《土力學(xué)與地基基礎(chǔ)》第二章 土的物理性質(zhì)與工程分類

土 力 學(xué) 地 基 基 礎(chǔ)河 南 科 技 大 學(xué) 建 工 學(xué) 院高 笑 娟 第 二 章 介 紹 土 的 形 成 及 物 質(zhì) 組 成 ,從 定 性 和 定 量 兩 個 方面 描 述 土 體 的 物 質(zhì) 組 成 、 密 實(shí) 程 度 及 工 程 應(yīng) 用 。土 的 物 理 性 質(zhì) 及 工 程 分 類主 要 內(nèi) 容 : 知 識 要 點(diǎn) ：了 解 無 粘 性 土 的 密 實(shí) 度 概 念 及 判 別 方 法 。掌 握 粘 性 土 的 塑 性 指 數(shù) 和 液 性 指 數(shù) 的 作 用 和 用 途 ， 以 及 粘 性土 的 物 理 狀 態(tài) 評 價 。掌 握 無 粘 性 土 和 粘 性 土 的 分 類 依 據(jù) 和 分 類 方 法 。 1.1 土 的 成 因 土 是 巖 石 經(jīng) 過 風(fēng) 化 、 剝 蝕 、 破 碎 、 搬 運(yùn) 、 沉 積 等 過 程后 在 不 同 條 件 下 形 成 的 自 然 歷 史 的 產(chǎn) 物搬 運(yùn) 、 沉 積一 、 土 體 的 生 成 風(fēng) 化巖 石地 球 土地 球 生 物 風(fēng) 化物 理 風(fēng) 化化 學(xué) 風(fēng) 化 礦 物 成分 未 變 無 粘 性 土原 生 礦 物礦 物 成分 改 變 粘 性 土次 生 礦 物 風(fēng) 化 作 用 分 類 有 機(jī) 質(zhì)巖 石 和 土 的 粗 顆 粒 受 各 種 氣 候 因 素 的影 響 產(chǎn) 生 脹 縮 而 發(fā) 生 裂 縫 ,或 在 運(yùn) 動過 程 中 因 碰 撞 和 摩 擦 而 破 碎母 巖 表 面 和 碎 散 的 顆 粒 受 環(huán) 境 因 素 的作 用 而 改 變 其 礦 物 的 化 學(xué) 成 分 ， 形 成新 的 礦 物動 植 物 活 動 引 起 的 巖 石 和 土 體 粗 顆粒 的 粒 度 或 成 分 的 變 化 定 義 ： 土 體 的 結(jié) 構(gòu) 是 指 土 生 成 過 程 中 所 形 成 土 粒 的 空 間 排 列 及 其 形 式 。 力 學(xué)特 性影響土 的 結(jié) 構(gòu)反 映土 的 成 分形 成 條 件 分 類 單 粒 結(jié) 構(gòu)蜂 窩 結(jié) 構(gòu)絮 狀 結(jié) 構(gòu)二 、 土 的 結(jié) 構(gòu) 和 構(gòu)造 粒 間 作 用 力 可 否 作 天 然 地 基 礦 物 成 分單 粒 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖 重 力 、 毛 細(xì) 力密 實(shí) 的 單 粒 結(jié) 構(gòu) 是 良 好 的 天 然 地 基原 生 礦 物 指 粗 砂 粒 或 更 粗 大 的 顆 粒 在 水 或 空 氣 中沉 積 形 成 。 粗 粒 土的 結(jié) 構(gòu)松 散 密 實(shí) 粒 間 作 用 力 形 成 環(huán) 境 可 否 作 為 天 然 地 基 礦 物 成 分 水 中 的 懸 浮 力 、 自 重 力（ 斥 力 減 小 引 力 增 加 ） 絮 狀 結(jié) 構(gòu)(凝 聚 結(jié) 構(gòu) )蜂 窩 結(jié) 構(gòu)(分 散 結(jié) 構(gòu) ) 示 意 圖 顆 粒 間 的 引 力 、 自 重 力（ 粒 間 引 力 占 優(yōu) 勢 ） 淡 水 中 沉 積 海 水 中 沉 積次 生 礦 物次 生 礦 物注 意 ： 天 然 條 件 下 ， 可 能 是 多 種 組 合 ， 或 者 由 一 種 結(jié) 構(gòu) 過 渡 向 另 一 種 結(jié) 構(gòu) 。 不 可 不 可細(xì) 粒 土 的 結(jié) 構(gòu) 是 指 由 粉 粒 （ 粒 徑0.0050.075mm） 在水 中 下 沉 時 形 成 的 。 是 指 由 粘 粒 （ 粒 徑0.005mm）集 合 體 組 成 。 顆 粒 形 狀 原 生 礦 物 圓 狀 、 渾 圓 狀 、 棱 角 狀次 生 礦 物 針 狀 、 片 狀 、 扁 平 狀 土 的 構(gòu) 造 ： 是 指 土 體 中 各 結(jié) 構(gòu) 單 元 之 間 的 關(guān) 系 ， 主 是 從 宏 觀 角 度 研 究 土 的 組 成 ， 其 主 要 特 點(diǎn) 是 土 的 成 層 性 和 裂 縫 性 。力 學(xué) 特 性影響土 的 構(gòu) 造 類 型 層 狀 構(gòu) 造分 散 構(gòu) 造裂 隙 構(gòu) 造結(jié) 核 狀 構(gòu) 造 通 常 分 散 構(gòu) 造 土 的 工 程 性 質(zhì) 最 好 是 理 想 地 基 ， 結(jié) 核 狀 構(gòu) 造 土 的 工程 性 質(zhì) 取 決 于 細(xì) 粒 土 部 分 ， 裂 隙 構(gòu) 造 不 連 續(xù) 的 裂 縫 破 壞 土 的 整 體 性 ，故 土 的 工 程 性 質(zhì) 最 差 。 土 的 工 程 特 性 （ 1） 壓 縮 性 高 ； （ 2） 強(qiáng) 度 低 ； （ 3） 透 水 性 大 ； 土 的 生 成 與 工 程 特 性 的 關(guān) 系 沉 積 年 代 越 長 ， 工 程 特 性 越 好 。 Q3以 前 的 粘 性 土 稱 為老 粘 性 土 ， 密 度 大 、 強(qiáng) 度 高 、 壓 縮 性 低 ， 為 良 好 天 然 地 基 ； Q 4以 后 的 粘 性 土 ， 其 性 質(zhì) 要 通 過 實(shí) 驗(yàn) 測 定 。 氣 相固 相 液 相+ +構(gòu) 成 土 骨 架 ， 起 主 體 作 用 重 要 影 響土 體 次 要 作 用土 體 三 相 組 成 示 意 圖 1.2 土 的 組 成 一 、 土 中 的 固 體 顆 粒 (固 相 )物 理 狀 態(tài)力 學(xué) 特 性粒 組 的 劃 分土 的 顆 粒 級 配 土 粒 的 礦 物 成 分 . 顆 粒 級 配顆 粒 大 小 土 中 各 個 粒組 的 相 對 含量 常 用 表 格 法 或粒 徑 曲 線 法 表 示影 響 土 性質(zhì) 的 主 因 表格法表示的粒組劃分 粒 徑 級 配篩 分 法 ： 適 用 于 粒 徑 在 0.075 60mm 的 土 密 度 計(jì) 法 ： 適 用 于 粒 徑 小 于 0.075mm的 土 根 據(jù) 斯 托 克 斯 （ Stokes） 定 理 ， 球 狀 的 細(xì) 顆 粒 在 水 中 下 沉 速 度 與 顆 粒 直 徑 的 平 方 成 正 比 。 基 于 這 一 原 理 ， 實(shí) 驗(yàn) 室 常 用 密 度 計(jì) 測 試 水 土 懸 液 在 不 同 時 間 的 密 度 ， 進(jìn) 而 確 定 土 樣 中 各 粒 組 的 相 對 含 量 ， 這 一 方 法 稱 為 密 度 計(jì) 法 。通 常 將 各 粒 組 的 相 對 含 量 ， 用 質(zhì) 量 百 分 數(shù) 來 表 示 篩 分 法 （ d0.075mm的 土 ） 密 度 計(jì) 法 （ d0.075mm的 土 ） 105. 02. 01. 00. 50. 250. 1 200g10161824223872 P%958778665536篩 分 法 原 理 圖 篩 分 法 就 是 用 一 套 標(biāo) 準(zhǔn) 篩 子 如 孔 直徑 (mm)： 20、 10、 5.0、 2.0、 l.0、0.5、 0.25、 0.1、 0.075，將 烘 干 且 分 散 了 的 200g有 代 表 性 的試 樣 倒 入 標(biāo) 準(zhǔn) 篩 內(nèi) 搖 振 ， 然 后 分 別稱 出 留 在 各 篩 子 上 的 土 重 ， 并 計(jì) 算出 各 粒 組 的 相 對 含 量 ， 即 得 土 的 顆粒 級 配 。密 度 計(jì) 法 (也 稱 比 重 計(jì) 法 ) ： 是 沉 降分 析 法 的 一 種 ， 另 外 還 有 移 液 管 法(也 稱 吸 管 法 )。 該 兩 法 的 理 論 基 礎(chǔ)都 是 依 據(jù) Stokes(司 篤 克 斯 )定 律 ，即 球 狀 的 細(xì) 顆 粒 在 水 中 的 下 沉 速 度與 顆 粒 直 徑 的 平 方 成 正 比 典型顆粒級配曲線 1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)P（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001粒 徑 (mm) 1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001粒 徑 (mm)土 的 粒 徑 級 配 累 積 曲 線d60 d50 d10d30特 征 粒 徑 : d60 控 制 粒 徑 d10 有 效 粒 徑 d30 中 值 粒 徑不 均 勻 程 度 ：Cu = d60 / d10 不 均 勻 系 數(shù)C u 5,級 配 不 均 勻粗 細(xì) 程 度 ： 用 平 均 粒 徑 d50 表 示 1009080706050403020100小于某粒徑之土質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001粒 徑 (mm)土 的 粒 徑 級 配 累 積 曲 線d60 d10d30連 續(xù) 程 度 : Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲 率 系 數(shù)較 大 顆 粒 缺 少 Cc 減 小較 小 顆 粒 缺 少 Cc 增 大C c = 1 3, 級 配 連 續(xù) 性 好 粒 徑 級 配 累 積 曲 線 及 指 標(biāo) 的 用 途 ：粒 組 含 量 用 于 土 的 分 類 定 名 ；工 程 中 用 不 均 勻 系 數(shù) Cu評 價 土 的 不 均 勻 程 度 ： Cu 5, 不 均 勻 土 ； Cu 3 或 Cc 1,級 配 不 連 續(xù) 土不 均 勻 系 數(shù) C u和 曲 率 系 數(shù) Cc用 于 判 定 土 的 級 配 優(yōu) 劣 ： 當(dāng) Cu 5且 C c = 1 3 時 ， 為 級 配 良 好 的 土 ； 當(dāng) Cu 3 或 Cc 1g/cm3 冰 點(diǎn) 處 于 零 下 幾 十 度 具 有 固 體 的 的 特 性 溫 度 高 于 100 C時 可 蒸 發(fā) 強(qiáng) 結(jié) 合 水 性 質(zhì) 穩(wěn) 定強(qiáng) 結(jié) 合 水 位 于 強(qiáng) 結(jié) 合 水 之 外 ， 以 水 膜 的 形 式 包 圍 著 土 粒 外 力 作 用 下 可 以 移 動 不 因 重 力 而 移 動 ， 有 粘 滯 性弱 結(jié) 合 水 固定層 擴(kuò) 散 層 土 中 毛 細(xì) 現(xiàn) 象毛 細(xì) 水 分 布 在 土 粒 內(nèi) 部 相 互 貫 通 的 孔 隙 可 以 看成 許 多 形 狀 不 一 、 直 徑 互 異 、 彼 此 連 通的 毛 細(xì) 管重 力 水 是 位 于 地 下 水 位 以 下 的 土 空 隙 中 ， 能 在 重力 或 壓 力 作 用 下 流 動 。 其 性 質(zhì) 能 傳 遞 靜 水壓 力 并 產(chǎn) 生 浮 力 。 三 、 土 中 氣 體 (氣 相 ) 土 體 中 的 氣 體 是 指 存 于 土 體 空 隙 中 未 被 水 占 據(jù) 的 部 分 ,存 在 形 式 有 兩 種 :自 由 氣 體 :與 大 氣 相 通 ,對 土 的 性 質(zhì) 影 響 不 大封 閉 氣 體 :與 大 氣 隔 絕 ,增 大 土 體 的 彈 性 和 壓 縮 性土 體 中 氣 體 1.3 土 物 理 性 質(zhì) 指 標(biāo)土 的 物 理 狀 態(tài)粗 粒 土 的 松 密 程 度粘 性 土 的 軟 硬 狀 態(tài)土 的 物 理 性 質(zhì) 指 標(biāo)(三 相 間 的 比 例 關(guān) 系 ) 力 學(xué) 特性影 響表示 t概 述土 的 物 理 性 質(zhì) 直 接 反 映 土 的 松 密 、 軟 硬 等 物 理 狀 態(tài) ，也 間 接 反 映 土 的 工 程 性 質(zhì) 。 土 的 松 密 和 軟 硬 程 度 主要 取 決 于 土 的 三 相 各 自 在 數(shù) 量 上 所 占 的 比 例 。t三 相 指 標(biāo) 的 定 義 固 相液 相氣 相土 顆 粒土 中 水土 中 氣 一 . 土 的 三 相 圖 水氣 土 粒 VaVwVs Vv Vma=0mwmsm 質(zhì) 量 體 積 二 .土 的 物 理 性 質(zhì) 指 標(biāo) 確 定 水 氣土 粒 VaVwVs VvVm a=0m wm sm 質(zhì) 量 體 積土 的 物 理 性 質(zhì) 指 標(biāo) 共 有 9個 ： e、 n、 、 Sr、 、 ds、 d、 sat、 /土 的 重 度 s w s w am mmV V V V 土 的 密 度=g 工 程 上 更 常 用 于 計(jì) 算 土的 自 重 應(yīng) 力單 位 : kN/m3 或 g/cm3單 位 : kN/m3 一 般 范 圍 : 16 22 kN/m3定 義 : 土 單 位 體 積 的 質(zhì) 量有 時 也 稱 土 的 天 然 密 度表 達(dá) 式 :相 關(guān) 指 標(biāo) : 三 相 草 圖 有 助 于 直 觀理 解 物 性 指 標(biāo) 的 概 念 各 種 密 度 容 重 之 間 的 大 小 關(guān) 系 ： dsat dsat土 的 重 度干 重 度飽 和 重 度 mV 天 然 重 度干 重 度 sd mV g gdd s w vsat m VV gsatsat 浮 重 度 S W W sat wm m VV 飽 和 重 度 水 氣土 粒 VaVwVsVvVm a=0m wm sm 質(zhì) 量 體 積 土 粒 比 重 s: 土 粒 的 密 度 ， 單 位 體 積 土 粒 的 質(zhì) 量 ss smV 單 位 : 無 量 綱 土 粒 比 重 一 般 范 圍 : 粘 性 土 2.702.75 砂 土 2.652.95w ss s wm 1d V 4C時 純 蒸 餾 水 的 密 度w =9.8 kg/m3定 義 : 土 粒 的 密 度 與 4C時 純 蒸 餾 水 的 密 度 的 比 值表 達(dá) 式 : 土 粒 比 重 在 數(shù) 值 上 等 于 土 粒 的 密 度 飽 和 度定 義 : 土 中 水 的 體 積 與 孔 隙 體 積 的 比 值 ,用 百 分 數(shù) 表 示 。表 達(dá) 式 : wr vVS 100%V 飽 和 度 表 示 孔 隙 中 充 滿 水 的 程 度Sr=0 : 干 土Sr=100% : 飽 和 土 土 的 含 水 量 w ss sm m m100% 100%m m 定 義 : 土 中 水 的 質(zhì) 量 與 土 粒 重 量 之 比 , 用 百 分 數(shù) 表 示表 達(dá) 式 :孔 隙 比孔 隙 率(孔 隙 度 ) svVVe vVn 100%V 關(guān) 系 : e1en n1ne 常 用 來 反 映 土 的 密 實(shí) 程 度定 義 : 土 中 孔 隙 體 積 與 固 體 顆 粒 體 積 之 比 , 無 量 綱表 達(dá) 式 : 定 義 : 土 中 孔 隙 體 積 與 土 的總 體 積 之 比 , 用 百 分 數(shù) 表 示表 達(dá) 式 : 反 映 土 的 密 度 指 標(biāo) 有 五 個 ： d sat ds反 映 土 的 濕 度 指 標(biāo) 有 兩 個 ： sr反 映 土 的 土 的 孔 隙 特 征 有 兩 個 ： e n土 的 天 然 重 度 三 個 指 標(biāo) 最 基 本 物 理 指 標(biāo) ，可 直 接 通 過 實(shí) 驗(yàn) 測 定 得 出 天 然 含 水 量 土 的 比 重 ds 以 上 9項(xiàng) 物 理 性 質(zhì) 指 標(biāo) ， 其 中 常 用 的 物 理 性 質(zhì) 指 標(biāo) 間 的 換 算 關(guān) 系換 算 步 驟 : :假 設(shè) Vs=1(V=1或 ms=1),并 畫 出 三 相 草 圖 ; :解 出 各 相 物 質(zhì) 的 質(zhì) 量 和 體 積 的 換 算 指 標(biāo) ; :利 用 換 算 指 標(biāo) 按 基 本 定 義 列 出 所 求 的 物 理 指 標(biāo) 換 算 公 式水 氣土 粒 0 V s Vv V e11+e 質(zhì) 量 體 積 ss s s w s ws ww w w s wss w s wm 1d m d dVm 100% m m dmm m m d 1sV 由 式 得由 式 得所 以 e+1=V e=VVV=e VSV所 以 得由 式已 知 關(guān) 系 五 個 :共 有 九 個 參 數(shù) : V Vv Vs Va V / ms m ma m物 性 指 標(biāo) 是 比 例 關(guān) 系 :可 假 設(shè) 任 一 參 數(shù) 為 1 對 于 飽 和 土 , Va=0剩 下 兩 個 獨(dú) 立 變 量 e e edswdsw dsw(1+) 1.4 土 的 物 理 狀 態(tài) 指 標(biāo)物 理 狀 態(tài)力 學(xué) 特 性無 黏 性 土 密 實(shí) 度 黏 性 土 物 理 特 性 例 題 分 析 n 【 例 1-1】 某 土 樣 ， 重 量 為 1.87N， 體 積 為 100cm3， 烘 干后 ， 烘 干 土 質(zhì) 量 為 1.67N。 已 知 土 粒 的 相 對 密 度 ds為 2.66，試 求 ： 、 、 e、 sr、 d 、 sat和 【 解 】 1.87-1.67100% 11.98%1.67 smm _3 3_61.87 10 1.87 /100 10m kN mV 3d mkN716119801 7181 /. =+=+= 593010718 1198016621 1de s . ).(.)( =+=+= 1- %. . 7535930 66211980edS sr = 320.4 10 10.4 /sat w kN m 一 、 無 黏 性 土 的 密 實(shí) 度無 粘 性 土 的 密 實(shí) 程 度 工 程 性質(zhì)影 響指 具 有 單 粒 結(jié) 構(gòu) 的 碎 石 土 與 砂 土 ， 土 粒 之 間 無 粘 結(jié) 力 ， 呈 松 散 狀 態(tài)無 粘 性 土 ：土 密 實(shí) 結(jié) 構(gòu) 穩(wěn) 定 、 強(qiáng) 度 高 、 壓 縮 性 低 變 形 小土 松 散 結(jié) 構(gòu) 不 穩(wěn) 定 、 強(qiáng) 度 低 、 壓 縮 性 高 變 形 大如 何 評 定 無 粘 性 土 密 實(shí) 度 ? 碎 石 土 用 觸 探 錘 擊 數(shù) 63.5砂 土 用 相 對 密 度 Dr現(xiàn) 場 標(biāo) 準(zhǔn) 貫 入 試 驗(yàn) 錘 擊 數(shù) 優(yōu) 點(diǎn) ： 簡 單 方 便缺 點(diǎn) ： 不 能 反 映 級 配 的 影 響 且 只 能 用 于 同 一 種 土 孔 隙 比 e或 孔 隙 率 ne max與 emin ： 最 大 與 最 小 孔 隙 比 相 對 密 度 minmaxmaxr ee eeD Dr = 1 , 最 密 狀 態(tài) Dr = 0 , 最 松 狀 態(tài) Dr 0.67 , 疏 松 狀 態(tài)0.33 0.67 , 密 實(shí) 狀 態(tài)判 別 標(biāo) 準(zhǔn) ：優(yōu) 點(diǎn) ： 把 土 的 級 配 因 素 考 慮 在 內(nèi) ， 理 論 上 較 為 完 善缺 點(diǎn) ： e、 emin、 eman難 以 準(zhǔn) 確 測 定 e 0.95 e 0.85 松 散0.85 e 0.950.70 e 0.85 e 0.70 細(xì) 砂 、 粉 砂 0.75 e 0.850.60 e 0.75 e 0.60礫 砂 、 粗 砂 、中 砂 稍 密中 密密 實(shí)密 實(shí) 度土 的 名 稱 松 散 細(xì) 砂 、 粉 砂 礫 砂 、 粗 砂 、中 砂 稍 密中 密密 實(shí)密 實(shí) 度土 的 名 稱 根 據(jù) 現(xiàn) 場 標(biāo) 準(zhǔn) 貫 入 試 驗(yàn) 錘 擊 數(shù) 判 定 標(biāo) 準(zhǔn) 貫 入 試 驗(yàn) 是 一 種 原 位 測 試 方 法 。 試 驗(yàn) 方 法 ： 將 質(zhì)量 為 63.5kg的 錘 頭 ， 提 升 到 76cm的 高 度 ， 讓 錘 自 由 下 落 ，打 擊 標(biāo) 準(zhǔn) 貫 入 器 ， 使 貫 入 器 入 土 深 為 30cm所 需 的 錘 擊 數(shù) ，記 為 N63.5， 這 是 一 種 簡 便 的 測 試 方 法 。 N的 大 小 ， 綜 合反 映 了 土 的 貫 入 阻 力 的 大 小 ， 亦 即 密 實(shí) 度 的 大 小 。 我 國 巖 土 工 程 勘 查 規(guī) 范 （ GB50021 94） 規(guī) 定 砂 土 的 密實(shí) 度 按 表 標(biāo) 準(zhǔn) 貫 入 錘 擊 數(shù) 進(jìn) 行 劃 分 。 標(biāo) 準(zhǔn) 貫 入 試 驗(yàn)垂 擊 數(shù) N63.5 N63.5 5 5 N63.5 10 10 N63.5 20 N63.5 20密 實(shí) 度 松 散 稍 密 中 密 密 實(shí)判 定 標(biāo) 準(zhǔn) ： 二 、 粘 性 土 的 物 理 特 性粘 性 土 的 物 理 狀 態(tài) 可 以 用 稠 度 表 示 。稠 度 是 反 映 粘 性 土 處 于 不 同 含 水 量 時 的 軟 硬 程 度 或 稀 稠 程 度 。粘 性 土 從 一 種 狀 態(tài) 過 度 到 另 一 種 狀 態(tài) 的 分 界 含 水 量 稱 為 界 限 含 水 量 。塑 限 p 液 限 L稠 度 界 限粘 性 土 隨 含 水 量 變 化 可 改 變 土 的 物 理 形 態(tài)固 態(tài) 或 半 固 態(tài) 可 塑 狀 態(tài) 流 動 狀 態(tài) 強(qiáng) 結(jié) 合 水 膜 最 大 出 現(xiàn) 自 由 水稠 度 狀 態(tài)含 水 量 一 、 界 限 含 水 量 的 測 定 方 法1、 液 限 L 錐 式 液 限 儀 測 定 法 ： 76g錘 經(jīng) 5s恰 好 沉 入 土10mm所 對 應(yīng) 的 含 水 量 。碟 式 液 限 儀 測 定 法 ： 以 2轉(zhuǎn) /秒 的 速 度 ， 使 碟 子 反 復(fù) 起 落 ， 墜 擊底 座 ， 當(dāng) 25擊 V型 土 槽 合 攏 長 度 恰 好 13mm所 對 應(yīng) 的 含 水 量 。 錐 式 液 限 儀 碟 式 液 限 儀 2、 塑 限 p 滾 搓 法 ： 將 天 然 濕 度 的 土 體 在 毛 玻 璃 上 搓 成 直 徑 為 3mm 土 條 時 ， 土 條 恰 好 產(chǎn) 生 裂 縫 并 開 始 斷 裂 時 的 含 水 量 。液 、 塑 性 聯(lián) 合 測 定 法 ： 利 用 液 、 塑 性 聯(lián) 合 測 定 儀 同 時測 定 3份 不 同 含 水 量 的 同 一 個 土 樣 ， 得 到 圓 錐 下 沉 深 度 和含 水 量 關(guān) 系 曲 線 ， 則 曲 線 上 對 應(yīng) 深 度 為 10mm及 2mm時 土樣 的 含 水 量 就 分 別 為 該 土 的 液 限 和 塑 限 。 圓 錐 入 土 深 度 與 含 水 量 關(guān) 系 二 、 塑 性 指 數(shù) Ip和 液 性 指 數(shù) IL pLpI 塑 性 指 數(shù) 的 數(shù) 值 大 小 可 反 映 粘 性 土 可 塑 范 圍 的 大 小 ， 塑性 指 數(shù) 越 大 ， 表 明 粘 性 性 土 粘 性 和 塑 性 越 好（ 與 粘 粒 含 量 有 關(guān) ， 粘 粒 含 量 越 多 ， 吸 附 水 的 能 力 越 大 ） ；塑 性 指 數(shù) Ip工 程 上 常 用 塑 性 指 數(shù) 作 為 粘 性 土 與 粉 土 定 名 分 類 的 依 據(jù)缺 點(diǎn) ：不 能 充 分 反 映 粘 土 顆 粒 含 量 不 同 的 粘 土 礦 物 吸 服 水 的 能 力 不 同 pL pLI 液 性 指 數(shù) IL w p w wlIL1 堅(jiān) 硬 狀 態(tài)可 塑 狀 態(tài)流 態(tài) 0.00 0.250.25 0.750.75 1.00 硬 塑可 塑軟 塑 反 映 粘 性 土 天 然 狀 態(tài) 的 軟 硬 程 度 工 程 上 作 為 確 定 粘 性 土 承 載 力 的 重 要 指 標(biāo) 三 、 黏 性 土 的 靈 敏 度 和 觸 變 性 uut qqS 03 uquq 相 同 含 水 量 、 密 度1. 粘 性 土 的 靈 敏 度 St = 原 狀 土 結(jié) 構(gòu) 性相 同 含 水 量密 度粉 碎重 塑 重 塑 土 強(qiáng) 度 降 低St1St224 粘 性 土低 靈 敏中 等 靈敏高 靈 敏原 狀 土 的 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng)度重 塑 土 的 無 側(cè) 限 抗 壓 強(qiáng)度 飽 和 粘 性 土 受 到 擾 動 后 ， 結(jié) 構(gòu) 產(chǎn) 生 破 壞 ， 土 的 強(qiáng) 度 降 低 。當(dāng) 擾 動 停 止 后 ， 土 的 強(qiáng) 度 隨 時 間 又 會 逐 漸 恢 復(fù) 的 現(xiàn) 象 ， 稱為 觸 變 性 。土 的 觸 變 性 是 土 的 結(jié) 構(gòu) 聯(lián) 結(jié) 形 態(tài) 發(fā) 生 變 化 引 起 的 ， 是 土微 觀 結(jié) 構(gòu) 隨 時 間 變 化 的 宏 觀 表 現(xiàn) 。2. 粘 性 土 的 觸 變 性 四 、 活 動 度活 性 指 數(shù) 002.0ppIAp0.002: 粒 徑 小 于 0.002mm顆 粒 的 質(zhì) 量 占 總 土 總 質(zhì) 量 的 百 分 比A 1.25 非 活 性 粘 土正 常 粘 土活 性 粘 土粘 性 土 的 塑 性 指 數(shù) 與 土 中 膠 粒 含 量 百 分 數(shù) 的 比 值 稱 為 活 動 度 （ 活 性 指 數(shù) ）反 映 粘 性 土 中 所 含 礦 物 的 活 動 性 1.5 地 基 巖 土 的 工 程 分 類分 類 依 據(jù) ： 粘 性 土 按 塑 性 指 數(shù) 和 沉 積 條 件無 粘 性 土 按 粒 徑 及 相 對 含 量評 價 巖 土 的 工 程 性 質(zhì) 以 及 為 地 基 基 礎(chǔ) 的設(shè) 計(jì) 與 施 工 提 供 依 據(jù)本 節(jié) 主 要 介 紹 建 筑 地 基 基 礎(chǔ) 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 -G B5007-2002分 類 法 土 巖 石 分 類 碎 石 土 分 類 砂 土 分 類 粉 土 分 類 塑 性 指 數(shù) Ip10， 粒 徑 0.075顆 粒 含 量 不 超 過 粘 性 土 分 類 塑 性 指 數(shù) Ip10的 土填 土 分 為 雜 填 土 ， 素 填 土 ， 沖 填 土分 類 目 的 ： 巖 土 分 類 的 基 本 原 則 ：（ 1） 分 類 體 系 采 用 的 指 標(biāo) ， 要 既 能 綜 合 反 映 土 的 主 要 工 程性 質(zhì) ， 又 能 便 于 測 定 且 使 用 方 便 ；（ 2） 分 類 體 系 采 用 的 指 標(biāo) 在 一 定 程 度 上 能 反 映 土 在 不 同 用途 和 不 同 工 作 條 件 下 的 不 同 特 性 ；（ 3） 分 類 體 系 要 有 一 定 的 科 學(xué) 邏 輯 性 ， 不 僅 要 自 成 體 系 ，綱 目 分 明 ， 而 且 要 簡 單 易 記 ， 便 于 應(yīng) 用 。 1、 巖 石 按 成 因 分 類 巖 漿 巖沉 積 巖變 質(zhì) 巖按 堅(jiān) 硬 程 度 分 類 frk 515 frk 530 frk 1560 frk 30frk60飽 和 單 軸 抗 壓 強(qiáng) 度標(biāo) 準(zhǔn) 值 frk(MPa) 極 軟 巖軟 巖較 軟 巖較 硬 巖堅(jiān) 硬 巖堅(jiān) 硬 程 度 類 別 飽 和 單 軸 抗 壓 強(qiáng) 度標(biāo) 準(zhǔn) 值 極 軟 巖軟 巖較 軟 巖較 硬 巖堅(jiān) 硬 巖堅(jiān) 硬 程 度 類 別按 完 整 程 度 分 類 0.75完 整 性 指 數(shù) 極 破 碎破 碎較 破 碎較 完 整完 整完 整 程 度 等 級完 整 性 指 數(shù) 極 破 碎破 碎較 破 碎較 完 整完 整完 整 程 度 等 級 2、 碎 石 土土 的 名 稱 顆 粒 形 狀 粒 組 含 量漂 石塊 石 圓 形 及 亞 圓 形 為 主棱 角 形 為 主 粒 徑 大 于 200mm的 顆粒 超 過 全 質(zhì) 量 50%卵 石碎 石 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 礫角 礫 粒 徑 大 于 20mm的 顆粒 超 過 全 質(zhì) 量 50%粒 徑 大 于 2mm的 顆粒 超 過 全 質(zhì) 量 50% 3、 砂 土 土 的 名 稱 粒 組 含 量粒 徑 大 于 2mm的 顆 粒占 全 質(zhì) 量 25 - 50%礫 砂粗 砂中 砂細(xì) 砂粉 砂 粒 徑 大 于 0.5mm的 顆粒 超 過 全 質(zhì) 量 50%粒 徑 大 于 0.25mm的 顆粒 超 過 全 質(zhì) 量 50%粒 徑 大 于 0.075mm的顆 粒 超 過 全 質(zhì) 量 85%粒 徑 大 于 0.075mm的 顆粒 超 過 全 質(zhì) 量 50% 4、 粉 土 粒 徑 大 于 0.075mm的 顆 粒 含 量 小 于 全 質(zhì)量 50%而 塑 性 指 數(shù) Ip10的 土塑 性 指 數(shù) Ip10的 土5、 粘 性 土 1017的 土 粘 土粉 質(zhì) 粘 土 6、 填 土由 于 人 類 活 動 而 堆 填 土 。 其 物 質(zhì) 成 分 雜 亂 ， 均 勻 性 差 。按 其 組 成 和 成 因 分 類 素 填 土壓 實(shí) 填 土雜 填 土沖 填 土除 了 以 上 六 種 土 外 還 有 特 殊 土 ， 見 第 十 章 。 若 土 內(nèi) 含 有 有 機(jī) 質(zhì) ， 土 代 號 后 加 O， 如 高 液 限 有 機(jī) 質(zhì)粘 土 （ CHO） ， 低 液 限 有 機(jī) 質(zhì) 粉 土 （ MLO） 等 ； 若 細(xì) 粒 土 內(nèi)粒 粗 粒 含 量 為 25%50%， 則 該 土 為 含 粗 粒 的 細(xì) 粒 土 ， 當(dāng) 粗粒 中 砂 粒 占 優(yōu) 勢 ， 則 該 土 屬 含 砂 細(xì) 粒 土 ， 并 在 土 代 號 后 加S， 如 CLS、 MHS等 。 細(xì) 粒 土 按 塑 性 圖 分 類細(xì) 粒 土 是 指 粒 徑 小 于 0.075mm者 超 過 50 的 土 。在 塑 性 圖 中 ， 以 塑 性 指 數(shù) IP為 縱 軸 、 液 限 wL橫 軸 。根 據(jù) 細(xì) 粒 土 在 坐 標(biāo) 圖 上 的 位 置 ， 就 可 方 便 地 進(jìn) 行 細(xì) 粒 土 的 分 類 塑 性 圖 分 類 法 （ 76g錐 體 ， 深 度 17mm） 三 、 例 題 分 析 土 樣 天 然 含 水 量 (%) 塑 限 p(%) 液 限 L(%)A 40.4 25.4 47.9n 【 例 】 A、 B兩 種 土 樣 ， 試 驗(yàn) 結(jié) 果 見 表 ， 試 確 定 該 土 的 名 稱 及軟 硬 狀 態(tài) ?！?解 答 】 522=425947=I PLp .塑 性 指 數(shù) ：A 土因 IP 17， 0.25 IL0.75， 所 以 該 土 為 黏 土 ， 可 塑 狀 態(tài) ：670=522 425440=I =I P pL . .液 性 指 數(shù) ： 土 樣 天 然 含 水 量 (%) 塑 限 p(%) 液 限 L(%)A 23.2 21.0 31.2210=21231=I PLp .塑 性 指 數(shù) ： 220=210 21223=I =I P pL .液 性 指 數(shù) ：B 土因 10 IP17 ， 0 IL0.25， 所 以 該 土 為 粉 質(zhì) 黏 土 ， 硬 塑 狀 態(tài) 。 1.6 土 的 壓 實(shí) 機(jī) 理 及 工 程 控 制土 的 擊 實(shí) 性 是 指 土 在 反 復(fù) 沖 擊 荷 載 作 用 下 能 被 壓 密 的 特 性壓 實(shí) 的 本 質(zhì) 土 料 孔 隙 率 減 小 ， 密 實(shí) 度 提 高1、 擊 實(shí) 機(jī) 理 ： 顆 粒 被 擊 碎 ， 土 粒 定 向 排 列 ;土 粒 破 碎 ， 粒 間 聯(lián) 結(jié) 力 被 破 壞 而 發(fā) 生 孔 隙 體 積 減 小 ;氣 被 擠 出 或 被 壓 縮 等 2、 影 響 擊 實(shí) 效 果 的 因 素 ： 土 的 性 質(zhì)含 水 量 ：壓 實(shí) 功 ： 粘 粒 含 量 ： 粘 粒 含 量 越 少 ， 最 大 干 重 度 越 大顆 粒 級 配 ： 顆 粒 級 配 越 均 勻 ， 擊 實(shí) 效 果 越 差含 水 量 的 不 同 改 變 了 土 顆 粒 間 的 作 用 力 ， 并 改 變土 的 結(jié) 構(gòu) 與 狀 態(tài) ， 含 水 量 與 擊 實(shí) 效 果 如 下 圖 所 示要 達(dá) 到 一 定 的 擊 實(shí) 干 密 度 ， 則 含 水 量 小 時 ， 擊 實(shí)功 大 ， 含 水 量 大 時 ， 則 應(yīng) 選 取 擊 實(shí) 功 小 的 機(jī) 具 。0 4 8 12 16 20 24 28含 水 量 w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3 ) 飽 和 曲 線dmax=1.86 w op=12.1 a. 粘 性 土 存 在 最 優(yōu) 含 水 量 op， 在 填 土 施 工 中 應(yīng) 該 將 土 料 的含 水 量 控 制 在 op左 右 ， 以 期 得 到 dmax， 通 常 取 %)32(op b. 工 程 上 常 采 用 壓 實(shí) 度 Dc控 制 （ 作 為 填 方 密 度 控 制 標(biāo) 準(zhǔn) ）%100D maxdc 室 內(nèi) 標(biāo) 準(zhǔn) 擊 實(shí) 試 驗(yàn) 的填 土 的 干 密 度 、 級 土 石 壩 Dc9598% 級 土 石 壩 Dc9295% 3、 壓 實(shí) 標(biāo) 準(zhǔn) 與 控 制 ： . 細(xì) 粒 土 壓 實(shí) 標(biāo) 準(zhǔn) . 粗 粒 土 壓 實(shí) 特 性 與 標(biāo) 準(zhǔn) 不 存 在 最 優(yōu) 含 水 量 ； 在 完 全 風(fēng) 干 和 飽 和 兩 種 狀 態(tài) 下 易 于 擊 實(shí) ； 潮 濕 狀 態(tài) 下 d明 顯 降 低 。 a.擊 實(shí) 曲 線 特 點(diǎn)d 20%b. 理 論 分 析對 粗 粒 土 ， 擊 實(shí) 過 程 中 可 以 自 由 排 水 ， 不 存 在 細(xì) 粒 土 中 出 現(xiàn) 的 現(xiàn) 象 。在 潮 濕 狀 態(tài) 下 ， 存 在 著 假 凝 聚 力 ， 加 大 了 阻 力 。c. 壓 實(shí) 標(biāo) 準(zhǔn) 常 用 相 對 密 度 控 制 Dr0.70.75施 工 過 程 中 要 么 風(fēng) 干 ， 要 么 就 充 分 灑 水 ， 使 土 料 飽 和