1、第二章：土物理性質及分類2.1 概述 本章主要內容：土三相百分比指標；無粘性土密實度；粘性土物理特性；土工程分類。第1頁第1頁2.2 土三相百分比指標土三相構成各部分質量和體積之間百分比關系，伴隨各種條件改變而改變。地下水位升高或減少，將改變土中水含量；通過壓實土，其孔隙體積將減小。 表示土三相構成百分比關系指標，稱為土三相百分比指標，包括土粒比重（或土粒相對密度）；土含水量（或含水率）、密度、孔隙比、孔隙率和飽和度等。第2頁第2頁土三相模型圖第3頁第3頁三相量百分比關系基本試驗指標土密度-土單位體積質量(g/cm3或t/m3) 測定辦法: 環刀法第4頁第4頁土含水量-土中水質量與土顆粒質量之

2、比，用百分比表示(%)土含水量是標志土含水程度一個主要物理指標。天然土層含水量改變范圍較大，與土種類、埋藏條件及其所處自然地理環境等相關。 測定辦法：烘干法，亦可用酒精燃燒法 第5頁第5頁土粒比重Gs-土粒質量與同體積4時純水質量之比土粒相對密度改變范圍不大：細粒土（粘性土）普通2.702.75；砂土普通為2.65左右。土中有機質含量增長，土粒相對密度減小測定辦法：比重瓶法 第6頁第6頁三相百分比關系其它慣用指標反應土單位體積質量指標：土干密度d-單位體積土體中固體顆粒質量。土干密度或干容重是評價土密實程度指標，干密度或干容重越大表明土越密實，反之越疏松。慣用它來控制填土工程施工質量第7頁第7

3、頁土飽和密度sat-土空隙所有為水充斥時土單位體積質量土有效密度-處于地下水位下列土，受到浮力作用時，單位體積土中土顆粒重量扣除同體積水質量，即是土有效密度 第8頁第8頁各種密度之間比較土重度 =g飽和重度sat =satg干重度d =dg浮重度 = g重度指標第9頁第9頁反應土空隙特性指標空隙比e-土中孔隙體積與土顆粒體積之比空隙率n-指土體中空隙體積占土體總體積之比,用百分數表示，土飽和度Sr-表示土空隙中被水充斥程度,也即土中水體積與空隙體積之比,用百分數表示，第10頁第10頁各物理指標間換算慣用物理性質指標共有9個，普通地說，已知其中任意3個，通過換算，能夠求其余6個孔隙比與孔隙率關系

4、第11頁第11頁干密度與濕密度和含水率關系第12頁第12頁孔隙比與比重和干密度關系 第13頁第13頁飽和度與含水率、比重和孔隙比關系 當土飽和時，即為Sr=100則 飽和含水率第14頁第14頁浮密度與比重和孔隙比關系第15頁第15頁2.3 粘性土物理特性粘性土稠度狀態-指土軟硬程度或土受外力作用所引起變形或破壞抵抗能力,是粘性土最主要物理狀態特性。可塑狀態-就是當粘性土在某含水量范圍內，可用外力塑成任何形狀而不發生裂紋，并當外力移去后仍能保持既得形狀，土這種性能叫做可塑性。 固態 半固態 可塑狀態 流動狀態 縮限ws 塑限wp 液限wL含水量第16頁第16頁粘性土物理狀態指標 液限、塑限、縮限

5、：L 、p 、s 塑性指數：Ip 液性指數：IL 靈敏度：Sq界線含水量-粘性土由一個狀態轉變到另一個狀態分界含水量。 液限L ：土由可塑狀態轉到流動狀態界線含水量（或塑性上限）。 塑限p：土由半固態轉到可塑狀態界線含水量稱為塑限（或塑性下限）。 縮限s：土由半固體狀態不斷蒸發水分，則體積繼續逐步縮小，直到體積不再收縮時，相應土界線含水量叫縮限第17頁第17頁液限測試-圓錐液限儀法76 g5s下沉10mm或17mm第18頁第18頁塑限測試-搓條法直徑約3mm第19頁第19頁塑液限聯合測試第20頁第20頁粘性土塑性指數-塑性指數是指液限和塑限差值，即土處于可塑狀態含水量改變范圍。 Ip=L-p

6、Ip越大土可塑范圍越廣，土中含有結合水越多，土與水之間作用越強。土中粘粒含量越大，塑性指數Ip越大。第21頁第21頁粘性土液性指數-指粘性土天然含水量和塑限差值與塑性指數之比。IL值愈大，土質愈軟；反之，土質愈硬狀 態 堅 硬 硬 塑 可 塑 軟 塑 流 塑 液性指數 IL0 0IL0.25 0.25IL0.75 0.751.0 粘性土物理狀態第22頁第22頁粘性土結構性和觸變性 天然狀態下粘性土通常都含有一定結構性，土結構性是指天然土結構受到擾動影響而改變特性。當受到外來原因擾動時，土粒間膠結物質以及土粒、離子、水分子所構成平衡體系受到破壞，土強度減少、壓縮性增大。 土結構性對強度這種影響，

7、普通用靈敏度來衡量。土靈敏度是以原狀土強度與該土經重塑（土結構性徹底破壞）后強度之比來表示。重塑試樣含有與原狀試樣相同尺寸、密度和含水量。第23頁第23頁粘性土靈敏度St式中 qu原狀試樣無側限抗壓強度，kPa； qu重塑試樣無側限抗壓強度，kPa。低靈敏度 中靈敏度 高靈敏度靈敏度241第24頁第24頁粘性土脹縮性-指粘性土含有吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性。 粘粒成份主要由親水性礦物構成，含有明顯吸水膨脹和失水收縮兩種變形特性粘性土，習慣稱為膨脹土。它普通強度較高，壓縮性低，易被誤認為是建筑性能較好地基土。 自由膨脹率能較好反應土中粘土礦物成份、顆粒構成、化學成份和互換陽離子性質基本特性。

8、土中蒙脫石礦物愈多，那么土體內部積儲膨脹潛勢愈強,自由膨脹率就愈大，土體顯示出強烈脹縮性。第25頁第25頁粘性土濕陷性-指土在自重壓力作用下或自重壓力和附加壓力綜合作用下，受水浸濕后，使土結構快速破壞而發生明顯附加下陷特性。 濕陷性土在我國廣泛分布，除濕陷性黃土外，在干旱或半干旱地域，尤其是在山前洪、坡積扇中常碰到濕陷性碎石類土和砂類土，在一定壓力下浸水后也常含有強烈濕陷性。粘性土凍脹性-指土凍脹和凍融給建筑物或土工結構帶來危害變形特性。 在冰凍季節，因大氣負溫影響，使土中水分凍結成為凍土。凍土依據其凍融情況分為：季節性凍土、隔年凍土和多年凍土。第26頁第26頁2.4無粘性土密實度無粘性土結構

9、 無粘性材料含有不可塑性,天然狀態下砂土可處于從密實到疏松不同物理狀態。疏松排列 密實排列 第27頁第27頁無粘性土密實度與土工程性質土體松密程度對土工程性質影響很大土密實程度越高，壓縮性越小，其工程特性越好土密實程度越低，壓縮性越大，其工程特性越差第28頁第28頁無粘性土密實度指標孔隙比e長處：簡樸以便缺點：無法反應土級配原因，受土粒大小、形狀和級配影響很大。0.60.750.85松散中密密實稍密第29頁第29頁相對密實度Dr定義（理論表示式）定義（實用表示式）emax無粘性土處于最松狀態時孔隙比emin無粘性土處于最密狀態時孔隙比 e0無粘性土天然孔隙比或填筑孔隙比dmax無粘性土最大干密

10、度 dmin無粘性土最小干密度 d無粘性土天然干密度或填筑干密度 長處：計入土級配原因，理論上比較完善。缺點：天然孔隙比難以獲取，且emax,emin測定受人為影響。第30頁第30頁相對密實度Dr無粘性土處于最密實狀態 無粘性土處于最緊密狀態 在工程上，用相對密實度劃分無粘性土狀態下列：疏松中密密實第31頁第31頁原則貫入試驗擊數N為原則301510松散中密密實稍密也可依據野外辦法判別第32頁第32頁30cm錘重：63.5kN 落距：760mm動力觸探試驗原則慣入器重型圓錐被探測土層地面觸探桿第33頁第33頁2.5 土分類分類目標：土分類體系就是依據土工程性質差異將土劃分成一定類別，其目標在于

11、經過一個通用判別標準，方便于在不同土類間作有價值比較、評價、積累以及學術與經驗交流。分類原則簡明標準：土分類體系采取指標，既要能綜合反應土主要工程性質；又要其測定方法簡樸，且使用方便。差異標準：土分類體系采取指標要在一定程度上反應不同類工程用土不同特性第34頁第34頁土總分類體系工程用土普通土特殊土無機土有機土巨粒土含巨粒土粗粒土細粒土漂石卵石混合巨粒土巨粒混合土礫類土砂類土粉土粘土黃土膨脹土紅粘土等第35頁第35頁土分類原則在國際上土統一分類系統起源于美國A.卡薩格蘭特(Casagrande，1942)提出一個分類法體系（屬于材料工程系統分類）。(ASTM) 它無法考慮土成因、年代對工程性質

12、影響，是這種辦法存在缺點。巨粒土和粗粒土分類原則 巨粒土和含巨粒土（包括混合巨粒土和巨粒混合土）和粗粒土（包括礫類土和砂類土），按粒組含量、級配指標（不均勻系數Cu和曲率系數Cc）和所含細粒塑性高下，劃分為16種土類 。細粒土分類原則 細粒土是指粗粒組（0.075mmd60mm）含量少于25%土，參考塑性圖可進一步細分。第36頁第36頁建筑工程系統分類體系側重于把土作為建筑地基和環境，故以原狀土為基本對象。因此，對土分類除考慮土構成外，很注重土天然結構性，即土粒聯結與空間排列特性。比如國家原則建筑地基基礎設計規范（GB50007）地基土分類。工程材料系統分類體系側重于把土作為建筑材料，用于路堤

13、、土壩和填土地基等工程。故以擾動土為基本對象，注重土構成，不考慮土天然結構性。比如，國家原則土分類原則（GBJ145-90）工程用土分類，公路土工試驗規程（JTJ051-93）土工程分類。 土工程分類體系第37頁第37頁建筑工程系統分類體系建筑地基基礎設計規范(GB50007) 在考慮劃分標按時，注重土天然結構特性和強度，并始終與土主要工程特性變形和強度特性緊密聯系。因此，首先考慮了按沉積年代和地質成因劃分，同時將一些特殊形成條件和特殊工程性質區域性特殊土與普通土區別開來。按堆積年代分：老堆積土；普通堆積土；新近堆積土按地質成因分：殘積土；坡積土；洪積土；淤積土等按有機質含量分：無機質土；有機

14、質土；泥炭質土；泥炭按顆粒級配與塑性指數分：碎石土；砂土；粉土；粘性土第38頁第38頁按顆粒級配與塑性指數分類分類原則a.巖石分類 顆粒間牢固粘結,呈整體或含有節理隙巖體稱為巖石，堅硬程度可依據巖塊飽和單軸抗壓強度frk分類 堅硬程度類別飽和單軸抗壓強度frk(MPa)堅硬巖較硬巖較軟巖軟巖極軟巖30frk60frk6015frk305frk15frk5第39頁第39頁土名稱漂石塊石卵石碎石圓礫角礫顆粒形狀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形及亞圓形為主棱角形為主顆粒級配粒徑不小于200mm顆粒含量超出全重50粒徑不小于20mm顆粒含量超出全重50粒徑不小于2mm顆粒含量超

15、出全重50注：定名時應依據顆粒級配由大到小以最先符合者擬定碎石土分類b.碎石土分類 粒徑不小于2mm顆粒含量超出全重50%土稱為碎石土第40頁第40頁c.砂土分類 粒徑不小于2mm顆粒含量不超出全重50%土，且粒徑不小于0.075mm顆粒含量超出全重50%土稱為砂土 注：定名時應依據顆粒級配由大到小以最先符合者擬定土名稱礫砂粗砂中砂細砂粉砂顆粒級配粒徑不小于2mm顆粒含量占全重2550粒徑不小于0.5mm顆粒含量超出全重50粒徑不小于0.25mm顆粒含量超出全重50粒徑不小于0.075mm顆粒含量超出全重85粒徑不小于0.075mm顆粒含量超出全重50砂土分類第41頁第41頁d.粉土分類 粒徑

16、不小于0.075mm顆粒含量超出全重50%，塑性指數IP10土稱為粉土。e.粘性土分類 粒徑不小于0.075mm顆粒含量不超出全重50%，塑性指數IP10土稱為粘性土，粘性土依據塑性指數細分注：塑性指數由相應于76g圓錐體沉入土樣中深 度為10mm測定液限計算而得。 土名稱粘土粉質粘土塑性指數IP1710IP17第42頁第42頁f.人工填土分類 由于人類活動而形成堆積物稱為人工填土。 素填土：碎石、砂、素土等構成填土 壓實填土：經分層壓實填土 雜填土：廢棄物等構成填土 沖填土：水力沖填泥砂形成填土g.特殊土 濕陷性土：黃土等 軟土：淤泥、淤泥質土、泥炭質土、泥炭等 混合土、凍土等第43頁第43頁工程材料系統分類體系土分類原則(GBJ14590) 依據各粒組相對含量把土分為巨粒土、含巨粒土、粗粒土和細粒土四大類a.巨粒土和含巨粒土分類 巨粒土和含巨粒土按土中粒徑不小于60mm巨粒含量區別。若