土力學第一章土的物理性質SoilMechanics土的物理性質土的形成滲透特性變形特性強度特性土的三相組成土的物理狀態土的結構土的工程分類土的壓實性決定影響如何獲得較好的土便于研究和應用§1.1土的形成§1.2土的三相組成§1.3土的結構§1.4土的物理狀態§1.5土的工程分類§1.6土的壓實性土的物理性質Chapter0introduction土的物理性質§1.1土的形成土是巖石經過風化后在不同條件下形成的自然歷史的產物搬運、沉積形成過程形成條件物理力學性質

風化土地球影響巖石地球巖石和土的粗顆粒受各種氣候等物理因素的影響產生脹縮而發生裂縫,或在運動過程中因碰撞和摩擦而破碎是顆粒大小發生量的變化礦物成分與母巖相同，稱原生礦物產生無黏性土§1.1土的形成一.風化

物理風化化學風化生物活動母巖表面和碎散的顆粒受環境因素的作用而改變其礦物的化學成分，形成新的礦物顆粒成分發生質的變化礦物成分與母巖不同，稱次生礦物形成十分細微的土顆粒，最主要為粘性顆粒及可溶鹽類

物理風化化學風化生物活動§1.1土的形成一.風化包括植物、動物和土壤微生物的作用可加劇物理和化學風化構成土中有機質和營養物質的生物循環導致腐殖質的形成，改變土壤的結構§1.1土的形成一.風化

物理風化化學風化生物活動殘積土

無搬運運積土

有搬運母巖表層經風化作用破碎成巖屑或細小顆粒后，未經搬運殘留在原地的堆積物

殘積土強風化弱風化微風化母巖體顆粒表面粗糙多棱角粗細不均無明顯層理§1.1土的形成二.搬運與沉積風化所形成的土顆粒，受自然力的作用搬運到遠近不同的地點所沉積的堆積物坡積土：土粒粗細不同，性質不均洪積土：有分選性，近粗遠細沖積土：渾圓度分選性明顯，土層交迭湖泊沼澤沉積土：含有機物淤泥，土性差海相沉積物：顆粒細，表層松軟，土性差冰積土：土粒粗細變化較大，性質不均勻風積土：顆粒均勻，層厚而不具層理§1.1土的形成二.搬運與沉積殘積土

無搬運運積土

有搬運§1.2土的三相組成氣相固相液相++構成土骨架，起決定作用重要影響土體次要作用一.固體顆粒物理狀態力學特性粒徑級配礦物成分顆粒形狀§1.2土的三相組成–固體顆粒1.粒徑級配顆粒大小各粒徑成分在土中占的比例粒徑級配影響土性的主因§1.2土的三相組成–固體顆粒顆粒大小粒組

按粗細進行分組，將粒徑接近的歸成一類界限粒徑（土的分類標準GBJ145-90）§1.2土的三相組成–固體顆粒d(mm)礫粒砂粒粉粒黏粒6020.0050.250.5520粗

中

細粗

中

細0.075粗粒細粒200巨粒卵(碎)石漂(塊)石20建筑、鐵路部門0.002公路部門§1.2土的三相組成–固體顆粒粒徑級配確定方法

篩分法：適用于粗粒土(>0.075mm)

水分法：適用于細粒土(<0.075mm)——各粒組的相對含量，用質量百分數來表示表述方法

粒徑級配累積曲線§1.2土的三相組成–固體顆粒篩分法用一套孔徑不同的篩子，按從上至下篩孔逐漸減小放置。將事先稱過質量的烘干土樣過篩，稱出留在各篩上的土質量，然后計算其占總土粒質量的百分數粗粒土(>0.075mm)粒徑級配確定方法比重計法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同來確定小于某粒徑的土粒含量細粒土(<0.075mm)粒徑級配確定方法105.02.01.00.50.250.075200g101618242238721009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)P%958778665536土的粒徑級配累積曲線水分法粒徑(mm)0.050.010.005百分數P(%)2613.510§1.2土的三相組成–固體顆粒1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒徑:

d50

:平均粒徑d60:控制粒徑d10

:有效粒徑d30

不均勻程度：Cu=d60/d10

連續程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數—不均勻系數Cu

≥5,級配不均勻粗細程度：用d50

表示

§1.2土的三相組成–固體顆粒1009080706050403020100小于某粒徑之土質量百分數（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒徑(mm)土的粒徑級配累積曲線d60d10d30曲線d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:某粒徑范圍內顆粒的含量

陡—相應粒組質量集中

緩--相應粒組含量少

平臺--相應粒組缺乏連續程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系數較大顆粒缺少Cc

減小較小顆粒缺少Cc

增大Cc=1~3,級配連續性好§1.2土的三相組成–固體顆粒粒徑級配粒徑級配累積曲線及指標的用途：1）粒組含量用于土的分類定名；2）不均勻系數Cu用于判定土的不均勻程度：

Cu≥5,不均勻土；Cu<5,均勻土3）曲率系數Cc用于判定土的連續程度：

Cc=1~

3,

級配連續土；Cc>3或

Cc<1,級配不連續土4）不均勻系數Cu和曲率系數Cc用于判定土的級配優劣：

如果

Cu≥5且

Cc=1~3，級配良好的土；

如果

Cu<5或

Cc>3或

Cc<1,級配不良的土。§1.2土的三相組成–固體顆粒2.礦物成分原生礦物：由巖石經過物理風化形成，其礦物成分與母巖相同，如石英、長石、云母等。特征：礦物成分的性質較穩定，由其組成的土具有無粘性、透水性較大、壓縮性較低的特點。§1.2土的三相組成–固體顆粒次生礦物：巖石經化學風化后所形成的新的礦物，其成分與母巖不相同，分為可溶性和非溶性兩類。

非溶性主要有黏土礦物（高嶺石、伊利石、蒙脫石）、倍半氧化物(Al2O3、Fe2O3)、次生二氧化硅（SiO2）。

可溶性：難溶鹽、中溶鹽、易溶鹽。特征：性質較不穩定，具有較強的親水性，遇水易膨脹的特點。無機礦物

動植物遺體及其分解物質：泥炭和腐殖質。親水性強，可塑性高、壓縮性大、強度低。有機質：粘土礦物是一種復合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙特石三種類型。硅片

鋁片SiSi氧離子O2-硅離子Si4+硅-氧四面體硅片的結構硅片簡圖§1.2土的三相組成–固體顆粒粘土礦物是一種復合的鋁-硅鹽晶體，顆粒呈片狀，是由硅片和鋁片構成的晶包所組疊而成，可分成高嶺石、伊利石和蒙特石三種類型。OH1-鋁離子Al3+鋁-氫氧八面體硅片的結構硅片簡圖AlAl硅片

鋁片§1.2土的三相組成–固體顆粒晶層間通過氫鍵聯結，聯結力強，晶格不能自由活動，水難以進入晶格間能組疊很多晶層，多達百個以上，成為一個顆粒。顆粒長寬約0.3-3，厚約0.03-1。主要特征：顆粒較粗，不容易吸水膨脹和失水收縮，或者說親水能力差。依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分成如下三種類型：

高嶺石蒙特石伊利石SiSiAlAlSiSiAlAlSiSiAlAl高嶺石微粒1:1的兩層結構§1.2土的三相組成–固體顆粒晶層間是O2-對O2-的連結，聯結力很弱，水很容易進入晶層之間。每一顆粒能組疊的晶層數較少。顆粒大小約為0.1-1

，厚約0.001-0.01。主要特征：顆粒細微，具有顯著的吸水膨脹、失水收縮的特性，或者說親水能力強。2:1的三層結構SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSi數層水分子§1.2土的三相組成–固體顆粒

高嶺石蒙特石伊利石依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分成如下三種類型：是云母在堿性介質中風化的產物。與蒙特石相似，由兩層硅片夾一層鋁片所形成的三層結構，但晶層之間有鉀離子連結。主要特征：連結強度弱于高嶺石而高于蒙特石，其特征也介于兩者之間。2:1的三層結構SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSi鉀離子§1.2土的三相組成–固體顆粒

高嶺石蒙特石伊利石依硅片和鋁片組疊形式的不同，可分成如下三種類型：土是在各種地質作用過程和生成條件下形成的，其礦物成分與粒組大小之間具有明顯的內在聯系，大致反應在下圖中。§1.2土的三相組成–固體顆粒原生礦物：一般顆粒較粗，呈粒狀。有圓狀、渾圓狀、棱角狀等。次生礦物：顆粒較細，多呈針狀、片狀、扁平狀。比表面積：單位質量土顆粒所擁有的總表面積。對于黏性土，其大小直接反映土顆粒與四周介質,特別是水,相互作用的強烈程度,是代表黏性土特征的一個很重要的指標。

高嶺石的比表面積為：10-20m2/g,伊利石：80-l00m2/g,蒙特石：800m2/g粗顆粒的形狀粘土顆粒的形狀§1.2土的三相組成–固體顆粒3.顆粒形狀

結晶水

礦物內部的水—只通過礦物成分影響土的性質

結合水吸附在土顆粒表面的水自由水電場引力作用范圍之外的水

土中冰

由自由水凍成，凍脹融陷

水蒸氣

存在孔隙空氣中二.土中水（液相）

土中水的含量明顯地影響土的性質(尤其是黏性土)。土中水除了一部分以結晶水的形式吸附于固體顆粒的晶格內部外，還存在結合水和自由水。§1.2土的三相組成–土中水粘土礦物的帶電性質研究表明，片狀粘土顆粒表面常帶有電荷，凈電荷通常為負電荷。-----------------++++粘土顆粒水分子陽離子玻璃筒玻璃皿水位升高粘土粒粘土膏+-粘土的電泳和電滲現象(列依斯,1809)§1.2土的三相組成–土中水結合水吸附作用、離解作用-強結合水：排列致密，密度>1g/cm3

冰點處于零下幾十度完全不能移動，具有固體的特性溫度高于100°C時才可蒸發-弱結合水：受電場引力作用，為粘滯水膜外力作用下可以移動不因重力而流動，有粘滯性粘土顆粒-----------------++++引力d水分子陽離子強結合水弱結合水自由水結合水：受顆粒表面電場作用力吸引而包圍在顆粒四周，不傳遞靜水壓力，不能任意流動的水§1.2土的三相組成–土中水強結合水弱結合水§1.2土的三相組成–土中水雙電層固定層擴散層內電層外電層厚度的變化可改變黏性土的工程性質通過“離子交換”來實現（P18）毛細水：由于土體孔隙的毛細作用升至自由水面以上的水。毛細水承受表面張力和重力的作用重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流動自由水：不受顆粒電場引力作用的孔隙水hc毛細水重力水§1.2土的三相組成–土中水毛管中流體的界面效應Tdkw空氣固體=濕潤角水aT=界面張力Dk=毛管直徑ua-uwua-uw=壓力差§1.2土的三相組成–土中水毛細管hc土中毛細水上升高度T2r上升高度r2hcw=2rTcos毛細升高與孔徑成反比粘土粉土砂土礫石§1.2土的三相組成–土中水張力TTuc水hc2ruc=-hcw水壓+-TT則毛細壓力：2πrTcosα+ucπr2=0毛細管中的負靜水壓力毛細水壓力§1.2土的三相組成–土中水土顆粒縫隙處的彎液面r空氣水固體顆粒彎液面在非飽和土中，孔隙中含有水和氣，此時水多集中于顆粒間的縫隙處，稱毛細角邊水。由于毛細張力的作用，會形成如圖所示的彎液面，使毛細角邊水產生負壓力，顆粒則受正壓力。這是稍濕的砂土顆粒間存在假凝聚力的原因§1.2土的三相組成–土中水自由氣體：與大氣連通連通的氣體

對土的性質影響不大封閉氣體：被土顆粒和水封閉的氣體

阻塞滲流通道，使土的滲透性減小；彈性增大和延長土體受力后變形達到穩定的歷時；可能造成突然沉陷。溶解在水中的氣體吸附于土顆粒表面的氣體§1.2土的三相組成–土中氣體§1.2土的三相組成–小結土體有三個組成部分：固相、液相和氣相固體顆粒土中水土中氣體粒徑級配礦物成分顆粒形狀結合水：強結合水、弱結合水自由水：重力水、毛細水自由氣體封閉氣體§1.3土的結構土顆粒或粒團的空間排列和相互聯結土粒間的作用力土的結構性指標力學特性土的結構影響粗粒土的結構細粒土的結構重塑土的強度原狀土的強度<一、土粒間的作用力重力毛細力膠結力顆粒表面力

—土顆粒的自重形成的方向向下的力—

砂性土—土中毛細作用形成的力—

細砂、細粒土—土粒間的膠體物質形成的作用力—

黏性土—

黏性土—

庫侖力：—

范德華力：顆粒表面的靜電引力或斥力顆粒接觸點處的分子間引力§1.3土的結構1、粗粒土的結構

粒間作用力

排列形式

礦物成分單粒結構

示意圖重力，毛細力點與點、點與面原生礦物§1.3土的結構二、土的結構2、粉土的結構

粒間作用力

排列形式蜂窩結構

示意圖重力，表面力（引力）點與點§1.3土的結構

顆粒間點與點接觸，由于彼此之間引力大于重力，接觸后，不再繼續下沉，形成鏈環單位,很多鏈環聯結起來，形成孔隙較大的蜂窩狀結構。二、土的結構3、黏性土的結構

粒間作用力

形成環境

排列形式

礦物成分表面力、膠結力（斥力減小引力增加）

示意圖表面力、膠結力（粒間斥力占優勢）淡水中沉積海水中沉積次生礦物次生礦物天然條件下，可能是多種組合，或者由一種結構過渡向另一種結構。面與面邊、角與面邊、角與邊力學特性的差異？§1.3土的結構二、土的結構分散結構凝聚結構4、不均勻土的混合結構§1.3土的結構

a)是粗粒構架，即由粗粒組成的單粒結構，其中含有的黏粒不受壓力，故未經壓密，起著黏聚和減少孔隙的作用。

b)是黏粒結合體，其中粗粒互不接觸、由黏粒組成承壓結構，故具有黏性土特性。這兩種典型結構的中間形式的特點是由粗粒及其接觸處的緊密細粒組成構架，而粗粒間的孔隙則由疏松的細粒填充。二、土的結構受高頻振動時，砂土土粒不停跳動、碰撞和分離，當砂土比較松散時，土粒位置的調整，使得土地結構趨于更加穩定和密實。飽和砂土在突然振密且排水不暢時，孔隙水壓力瞬間增大，土粒受孔隙水壓力的反作用力而處于懸浮狀態，這是砂土變成液體狀，稱為“液化”或“流砂”。§1.3土的結構三、砂土的振動密實和液化四、反映黏性土結構性的指標相同含水量、密度1、黏性土的靈敏度—

St

=原狀土結構性相同含水量密度、組成粉碎重塑重塑土強度降低St11-22-44-88-16>16黏性土不靈敏低靈敏中等靈敏靈敏很靈敏流動原狀土的無側限抗壓強度重塑土的無側限抗壓強度§1.3土的結構含水量不變，密度不變，因重塑而強度降低，又因靜置而逐漸強化，強度逐漸恢復的現象，稱為觸變性。土的觸變性是土結構中聯結形態發生變化引起的，是土結構隨時間變化的宏觀表現。目前尚沒有合理的描述土觸變性的方法和指標。2、黏性土的觸變性§1.3土的結構四、反映黏性土結構性的指標在外力作用下黏性土的結構會發生土粒沿某一方向重新排列的現象。3、黏性土顆粒的定向性作用§1.3土的結構四、反映黏性土結構性的指標§1.4土的物理狀態土的物理狀態粗粒土的松密程度黏性土的軟硬狀態土的物理性質指標(三相間的比例關系)表示影響力學特性一.物理性質指標土的三個組成相的體積和質量上的比例關系松密程度干濕程度輕重程度特點:指標概念簡單，數量很多要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、單位或量綱、常見值或范圍、聯系與區別定義基本方法:三相草圖法§1.4土的物理狀態-物理性質指標1、三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積§1.4土的物理狀態-物理性質指標1、三相草圖WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積已知關系五個:共有九個參數:

VVvVsVaVw/msmwmam剩下三個獨立變量三相草圖法計算物性指標是比例關系:可假設任一參數為1對于飽和土,Va=0剩下兩個獨立變量實驗室測定其它指標是一種簡單而實用的方法§1.4土的物理狀態-物理性質指標為了確定三相草圖諸量中的三個量，通常進行三個基本的物理性質試驗來測定三個物理性質指標：土的密度試驗-土的密度土粒比重試驗-土粒比重土的含水率試驗-土的含水率§1.4土的物理狀態-物理性質指標稱為基本指標2、室內測定的三個物理性質指標WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積土的密度土的容重γ=ρg工程上更常用,用于計算土的自重應力單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

一般范圍:1.60—2.20g/cm3定義:單位體積土的質量有時也稱土的天然密度表達式:相關指標:三相草圖有助于直觀理解物性指標的概念§1.4土的物理狀態-物理性質指標測定方法:環刀法密度：環刀法WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積土粒比重s:土粒的密度，單位體積土粒的質量單位:無量綱土粒比重一般范圍:

黏性土2.70—2.75

砂土2.654?C時純蒸餾水的密度=1.0g/cm3土粒比重在數值上等于土粒的密度定義:土粒的密度與4?C時純蒸餾水的密度的比值表達式:§1.4土的物理狀態-物理性質指標測定方法:比重瓶法土粒比重：比重瓶法1、先將比重瓶注滿純水，稱瓶加水的質量m1；2、然后稱烘干土的質量ms；3、把烘干土裝入該空比重瓶內，再加純水至滿，稱瓶加土加水的質量m2。4、按下式計算土粒比重：WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積土的含水率定義:土中水的質量與土粒質量之比,

用百分數表示注意:

可達到或超過100％表達式:§1.4土的物理狀態-物理性質指標單位:無量綱一般范圍:變化很大測定方法:烘干法烘干法表示土中孔隙含量的指標孔隙比孔隙率(孔隙度)３、其它常用的物理性質指標關系:砂類土：28-35%黏性土：30-50%有的可達60-70%定義:土中孔隙體積與固體顆粒體積之比,無量綱表達式:WaterAirSolidVaVwVsVvV體積定義:土中孔隙體積與總體積之比,用百分數表示表達式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid體積三相草圖可用于確定物性指標之間的關系§1.4土的物理狀態-物理性質指標砂類土：0.5-0.8黏性土：0.6-1.2，一般小于4，有的可達25表示土中含水程度的指標含水量飽和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積表達式:定義:土中水的體積與孔隙體積的比值飽和度表示孔隙中充滿水的程度Sr=0:干土Sr=1:飽和土３、其它常用的物理性質指標§1.4土的物理狀態-物理性質指標表示土的密度和容重的指標天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重飽和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積單位:kg/m3

或g/cm3單位:kN/m3

定義:土被完全烘干時的密度,等于單位體積內土粒的質量表達式:３、其它常用的物理性質指標§1.4土的物理狀態-物理性質指標各種密度容重之間的大小關系：天然密度干密度飽和密度天然容重干容重浮容重飽和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm質量體積§1.4土的物理狀態-物理性質指標設土體的體積V為1，則ρd=ms/V，土體內土粒的質量ms為ρd，由w=mw/ms水的質量mw為wρd。于是，4、物理性質指標間的換算關系§1.4土的物理狀態-物理性質指標干密度與濕密度和含水率的關系孔隙比與比重和干密度的關系設土體內土粒的體積為1，則按e=Vv/V，孔隙的體積vv為e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的質量ms為ρs。于是，按ρd的定義可得：4、物理性質指標間的換算關系§1.4土的物理狀態-物理性質指標又得設土體內土粒的體積為1，則按e=Vv/V得體積vv=e；由ρs

＝ms/Vs得土粒的質量ms=ρs。按w=mw/ms

，水的質量mw=wρs，則水得體積vw=mw/ρw=wρs/ρw。于是，由Sr定義可得：4、物理性質指標間的換算關系§1.4土的物理狀態-物理性質指標飽和度與含水率、比重和孔隙比的關系當土飽和時，即Sr為100％，則：設土體內土粒體積為1，則按e=Vv/V，孔隙的體積Vv為e；由ρs＝ms/Vs得土粒的質量ms為ρs，飽和水的質量mw=ρw*e

。于是，4、物理性質指標間的換算關系§1.4土的物理狀態-物理性質指標浮密度與比重和孔隙比得關系小結土的三個組成相的體積和質量上的比例關系特點:指標概念簡單，數量很多要點：名稱、概念或定義、符號、表達式、單位或量綱、常見值或范圍、聯系與區別基本方法:三相草圖法室內測定的三個物理性質指標土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草圖有助于直觀理解物性指標的概念其它常用的物理性質指標表示土中孔隙含量的指標表示土中含水程度的指標表示土的密度和容重的指標三相草圖可用于確定物性指標之間的關系三相草圖法是求取物理性質指標的簡單而有效的方法§1.4土的物理狀態-物理性質指標二.土的物理狀態指標§1.4土的物理狀態-物理狀態指標土的物理狀態粗粒土的松密程度粘性土的軟硬狀態土的物理性質指標(三相間的比例關系)表示影響力學特性密實度稠度emax與emin：最大與最小孔隙比1、粗粒土的密實狀態密實度如何衡量?單位體積中固體顆粒含量的多少或孔隙含量的多少優點：簡單方便(對于同一種土)缺點：不能反映級配的影響只能用于同一種土對策相對密度干容重d或孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20§1.4土的物理狀態-物理狀態指標emax:最大孔隙比；將松散的風干土樣通過長頸漏斗輕輕地倒入容器，避免重力沖擊，求得土的最小干密度再經換算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比；將松散的風干土樣裝入金屬容器內，按規定方法振動和錘擊，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再經換算得到最小孔隙比emax與emin：最大與最小孔隙比注意：室內測得理論上的最大與最小孔隙比有時很困難§1.4土的物理狀態-物理狀態指標1、粗粒土的密實狀態粗粒土的密實狀態指標判別標準：Dr

=1,最密狀態

Dr

=0,最松狀態

Dr≤1/3,疏松狀態

1/3<Dr≤2/3,中密狀態

Dr>2/3,密實狀態相對密度§1.4土的物理狀態-物理狀態指標1、粗粒土的密實狀態emaxeemin松緊標準貫入試驗§1.4土的物理狀態-物理狀態指標1、粗粒土的密實狀態最大與最小孔隙比室內測試方法不完善砂土原狀土難取天然孔隙比測不準現場密實度按N63.5評定砂石密實度按N63.5評定碎石土密實度松散稍密中密密實N≤10N63.5≤510＜N≤155＜N63.5≤1015＜N≤3010＜N63.5≤20N＞30N63.5＞20錘重：63.5kg落距：760mm打入深度：300mm2、黏性土的軟硬狀態也稱稠度狀態，反映土受外力作用所引起變形或破壞的抵抗能力,是粘性土最主要的物理狀態特征。稠度狀態與含水量有關黏性土含水量較硬變軟流動§1.4土的物理狀態-物理狀態指標粘性土由某一種狀態過渡到另一狀態的界限含水量稱為土的稠度界限。§1.4土的物理狀態-物理狀態指標固態半固態可塑狀態流動狀態0塑限wp液限wl稠度界限黏性土的稠度反映土中水的形態固態或半固態塑態

流態

強結合水膜最大出現自由水強結合水弱結合水自由水稠度狀態含水量土中水的形態w土顆粒強結合水弱結合水土顆粒強結合水土顆粒自由水弱結合水強結合水吸附弱結合水的能力塑性指數§1.4土的物理狀態-物理狀態指標液、塑限的測定§1.4土的物理狀態-物理狀態指標測定塑限的方法：搓滾法和液、塑限聯合測定法測定液限的方法：錐式儀法、碟式儀法和液、塑限聯合測定法相對稠度問題：僅適用于重塑土即使含水量相同，稠度可能不同液性指數對不同的粘土，wp、wl

大小不同定義：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1堅硬狀態可塑狀態流態0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑軟塑對同一種粘土，含水量可反映其稠度問題：§1.4土的物理狀態-物理狀態指標——吸附弱結合水的能力；大致反映粘土顆粒含量、粘性大小塑性指數常作為細粒土工程分類的依據缺點不能充分反映粘土顆粒含量不同的粘土礦物結合水的能力不同活性指數p0.002:粒徑小于0.002mm顆粒的質量占總土總質量的百分比A<0.75A=075–1.25A>1.25非活性粘土正常粘土活性粘土§1.4土的物理狀態-物理狀態指標粗粒土的密實狀態指標:

相對密度Dr

小結黏性土的稠度狀態指標:

液性指數IL引入定義判別標準稠度界限稠度狀態含水量土中水的形態塑性指數液性指數引入定義判別標準粗粒土與黏性土為何采用不同的物理狀態指標？反映土的細觀特點與力學特性有更直接的聯系便于量測§1.4土的物理狀態-物理狀態指標§1.5土的工程分類目的：依據：建筑地基基礎設計規范GB50007-2011水利部土工試驗規程SL237-001-1999便于研究、交流及應用能反映土的物理力學性質－土的組成土的狀態土的結構是將工程性質相近的土歸為一類土的工程分類標準GB/T50145-2007鐵路工程巖土分類標準TB10077-2001公路土工試驗規程JTJE402007分類原則和特點：1、建筑地基基礎設計規范(GB500072011)對粗顆粒土，考慮了結構和粒徑級配；對細顆粒土，考慮了土的塑性和成因；給出巖石的分類標準；將天然土分為6大類：巖石、碎石土、砂類土、粉土、粘性土和人工填土。§1.5土的工程分類a.巖石的分類顆粒間牢固粘結,呈整體或具有節理隙的巖體稱為巖石，堅硬程度可根據巖塊的飽和單軸抗壓強度frk分類堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(Mpa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30＜frk≤60frk＞6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤51、建筑地基基礎設計規范(GB500072011)§1.5土的工程分類土的名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主圓形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑大于200mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于20mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50％注：定名時應根據顆粒級配由大到小以最先符合者確定碎石土的分類b.碎石土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為碎石土。1、建筑地基基礎設計規范(GB500072011)§1.5土的工程分類土的名稱礫砂粗砂中砂細砂粉砂顆粒級配粒徑大于2mm的顆粒含量占全重25％～50％注：定名時應根據顆粒級配由大到小以最先符合者確定粒徑大于0.5mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.25mm的顆粒含量超過全重50％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重85％粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50％砂土的分類c.砂土的分類粒徑大于2mm的顆粒含量不超過全重50%的土，且粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過全重50%的土稱為砂土1、建筑地基基礎設計規范(GB500072011)§1.5土的工程分類d.粉土的分類粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，塑性指數IP≤10的土稱為粉土。e.粘性土的分類粒徑大于0.075mm的顆粒含量不超過全重50%，塑性指數IP＞10的土稱為粘性土，粘性土根據塑性指數細分。土的名稱粘土粉質粘土塑性指數注：塑性指數由相應于76g圓錐體沉入土樣中深度為10mm測定的液限計算而得IP＞1710＜IP≤171、建筑地基基礎設計規范(GB500072011)§1.5土的工程分類f.人工填土的分類由于人類活動而形成的堆積物稱為人工填土。物質成分較雜亂,均勻性較差，根據其物質組成和成因,可分為素填土、壓實填土、雜填土和沖填土。分類原則和特點：2、土的分類標準(GB/T50145-2007)考慮了土的有機質含量、顆粒組成特征以及土的塑性指標。先判斷該土屬于有機土還是無機土。若屬于無機土，則可先劃分其粒組。根據土內各粒組的相對含量，將土分為：巨粒土粗粒土細粒土§1.5土的工程分類a.巨粒土

巨粒土按土中粒徑大于60mm的巨粒含量區分。若土中巨粒含量多于75%,屬于巨粒土；若土中巨粒含量在50%～75%之間，屬于混合巨粒土；若土中巨粒含量在15%～50%之間，屬于含巨粒混合土。b.粗粒土的分類

巨粒含量少于15%，剔除巨粒后，若土中粒徑大于0.075mm的粗粒含量多于余土的50%，屬于粗粒土。粗粒土分為礫類土和砂類土兩類。2、土的分類標準（GB/T50145-2007）§1.5土的工程分類c.細粒土的分類

土中粒徑小于0.075mm的細粒含量不小等于50%的土。粗粒含量不大于25%的土屬于細粒土。

粗粒含量在25%～50%之間，含粗粒的細粒土。

有機質含量小于10%且不小于5%的，有機質土2、土的分類標準(GB/T50145-2007)§1.5土的工程分類§1.6土的壓實性壓實：指通過夯打、振動、碾壓等，使土體變得密實、以提高土的強度、減小土的壓縮性和滲透性壓實性：指土在一定壓實能量作用下密度增長的特性研究擊實性的目的：

以最小的能量消耗獲得最大的壓實密度擊實方法：室內擊實試驗現場試驗:夯打、振動、碾壓一.室內擊實試驗二.細粒土的壓實性三.粗粒土的壓實性§1.6土的壓實性一.室內擊實試驗

試驗設備擊實筒V=1000cm3；擊實錘w=25牛頓試驗條件土樣分層n=3層；落高d=30cm；擊數N=27/層擊實能量

試驗方法對ω=cosnst的土；分三層壓實；測定擊實后的ω、ρ，算定ρd

注意：僅適用于細粒土；對粗粒土，可用較大尺寸的擊實儀土§1.6土的壓實性二.細粒土的壓實性1.擊實曲線2.理論分析3.影響因素4.壓實標準§1.6土的壓實性1.擊實曲線特點：①具有峰值②位于飽和曲線之下

黏性土滲透系數很小，壓實過程中含水量幾乎不變，要想擊實到飽和狀態是不可能的。0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)飽和曲線dmax=1.86wop=12.1最大干密度最優含水量§1.6土的壓實性-細粒土的壓實性2.理論分析壓實機理：顆粒被擊碎，土粒定向排列;粒團破碎，粒間聯結力被破壞而發生孔隙體積減小;空氣被擠出或被壓縮等水膜潤滑作用效果最佳;尚沒有形成封閉氣泡，氣體易于排出;顆粒表面水膜很薄，相對移動困難

水膜潤滑作用不明顯;封閉氣泡難以排出;增加水的相對含量

ωωop,ρdρdmaxω<ωop,ρd<

ρdmaxω>ωop,ρd<

ρdmax

0481216202428含水量w(%)2.01