土力学课程讲解第2章.pdf

1、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2 2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3 32.1 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

2、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。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4 4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5 52.2 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

3、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6 62.2 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7 7一、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：（2）表达式：?无量纲数值

4、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8 8一、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：（2）表达式：?（3）常见值：（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：

5、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9 9一、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/cm3 3或t/m或t/m3 3?（2）表达式：（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。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。v

6、m=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：

7、（2）表达式：?（3）常见值：（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：（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、

8、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

9、被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比?（2）表达式：（2）表达式：?（3）常见值：S（3）常见值：Sr r=(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d d、干容重、干容重d d?（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

10、质量，g/cm3 3?（2）表达式：（2）表达式：?（3）常见值：1.32.0g/cm（3）常见值：1.32.0g/cm3 3?（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。d d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

11、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/cm3 3或t/m或t/m3 3?（2）表达式：（2）表达式：?（3）常见值：（3）常见值：satsat1.82.3g/cm1.82.3g/cm3 3vvmvvmmwvswawssat+=+=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/cm3 3或t/m或t/m3 3?（

12、2）表达式：（2）表达式：?（3）常见值：为0.81.3g/cm（3）常见值：为0.81.3g/cm3 3wsatwvswssvvvmvvm=)(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Gs s、密度密度、含水量w、干密度、含水量w、干密度 d d、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Gs s、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

13、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Vs s=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：=

14、m/v=Gs(1+w)解：=m/v=Gs(1+w)w w/(1+e)则 e=Gs(1+w)/(1+e)则 e=Gs(1+w)w w/-1e知，n亦可求。n=e/(1+e)S/-1e知，n亦可求。n=e/(1+e)Sr r=V=VW W/V/VV V=m=mw w/(/(w wV VV V)=wG)=wGs s/e/ed=m=ms s/V=G/V=Gs s/w w(1+e)(1+e)sat=(m=(ms s+Vv+Vvw w)/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

15、，要求填土干重度为d d=17.8kN/m=17.8kN/m3 3，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

16、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e1 1，松砂孔隙比e，松砂孔隙比e2 2，必然e，必然e1 1e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IL L表示。表示。?物理意义：将w与w物理