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1、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,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。,三 相 示意 图,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sa
2、t,土的物理性质指标,2.含水性指标 天然含水率 w 实测指标 饱和含水率 wsat 饱和度sr3.空隙性 孔隙率 n 孔隙比 e,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=ms/Vs 单 位： kg/m3 或 g/cm3一般范围： 粘性土 2.702.75 g/cm3 ， 砂土 2.65 g/cm3,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：kg/m3 或 g/cm3一般范围： 1.602.20 g/cm3,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
3、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。,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,
4、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=ms/V KN/m3 g/cm3 它可用和w换算。,2、饱和密度sat： 土中孔隙完全被水充满时 的密度。,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（wsat)：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。,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, ,wsa
5、t,sr,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,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,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/m3,土粒密度s=2.75kN/m3,土的天然含水量w=20%。求其余6个指标,1、已知一块饱和原
6、状土样，其体积为17.40cm3，重29.8g，经105度温度下烘干后，重19.6g。求：w、s、e、d 、sat。,2、在野外试验中用体积为90cm3的环刀取原状土样，称得质量为154g，送回试验室后称得重量148g，并测得w=15%，s=2.7g/cm3。求、d、w、e、n、wsat、sr。,3、一块体积为27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在体积不变的情况下饱和，饱和后的重量56.7g。求 s。,1、已知一块饱和原状土样，其体积为17.40cm3，重29.8g，经105度温度下烘干后，其重为19.6g，求：w,s,e,d, sat,解：,2.在野外试验中用体积为90cm3的环刀取原状
7、土样，称得质量为154g，送回试验室后称得重量148g，并测得w=15%, s=2.7g/cm3.求, d,w,e,n,wsat,sr.已知：V=90cm3,m=154g，m=148g,w=15%, s=2.7g/cm3.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。,3.一块体积为27cm3的粘土，烘干后重47.25g。在体积不变的情况下饱和，饱和后的重量56.7g。求 s. 已知：V=27cm3，ms=47.25g，msat=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
8、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。,塑限wp,液限wl,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,强结合水膜最大,出现相当数量自由水,粘性土的稠度状态,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wp：由半固态转变为可塑态的界限含水率。 液限wL：
9、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。,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（Ip）是指液限与塑限的差值。 Ip=wL-wp Ip愈大，说明土的可塑状态的范围越大，可塑性越好，反之亦然。Ip=0时，土无可塑性。 Ip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，Ip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
10、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：,C代表粘土M代表粉土O代表有机质A线：,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wwL时，(w-wpWL-WP)，IL1,土将处于流动状态； 当wp w wL时，0 IL 1，土将处于可塑状态； 因此， IL的大小 实际上反映了土的天然稠度状态。 按IL将土划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑、流塑五种状态。
11、,从土的力学性质角度，考察土的稠度状态：实际上， IL反 映了土的强度和压缩性， IL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， IL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。,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
12、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
13、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d10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,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,
