土力学完整教案06-第六讲

半固态： 当含水量继续减少时，土体因水份减少而发生体积收缩，称为半固
态。
固态：当含水量进一步减少，但其体积不再收缩时，粘土处于固态。 处于半固态和固态的粘性土，具有较大的抗剪强度，在外力作用下不再有可塑 性，而是呈脆性。
界线含水量：粘性土的一种状态转入另一种状态时的分界含水量，称 为界线含水量。 土由流动状态变成可塑状态的界限含水量称为液限，用ωL 表示； 土由可塑状态变化到半固态的界限含称为塑限，用ωP表示； 土由半固态到固态的界限含水量称为缩限，用ωS表示。
将调成浓糊状的试样装满盛土杯，刮平杯口面，手握手柄将园锥体轻 放于试样之上，使其在自重作用下缓慢下沉。如经过15s圆锥沉入深 度恰好为10mm时，该试样的含水量即为液限ωL值。 若锥体入土深度大于10mm，说明土样的含水量高于液限；若锥体入 土深度小于10mm，说明土样的含水量低于液限。需重新调配试样， 直到合格为止。 对于合格的试样，利用烘干法测定其含水量，即为液限ωL 。
新调配试样直到合格为止。
然后，将合格的试样称取15g，用”烘干法”测定含水量，即得塑 限ωP 。
（3）液塑限联合测定法（公路系统）
用锥式液限仪进行试验时，圆锥的入土深度与土样含水量有关。 试验表明，二者在双对数坐标上为直线关系。
试验时，调配成三种含水量不同的试 样，分别用锥式液限仪来测定入土深 度，这样便在双对数座标上得到三个 点，通过这三点，画一条直线。 相应于入土深度10mm时的含水量为 液限ωL。 相应于入土深度为2mm时的含水量 为塑限ωP。
2. 以相对密度Dr作为划分密实度的标准
式中：e——天然孔隙比； emax——最疏松状态下的孔隙比，即最大孔隙比ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ emin——最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比。 Dr＝0～1。Dr值越大，土越密实。
规定：1 ≥ Dr ＞0.67 ，密实的
0.67≥ Dr ＞0.33 ，中密的； 0.33≥ Dr ＞0 ，松散的。
松 散 N≤10
稍 密 10<N≤15
中 密 15<N≤30
密 实 N>30
N63.5≤5
5<N63.5≤10
10<N63.5≤20
N63.5>20
注：①N值为未经过杆长修正的数值。 ②N63.5为经综合修正后的平均值。适用于平均粒径小于或等于50mm且最大粒径不超过 100mm的卵石、碎石、圆砾、角砾。
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土力学
主讲人：张向东
《土 力 学》
课 次：第6次 主要内容：粘性土的物理特性指标；无粘性土的密实度。 重点内容：粘性土的物理特性指标。 教学参考书：张向东主编.土力学.北京：人民交通出版社，2011
§2.4 土的物理特性指标
一、粘性土的物理特性指标
（一）粘性土的界线含水量
常用塑性指数作为粘性土分类的标准。
2．液性指数（稠度）
式中：ω——土的天然含水量。
当ω<ωP时，IL < 0，土处于固态和半固态。 当ωP ≤ω≤ωL时 ，0 ≤ IL ≤1，土处于可塑状态。
当ω>ωL时，IL > 1，土处于流动状态。
由此可见，液性指数IL的大小反映了粘性土的软硬程度。 IL越大，土越软。
达到规定击数后，测定土样的含水量
和干密度。
含水量一般用烘干法测定，而土样的干密度可按下式计算，即
式中：m------击实筒的土样质量，g； A0-----击实筒内面积， cm2 ； h------击实后试样高度，cm； ω-----含水量，用烘干法测定。
根据对不同含水量试样进行 击实试验的结果，绘制击实 曲线，即含水量与干密度关 系的关系曲线； 曲线处于峰值的含水量就是 最优含水量ω0P ，相应的干 密度为ρdmax 。 用人工填土作为地基时，首 先应调整其含水量为最优含 水量，然后再夯实或碾压， 才能获得最高的密实度。
1. 定义
含水量的大小对粘性土的工程性质要产生极大的影响，随着含水
量的增加，粘性土的强度要降低，压缩性要提高。 粘性土随着含水量的增加，将由固态→半固态→可塑状态→流动 状态。
流动状态：当粘土中水较多、土粒完全被水隔开时，土成泥浆状，可流动。此 时，土的抗剪强度极低。
可塑状态：在外力作用下可塑成任何形状而不发生裂缝，当外力移去后能保持 既得形状，不回弹也不坍塌，粘性土的这种特性称为可塑性，相应的状态为可 塑状态。此时，土有很小的抗剪强度。
3. 用标准贯入试验捶击数N63.5作为划分密实度的标准
标准贯入试验是一种现场原位测试方法； 将标准贯入器（自重63.5N）打入土中一定距离（30cm）所需落锤次 数（标贯击数），记为N63.5 。
该值越大，土越密实（见下表）。
密实度
按N评定砂土的密实 度 按N63.5评定碎石土 的密实度
作业
（1）P27，思考题6和7。 （2）P29，习题4。
谢谢观赏！！！
塑限WP和液限WL在国际上称为阿太堡界限，来源于土壤学，后来应
用于土木工程。
处于固态的土，基本上只含强结合水； 处于半固态的土，含强结合水及部分弱结合水； 处于可塑状态的粘性土，含有结合水和少部分自由水； 处于流动状态的粘性土，含有大量的自由水。
2.界限含水量的测定方法
(1)液限ωL的测定——锥式液限仪（中国）
（二）塑性指数与液性指数
1．塑性指数：液限ωL与塑限ωP的差值，即 IP =ωL－ωP
习惯用不带％的数值表示。 塑性指数的大小，反映了土处于可塑状态的含水量变化范围。
IP值越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。
土处于可塑状态时，土中水是结合水和少部分自由水。
IP的大小与土中结合水的含量有明显的关系，也就是与土颗粒大小有关。 土粒越细，粘粒越多，其比表面积越大，结合水含量越高， IP值也就越大。
在欧美等国家多采用碟式液限仪。
（2）塑限ωP的测定
用“搓条法”测定，将调配好的试样，用手先搓成直径10mm的小
园球，然后用手撑放在毛玻璃板上搓成小土条，若土条搓至直径为 3mm时正好断裂或出现较多裂缝，这时土样的含水量就是塑限。 若土条搓至直径3mm时仍未断裂，说明土样含水量高于塑限；如土 条过早断裂，说明土样含水量低于塑限。在这种试情况下，都需重
3．最优含水量经验值
ω =ω +2%
0p p
有时，在缺少击实仪条件下，可根据测得的塑限估 计最优含水量。
二、无粘性土的密实度
对于砂、卵石、砾石等无粘性土， 属单粒结构，最主要的物理特性指 标就是密实度。 表明密实度的方法有三种：
1. 用孔隙比e作为划分密实
度的标准
e值越小，土越密实。
根据液性指数IL的大小，《建筑地基基础设计规范》将粘 性土划分为五种软硬状态。
状态
坚硬
硬塑
可塑
软塑
流塑
液性 指数
IL≤0
0＜IL≤0.25
0.25<IL≤0.75
0.75<IL≤1.0
IL＞1.0
（三）粘性土的灵敏度和触变性
天然状态下的粘性土，由于地质历史作用常具有一定的结构性； 当土体受到外力扰动作用，其结构遭受破坏时，土的强度降低，压缩 性增高。 工程上常用灵敏度St来衡量粘性土结构性对强度的影响。
用击实仪测定；
击锤重24.5N； 锤底直径50mm； 落距460mm； 击实筒的容积为 1000cm3，将土样 放在击实筒内；
导筒起导向作用；
上提击锤，松手后击 锤在自重作用下自由 下落，将土样击实。
试验时，对同一种土，配成若干份含 水量不同的试样； 对每一份先取1/3倒入击实筒内，进 行击实； 对于砂土一般20击，粘土30击； 然后再取1/3倒入击实筒，再进行击 实； 最后将另外1/3倒入击实筒，进行击 实，也就是分三层夯实；
强度又重新增长的性质，称为土的触变性。
土的触变性对桩基础很有利，打预制桩时，桩周围土受震结构破坏， 强度降低，使桩容易打入。
当打桩停止后，土的部分强度又恢复，使桩的承载力又提高了。
（四）最优含水量 1．定义: 在一定夯击或压实能量下，填土达到最大干密度 时，相应的含水量为最优含水量。
2．最优含水量ω0P 的测定
1．灵敏度 St= qu /qu′ 式中：qu——原状土无侧限抗压强度，kPa；
qu′——重塑土无侧限抗压强度，kPa。
土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降 低就愈明显。 基础工程施工中必须注意保护基槽，尽量减少对土结构 的扰动。
2．粘性土的触变性：粘性土受扰动时强度降低，而静止时土的