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1、第2章 土的物理性质及分类,主要内容,2.6 土的物理性质指标,物理模型 假定模型,总质量：m=ms+mw 总体积： V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw 符号： ssoil vvoid aair wwater,图2-25 土的三相图,2.6.1土的三相草图,可用三相草图来描述土的三相组成 定义土的物理性质指标。,三相草图的意义：,土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标； 三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密； 评价土的工程性质的最基本的物理性质指标； 工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。,2.6.2 三个实测物理性质指标,直接测定指标（可在实验室内直接测定）： 重度、含水
2、量、土粒比重Gs（土粒密度s）。 换算指标：其它指标均为换算指标（孔隙比、饱和度）。 4个质量比体积，3个体积比体积，2个质量比质量。,1、土的密度和重度,2、含水量,烘箱,3、土粒比重,Gs固体颗粒质量与同体积水(在4时)质量之比,表2-7 土粒比重范围,2.6.3 换算的物理性质指标,孔隙比,于是可得两者关系：,孔隙率,饱和度,0Sr1 饱和土：Sr=1 干土：Sr=0,土的饱和重度sat,土的密度与重度的关系：,土的有效重度（浮重度）,土的干重度,2.6.5 几种常用指标之间关系式的推导,土的三相比例指标之间可以互相换算： 方法1： 由三相图及其定义计算，见教材52页例2.1。 假定V=
3、1, 或者假定Vs=1,方法2： 由三相图导出的计算公式。,孔隙比与孔隙率的关系,干密度与湿密度和含水率的关系,孔隙比与比重和干密度的关系,当土饱和时，即为Sr=100则,饱和含水率,19,饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系,浮密度与比重和孔隙比的关系,20,指标间的换算,质量m,体积V,土的三相指标中，土粒比重Gs ，含水量和密度是通过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指标,推导：,换算关系式：,2.7 土的物理状态指标,2.7.1 粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）,用孔隙比e可评价砂土的密实度； 优缺点： 优点：应用方便、简单 缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响 所以： 应
4、与最大孔隙比与最小孔隙比比较； 建立相对密度的概念。,最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin 用“振击法”测定。 最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax 用“松散器法”测定。 相对密度：,最大孔隙比、最小孔隙比的概念：,举例说明建立相对密度概念的意义：,结论： 土样1：密实； 土样2：不密实,问题： 哪个土样密实？,1 用Dr表示砂土密实度,见表2-9，铁路工程技术规范（P50）,当e=emax时，Dr=0，最松状态； 当eemin时，Dr=1.0，最密状态。 优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善 缺点：emax和emin难以准确测定，给Dr的确定带来困难。,2
5、、标准贯入试验方法,方法： 63.5kg锤，升到76cm高，自由落下 标准贯入器入土深度30cm，所需锤数为N63.5,显然：,规范： 建筑地基基础设计规范(GB500072002) 表2-10 ，详见第8章,判断标准：,2.7.2 粘性土的稠度（界限含水量）,Atterberg（瑞典土壤学家，1911）,塑性： 可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。 Plasticity。,在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。,土体体积随含水量的变化：,图2-29 含水量与体积的关系,土的界限含水量（Atterberg limits）,缩限：半固体状态与固体
6、状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，体积不发生变化。Shrinkage limit, wS。 塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。Plastic limit, wP。 液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquid limit, wL。,“界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”,问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？,注意：塑限和液限是土力学中常用的。,液限的测定： 锥式液限仪（中国）； 碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。,碟式液限仪 平衡锥式液限仪,17mm,液限测定演示：,17mm,液限测定演示：,液限测定演示：,塑限的测定： 搓条法测定。3mm土条
7、。 缩限的测定： 收缩皿法测定。,讨论： 液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定； 试验的具体程序和步骤详见土工试验方法标准； 界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定结构性； 所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。,（1）塑性指数IP,概念:塑性状态时含水量变化范围，IP（Plasticity index）。,常省略 %； 变化范围很大（如大于200）； 是粘性土区别于砂土的重要特征； 反映了土与水之间物理化学作用的强弱。,物理意义：,思考：,一个问题：,结论：不能。,结果： 土样1：可塑态； 土样2：半固态；,问题： 判断土样物理状态？,“必须建立含水量与界限含水量的关系”,（
8、2）液性指数IL,表2-11 粘性土的稠度标准,天然状态含水量和界限含水量相对关系的指标（Liquidity index）。,在0到1之间。越大，表示土越软； 大于1，处于流动状态； 小于0，处于固体状态或半固体状态。,关于IL结论：,例题：,证明：,例2-5 某粘性土的天然含水量w=19.3%，液限wL=28.3%，塑限wP=16.7%。求塑性指数IP和液性指数IL，确定该土状态。,查表2-11可知该土的状态为硬塑状态。,IL= = =0.224,解：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6,“土的工程分类是勘察、设计的首要内容”,2.8 土的工程分类,分类存在不同体系，主要有： (1
9、) 建设部土的分类标准(GBJl4590)； (2) 建设部建筑地基基础设计规范(GB500072002)； (3) 水利部土工试验规程(SL2371999)中的12884分类法； (4) 交通部公路土工试验规程(JTJ05193)。,分类原则和特点：,2.8.1 建筑地基基础设计规范 (GB500072002),对粗颗粒土，考虑了结构和粒径级配； 对细颗粒土，考虑了土的塑性和成因； 给出岩石的分类标准； 将天然土分为6大类：岩石、碎石土、砂类土、粉土、粘性土和人工填土。,天然土分为6大类：,岩石：表2-12和表2-13 碎石类土：表2-14 砂类土:表2-15 粉土：表2-16 粘性土：表2
10、-17 人工填土:表2-18,问题：土的粒组的划分和土的分类是否是一回事？ （例如：粉粒组和粉土是否是一个概念）,回答： 粉粒组:0.075mm=d0.005mm 粉土：大于0.075mm的颗粒含量不超过全重的50%，且塑性指数IP10的土。,分类原则和特点：,2.8.2 土的分类标准(GBJl4590),考虑了土的有机质含量、颗粒组成特征以及土的塑性指标。 （总的分类体系如图2-30）； 先判断该土属于有机土还是无机土。 若属于无机土，则可先按表2-20划分其粒组。 根据土内各粒组的相对含量，将土分为： 巨粒土和含巨粒土 粗粒土 细粒土,表2-21,1 巨粒土和含巨粒土,表2-22、2-23、2-24,2 粗粒土,表2-25和塑性图2-31,3 细粒土,图2-31 塑性图,CHclay, high CLclay, low MHmo, high MLmo, low Oorganic 粘土clay 粉土mo，silt 砾石gravel 砂sand,