为2 2个相邻单元硅原子共有组成六个相邻单元硅原子共有组成六边形孔硅片；边形孔硅片；铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每铝片：铝（镁）氢氧（氧）八面体，每个氢氧离子为个氢氧离子为2 2个相邻单元铝原子共有组成个相邻单元铝原子共有组成铝片；铝片；第12页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类一、土固相一、土固相一、土固相一、土固相（二）粘土矿物晶体结构（二）粘土矿物晶体结构粘土矿物：粘土矿物：高岭石：高岭石：长石风化产物，长石风化产物，1 1：1 1型晶格，一个型晶格，一个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连硅片一个铝片一个晶层，晶层靠氢键连接，一个颗粒多达近百个晶层。接，一个颗粒多达近百个晶层。伊利石：伊利石：云母在碱性介质中风化产物，云母在碱性介质中风化产物，2 2：11型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，型晶格，二个硅片一个铝片一个晶层，晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；晶层靠钾离子连接，比较稳定，但不如氢键；蒙脱石：蒙脱石：伊利石深入风化，伊利石深入风化，2 2：1 1型晶格，晶型晶格，晶层没有钾离子连接，而是有水分子进入；连层没有钾离子连接，而是有水分子进入；连接弱。接弱。第13页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类一、土固相一、土固相一、土固相一、土固相（三）土粒大小和土级配（三）土粒大小和土级配粒组：把工程性质相近土粒合并为一组；某粒组土粒含量定义为粒组：把工程性质相近土粒合并为一组；某粒组土粒含量定义为该粒组土粒质量与干土总质量之比。该粒组土粒质量与干土总质量之比。土土级配级配：土中各种大小粒组中土粒相对含量。：土中各种大小粒组中土粒相对含量。第14页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验（四）颗粒大小分析试验测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量百分数，确定粒径分测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量百分数，确定粒径分布范围试验称为土布范围试验称为土颗粒大小分析试验颗粒大小分析试验。惯用方法：筛分法：粒径惯用方法：筛分法：粒径0.0750.075mmmm 密度计法：粒径密度计法：粒径0.0750.0750.075mmmm，又有粒径又有粒径0.0750.075mmmm 第15页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（四）颗粒大小分析试验1.筛分法利用一套孔径由大到小筛子，将按要求方法取得一定质量干试样放入一次叠好筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各级筛上土粒质量，按下式计算出小于某土粒粒径土粒含量百分数X（）式中：mi，m分别为小于某粒径土粒质量及试样总质量第16页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类2.密度计法利用不一样大小土粒在水中沉降速度不一样来确定小于某粒径土粒含量方法。经过密度计测定土水悬浊液密度来确定。第17页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类3.土级配曲线（1）粒径分布曲线（2）粒组频率曲线粒径分布曲线粒组频率曲线第18页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类(五五)颗粒分析试验曲线主要用途颗粒分析试验曲线主要用途按粒径分布曲线可求得：按粒径分布曲线可求得：（11）土中各粒组土粒含量，用于粗粒土分类和）土中各粒组土粒含量，用于粗粒土分类和大致评定土工程性质大致评定土工程性质；（22）一些特征粒径，用于建筑材料选择和）一些特征粒径，用于建筑材料选择和评价土级配评价土级配好坏。好坏。依据一些特征粒径，可得到两个有用指标，即依据一些特征粒径，可得到两个有用指标，即不均匀系数不均匀系数CuCu和曲率系数和曲率系数CcCc，它们定义为：它们定义为：（1122）第19页岩土工程研究所岩土工程研究所 (1 (13)3)式中：式中：dd1010，dd3030和和dd6060为粒径分布曲线上小于某粒径土粒含量分别为为粒径分布曲线上小于某粒径土粒含量分别为1010，3030和和6060时所对应粒径。时所对应粒径。dd1010称为有效粒径；称为有效粒径；dd6060称为限制称为限制粒径粒径。第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类第20页岩土工程研究所岩土工程研究所土级配好坏可由土中土粒均匀程度和土级配好坏可由土中土粒均匀程度和粒径分布曲线形状粒径分布曲线形状来决定，而来决定，而土粒均匀程度和曲线形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。土粒均匀程度和曲线形状又可用不均匀系数和曲率系数来衡量。CuCu小，曲线陡；小，曲线陡；CuCu大，易压密；大，易压密；CcCc过大，台阶在过大，台阶在d10d30d10d30间；间；CcCc过小，台阶在过小，台阶在d30d60d30d60间；间；第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类第21页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类土级配连续性也可用粒组频率曲线来反应。土级配连续性也可用粒组频率曲线来反应。双峰，谷点双峰，谷点3=5Cu=5，且且Cc=13Cc=13时，级配良好，不然，不时，级配良好，不然，不良。良。第22页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、土液相二、土液相（一）吸着水（一）吸着水由土颗粒表面电分子力吸由土颗粒表面电分子力吸附在土粒表面一层水。附在土粒表面一层水。吸着水可分为吸着水可分为强吸着水强吸着水和和弱吸着水弱吸着水。第23页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、土液相二、土液相（一）吸着水（一）吸着水大多数粘粒表面带有大多数粘粒表面带有净负电荷净负电荷:1.1.原子替换原子替换;2.2.断键断键;3.3.氢氧离子中氢离子被离解氢氧离子中氢离子被离解;吸着水形成原因吸着水形成原因:土粒表面负电荷土粒表面负电荷,阳离子阳离子,氢键。氢键。第24页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、土液相二、土液相（一）吸着水（一）吸着水 强吸着水性质强吸着水性质靠近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递靠近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。压力。弱吸着水弱吸着水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动，但它能够因电场引力作用从水膜厚地方向水膜薄地方转移。由流动，但它能够因电场引力作用从水膜厚地方向水膜薄地方转移。因为它存在，使土含有塑性、粘性、影响土压缩性和强度，并使土因为它存在，使土含有塑性、粘性、影响土压缩性和强度，并使土透水性变小。透水性变小。吸着水厚度影响原因：吸着水厚度影响原因：成土矿物；阳离子浓度及化学性质成土矿物；阳离子浓度及化学性质(阳离子价阳离子价低低,厚厚;阳离子浓度高阳离子浓度高,薄薄)。第25页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类(二）自由水二）自由水离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可且可自由移动自由移动?水称为自由水。水称为自由水。（分为（分为毛细管水和重力水毛细管水和重力水）1.1.毛细管水毛细管水土中存在许多大小不一样相互连通土中存在许多大小不一样相互连通弯曲孔道，因为水分子与土粒分子弯曲孔道，因为水分子与土粒分子之间附着力和水气界面上表面张力，之间附着力和水气界面上表面张力，于是，于是，将引发迫使相邻土粒相互积将引发迫使相邻土粒相互积紧压力，这个压力称为毛管水压力紧压力，这个压力称为毛管水压力。第26页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类在潮湿粉、细砂中孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续。在潮湿粉、细砂中孔隙水仅存在于土粒接触点周围，彼此是不连续。这时，因为空袭中气与大气连通，所以，孔隙中压力亦将小于大气压这时，因为空袭中气与大气连通，所以，孔隙中压力亦将小于大气压力。力。由毛管水压力引发摩擦阻力如同给予砂土以一些粘聚力，以致在潮湿由毛管水压力引发摩擦阻力如同给予砂土以一些粘聚力，以致在潮湿砂土中能开挖一定高度直立坑壁。但一旦砂土被水浸饱和，则弯液面砂土中能开挖一定高度直立坑壁。但一旦砂土被水浸饱和，则弯液面消失，毛管水压力变为零，这种粘聚力液就不再存在。把这种粘聚力消失，毛管水压力变为零，这种粘聚力液就不再存在。把这种粘聚力称为称为假粘聚力假粘聚力。第27页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类2.2.重力水重力水在重力或水位差作用下能在土中流动自由水称在重力或水位差作用下能在土中流动自由水称微微重力水。重力水。含有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。含有溶解能力，能传递静水和动水压力，对土颗粒有浮力作用。当它在土孔隙中流动时，对所流经土体施加渗流力（亦称动水压力、当它在土孔隙中流动时，对所流经土体施加渗流力（亦称动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。渗透力），计算中应考虑其影响。第28页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类三、土气相三、土气相存在土中气体分为两种基本类型：一个是与大气连通气体；另一存在土中气体分为两种基本类型：一个是与大气连通气体；另一个是与大气不连通以气泡形式存在封闭气体。个是与大气不连通以气泡形式存在封闭气体。第29页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类一、土粒间相互作用一、土粒间相互作用当粘粒在溶液中沉淀时，粒间引力主要当粘粒在溶液中沉淀时，粒间引力主要是范得华力（分子键），还有吸着水层是范得华力（分子键），还有吸着水层中异性电荷引发静电引力。中异性电荷引发静电引力。引力引力:范得华力总是在极性颗粒之间产生引力，范得华力总是在极性颗粒之间产生引力，但它是一个短程力，约随粒间间距得六但它是一个短程力，约随粒间间距得六次方递减，而与溶液性质无关。次方递减，而与溶液性质无关。1-3 1-3 土结构土结构第30页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类一、土粒间相互作用一、土粒间相互作用斥力斥力:在两个土粒相互靠近，使颗粒表面吸着水层相搭接时，吸着水层中阳在两个土粒相互靠近，使颗粒表面吸着水层相搭接时，吸着水层中阳离子不足以平衡土粒上得净负电荷就发生粒间斥力。大小取决于溶液离子不足以平衡土粒上得净负电荷就发生粒间斥力。大小取决于溶液性质，并随粒间间距得指数函数递减。性质，并随粒间间距得指数函数递减。1-3 1-3 土结构土结构第31页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、土结构二、土结构（一）单粒结构（一）单粒结构第32页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、土结构二、土结构（二）蜂窝状结构（二）蜂窝状结构第33页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、土结构二、土结构（三）絮状结构（三）絮状结构 角、边与面接触时净引力最大，所以絮状结构特征是土粒之间角、边与面接触时净引力最大，所以絮状结构特征是土粒之间以角、边与面接触或边与边搭接形式为主。这种结构土粒呈任意排列，以角、边与面接触或边与边搭接形式为主。这种结构土粒呈任意排列，含有较大孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。含有较大孔隙，其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。片堆结构片堆结构第34页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标可分为两类：可分为两类：一类是必须一类是必须经过试验测定经过试验测定，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；标；另一类是另一类是依据直接指标换算依据直接指标换算，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。接指标。第35页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标一、试验直接测定物理性质指标（一）土密度与重度土密度定义为单位体积土质量，用表示，单位为Mg/m3(或g/cm3)。表示式以下：（1-4）对于粘性土，土密度惯用环刀法测定。第36页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类土土重度重度亦称为亦称为容重容重，定义为单位体积土重量，用，定义为单位体积土重量，用 表示，单位为表示，单位为kN/mkN/m33。表示式以下：表示式以下：（1-51-5）式中：式中：WW土重量，单位为土重量，单位为kNkN；g g重力加速度。重力加速度。第37页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（二）土粒比重（二）土粒比重GsGs土粒比重定义为土粒比重定义为土粒质量（或重量）与同体积土粒质量（或重量）与同体积4 4时纯水质量（或时纯水质量（或重量）之比重量）之比（无因次），其表示式为：（无因次），其表示式为：（1-61-6）或或 （1-71-7）式中：式中：ss土粒密度，即土粒单位体积质量；土粒密度，即土粒单位体积质量；（ww）4 444时纯水密度，时纯水密度，1 1g/cmg/cm33（ww）4 444时纯水重度。时纯水重度。第38页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类土粒比重惯用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加土加水质量，按下式计算土粒比重：（1-8）式中：m1瓶加水质量；m2瓶加土加水质量；ms烘干土质量。第39页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（三）土含水率（三）土含水率ww土土含水率含水率，曾称为含水量，定义为，曾称为含水量，定义为土中水质量与土粒质量之比土中水质量与土粒质量之比，以百，以百分数表示，其表示式为：分数表示，其表示式为：（1-91-9）测定含水率惯用方法是测定含水率惯用方法是烘干法烘干法，先称出天然土质量，然后放在烘箱中，先称出天然土质量，然后放在烘箱中，在在100100105105常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。第40页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、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ee定义：土中定义：土中孔隙体积与土粒体积之比孔隙体积与土粒体积之比，以小数表示，其表示式为：，以小数表示，其表示式为：（1-101-10）（二）土孔隙率（二）土孔隙率nn定义：土中定义：土中孔隙体积与土总体积之比孔隙体积与土总体积之比，或单位体积内孔隙体积，以百，或单位体积内孔隙体积，以百分数表示，其表示式为：分数表示，其表示式为：（1-111-11）第41页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（三）土饱和度（三）土饱和度SrSr定义：土中定义：土中孔隙水体积与孔隙体积之比孔隙水体积与孔隙体积之比，以百分数表示，其表示式为：，以百分数表示，其表示式为：（1-121-12）第42页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类土干重度：土干重度：单位体积内土粒重量单位体积内土粒重量，表示式为：，表示式为：（1-141-14）土烘干，体积要减小，因而，土烘干，体积要减小，因而，土干密度不等于烘干土密度土干密度不等于烘干土密度。土干密度或。土干密度或干重度也是评定土密实程度指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，干重度也是评定土密实程度指标，干密度或干重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。反之愈疏松。（四）干密度（四）干密度dd与干重度与干重度dd土干密度：土干密度：单位体积内土粒质量单位体积内土粒质量，表示式：，表示式：（1-131-13）第43页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（五）饱和密度（五）饱和密度satsat与饱和重度与饱和重度satsat饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土质饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土质量。表示式为：量。表示式为：（1-151-15）第44页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类在饱和状态下，单位体积土重量称为饱和重度，其表示式为：在饱和状态下，单位体积土重量称为饱和重度，其表示式为：（1-161-16）第45页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（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，受到水浮力作用，其有效重量减小，所以提出了土在水下，受到水浮力作用，其有效重量减小，所以提出了浮重度浮重度，即即有效重度有效重度概念，其表示式为：概念，其表示式为：（1-171-17）第46页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类与其对应，提出了浮密度概念，土浮密度是单位体积内土粒质量与与其对应，提出了浮密度概念，土浮密度是单位体积内土粒质量与同体积水质量之差，其表示式为：同体积水质量之差，其表示式为：（1-181-18）或或 （1-191-19）从上述四种土密度或重度定义可知，同一土样各种密度或重度在数从上述四种土密度或重度定义可知，同一土样各种密度或重度在数值上有以下关系：值上有以下关系：第47页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类三、物理性质指标间换算三、物理性质指标间换算惯用土物理指标共有九个。已知其中任意三个，经过换算能够求出其惯用土物理指标共有九个。已知其中任意三个，经过换算能够求出其余六个。余六个。（一）孔隙比与孔隙率关系（一）孔隙比与孔隙率关系设土体内设土体内土粒体积为土粒体积为1 1，则，则e=Ve=Vvv/V/V可知，孔隙体积可知，孔隙体积V Vvv为为e e，土体体积土体体积V V为（为（1 1e e），），于是有：于是有：（1-201-20）或或 （1-211-21）三相示意图（三相示意图（aa）第48页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（二）干密度与湿密度和含水率关系二）干密度与湿密度和含水率关系设设土体体积土体体积VV为为11，则，则dd=mmss/VV，土体内土粒质量土体内土粒质量mmss为为dd，由由w=mw=mww /m/mss水质量水质量mmww为为w w dd。于是，按式（于是，按式（1144）定义可得：）定义可得：或或 （1-221-22）第49页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（三）孔隙比与比重和干密度关系（三）孔隙比与比重和干密度关系设土体内设土体内土粒体积为土粒体积为11，则按，则按e=Ve=Vvv/V/V，孔隙体积孔隙体积vvvv为为ee；由由ss m mss/V/Vss得土粒质量得土粒质量mmss为为ss。于是，按于是，按dd定义可得：定义可得：应用式（应用式（1166）整理得：）整理得：(1-23)(1-23)第50页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系设土体内设土体内土粒体积为土粒体积为11，则按，则按e=Ve=Vvv/V/V得体积得体积vvvv=ee；由由ss m mss/V/Vss得土得土粒质量粒质量mmss=ss。按按w=mw=mww/m/mss ，水得质量，水得质量mmww=wwss，则水得体积则水得体积vvww=mmww/w w=wwss/ww。于是，于是，SrSr定义可得：定义可得：（1-241-24）当土饱和时，即当土饱和时，即SrSr为为100100，则：，则：（1-251-25）式中：式中：wwsatsat饱和含水率。饱和含水率。第51页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（五）浮密度与比重和孔隙比得关系（五）浮密度与比重和孔隙比得关系设土体内设土体内土粒体积为土粒体积为11，则按则按e=Ve=Vvv/V/V ，孔隙体积，孔隙体积VVvv为为ee；由由ss m mss/VVss得土粒质量得土粒质量mmss为为ss。于是，按式（于是，按式（111818）可得：）可得：（1-261-26）第52页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类【例题【例题1133】某一块试样在天然状态下】某一块试样在天然状态下体积为体积为6060cmcm33，称得其称得其质量为质量为108108gg，将其将其烘干后烘干后称得质量为称得质量为96.4396.43gg，依据试验得到土粒比重依据试验得到土粒比重GGss为为2.72.7，试求试样湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率，试求试样湿密度、干密度、饱和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。和饱和度。【解】（【解】（11）已知）已知VV60cm60cm33，m=108gm=108g，则由式（则由式（1144）得）得 =m =m v=180 v=180 60=1.8g/cm 60=1.8g/cm33第53页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（2 2）已知）已知mmss=96.43g=96.43g，则则 mmww=m=mmmss=108=10896.43=11.57g96.43=11.57g按式（按式（1 19 9），于是），于是 w=mw=mww m mss11.5711.5796.43=12%96.43=12%（3 3）已知已知GGss=2.7=2.7，则则 V Vss=m=ms s ss=96.43=96.43 2.72.735.7cm35.7cm33 V Vvv=V=VV Vss=60=6035.735.724.3cm24.3cm33按式（按式（1 11010），于是），于是 e=Ve=Vv v V Vss24.3 24.3 35.7=0.6835.7=0.68（4 4）按式（按式（1 11111）n=Vn=Vv v V V24.3 24.3 60=40.560=40.5（55）依据依据ww定义定义 V Vw w=m=mww ww=11.57=11.57 1111.57cm11.57cm33 于是按式（于是按式（111212）SStt=V=Vw w V Vvv=11.57=11.57 24.324.34848第54页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类1-5 1-5 无粘性土得相对密实度、无粘性土得相对密实度、粘性土得稠度及土压实性粘性土得稠度及土压实性一、无粘性土相对密实度一、无粘性土相对密实度惯用相对密实度惯用相对密实度DDrr来衡量来衡量无粘性土松紧程度无粘性土松紧程度，其定义为，其定义为 （1-271-27）式中：式中：DDrr相对密实度；相对密实度；e emaxmax无粘性土处于最松状态时孔隙比；无粘性土处于最松状态时孔隙比；eeminmin无粘性土处于最密状态时孔隙比；无粘性土处于最密状态时孔隙比；ee00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55页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类按式（123）可得相对密实度得使用表示式 （1-28）式中：dmax无粘性土最大干密度；dmin无粘性土最小干密度；d无粘性土天然干密度或填筑干密度。将风干无粘性土试样用漏斗法测定其最小干密度，用振击法测定其最大干密度。第56页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类在工程上，用相对密实度在工程上，用相对密实度DrDr划分无粘性土状态以下：划分无粘性土状态以下：0 0Dr1/3 Dr1/3 疏松疏松 1/31/3Dr2/3 Dr2/3 中密中密 2/3 2/3Dr1 Dr1 密实密实第57页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类二、粘性土稠度二、粘性土稠度（一）粘性土稠度状态（一）粘性土稠度状态稠度稠度指粘性土干湿程度或在某一含指粘性土干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏水率下抵抗外力作用而变形或破坏能力，是粘性土最主要物理状态指能力，是粘性土最主要物理状态指标。标。流动、软、可塑、硬流动、软、可塑、硬等描述等描述四种状态四种状态可塑性可塑性：土在外力作用下可改变形：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂，状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸除厚仍能保持已经有形状。外力卸除厚仍能保持已经有形状。第58页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（二）界限含水率及其测定（二）界限含水率及其测定1.1.界限含水率界限含水率粘性土从一个状态过渡到另一个状态，可用某一界限含水率来区分，这粘性土从一个状态过渡到另一个状态，可用某一界限含水率来区分，这种种界限含水率界限含水率称为称为稠度界限或阿太堡界限稠度界限或阿太堡界限。液限（液限（WWLL）从流动状态转变为可塑状态界限含水率，也就是可塑从流动状态转变为可塑状态界限含水率，也就是可塑状态上限含水率；状态上限含水率；塑限（塑限（WWpp）从可塑状态转变为半固体状态界限含水率，也就是可从可塑状态转变为半固体状态界限含水率，也就是可塑状态下限含水率；塑状态下限含水率；缩限（缩限（WWss）从半固体状态转变为固体状态界限含水率，亦即粘性从半固体状态转变为固体状态界限含水率，亦即粘性土伴随含水率减小而体积开始不变时含水率。土伴随含水率减小而体积开始不变时含水率。第59页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类2.液、塑限测定测定塑限方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。液、塑限联合测定法：塑限5秒入土2mm时含水率 10mm液限 5秒入土10mm时含水率 17mm液限 5秒入土17mm时含水率第60页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类2.液、塑限测定测定塑限方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。测定液限方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。25击合拢长度13mm时含水率为液限。第61页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类土缩限用收缩皿法测定，把土料含水率调制到大于土液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干试样体积并称量准确至0.1g后，按下式计算：（1-29）式中：ws土缩限（）w制备时含水率（）V1湿试样体积（cm3），V2干试样体积（cm3）第62页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类（三）塑性指数和液性指数（三）塑性指数和液性指数1.1.塑性指数塑性指数塑性指数：塑性指数：液限和塑限之差液限和塑限之差百分数值（去掉百分号）。百分数值（去掉百分号）。用用IIpp表示，表示，取整数取整数，即：，即：塑性指数越高，塑性指数越高，吸着水含量可能高吸着水含量可能高，土粘粒含量越高。，土粘粒含量越高。第63页岩土工程研究所岩土工程研究所第一章第一章 土物理性质指标与工程分类土物理性质指标与工程分类2.2.液性指数液性指数粘性土状态可用液性指数来判别。粘性土状态可用液性指数来判别。定义为：定义为：（1-311-31）式中：式中：IILL液性指数，以小数表示；液性指数，以小数表示；ww土天然含水率。土天然含水率。液性指数表征了土天然含