土的物理性质指标与分类省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第第1章章 土物理性质及工程分类土物理性质及工程分类第1页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（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；人工破碎；堆石坝坝壳料；相当于物理风化相当于物理风化）。）。土是指覆盖在地表没有胶结或弱胶结颗粒堆积物。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：依据起源分：有机土和无机土有机土和无机土岩石风化分为岩石风化分为物理风化物理风化和和化学风化化学风化。物理风化物理风化：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。解碎裂成岩块、岩屑过程。第2页1.1 1.1 土形成土形成土是岩石经过风化后在不一样条件下形成自然历史产物土是岩石经过风化后在不一样条件下形成自然历史产物搬运、沉积搬运、沉积形成过程形成过程形成条件形成条件物理力学物理力学性质性质 风化风化土土地球影响岩石岩石地球第3页化学风化化学风化：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，分解为极细颗粒过程。些岩石或岩屑逐步产生化学改变，分解为极细颗粒过程。特征：特征：物理风化物理风化：量变过程，形成土颗粒较粗；：量变过程，形成土颗粒较粗；化学风化化学风化：质变过程，形成土颗粒很细。：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，只不过哪对普通土而言，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种占优而已。1-1 1-1 土形成土形成第4页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：残积土残积土：岩石风化后仍留在原地堆积物。：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。1-1 1-1 土形成土形成第5页运积土运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离：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、风积土、冰碛土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。和沼泽土等。冲积土冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑风积土风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来堆积物；没：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来堆积物；没有层理、细砂或粉粒；黄土有层理、细砂或粉粒；黄土冰碛土冰碛土：由冰川剥落、搬运形成堆积物；不成层、从漂石到粘粒：由冰川剥落、搬运形成堆积物；不成层、从漂石到粘粒沼泽土沼泽土：在沼泽地沉积物；含有机质、压缩性高、强度低：在沼泽地沉积物；含有机质、压缩性高、强度低1-1 1-1 土形成土形成第6页气相固相液相+组成土骨架，起决定作用组成土骨架，起决定作用主要影响主要影响土体次要作用次要作用1-2 1-2 土组成土组成第7页1-2 1-2 土组成土组成土是固体颗粒、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。固相固相：土颗粒、粒间胶结物；：土颗粒、粒间胶结物；液相液相：土体孔隙中水；：土体孔隙中水；气相气相：孔隙中空气。：孔隙中空气。第8页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，称为气和水，此时土体属三相系，称为湿土湿土。依据土粘性分：依据土粘性分：粘性土粘性土：颗粒很细；：颗粒很细；无粘性土无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直径几十至堆石（直径几十cm甚至甚至1m）1-2 1-2 土组成土组成 不一样类型土不一样类型土不一样类型土不一样类型土第9页一、土固相一、土固相土固相物质包含无机矿物颗粒和有机质，是组成土骨土固相物质包含无机矿物颗粒和有机质，是组成土骨架最基本物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成份、颗架最基本物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成份、颗粒大小和形状来描述。粒大小和形状来描述。（一）成土矿物：（一）成土矿物：原生矿物，次生矿物原生矿物，次生矿物原生矿物原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成矿物，如石英、是指岩浆在冷凝过程中形成矿物，如石英、长石、云母等。长石、云母等。次生矿物次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成新矿物，是由原生矿物经过风化作用后形成新矿物，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿物以及碳酸盐等。以及碳酸盐等。1-2 1-2 土组成土组成第10页一、土固相一、土固相（二）土粒大小和土级配（二）土粒大小和土级配粒组粒组：把工程性质相近土粒合并为一组；某粒组土粒：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含量定义为该粒组土粒质量与干土总质量之比土级配土级配：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。我国我国GB50021-94岩土工程勘察规范粒组划分标准可参见表岩土工程勘察规范粒组划分标准可参见表1-1。1-2 1-2 土组成土组成粒粒 组组 名名 称称粒粒 组组 范范 围围 /mmmm粒粒 组组 名名 称称粒粒 组组 范范 围围 /mmmm漂石（块石）粒漂石（块石）粒组组200 200 砂粒粒组砂粒粒组 0.07520.0752卵石（碎石）粒卵石（碎石）粒组组 20200 20200 粉粒粒组粉粒粒组 0.0050.075 0.0050.075 砾石粒组砾石粒组220220粘粒粒组粘粒粒组 0.0050.075mm 密度计法密度计法：粒径：粒径0.075mm 联合测定联合测定：现有粒径：现有粒径0.075mm 1-2 1-2 土组成土组成第13页（三）颗粒大小分析试验（三）颗粒大小分析试验1.筛分法筛分法利用一套孔径由大到小筛子，将按要求方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粒质量，按下式计算出小于某土粒粒径土粒含量百分数含量百分数X（）（）式中：式中：mi，m分别为小于某粒径土粒质量分别为小于某粒径土粒质量及试样总质量及试样总质量1-2 1-2 土组成土组成第14页105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536土粒径级配累积曲线土粒径级配累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)P(%)2613.5101-2 1-2 土组成土组成第15页2.密度计法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。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。经过密度计测定土水悬浊液密度来确定。1-2 1-2 土组成土组成第16页3.土级配曲线土级配曲线 1-2 1-2 土组成土组成1-1 1-1 1-1 1-1 颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线第17页(四四)颗粒分析试验曲线颗粒分析试验曲线主要用途主要用途按粒径分布曲线可求得：按粒径分布曲线可求得：（1）土中各粒组土粒含量，用于）土中各粒组土粒含量，用于粗粒土分类和大致评定土粗粒土分类和大致评定土工程性质工程性质；（2）一些特征粒径，用于）一些特征粒径，用于建筑材料选择和评价土级配好坏建筑材料选择和评价土级配好坏。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和和曲率系数曲率系数CcCc，它们定义为：它们定义为：（12）1-2 1-2 土组成土组成第18页 (1 3)式中：式中：d10，d30和和d60为粒径分布曲线上小于某粒径土粒为粒径分布曲线上小于某粒径土粒含量分别为含量分别为10，30和和60时所对应粒径。时所对应粒径。d10称为称为有效粒径有效粒径；d60称为称为限制粒径限制粒径。1-2 1-2 土组成土组成第19页土级配好坏可由土中土级配好坏可由土中土粒均匀程度土粒均匀程度和和粒径分布曲线形状粒径分布曲线形状来决定，而土粒均匀程度和曲线形状又可用来决定，而土粒均匀程度和曲线形状又可用不均匀系数不均匀系数和和曲率系数曲率系数来衡量。来衡量。Cu小，曲线陡；小，曲线陡；Cu大，易压密；大，易压密；Cc过大，台阶在过大，台阶在d10d30间；间；Cc过小，台阶在过小，台阶在d30d60间；间；规范：纯净砾、砂，规范：纯净砾、砂，Cu=5，且且Cc=13时，级配良好，不然，不良。时，级配良好，不然，不良。1-2 1-2 土组成土组成第20页二、土液相二、土液相（一）吸着水（一）吸着水 强吸着水强吸着水性质靠近于固体，冰点很低，沸点较高，性质靠近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。且不能传递压力。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。因为它存在，使土含有塑性、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，并使土透水性变小。粘性、影响土压缩性和强度，并使土透水性变小。吸着水厚度吸着水厚度影响原因影响原因：成土矿物；阳离子浓度及化学性：成土矿物；阳离子浓度及化学性质质(阳离子价低阳离子价低,厚厚;阳离子浓度高阳离子浓度高,薄薄)。1-2 1-2 土组成土组成第21页（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离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力作用，且可自由移动水称为用，且可自由移动水称为自由水自由水。（分为毛细管水和重力水）（分为毛细管水和重力水）1.毛细管水毛细管水土中存在许多大小不一样相互土中存在许多大小不一样相互连通弯曲孔道，因为水分子与连通弯曲孔道，因为水分子与土粒分子之间附着力和水气界土粒分子之间附着力和水气界面上表面张力，于是，将引发面上表面张力，于是，将引发迫使相邻土粒相互积紧压力，迫使相邻土粒相互积紧压力，这个压力称为这个压力称为毛管水压力毛管水压力。1-2 1-2 土组成土组成第22页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重力水微重力水。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。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。称动水压力、渗透力），计算中应考虑其影响。1-2 1-2 土组成土组成第23页三、土气相三、土气相存在土中气体分为两种基本类型：一个是存在土中气体分为两种基本类型：一个是与大气连通与大气连通气体气体；另一个是；另一个是与大气不连通以气泡形式存在封闭气与大气不连通以气泡形式存在封闭气体体。1-2 1-2 土组成土组成第24页一、土结构一、土结构（一）单粒结构（一）单粒结构1-3 1-3 土结构土结构第25页一、土结构一、土结构（二）蜂窝状结构（二）蜂窝状结构1-3 1-3 土结构土结构第26页二、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，含有较大孔隙，其强度低，压缩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。性高，对扰动比较敏感。1-3 1-3 土结构土结构 土絮状结构土絮状结构土絮状结构土絮状结构 第27页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，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；称为直接指标；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，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。等，称为间接指标。土三相图土三相图土三相图土三相图第28页一、试验直接测定物理性质指标一、试验直接测定物理性质指标（一）土密度（一）土密度与重度与重度土密度定义为土密度定义为单位体积土质量单位体积土质量，用，用表示，单位为表示，单位为Mg/m3(或或g/cm3)。表示式以下：表示式以下：（1-4）对于粘性土，土密度惯用对于粘性土，土密度惯用环刀法环刀法测定。测定。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第29页土重度亦称为容重，定义为土重度亦称为容重，定义为单位体积土重量单位体积土重量，用，用表示，表示，单位为单位为kN/m3。表示式以下：表示式以下：（1-5）式中：式中：W土重量，单位为土重量，单位为kN；g重力加速度。重力加速度。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第30页（二）土粒比重（二）土粒比重Gs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时纯水质量（或时纯水质量（或重量）之比（无因次），重量）之比（无因次），其表示式为：其表示式为：（1-6）或或 （1-7）式中：式中：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；4时纯水密度，时纯水密度，1.0g/cm3 4时纯水重度。时纯水重度。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标土粒比重在数值上等于土粒密度土粒比重在数值上等于土粒密度第31页土粒比重惯用土粒比重惯用比重瓶法比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水，称测定，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：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：式中：m1瓶瓶+水水质量；质量；m2瓶瓶+土土+水水质量；质量；ms烘干土烘干土质量；质量；t C时蒸馏水比重。时蒸馏水比重。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第32页 m0msm1m2 空瓶空瓶质量质量 烘干土烘干土质量质量 瓶瓶+水水质量质量 瓶瓶+土土+水水质量质量 m1+ms瓶瓶+水（满）水（满）质量质量+干土干土质量；质量；m1+ms-m2与土粒体积相同水与土粒体积相同水质量。质量。比重瓶法比重瓶法比重瓶法比重瓶法第33页（三）土含水率（三）土含水率w土含水率，曾称为含水量，定义为土含水率，曾称为含水量，定义为土中水质量与土粒质量土中水质量与土粒质量之比之比，以百分数表示，其表示式为：，以百分数表示，其表示式为：（1-9）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，先称出天然土质量，然后放在烘箱中，在放在烘箱中，在100105常温下烘干，称得干土质常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。量，按上式可算得。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第34页二、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e定义：定义：土中孔隙体积与土粒体积之比土中孔隙体积与土粒体积之比，以小数表示，其表，以小数表示，其表示式为：示式为：（1-10）（二）土孔隙率（二）土孔隙率n定义：定义：土中孔隙体积与土总体积之比土中孔隙体积与土总体积之比，或单位体积内孔隙，或单位体积内孔隙体积，以百分数表示，其表示式为：体积，以百分数表示，其表示式为：（1-11）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第35页（三）土饱和度三）土饱和度Sr定义：定义：土中孔隙水体积与孔隙体积之比土中孔隙水体积与孔隙体积之比，以百分数表示，以百分数表示，其表示式为：其表示式为：（1-12）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第36页土干重度：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：（1-14）土烘干，体积要减小，因而，土干密度不等于烘干土密度。土烘干，体积要减小，因而，土干密度不等于烘干土密度。土干密度或干重度也是评定土密实程度指标，干密度或干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，反之愈疏松。重度愈大表明土愈密实，反之愈疏松。（四）干密度四）干密度d与干重度与干重度d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：（1-13）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第37页（五）饱和密度（五）饱和密度sat与饱和重度与饱和重度sat饱和密度定义：饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时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单位体积土质量。表示式为：。表示式为：（1-15）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第38页在饱和状态下，单位体积土重量在饱和状态下，单位体积土重量称为饱和重度，其表示式称为饱和重度，其表示式为：为：（1-16）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第39页（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，即有效重度概念，其表示式为：了浮重度，即有效重度概念，其表示式为：（1-17）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第40页与其对应，提出了浮密度概念，土浮密度是与其对应，提出了浮密度概念，土浮密度是单位体积内单位体积内土粒质量与同体积水质量之差土粒质量与同体积水质量之差，其表示式为：，其表示式为：（1-18）或或 （1-19）从上述四种土密度或重度定义可知，同一土样各种密度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：或重度在数值上有以下关系：1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第41页三、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。能够求出其余六个。（一）孔隙比与孔隙率关系（一）孔隙比与孔隙率关系设土体内土粒体积为设土体内土粒体积为1，则，则 可知，孔隙体积可知，孔隙体积Vv为为e，土土体体积体体积V为（为（1e），），于是有：于是有：（1-20）或或 （1-21）三相示意图（a）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第42页（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土体体积设土体体积V为为1，则，则d=ms/V，土体内土粒质量土体内土粒质量ms为为d，由由w=mw/ms水质量水质量mw为为w d。于是，按式（于是，按式（14）定义可得：）定义可得：或或 （1-22）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第43页（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土粒体积为设土体内土粒体积为1，则按，则按 ，孔隙体积孔隙体积Vv为为e；由由s ms/Vs得土粒质量得土粒质量ms为为s。于是，按于是，按d定义可得：定义可得：应用式（应用式（16）整理得：）整理得：(1-23)1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第44页（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土粒体积为设土体内土粒体积为1，则按，则按e=Vv/Vs得体积得体积vv=e；由由sms/Vs得土粒质量得土粒质量ms=s。按按w=mw/ms，水得质量，水得质量mw=ws，则水得体积则水得体积vw=mw/w=ws/w。于是，于是，S （1-24）当土饱和时，即当土饱和时，即Sr为为100，则：，则：（1-25）式中：式中：wsat饱和含水率。饱和含水率。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第45页（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土粒体积为设土体内土粒体积为1，则按，则按e=Vv/V，孔隙体积，孔隙体积Vv为为e；由由s ms/Vs得土粒质量得土粒质量ms为为s。于是，按式（于是，按式（118）可）可 （1-26）1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第46页【例题例题12】某一块试样在天然状态下体积为某一块试样在天然状态下体积为60cm3，称称得其质量为得其质量为108g，将其烘干后称得质量为将其烘干后称得质量为96.43g，依据试依据试验得到土粒比重验得到土粒比重Gs为为2.7，试求试样湿密度、干密度、饱，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。和密度、含水率、孔隙比、孔隙率和饱和度。【解】（【解】（1）已知）已知V60cm3，m=108g，则由式（则由式（14）得）得 =mv=180/60=1.8g/cm31-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第47页（2）已知）已知ms=96.43g，则则mw=mms=10896.43=11.57g按式（按式（18），于是），于是w=mwms11.5796.43=12%（3）已知已知Gs=2.7，则则Vs=ms/s=96.432.735.7cm3Vv=VVs=6035.724.3cm3按式（按式（111），于是），于是1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标（44）按式（按式（按式（按式（111122）n=Vn=Vvv/V/V24.324.360=40.560=40.5（55）依据依据依据依据ww定义定义定义定义VVww=m=mww/ww=11.57=11.571111.57cm11.57cm33于是按式（于是按式（于是按式（于是按式（111133）SSrr=V=Vww/V/Vvv=11.57=11.5724.324.34848=24.3=24.335.7=0.6835.7=0.68第48页【例Braja M.Das Advanced Soil Mechanics p.5】For a soil in natural state,given e=0.8,Gs=2.68 and w=24%.(a)Determine the moist unit weight,dry unit weight,and degree of saturation.(b)If the soil is made completely saturated by adding water,what would its moisture content be at that time?Also find the saturated unit weight.（e unchanged）某土某土样样在天然状在天然状态态下孔隙比下孔隙比 e=0.8，土粒比重土粒比重 Gs=2.68，含水量含水量=24%，求：求：(a)天然状天然状态态下重度、干重度和下重度、干重度和饱饱和度；和度；(b)若若该该土土样样加水后，到达加水后，到达饱饱和状和状态态，计计算算饱饱和和时时含水量含水量及及饱饱和重度和重度(假假定土孔隙比保持不定土孔隙比保持不变变)。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第49页解解:(a)(b)1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第50页【例】A saturated soil sample weighs 0.4N and its volume is 21.5 cm3.The weight and the volume are 0.33N and 15.7 cm3after being non-completely(partly)dried in an oven for a period.The corresponding degree of saturation is 75%.Determine the water content w,void ration e and dry unit weight d before drying.【例【例1-3】某饱和土样重某饱和土样重0.4N，体积为体积为21.5 cm3。放入烘箱内烘一段时间后取出，放入烘箱内烘一段时间后取出，称得其重量为称得其重量为0.33N，体积减小至体积减小至15.7 cm3，饱和度为饱和度为75%。试求该土样烘烤前。试求该土样烘烤前含水量含水量 w、孔隙比孔隙比 e 及干容重及干容重 d。1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标第51页解：解：设设烘一段烘一段时间时间后，孔隙体后，孔隙体积为积为Vv2，孔隙水所占体孔隙水所占体积为积为Vw2，则则：在烘后状在烘后状态态：在烘前状在烘前状态态：联联立求解得：立求解得：1-4 1-4 土物理性质指标土物理性质指标=4.8cm=4.8cm33，=3.6cm=3.6cm33第52页1-10试验测得某土样孔隙比e=0.72，土颗粒比重Gs=2.61。求：(1)孔隙率、干密度及饱和密度；(2)若该土样饱和度为60%，计算其天然重度。For a soil in natural state,given e=0.72,and Gs=2.61.(a)Determine the porosity,dry unit weight,and saturated unit weight.(b)If degree of saturation of the soil is 60%,calculate the unit weight.第53页1-111-11画土三相画土三相图图，设设，试证实试证实：第54页密实度密实度怎样衡量怎样衡量?单位体积中固体颗粒含量多少单位体积中固体颗粒含量多少 或或 孔隙含量多少孔隙含量多少优点：优点：简单方便简单方便缺点：缺点：不能反应级配影响不能反应级配影响 只能用于同一个土只能用于同一个土对对策策相对密度相对密度干容重干容重 d d或或孔隙比孔隙比e e或孔隙率或孔隙率n nemin=0.35emin=0.201-5 1-5 无粘性土相对密实度、无粘性土相对密实度、粘性土稠度及土压实性粘性土稠度及土压实性第55页1-5 1-5 无粘性土相对密实度、无粘性土相对密实度、粘性土稠度及土压实性粘性土稠度及土压实性一、无粘性土相对密实度一、无粘性土相对密实度惯用惯用相对密实度相对密实度Dr来衡量无粘性土松紧程度，其定义为来衡量无粘性土松紧程度，其定义为 （1-27）式中：式中：Dr相对密实度；相对密实度；emax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；emin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；e0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56页按式（按式（123）可得相对密实度得使用表示式）可得相对密实度得使用表示式 （1-28）式中：式中：dmax无粘性土最大干密度；无粘性土最大干密度；dmin无粘性土最小干密度；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。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将风干无粘性土试样用漏斗法漏斗法测定其最小干密度，用测定其最小干密度，用振击法振击法测定其最测定其最大干密度。大干密度。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注意：注意：室内测得理论上最大与最小孔隙比有时很困难室内测得理论上最大与最小孔隙比有时很困难第57页在工程上，用相对密实度在工程上，用相对密实度Dr划分无粘性土状态以下：划分无粘性土状态以下：0Dr1/3 疏松疏松 1/3Dr2/3 中密中密 2/3Dr1 密实密实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第58页A sample of sand,given=14.7 kN/m3,w=13%,dmin=12kN/m3,dmax=16.6kN/m3.Estimate its compaction state.Solution: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第59页So,it is loose.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第60页二、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指粘性土干湿程度或在某一含水率下抵抗外力作用某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏能力，是粘性而变形或破坏能力，是粘性土最主要物理状态指标。土最主要物理状态指标。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：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体改变形状但不显著改变其体积也不开裂，外力卸除厚仍积也不开裂，外力卸除厚仍能保持已经有形状。能保持已经有形状。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粘性土得稠度及土压实性性粘性土粘性土较硬较硬变软变软流动流动第61页（二）界限含水率及其测定（二）界限含水率及其测定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，这种界限含水率称为率来区分，这种界限含水率称为稠度界限稠度界限或阿太堡界限或阿太堡界限(Atterberg limits)。液限液限（wL）从流动状态转变为可塑状态界限含水率，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；也就是可塑状态上限含水率；塑限塑限（wp）从可塑状态转变为半固体状态界限含水率，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；也就是可塑状态下限含水率；缩限缩限（ws）从半固体状态转变为固体状态界限含水率，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亦即粘性土伴随含水率减小而体积开始不变时含水率。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第62页2.液、塑限测定液、塑限测定测定塑限方法：测定塑限方法：搓滚法搓滚法和和液、塑限联合测液、塑限联合测定法定法。测定液限方法：测定液限方法：碟式仪法碟式仪法和和液、塑限联液、塑限联合测定法合测定法 锥式液限仪测定法锥式液限仪测定法。液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法：塑限塑限5秒入土秒入土2mm时含水率时含水率 10mm液限液限 5秒入土秒入土10mm时含水率时含水率 17mm液限液限 5秒入土秒入土17mm时含水率时含水率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第63页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2.液、塑限测定液、塑限测定测定液限方法：测定液限方法：碟式仪法碟式仪法和和液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法。第64页2.液、塑限测定液、塑限测定测定液限方法：测定液限方法：碟式仪法碟式仪法和和液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法。测定塑限方法：测定塑限方法：搓滚法搓滚法和和液、塑限联合测定法液、塑限联合测定法。25击合拢长度击合拢长度13mm时含水率为液限时含水率为液限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第65页土缩限用土缩限用收缩皿法收缩皿法测定，把土料含水率调制到测定，把土料含水率调制到大于土液限大于土液限，然，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积并称量准确至0.1g后，按下式计算：后，按下式计算：（1-29）式中：式中：ws土缩限（）土缩限（）w制备时含水率（）制备时含水率（）V1湿试样体积（湿试样体积（cm3），V2干试样体积（干试样体积（cm3）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第66页（三）塑性指数和液性指数三）塑性指数和液性指数1.塑性指数塑性指数塑性指数塑性指数：液限和塑限之差百分数值（去掉百分号）。：液限和塑限之差百分数值（去掉百分号）。用用Ip表示，取整数，即：表示，取整数，即：塑性指数越塑性指数越高高，吸着水含量可能，吸着水含量可能高高，土粘粒含量越，土粘粒含量越高高。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第67页塑性指数Ip土名称Ip17粘土10Ip17粉质粘土注注:塑塑性性指指数数由由对对应应于于76g圆圆锥锥体体沉沉入入土土样样中中深深度度为为10mm时时测测定定液液限限计计算而得。算而得。粘粘 性性 土土 分分 类类 建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-1-5 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第68页2.液性指数液性指数粘性土状粘性土状态态可用液性指数来判可用液性指数来判别别。定定义为义为：（1-31）式中：式中：IL液性指数，以小数表示；液性指数，以小数表示；w土天然含水率。土天然含水率。液性指数表征了土天然含水率与界限含水率之液性指数表征了土天然含水率与界限含水率之间间相相对对关系，表示了天关系，表示了天然土所然土所处处状状态态。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IL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.000.250.25-0.750.751.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑第69页液性指数液性指数IL状态状态液性指数液性指数IL状态状态IL00坚硬坚硬0.75IL1软塑软塑01流塑流塑0.25IL0.75可塑可塑 粘性土状粘性土状态态建筑地基基建筑地基基础设计规础设计规范范GB50007-1-5 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第70页【例】【例】已知粘性土已知粘性土颗颗粒重度粒重度s=27.5kN/m3，液限液限为为40，塑限，塑限为为22，饱饱和度和度为为98%，孔隙比，孔隙比为为1.15，试计试计算塑性指数、液性指数及确定粘性土状算塑性指数、液性指数及确定粘性土状态态。【解】【解】依据液限和塑限能依据液限和塑限能够够求得塑性指数求得塑性指数为为18，土含水量及液性指数可由下式，土含水量及液性指数可由下式求得求得 ILl，故此粘性土故此粘性土为为流塑状流塑状态态。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第71页一.室内击实试验 试验设备