土力学课程讲解第2章.pdf

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第第2章土的物理性质章土的物理性质及分类及分类土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系22第第2章土的物理性质及分类章土的物理性质及分类2.1概述2.1概述2.2土的物理性质指标2.2土的物理性质指标2.3土的物理状态指标2.3土的物理状态指标2.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系332.1概述概述本章是土力学的基础，了解土的三相组成后，本章是土力学的基础，了解土的三相组成后，掌握土的物理性质和土的物理状态指标的定义。

物理概念。

计算公式和单位。

要求熟练地掌握物理性指标的三相换算。

掌握土的物理性质和土的物理状态指标的定义。

物理概念。

计算公式和单位。

要求熟练地掌握物理性指标的三相换算。

了解地基土的工程分类的依据与定名。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系44第第2章土的物理性质及分类章土的物理性质及分类2.1概述2.1概述2.2土的物理性质指标2.2土的物理性质指标2.3土的物理状态指标2.3土的物理状态指标2.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系552.2土的物理性质指标土的物理性质指标?

一、土的三项基本物理性质指标一、土的三项基本物理性质指标?

二、反映土的松密程度的指标二、反映土的松密程度的指标?

三、反映土中含水程度的指标三、反映土中含水程度的指标?

四、特定条件下土的密度四、特定条件下土的密度?

五、三相草图五、三相草图土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系662.2土的物理性质指标土的物理性质指标土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系77一、土的三项基本物理性质指标一、土的三项基本物理性质指标?

土粒比重Gs，土的含水量w，土的密度土粒比重Gs，土的含水量w，土的密度?

1土粒比重（土的相对密度）Gs1土粒比重（土的相对密度）Gs?

（1）定义土粒质量与同体积4摄氏度纯水质量之比

（1）定义土粒质量与同体积4摄氏度纯水质量之比?

（2）表达式：

无量纲数值上等于土粒密度无量纲数值上等于土粒密度?

（3）常见值：

2.62.8（3）常见值：

2.62.8?

（4）测定方法：

比重瓶法或经验法（4）测定方法：

比重瓶法或经验法wswsssvmG=土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系88一、土的三项基本物理性质指标一、土的三项基本物理性质指标?

2土的含水量w2土的含水量w?

（1）定义土中水的质量与土粒质量之比，%

（1）定义土中水的质量与土粒质量之比，%?

（2）表达式：

（3）常见值：

砂土（040）%；粘性土（20-60）%砂土（040）%；粘性土（20-60）%?

（4）测定方法：

烘干法、炒干法、酒精燃烧法等（4）测定方法：

烘干法、炒干法、酒精燃烧法等%100=swmmw土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系99一、土的三项基本物理性质指标一、土的三项基本物理性质指标?

3土的密度3土的密度?

（1）定义土单位体积的质量，单位g/cm

（1）定义土单位体积的质量，单位g/cm33或t/m或t/m33?

（2）表达式：

（3）常见值：

砂土1.62.0粘性土1.82.0（3）常见值：

砂土1.62.0粘性土1.82.0?

（4）测定方法：

环刀法、蜡封法等（4）测定方法：

环刀法、蜡封法等?

以上三个为土的基本物理指标，均可由实验室直接测定其数值。

vm=土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系10102.2土的物理性质指标土的物理性质指标?

一、土的三项基本物理性质指标一、土的三项基本物理性质指标?

二、反映土的松密程度的指标二、反映土的松密程度的指标?

三、反映土中含水程度的指标三、反映土中含水程度的指标?

四、特定条件下土的密度四、特定条件下土的密度?

五、三相草图五、三相草图土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1111二、反映土的松密程度的指标二、反映土的松密程度的指标?

1孔隙比e，2孔隙率n1孔隙比e，2孔隙率n?

1孔隙比e1孔隙比e?

（1）定义土中孔隙体积与土粒体积之比

（1）定义土中孔隙体积与土粒体积之比?

（2）表达式：

（3）常见值：

砂土0.51.0，当e0.6时，呈密实状态，良好地基砂土0.51.0，当e1.0时，高压缩性土，软弱地基粘性土0.51.2，当e1.0时，高压缩性土，软弱地基svvve=土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1212二、反映土的松密程度的指标二、反映土的松密程度的指标?

2孔隙率n2孔隙率n?

（1）定义土中孔隙体积与总体积之比，%

（1）定义土中孔隙体积与总体积之比，%?

（2）表达式：

（3）常见值：

n=（30-50）%（3）常见值：

n=（30-50）%?

（4）确定方法：

e和n均可据、Gs、w实测值计算（4）确定方法：

e和n均可据、Gs、w实测值计算%100=vvnv土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系13132.2土的物理性质指标土的物理性质指标?

一、土的三项基本物理性质指标一、土的三项基本物理性质指标?

二、反映土的松密程度的指标二、反映土的松密程度的指标?

三、反映土中含水程度的指标三、反映土中含水程度的指标?

四、特定条件下土的密度四、特定条件下土的密度?

五、三相草图五、三相草图土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1414三、反映土中含水程度的指标三、反映土中含水程度的指标?

1含水量w（前已述）2土的饱和度Sr1含水量w（前已述）2土的饱和度Sr?

（1）定义被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比

（1）定义被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比?

（2）表达式：

（3）常见值：

S（3）常见值：

Srr=（0-100）%=（0-100）%?

（4）确定方法：

据、Gs、w实测值计算（4）确定方法：

据、Gs、w实测值计算?

（5）工程应用：

砂土与粉土以饱和度划分湿度。

（5）工程应用：

砂土与粉土以饱和度划分湿度。

%100=vwrvvs稍湿很湿饱和80%50%稍湿很湿饱和80%50%土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1515四、特定条件下土的密度四、特定条件下土的密度?

1土的干密度1土的干密度dd、干容重、干容重dd?

（1）定义土单位体积中固体颗粒质量，g/cm

（1）定义土单位体积中固体颗粒质量，g/cm33?

（2）表达式：

（3）常见值：

1.32.0g/cm（3）常见值：

1.32.0g/cm33?

（4）工程应用：

土的干密度用作填方工程中土体压实质量控制的标准。

（4）工程应用：

土的干密度用作填方工程中土体压实质量控制的标准。

dd越大，土体压得越密实，工程质量越好，但花费的压实费用也越大。

越大，土体压得越密实，工程质量越好，但花费的压实费用也越大。

vmsd=土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1616四、特定条件下土的密度四、特定条件下土的密度?

2饱和密度2饱和密度satsat、饱和容重、饱和容重satsat?

（1）定义孔隙中全部充满水时单位体积中的土质量，单位g/cm

（1）定义孔隙中全部充满水时单位体积中的土质量，单位g/cm33或t/m或t/m33?

（2）表达式：

（3）常见值：

satsat1.82.3g/cm1.82.3g/cm33vvmvvmmwvswawssat+=+=土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1717四、特定条件下土的密度四、特定条件下土的密度?

3有效密度、有效容重3有效密度、有效容重?

（1）定义地下水位以下，土体受水的浮力作用时单位体积中的土质量，单位g/cm

（1）定义地下水位以下，土体受水的浮力作用时单位体积中的土质量，单位g/cm33或t/m或t/m33?

（2）表达式：

（3）常见值：

为0.81.3g/cm（3）常见值：

为0.81.3g/cm33wsatwvswssvvvmvvm=）（土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1818小结小结?

土的物理性质指标共9个，土粒比重G土的物理性质指标共9个，土粒比重Gss、密度密度、含水量w、干密度、含水量w、干密度dd、饱和密度、饱和密度satsat、有效密度、有效密度、孔隙比e、孔隙率n、孔隙比e、孔隙率n、饱和度Sr。

饱和度Sr。

9个指标不是各自独立，其中G9个指标不是各自独立，其中Gss、w由、w由实验室测定，其余6个指标可通过三项指实验室测定，其余6个指标可通过三项指标换算求得。

标换算求得。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系1919五、三相草图五、三相草图?

方法：

绘制三相草图，据三个已知指标数值和各物理性质指标定义计算。

根据情况令V=1或V方法：

绘制三相草图，据三个已知指标数值和各物理性质指标定义计算。

根据情况令V=1或Vss=1可简化计算。

=1可简化计算。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系2020【例21】【例21】?

已知某钻孔原状土试样结果为：

，w，Gs，求其余6个物理性质指标。

已知某钻孔原状土试样结果为：

，w，Gs，求其余6个物理性质指标。

气水土颗粒气水土颗粒m=Gs（1+w）wmw=wGswms=GswVv=eVs=1V=1+e解：

=m/v=Gs（1+w）解：

=m/v=Gs（1+w）ww/（1+e）则e=Gs（1+w）/（1+e）则e=Gs（1+w）ww/-1e知，n亦可求。

n=e/（1+e）S/-1e知，n亦可求。

n=e/（1+e）Srr=V=VWW/V/VVV=m=mww/（/（wwVVVV）=wG）=wGss/e/ed=m=mss/V=G/V=Gss/ww（1+e）（1+e）sat=（m=（mss+Vv+Vvww）/V=（Gs+e）/（1+e）/V=（Gs+e）/（1+e）土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系2121【例22】【例22】?

某公路需填方，要求填土干重度为某公路需填方，要求填土干重度为dd=17.8kN/m=17.8kN/m33，需填方量为40万立方米。

对某料场的勘察结果为：

其土粒比重Gs=2.7，含水量w=15.2%，孔隙比e0.823。

需多少万立方米才能满足要求？

，需填方量为40万立方米。

对某料场的勘察结果为：

其土粒比重Gs=2.7，含水量w=15.2%，孔隙比e0.823。

需多少万立方米才能满足要求？

48.148.1土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系2222第第2章土的物理性质及分类章土的物理性质及分类2.1概述2.1概述2.2土的物理性质指标2.2土的物理性质指标2.3土的物理状态指标2.3土的物理状态指标2.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系23232.3土的物理状态指标土的物理状态指标?

一、无粘性土的密实度一、无粘性土的密实度?

二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标?

三、粉土的密实度和湿度三、粉土的密实度和湿度土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系2424一、无粘性土的密实度一、无粘性土的密实度?

无粘性土为单粒结构，最主要的物理状态指标是密实度。

划分密实度的标准是什么？

无粘性土为单粒结构，最主要的物理状态指标是密实度。

划分密实度的标准是什么？

1孔隙比e（很少用）1孔隙比e（很少用）?

优点：

应用方便。

同一种土，密砂孔隙比e优点：

应用方便。

同一种土，密砂孔隙比e11，松砂孔隙比e，松砂孔隙比e22，必然e，必然e11e粘土粉质粘土171710PPII土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系3333二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标?

（2）

（2）液性指数液性指数粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用符号I粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用符号ILL表示。

表示。

物理意义：

将w与w物理意义：

将w与wLL与w与wpp相比以反映土的软硬不同。

相比以反映土的软硬不同。

IILL表示土软硬状态，I表示土软硬状态，ILL越大，土愈软，I越大，土愈软，ILL越小，土愈硬。

越小，土愈硬。

PPPLPLIWWWWWWI=坚硬硬塑可塑软塑00.250.75I坚硬硬塑可塑软塑00.250.75ILL流塑1.0流塑1.0土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系3434二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标?

（3）（3）天然稠度w天然稠度wcc原状土样的液限与天然含水量差值与塑性指数之比，用符号w原状土样的液限与天然含水量差值与塑性指数之比，用符号wcc表示。

表示。

公路土工试验规程：

w公路土工试验规程：

wcc用于划分路基的干湿状态。

实测路床表面以下80cm深度内的平均稠度w用于划分路基的干湿状态。

实测路床表面以下80cm深度内的平均稠度wcc，再按公路沥青路面设计规范查出干燥、中湿、潮湿或过湿状态。

，再按公路沥青路面设计规范查出干燥、中湿、潮湿或过湿状态。

PLPLLcIWWWWWWw=过湿潮湿中湿干燥0.851.001.2w过湿潮湿中湿干燥0.851.001.2wcc砂土砂土土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系3535【例23】【例23】?

【例23】室内试验结果给出某地基土样的天然含水量w=19.3，液限w【例23】室内试验结果给出某地基土样的天然含水量w=19.3，液限wLL=28.3%，塑限w=28.3%，塑限wPP=16.7。

试求：

=16.7。

试求：

（1）计算该土的塑性指数I

（1）计算该土的塑性指数IPP及液性指数I及液性指数ILL；?

（2）确定该土的物理状态。

解：

（1）塑性指数I解：

（1）塑性指数IPP=w=wLL-w-wPP=28.3-16.7=11.6=28.3-16.7=11.6?

液性指数I液性指数ILL=（w-w=（w-wPP）/（w）/（wLL-w-wPP）=（19.3-16.7）/11.6=0.224）=（19.3-16.7）/11.6=0.224?

（2）0I

（2）0ILL=0.2240.25，故该土处于硬塑状态。

=0.2240.25，故该土处于硬塑状态。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系3636二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标?

4活动度4活动度?

定义：

活动度A活动度A粘性土的塑性指数与粘粒（粒径0.002mm的颗粒）含量百分数之比。

反映了粘性土中所含矿物的活动性。

粘性土的塑性指数与粘粒（粒径0.002mm的颗粒）含量百分数之比。

反映了粘性土中所含矿物的活动性。

表达式：

A0.75不活动粘性土；A0.75不活动粘性土；?

0.75A1.25正常粘性土；0.751.25活动粘性土A1.25活动粘性土mIAp=土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系3737二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标?

5灵敏度5灵敏度?

（1）灵敏度S

（1）灵敏度Stt?

定义：

灵敏度S灵敏度Stt同一粘性土的原状土与重塑土在孔隙和含水量不变时土无侧限抗压强度比。

同一粘性土的原状土与重塑土在孔隙和含水量不变时土无侧限抗压强度比。

物理意义：

SStt2低灵敏土；2S2低灵敏土；24高灵敏土4高灵敏土?

工程应用：

土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度就降低越多。

故在基础施工中应注意保护基坑或基槽，尽量减少对坑底土的扰动。

土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度就降低越多。

故在基础施工中应注意保护基坑或基槽，尽量减少对坑底土的扰动。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系3838二、粘性土的物理状态指标二、粘性土的物理状态指标?

6触变性6触变性?

触变性触变性结构被破坏后（扰动土），土的强度降低。

但静置一段时间，土的强度又逐渐增长的性质。

这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为触变性。

结构被破坏后（扰动土），土的强度降低。

但静置一段时间，土的强度又逐渐增长的性质。

这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为触变性。

工程应用：

在粘性土中打桩，利用扰动的方法，破坏桩侧土和桩尖土的结构，降低打桩的阻力。

打桩结束后，土的强度可随时间部分恢复，使桩的承载力逐渐增加。

利用土的触变性机理。

在粘性土中打桩，利用扰动的方法，破坏桩侧土和桩尖土的结构，降低打桩的阻力。

打桩结束后，土的强度可随时间部分恢复，使桩的承载力逐渐增加。

利用土的触变性机理。

沿海地区粘性土基本属于一般粘性土和灵敏粘性土。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系3939三、粉土的密实度和湿度三、粉土的密实度和湿度?

粉土密实度和湿度分别根据孔隙比e和含水量w划分，其密实度根据孔隙比划分为密实、中密和稍密三档；其湿度根据含水量划分为稍湿、湿、很湿三档。

密实度密实度密实密实中密中密稍密稍密孔隙比e孔隙比ee0.75e0.90e0.90湿度湿度稍湿稍湿湿湿很湿很湿含水量含水量w20w30w30粉土密实度的分类粉土密实度的分类粉土湿度的分类粉土湿度的分类土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系4040第第2章土的物理性质及分类章土的物理性质及分类2.1概述2.1概述2.2土的物理性质指标2.2土的物理性质指标2.3土的物理状态指标2.3土的物理状态指标2.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系41412.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类一、岩石一、岩石二、碎石类土二、碎石类土三、砂土三、砂土四、粉土四、粉土五、粘性土五、粘性土六、特殊土六、特殊土土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系4242一、岩石一、岩石?

1定义1定义?

颗粒间牢固联结呈整体或具有节理、裂隙的岩体称为颗粒间牢固联结呈整体或具有节理、裂隙的岩体称为岩石岩石。

2分类2分类?

（1）按成因分

（2）按坚硬程度分

（1）按成因分

（2）按坚硬程度分变质岩沉积岩岩浆岩变质岩沉积岩岩浆岩软质岩石硬质岩石软质岩石硬质岩石土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系4343一、岩石一、岩石（3）风化程度（4）软化系数（3）风化程度（4）软化系数?

3工程性质3工程性质?

微风化硬质岩石为最优良地基微风化硬质岩石为最优良地基。

微风化和中等风化岩石可直接作为地基或桩基持力层。

强风化岩石情况复杂，视其风化产状具体分析：

一般强风化的硬质岩层可为良好地基；强风化的软质岩石工程性质差。

微风化和中等风化岩石可直接作为地基或桩基持力层。

强风化岩石情况复杂，视其风化产状具体分析：

一般强风化的硬质岩层可为良好地基；强风化的软质岩石工程性质差。

强风化中等风化微风化强风化中等风化微风化不软化岩石软化岩石不软化岩石软化岩石土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系44442.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类一、岩石一、岩石二、碎石类土二、碎石类土三、砂土三、砂土四、粉土四、粉土五、粘性土五、粘性土六、特殊土六、特殊土土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系4545二、碎石类土二、碎石类土?

1定义1定义?

碎石类土碎石类土粒径大于2mm颗粒含量超过全重50的土粒径大于2mm颗粒含量超过全重50的土?

2分类依据2分类依据?

据土粒径级配中各粒组含量和颗粒形状进行分类定名。

3定名3定名?

4工程性质4工程性质?

常见的碎石类土，强度大，压缩性小，渗透性大，为优良的地基，也可将桩放置在这类土层。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系4646二、碎石类土二、碎石类土碎石土的分类碎石土的分类名称名称颗粒形状颗粒形状粒组含量粒组含量圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主漂石块石漂石块石棱角形为主棱角形为主粒径d200mm的颗粒含量超过全重的50粒径d200mm的颗粒含量超过全重的50圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主卵石碎石卵石碎石棱角形为主棱角形为主粒径d20mm的颗粒含量超过全重的50粒径d20mm的颗粒含量超过全重的50圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主圆砾角砾圆砾角砾棱角形为主棱角形为主粒径d2mm的颗粒含量超过全重的50粒径d2mm的颗粒含量超过全重的50注意：

定名时应据由大到小的顺序，先符合者即为该土的名称。

注意：

定名时应据由大到小的顺序，先符合者即为该土的名称。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系4747三、砂类土三、砂类土?

1定义1定义?

砂类土砂类土粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50，粒径大于0.075mm颗粒超过全重50的土粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50，粒径大于0.075mm颗粒超过全重50的土?

2分类依据2分类依据?

根据土的粒径级配各粒组含量分类根据土的粒径级配各粒组含量分类?

3定名3定名?

4工程性质4工程性质土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系48482.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类一、岩石一、岩石二、碎石类土二、碎石类土三、砂土三、砂土四、粉土四、粉土五、粘性土五、粘性土六、特殊土六、特殊土土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系4949三、砂类土三、砂类土砂土的分类砂土的分类土的名称土的名称粒组含量粒组含量砾砂砾砂粒径d2mm的颗粒占总质量的2550粒径d2mm的颗粒占总质量的2550粗砂粗砂粒径d0.5mm的颗粒超过总质量的50粒径d0.5mm的颗粒超过总质量的50中砂中砂粒径d0.25mm的颗粒超过总质量的50粒径d0.25mm的颗粒超过总质量的50细砂细砂粒径d0.075mm的颗粒超过总质量的85粒径d0.075mm的颗粒超过总质量的85粉砂粉砂粒径d0.075mm的颗粒超过总质量的50粒径d0.075mm的颗粒超过总质量的50注意：

定名时应据由大到小的顺序，先符合者即为该土的名称。

注意：

定名时应据由大到小的顺序，先符合者即为该土的名称。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系5050三、砂类土三、砂类土?

4工程性质4工程性质?

（1）密实和中密的砾砂、粗砂、中砂为优良地基

（1）密实和中密的砾砂、粗砂、中砂为优良地基?

（2）粉砂和细砂要具体分析

（2）粉砂和细砂要具体分析?

密实状态为良好地基，饱和松散状态为不良地基。

稍密状态以下的粉细砂，处地下水位以下时，承载力很低，作天然地基需谨慎。

松散的粉细砂在动荷载作用下（地震作用）极易发生液化，短时间内地基丧失承载力，导致建筑物毁坏。

土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系5151【例24】【例24】?

【例24】某住宅进行工程地质勘察时，取回一砂土试样，经筛析试验，得到各个粒组含量的百分比如下，试定砂土名称。

解：

粒径d2mm含量占30，在2550之间，故定为砾砂。

解：

粒径d2mm含量占30，在2550之间，故定为砾砂。

141614260.0750.250.55.0141614260.0750.250.55.0222.0222.08粒径d/mm含量/8粒径d/mm含量/土力学厦门大学土木系土力学厦门大学土木系52522.4地基土的工程分类2.4地基土的工程分类一、岩石一、岩石二、碎石类土二、碎石类土三、砂土三、砂土四、粉土四、粉土五、粘性土五、粘性土六、特殊土六、特

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