1、土力學與基礎工程土的物理性質指標Soil Mechanics土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質及分類土的物理性質及分類第二章第二章對土的特點進行詳細解釋和定量描述對土的特點進行詳細解釋和定量描述本章特點本章特點: : 看起來零散看起來零散學習要點學習要點: : 理清理清 各節間聯系各節間聯系 各節內層次各節內層次土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質和分類土的物理性質和分類2.1 2.1 土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標2.1 土的三相比例指標土的三相比例指標 土的物理狀態土的物理狀態粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態粘性土的軟硬

2、狀態土的物理性質和分類土的物理性質和分類土的物理性質指標土的物理性質指標( (三相間的比例關系三相間的比例關系) )力學特力學特性性影響影響表表示示土力學與基礎工程土的物理性質指標概念概念所謂所謂土的物理性質土的物理性質就是表示土中三相比就是表示土中三相比例關系的一些物理量。例關系的一些物理量。土的物理性質指標不僅可以描述土的物土的物理性質指標不僅可以描述土的物理性質和它所處的狀態，而且在一定程理性質和它所處的狀態，而且在一定程度上反映了土的力學性質。度上反映了土的力學性質。 土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質指標的分類土的物理性質指標的分類一類是必須通過試驗測定的，如含水量一類是必

3、須通過試驗測定的，如含水量（率）、密度和土粒相對密度，稱為（率）、密度和土粒相對密度，稱為直直接指標接指標；一類是根據直接指標換算的，如孔隙比、一類是根據直接指標換算的，如孔隙比、孔隙率、飽和度等，稱為孔隙率、飽和度等，稱為間接指標間接指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標土的三相圖土的三相圖為便于說明這些物理性質指標的定義為便于說明這些物理性質指標的定義和它們的換算關系，常用三相圖表示和它們的換算關系，常用三相圖表示土體內三相的相對含量。土體內三相的相對含量。 土力學與基礎工程土的物理性質指標1.1.三相草圖三相草圖WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm土的物理性質和分

4、類土的物理性質和分類質量質量體積體積2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標三相草圖三相草圖土的物理性質和分類土的物理性質和分類WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas已知關系五個已知關系五個: :共有九個參數共有九個參數: V Vv Vs Va V / / ms m ma m剩下三個獨立變量剩下三個獨立變量三相草圖法三相草圖法物性指標是比例關系物性指標是比例關系: :可假設任一參數為可假設任一參數為1對于飽和土對于飽和土, Va=0剩下兩個獨立變量實驗室測定實驗室測定其它指標其

5、它指標是一種簡單而實用的方法是一種簡單而實用的方法2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標 土的密度土的密度(density)(density) 土粒相對密度土粒相對密度 (specific gravity of soil particles) 土的含水量土的含水量(water content)三個基本指標：三個基本指標：土的干密度土的干密度(dry density)飽和密度飽和密度(saturated density)浮密度浮密度(buoyant density)描述土的孔隙體積相對含量的指標描述土的孔隙體積相對含量的指標孔隙比孔隙比(void)孔隙率孔隙率(

6、porosity)飽和度飽和度(degree of saturation)特殊條件下土的密度特殊條件下土的密度土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質和分類土的物理性質和分類2.2.室內測定的三個物理性質指標室內測定的三個物理性質指標WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積-土的密度、土粒密度、土的含水量土的密度、土粒密度、土的含水量土的密度土的密度(density)awswsVVVmmVm 土的容重土的容重(重度重度)=g工程上更常用工程上更常用, 用于計算土的自重應力用于計算土的自重應力單位單位: kg/m3 或或 g/cm3單位單位: kN/m3

7、一般范圍一般范圍: 1.602.20 g/cm3定義定義: 土單位體積的質量土單位體積的質量有時也稱有時也稱土的天然密度土的天然密度2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 表達式表達式:相關指標相關指標:三相草圖有助于直觀三相草圖有助于直觀理解物性指標的概念理解物性指標的概念土力學與基礎工程土的物理性質指標土的密度土的密度和容重和容重測定方法：環刀法測定方法：環刀法土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質和分類土的物理性質和分類WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積土粒相對密度土粒相對密度(specific gravity of soil partic

8、les)單位單位: 無量綱無量綱土粒比重一般范圍土粒比重一般范圍: 粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65C4w Cwssd44C時純蒸餾水的密度時純蒸餾水的密度C4w =1.0 g/cm3土粒比重在數值上等于土粒的密度土粒比重在數值上等于土粒的密度定義定義: 土粒的密度與土粒的密度與4C時純蒸餾水的密度的比值時純蒸餾水的密度的比值表達式表達式:定義定義:土的質量（或重量）與同體積土的質量（或重量）與同體積4時純水的質量之比（無因次）時純水的質量之比（無因次）表達式表達式:土粒比重土粒比重2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 cwscwsssVmd44)()(土力學與基礎工程土

9、的物理性質指標土粒相對密度土粒相對密度ds測定方法：測定方法： 比重瓶法比重瓶法，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加，事先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質量水的質量m1。然后把烘干土若干克。然后把烘干土若干克(ms)裝入空裝入空比重瓶內，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質比重瓶內，再加純水至滿，稱瓶加水加土的質量量m2，按下式計算土粒比重，按下式計算土粒比重21mmmmdsss土力學與基礎工程土的物理性質指標土粒相對密度土粒相對密度ds土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質和分類土的物理性質和分類WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積土的含水量土的含水量%100

10、(%)ssswmmmmmw定義定義: 土中水的質量與土粒質量之比土中水的質量與土粒質量之比, 用百分數表示用百分數表示注意注意: 其實是含水比其實是含水比, 可達到或超過可達到或超過100表達式表達式:2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 water content or moisture content土力學與基礎工程土的物理性質指標土的含水量土的含水量測定方法：測定方法： 烘干法烘干法。先稱出天然濕土的質量，然。先稱出天然濕土的質量，然后放在烘箱里，在后放在烘箱里，在100105下烘干，下烘干，稱干土的質量。稱干土的質量。 土力學與基礎工程土的物理性質指標間接換算的物理性質指標間接換算的

11、物理性質指標 描述土的孔隙體積相對含量的指標描述土的孔隙體積相對含量的指標孔隙比孔隙比(void)孔隙率孔隙率(porosity)飽和度飽和度(degree of saturation)土力學與基礎工程土的物理性質指標v表示土中孔隙含量的指標表示土中孔隙含量的指標孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率( (孔隙度孔隙度) )土的物理性質和分類土的物理性質和分類svVVe 換算指標換算指標%100(%)VVnv關系關系:e1en n1ne 在某種程度上反映土的松密在某種程度上反映土的松密砂類土：砂類土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可達有的可達60-70%定義定義: 土中孔隙體積與固體顆粒土中孔

12、隙體積與固體顆粒體積之比體積之比, 無量綱無量綱表達式表達式:WaterAirSoilVaVwVsVvV體積體積定義定義: 土中孔隙體積與總體積土中孔隙體積與總體積之比之比, 用百分數表示用百分數表示表達式表達式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil體積體積三相草圖可用于確定三相草圖可用于確定物性指標之間的關系物性指標之間的關系2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質和分類土的物理性質和分類飽和度飽和度vwrVVS WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積表達式表達式:定義定義: 土中水的體積與孔隙土

13、中水的體積與孔隙體積的比值體積的比值飽和度表示飽和度表示孔隙中充滿水的程度孔隙中充滿水的程度Sr=0 : 干土干土Sr=1 : 飽和土飽和土2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標v表示土中含水程度的指標表示土中含水程度的指標土的物理性質和分類土的物理性質和分類swmm(%)w 含水量含水量飽和度飽和度vwrVVS WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標土的物理性質和分類土的物理性質和分類v表示土中表示土中密度和容重密度和容重的指標的指標天然密度天然密度

14、干密度干密度飽和密度飽和密度awswsVVVmmVm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 浮密度浮密度有效容重有效容重飽和容重飽和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積單位單位: kg/m3 或或 g/cm3單位單位: kN/m3 定義定義: 土被完全烘干時的密度土被完全烘干時的密度, 等于等于 單位體積內土粒的質量單位體積內土粒的質量表達式表達式:2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工程土的物理性質指標干密度干密度d d干容重干容重d d土烘干，體積要減小，因而土

15、的干密度土烘干，體積要減小，因而土的干密度不等于不等于烘干土的密度。烘干土的密度。土的干密度或干容重是評價土密實程度土的干密度或干容重是評價土密實程度的指標，干密度或干容重越大表明土越的指標，干密度或干容重越大表明土越密實，反之越疏松。常用它來密實，反之越疏松。常用它來控制填土控制填土工程的施工質量工程的施工質量。 土力學與基礎工程土的物理性質指標飽和密度飽和密度satsat與飽和容重與飽和容重satsat 定義：定義： 土中孔隙完全被水充滿，土處于飽和土中孔隙完全被水充滿，土處于飽和狀態時單位體積土的質量或重量狀態時單位體積土的質量或重量表達式：表達式： 土力學與基礎工程土的物理性質指標浮密

16、度浮密度 與浮容重與浮容重 定義：定義： 單位體積內土粒質量與同體積水質量單位體積內土粒質量與同體積水質量之差之差表達式：表達式： VVmwssgwsat土力學與基礎工程土的物理性質指標各種密度容重之間的大小關系：各種密度容重之間的大小關系：土的物理性質和分類土的物理性質和分類dsat dsat天然密度天然密度干密度干密度飽和密度飽和密度Vm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 飽和容重飽和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm質量質量體積體積2.1土的三相比例指標土的三相比例指標 土力學與基礎工

17、程土的物理性質指標物理性質指標間的換算物理性質指標間的換算 常用的物理性質指標共有常用的物理性質指標共有9個，一般個，一般說，已知其中任意說，已知其中任意3個，通過換算，可以個，通過換算，可以求其余求其余6個。個。 土力學與基礎工程土的物理性質指標 土的三相指標中土的三相指標中3 3個直接測定指標是個直接測定指標是 、 、 。 測定的方法分別：測定的方法分別： 、 、 。 表示土的容重的指標有表示土的容重的指標有 個，分別個，分別是是 。 表示土中含水多少的指標有表示土中含水多少的指標有 。 土的三相指標可以概括為土的三相指標可以概括為 個。個。 課堂內容考查：課堂內容考查：土力學與基礎工程土

18、的物理性質指標孔隙比與孔隙率的關系 eeVVnv1nne1土力學與基礎工程土的物理性質指標干密度與濕密度和含水率的關系干密度與濕密度和含水率的關系 wwVmddd11wd1土力學與基礎工程土的物理性質指標孔隙比與相對密度和干密度的關系孔隙比與相對密度和干密度的關系 wssdedVm11dwsde土力學與基礎工程土的物理性質指標飽和度與含水率、比重和孔隙比的關系飽和度與含水率、比重和孔隙比的關系 ewdeVVSswvwrws當土飽和時，即為當土飽和時，即為Sr=100Sr=100則則 ssatdwe satw飽和含水率飽和含水率土力學與基礎工程土的物理性質指標浮密度與相對密度和孔隙比的關系浮密度

19、與相對密度和孔隙比的關系 edeVVmwswswss111土力學與基礎工程土的物理性質指標n【例1】某土樣經試驗測得體積為某土樣經試驗測得體積為100cm3，濕土質量為，濕土質量為187g，烘干后，干土質量為，烘干后，干土質量為167g。若土粒的相對密度。若土粒的相對密度ds為為2.66，求該土樣的含水量，求該土樣的含水量、密度、密度、重度、重度 、干重度、干重度d 、孔隙比、孔隙比e、飽和重度、飽和重度sat和有效重度和有效重度 【解答】解答】%98.11167167187%100smm3/87. 1100187cmgVm3/7 .181087. 1mkNg3/7 .1610100167mkNgdd593. 0187. 1)1198. 01 (66. 21)1 (sde%7 .53593. 066. 21198. 0edSsr3/4 .2010593