土的物理状态指标及击实性
岩土力学-PDF
2.3 地基变形 2.3.2 基础最终沉降量计算
单一土层一维压缩问题
p
h1/2
σ cz
=
γ
2
h1/2
σcz
γ,e1 σz=p
h1
S
=
ε zh1
=
ε vh1
=
e1 − e2 1 + e1
h1
侧限条件
e-p曲线
压缩前
p1 = σ cz
e1
压缩后
p2 = σ cz + σ z
e2
32
2.3 地基变形 2.3.2 基础最终沉降量计算
注册土木工程师（水利水电工程）资格考试
水利水电工程专业基础知识
第二章 岩土力学
1
2.1 土的组成和物理性质指标
2.1.1 土的组成与结构 2.1.2 土的三相比例指标 2.1.3 土的物理状态指标 2.1.4 土的击实特性 2.1.5 土的工程分类
2
2.1 土的组成和物理性质
土的三相组成——土的固相 颗粒级配
e
e
1.0 0.9
0.9
0.8 0.8
0.7
0.7
0.6
0.6
0 100 200 300 400
p(kPa)
压缩主支 再压缩曲线
膨胀曲线
100
1000
lgp(kPa)
26
2.3 地基变形 2.3.1 土的压缩性——压缩性指标
e e - p 曲线
1.0
a = − Δe Δp
压缩系数，kPa-1或MPa-1
— 曲率系数 Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
d10
4
2.1 土的组成和物理性质
《土力学与地基基础》第3章 土的物理性质和工程分类
横坐标（对数坐标）为土的粒径d（mm）， 纵坐标为小于某粒径含量百分比（%）。（课本第36页）
颗粒级配曲线的用途： （1）对粗粒土进行分类（详见课本第50页）
碎石土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
砂土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
自由水： （课本第37页）
按其移动所受作用力的不同，可以分为：
（1）重力水：是在重力或压力差作用下，能自由流动的自
由水。 一般指地下水位以下的透水层中的地下水，它对土粒有
浮力作用，直接影响土的应力状态，因此，基坑（槽）开挖 要采取降（排）水措施，建筑物的地下室需要进行防渗处理 。
自由水： （课本第37页）
w mw 100 % m ms 100 %
ms
ms
单位：%
测定方法：烘干法。
天然土样称重后，置于 烘箱内烘干，再称干土 重。
（课本第40-41页）
测定方法：烘干法。天然土样称重后，置于烘箱内 烘干，再称干土重。
粗集料
细集料
含水率公式：w m水 100% （课本第41页）
m土颗粒
公式各部分计算过程：（课本没有，补充内容）
（2）毛细水：是受到水与空气交
界面处表面张力作用的自由水。 存在于地下水位以上的透水层
中，对建筑物底层的防潮有重要影 响。土粒由于毛细水压力互相靠近 而压紧，土因而具有微弱的黏聚力 ，称为毛细压力。
亲水性 表面张力 憎水性 表面张力
表面张力
毛细压力能使潮湿砂土开挖一定高度，但失水干 燥后就会松散坍塌。
V Vs Vv
天然密度反映土的紧密程度，密度越大表示土的颗粒 越多，即越紧密。
《土力学及试验》课程标准
《土力学及试验》课程标准课程基本信息一、前言1.课程性质《土力学及试验》是水利专业必修课程，该课程引入了现行水利行业规范。
其任务是使学生能进行土体的渗透、变形及强度问题的分析，具备土工检测能力以及检测指标的分析运用能力，能解决水利工程中常见的与土有关的一般工程实际问题。
本课程以《水利工程制图与CAD》、《工程力学与结构》、《建筑材料检测》等课程为前导课程，其后续课程等专业课程的学习奠定基础。
为学生顶岗实习、毕业后能胜任岗位工作及技能证书考核起到良好的支撑作用。
2.设计思路本课程的总体设计思路是以工作岗位为导向，基于项目化教学的教育理念，结合浙江省水利工程实际，按照“实用、够用”的原则，对原有的课程进行整合，重新确立授课目的和授课内容。
在教学过程中，应立足于加强学生职业技能的培养：首先以“项目导向、任务驱动”为主线，灵活采用分组讨论、多媒体教学、案例教学、边讲边练等教学方法，让学生掌握专业技能的同时，结合本课程特点及学生学情分析，融渗落实在职业岗位中凸显重要性的沟通表达、团队协作能力；自主学习、信息处理能力以及创新创业、解决问题能力。
同时秉承肯干、实干、能干的“三干”文化，锻炼学生吃苦耐劳、爱岗敬业、严谨求实的职业素养。
二、课程教学目标通过本课程的学习，使学生能进行土体的渗透、变形及强度问题的分析，具备土工检测能力以及检测指标的分析运用能力，能解决水利工程中常见的与土有关的一般工程实际问题。
同时融渗培养在职业岗位中凸显重要性的沟通表达、团队协作能力；自主学习、信息处理能力以及创新创业、解决问题能力。
同时秉承肯干、实干、能干的“三干”文化，锻炼学生吃苦耐劳、爱岗敬业、严谨求实的职业素养。
1.能力目标（1）具备初步识别常见造岩矿物和三大类岩石的能力，能根据岩石的各项指标初步评价其工程地质性质的好坏（地质认知能力）；（2）能使用土工常规试验设备，进行常规土工试验；（3）能进行土的渗透变形的判断与防治；（4）能进行地基土的变形与强度验算；（4）能进行挡土墙的稳定验算。
土的物理指标计算
A过水断面 c m2
学
k 渗透系数 cm/s
i 水力坡降水力梯度 H 水 头 损 失水 头 差
L渗流途径 cm
第二章
第24页/共41页
二、渗透力
土 • 流经土体的水流会对土颗粒和土体施加作用力 • 每单位土体内土颗粒所受的渗流作用力称为渗 透力，用j表示。
力
学
A=1
当h1=h2时，无渗流发生
当h1>h2时，向上渗流
松砂器法确定
学 •Dr=0时，土处于最疏松状态；Dr=1时，土处于最密实状态。
1 Dr 0.67 密实的
0.67 Dr 0.33 中密的
0.33 Dr 0 松散的
第二章
第11页/共41页
土 天然状态砂土的密实度
力 标准贯入试验锤击数N63.5 N63.5≤10
学
10<N63.5≤15 15<N63.5≤30
w mw 100%
力 ms • 一般所说的含水量指的是天然含水量。
• 土的孔隙中全被水充满时的含水量，称为饱和含水量
学
wsat。
wsat
Vv w
ms
100%
• 饱和含水量既能反映土孔隙中全部充满水时含水多少。 又能反映土的孔隙率大小。
第二章
第7页/共41页
2、饱和度
土 • 土孔隙中所含水的体积与土中孔隙体积的比值称为土 的饱和度，以百分数表示。
i i
icr icr
i icr
土体处于稳定状态 土体发生流土破坏 土体处于临界状态
允许坡降i
i [i] icr Fs
第二章
第29页/共41页
土 2、管涌 （Piping） 指在渗透水流的作用下，土 中的颗 粒被水流逐渐带走，最 终导致土体内形成贯通的渗流 管道，造成土体坍塌的现象。
土力学总结
一、名词解释1. 最优含水率:在击数一定时，当含水率较低时，击实后的干密度随着含水率的增加而增大；而当含水率达到某一值时，干密度达到最大值，此时含水率继续增加反而招致干密度的减小。
干密度的这一最大值称为最大干密度，与它对应的含水率称为最优含水率。
2. 静止侧压力系数:土体在无侧向变形条件下，侧向有效应力与竖向有效应力之比值。
3. 抗剪强度:土体抵抗剪切变形的最大能力或土体频临剪切破坏时所能承受的最大剪应力称为土的抗剪强度。
4. 主动土压力 :当挡土墙离开填土移动，墙后填土达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力称为主动土压力。
5. 允许承载力:地基频临破坏时所能的基底压力称为地基的极限承载力，将土中的剪切破坏区限制在某一区域范围内，视地基土能承受多大的基底压力，此压力即为允许承载力。
容许承载力等于极限承载力除以安全系数。
管涌：管涌是渗透变形的一种形式．指在渗流作用下土体中的细土粒在粗土颗粒形成的空隙中发生移动并被带出的现象．被动土压力：当挡土墙向沿着填土方向转动或移动时，随着位移的增加墙后受到挤压而引起土压力增加，当墙后填土达到极限平衡状态时增加到最大值，作用在墙上的土压力称为被动土压力。
土：是各类岩石经长期地质营力作用风化后的产物，是由各种岩石碎块和矿物颗粒组成的松散集合体。
粒组：将工程性质相似，颗粒大小相近的土粒归并成组，按其粒径大小分成若干组别，称为粒组。
土的结构：指组成土的土粒大小、形状、表面特征，土粒间的连结关系和土粒的排列情况，其中包括颗粒或集合体间的距离、孔隙大小及其分布特点。
塑性指数：粘性土中含水量在液限与塑限两个稠度界限之间时，具有可塑性，且可塑性的强弱可由这两个稠度界限的差值大小来反映，这差值就称为塑性指数IP 。
即渗透系数：反映土的透水性能的比例系数，是水力梯度为1时的渗透速度，其量纲与渗透速度相同。
其物理含义是单位面积单位水力梯度单位时间内透过的水量。
角点法：利用角点下的应力计算公式和应力叠加原理推求地基中任意点的附加应力的方法称为角点法。
土力学与地基基础第一章解析
气相——空气。 ，统
1.2.1 土的固体颗粒
土的固体颗粒即为土的固相。矿物颗粒是岩石经风化 作用后形成的碎粒，粗大的土粒呈块状或粒状，细小的土 粒呈片状或粉状。土粒的大小、形状、矿物成分以及大小 搭配情况对土的物理力学情况有明显影响。 1、粒组的划分
土颗粒的大小通常用粒径表示，工程上将各种不同的 土粒按其粒径范围划分为若干粒组。 表1.1根据界限粒径200mm、20mm、2mm、0.075mm、 0.005mm把土粒分为六大粒组：漂石（块石）、卵石（碎 石）、圆粒（角粒）、砂粒、粉粒和粘粒。
(2)弱结合水 弱结合水是指强结合水以外，电场作用范围以内 的的水。也受到颗粒表面电荷所吸引成定向排列于颗 粒四周，但是电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱。 特性： 弱结合水可以从一个土粒的周围转移到另一个 土粒的周围，弱结合水可以发生变形，但不因为重力 作用而流动。弱结合水的存在是粘性土在某一含水量 范围内表现出可塑性的根本原因。 2 、自由水 自由水是指结合水膜之外的水，其性质和普通水 相同。可以分为毛细水和重力水两类。 水冻结
图1.10 含水量与干密度关系曲线
1、可以总结出如下的特性： (1)、峰值(ωop＝ ωp +2)； (2)、击实曲线位于理论饱和曲线左侧
(3)、击实曲线的形态 2、 影响击实效果的因素 (1)、含水量的影响 (2)、击实功能的影响 (3)、不同土类和级配的影响 3、压实特性在现场填土中的应用 为了便于工地压实质量的控制，可采用压实系数λ来表示,即
(1.11) (1.12) (1.12)
同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系，即
(1.13)
(4)土的孔隙比和孔隙率 土中孔隙体积与土粒体积之比称为孔隙比，用符 号e（小数）表示，用以评价天然土层的密实程度。
2.土的工程分类试验方法
第一章土的物理力学性质及其工程分类第三节土的物理状态指标提示：双击自动滚屏天然状态下，土所表现出的干湿、软硬、松密等特征，统称为土的物理状态。
土的物理状态对土的工程性质影响较大，类别不同的土所表现出的物理状态特征也不同。
无粘性土的性质主要受密实程度的影响，粘性土主要受含水量的变化的影响。
一、无粘性土的密实状态孔隙比：孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。
对于同一种土，当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。
孔隙比愈大，土愈松散相对密度Dr：将现场土的天然孔隙比e与该种土所能达到最密实时的孔隙比e min和最疏松时的孔隙比e max相对比，来表示孔隙比为e时土的密实度当Dr=0时， e=e min，表示土处于最疏松状态;当Dr=1.0时， e=e max，表示土体处于最密实状态二、粘性土的稠度状态粘性土的物理状态随含水量的变化而不同，土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力为粘性土的稠度，是粘性土主要的物理状态特征。
粘性土所表现出的稠度状态随着含水量的变化而变化，含水量很小时，土呈现坚硬的固态或半固态，随着含水量的增加，土体具有可塑性，处于可塑状态，当含水量进一步增加，土表现出流动性，处于流动状态。
界限含水量：粘性土从一种稠度状态过渡到另一种稠度状态时的分界含水量塑限WP：土从塑性状态转变为半固体状态时的界限含水量液限WL：土从液性状态转变为塑性状态时的界限含水量稠度界限含水量的测定：光电式液、塑限联合测定仪1－水平调节螺丝；2－控制开关；3－指示灯；4－零线调节螺钉；5－反光镜调节螺钉；6－屏幕7－机壳；8－物镜调节螺钉；9－电池装置；10－光源调节螺钉；11－光源装置；12－圆锥仪；13－升降台；14－水平泡；15－盛土杯附图光电式液塑限仪结构示意图根据圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有线性关系的原理，将圆锥入土深度17mm对应含水量为液限，圆锥入土深度2mm对应的含水量为塑限。
土力学击实试验报告-23页精选文档
土力学击实试验报告土力学试验报告密度试验一、试验目的土的密度反映了土体结构的松紧程度，是计算土的自重应力、干密度、孔隙比等指标的重要依据，也是挡土墙土压力计算、土坡稳定性验算、地基承载力和沉降估算以及路基面施工填土压实度控制的重要指标之一。
二、试验方法及原理环刀法就是采用一定体积环刀切取土样并称土质量的方法，环刀内土的质量与环刀体积之比即为土的密度。
环刀法操作简便且准确，在室内和野外均普遍采用，但环刀法只适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。
三、仪器设备1、环刀：内径61.8mm，高20mm。
2、天平：称重500g，最小分度值0.1g；称重200g，最小分度值0.01g。
3、其他：切土刀、钢丝锯、圆玻璃片、凡士林等。
四、试验步骤1、按工程需要取原状土样，其直径和高度应大于环刀的尺寸，整平两端放在圆玻璃片上；2、在环刀的内壁涂一层凡士林，将环刀的刀刃向下放在土样上面，用切土刀把环刀完全压入土内，使保持天然状态的土样填满环刀内；3、用切土刀削去环刀外侧的土、刮平上下面后，再用擦布把环刀外侧擦净；4、在天平上称量环刀加土的总质量，准确至0.01g。
五、试验数据处理试验记录及计算表试验者：两次计算的密度差值为0.012 g/cm3 表格中数据计算用到的公式：湿密度??mV1.9481?0.362?1.430（g/cm）3干密度?d?1??六、回答问题1、土的密度有几种测试方法？答：土的密度测定方法有环刀法、蜡封法、灌水法和灌砂法。
2、环刀法测定哪些土的密度？答：环刀法适用于测定不含砾石颗粒的细粒土的密度。
比重试验一、试验目的土粒的比重是土的基本物理性质之一，是计算孔隙比、孔隙率、饱和度等重要依据，也是评价土的主要指标。
土粒的比重主要取决于土的矿物成分，不同土的比重变化幅度不大。
但土的比重对于了解土的性质很重要，通过本实验了解测量土比重的基本方法。
二、试验方法及原理比重瓶法的原理为由称好质量的干土放入盛满水的比重瓶的前后质量差异，来计算土粒的体积，从而进一步计算出土粒比重。
土的物理性质及工程分类2
分类原则：
1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要 测定方法简单，使用方便 2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类 工程用土的不同特性
二、分类体系与方法 分类体系：
1.工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基 工程。研究对象为扰动土，例如：《土的分类标准》 (GBJ145-90)工程用土的分类和《公路土工试验规程》 (JTJ051-93)土的工程分类 2.建筑工程系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土， 例如：《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)地 基土分类方法
密实
中密
稍密
松散
优点：简单方便 缺点：无法反映土的级配因素
（2）相对密度Dr 定义：
Dr
emax e ( d min ) d max d emax emin ( d max d min ) d
优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin 的测定受人为的影响较大。
d d max
Dc 值越接近1，则表示对压实质量要求越高。对高速公 路主要受力层，要求Dc 值达0.95；对I、II级土石坝，Dc 值 应达0.950.98。
理论饱和曲线
Vw wG s w Sr Vv e e
w s
定义：土处于饱和状态下的干密度ρd与含水量w的关系 曲线。由Sr = 100%，e = wGs，可得理论饱和曲线方 程为：
ms 167 g 1.8710 18.7kN / m3
m 187 1.87 g / cm 3 V 100
167 d d g 10 16.7kN / m3 100 G (1 ) 2.66(1 0.1198 ) e s 1 1 0.593 1.87 Gs 0.1198 2.66 Sr 53.7% sat w 20.4 10 10.4kN / m3
土的物理状态及工程分类击实性
土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土 颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密 到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度对其工程性 质影响很大。
1.孔隙比e
孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。孔隙比愈大，土 愈松散。
2.相对密实度Dr
砂土在最松 散状态时的 孔隙比
又由于粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大 于2mm占总土质量25%～50%的要求,故此土应命名为 砾土 B土:粒径大于2mm的没有,粒径大于0.075mm占总土质量 的52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为粉砂
C土:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于20mm 的占总土质量的13%,按碎石土分类表可得,该土应命名 为圆砾或角砾
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石， 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
frk＞60 30＜frk≤60 15＜frk≤30
5＜frk≤15
frk≤5
b.碎石土的分类
粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土
碎石土的分类
土的名称
颗粒形状
颗粒级配
漂石 块石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
c.细粒土的分类
土力学与地基基础习题集与答案第2章
第2章土的物理性质及分类（答案在最底端）一、简答题1.什么是土的物理性质指标？哪些是直接测定的指标？哪些是计算指标？1.【答】（1）土的各组成部分的质量和体积之间的比例关系，用土的三相比例指标表示，称为土的物理性质指标，可用于评价土的物理、力学性质。
（2）直接测定的指标：土的密度ρ、含水量ω、相对密度d s；计算指标是：孔隙比e、孔隙率n、干密度ρd、饱和密度ρsat、有效密度ρ’、饱和度S r2.甲土的含水量大于乙土，试问甲土的饱和度是否大于乙土？3.什么是塑限、液限和缩限？什么是液性指数、塑性指数？4.塑性指数对地基土性质有何影响？5.什么是土的冻胀性？产生机理是什么？6.说明细粒土分类塑性图的优点。
7.按规范如何对建筑地基岩土进行分类？7. 【答】作为建筑地基的岩土，可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土。
8.甲乙两土的天然重度和含水量相同，相对密度不同，饱和度哪个大？9.简述用孔隙比e、相对密实度D r判别砂土密实度的优缺点。
10.简述野外判别碎石土密实度方法？11.什么是土的灵敏度和触变性？试述在工程中的应用。
12.说明下图2-1中各图的横纵坐标，同时标出单位。
（a）级配曲线（b）击实曲线（c）塑性图图2-113.影响土压实性的主要因素什么？14.什么是最优含水量和最大干密度？15.为什么含水量ω<最优含水量ωop时，干密度ρd随ω增加而增大，ω>ωop时，ρd随ω增加而减小？16. 在填方压实工程中，土体是否能压实到完全饱和状态？为什么？（华南理工大学2006年攻读硕士学位研究生入学考试）17.影响土击实效果的因素有哪些？18. 为什么仅用天然含水量说明不了粘性土的物理状态，而用液性指数却能说明？（长安大学2007年硕士研究生入学考试）二、填空题1.粘性土中含水量不同，可分别处于、、、、四种不同的状态。
其界限含水量依次是、、。
2.对砂土密实度的判别一般采用以下三种方法、、。
土力学-第一章
土的结构类型
• 示意图
单粒结构—松
• 排列形式 • 矿物成分
点与点、点与面 原生矿物
单粒结构—密
粗 粒 土
30 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.4土的结构
土的结构类型
• 示意图
细 粒 土 • 形成环境
颗粒级配 颗粒级配曲线及指标的用途：
1）粒组含量用于土的分类定名；
2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度： Cu ≥ 5，不均匀土； Cu < 5，均匀土
3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度： C c = 1 ~ 3, 级配连续土； Cc > 3 或 Cc < 1，级配不连续土
4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣： 如果 Cu ≥ 5且 C c = 1 ~ 3 ， 级配良好的土； 如果 Cu < 5 或 Cc > 3 或 Cc < 1, 级配不良的土。
重力水
地下水位（浸润线）以下饱和土中； 在重力作用下可在土中自由流动。
（gravitation water）
自由水
（free water）
• 存在于固气之间
毛细水
• 在重力与表面张力作用下
可在土粒间孔隙中自由移动 （capillary water）
26 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.3土的液相
粒径(mm)
∵d60A = d60B= 0.28，d10A=0.15 d10B =0.02 ∴CuA=1.87 <CuB=14
16 岩土工程研究所
郭莹主讲
ch2 土的物理力学指标及分类
土工原理
水利工程学院
例题分析 【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量
ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称 得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量 ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密 实状态
ms 2 1.45 g / cm 3 V Gs w 1 0.86
相对密实度
土工原理
Dr
emax e 0.42 ∈（1/3,2/3] 中密状态 emax emin
水利工程学院
d min
2.7 土的工程分类 一、分类的目的和原则
土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分 成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在 不同土类间作有价值的比较、评价、积累经验。
sat w sat d
土工原理
水利工程学院
三、换算指标
（1）土的孔隙率
定义：土中孔隙所占总体积之比，用百分数表示。 物理意义：表示土中孔隙大小的程度。
Vv n 100% V
单位： % 范围：粘性土和粉土:(30~60);砂土: (25~45)。
e Gs (1 ) 2.7(1 0.0943 ) 1 1 0.78 1.66
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
砂土最小孔隙比
d max
m s1 1.62g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
Gs w
d max
1 0.67
【解答】 m 187 167 100% 11.98%
定第五章土的击实试验
第五章击实试验第一节击实试验的基本原理一、基本概念1. 土的压实性工程中，用于填筑路堤等的填料均处于松散的三相状态，在以机械方法施加击实功能的条件下，可以压实增加密度，使其具有足够的强度、较小的压缩性和很小的透水性。
土的这种通过碾压施以一定压实功能，密度增加的特性称为土的压实性。
在用粘性土作为填筑材料时，常用干密度表示填土的密实性。
d2. 击实试验为了获得最理想的压实效果，需要充分了解土的压实特性，其中，影响压实特性的主要因素是含水率和施加的压实功能。
为此，在工程实践中常常在模拟现场施工条件(包括施工机械和施工方法)下，找出压实密度与填土含水率之间的关系，从而获得压实填土的最佳密度（既最大干密度）和相应的最优含水率。
击实试验就是为了这种目而利用标准化的击实仪具，得到土的最大干密度与击实方法（包括土的含水率和击实功能等）的关系，据以在现场控制施工质量，保证在一定的施工条件下压实填土达到设计的密实度标准。
所以击实试验是填土工程如路堤、土坝、机场跑道及房屋填土地基设计施工中不可缺少的重要试验项目。
工程经验表明，欲将填土压实，必须使其含水率降低在饱和状态以下，即要求土体处于三相介质的非饱和状态。
土在瞬时冲击荷载重复作用下，颗粒重新排列，其固相密度增加，气相体积减少；当锤击力作用于土样时，首先产生压缩变形，当锤击力消失后，土又出现了回弹现象。
因此，土的击实过程，即不是固结过程，也不同于一般压缩过程而是一个土颗粒和粒组在不排水条件下的重新组构过程。
用击实试验模拟现场土的压实，这是一种半经验方法。
由于土的现场填筑辗压和室内击实试验具有不同的工作条件，两者之间的关系是根据工程实践经验求得的，因此很多国家以及一个国家的不同部门就可能有其自用的击实试验方法及仪器。
图5.1击实仪国内常用的击实试验仪器如图5.1，主 1—击实筒；2—护筒；要包括击实筒和击锤两部分，仪器型号和试 3—导筒；4—击锥；5—底板 验方法不同，其尺寸参数各异。
土的工程地质特征
土的工程地质特征1.土的物理性质土的物理性质主要包括颗粒组成、颗粒分布、颗粒密实度、颗粒形状和颗粒颜色等。
颗粒组成是指土体中不同颗粒粒径的各个成分的含量及分布，包括砂、粘土、淤泥、粉砂等。
颗粒分布主要指土体中各种颗粒粒径的分布情况，包括颗粒级配、颗粒分形和颗粒分散性。
颗粒密实度指土体中颗粒之间的排列紧密程度，主要包括固结状态、液态状态和塑性状态。
颗粒形状主要指土体颗粒的形状及其表面的光滑程度，形状有圆形、多边形、角状、长形等。
颗粒颜色主要指土体颗粒的颜色，通常与土壤的类型和成分有关。
2.土的力学性质土的力学性质是指土体在外力作用下的力学行为和性能，主要包括土的强度、变形性、水力性质等。
土的强度是指土体抵抗外力破坏的能力，包括抗拉强度、抗剪强度和抗压强度等。
土的变形性是指土体在外力作用下发生的体积变化和形状变化，主要包括弹性变形、塑性变形和蠕变变形等。
土的水力性质是指土体在水流作用下的渗透性、渗流性和持水性等。
3.土的水文性质土的水文性质是指土体中水分的分布、运动和保持水分的能力，主要包括土体的孔隙度、孔隙水压力、透水性和透气性等。
土体的孔隙度是指土壤中的孔隙空间占总体积的百分比，孔隙水压力是指土壤中的孔隙水流动的压力，透水性是指土壤中水分的渗透能力，透气性是指土壤中空气的渗透能力。
4.土体颗粒结构土体颗粒结构是指土体中颗粒之间的排列方式和连接方式，主要包括土壤的细密结构、黏聚结构和粒间结构等。
土壤的细密结构是指土体颗粒之间的排列紧密程度，密集或紧密的细密结构有利于土的开挖和支护工程。
土壤的黏聚结构是指土壤颗粒之间存在颗粒间的吸附作用或胶凝作用，使土体具有阻挡水流的作用。
粒间结构是指颗粒之间的连接和桥接作用，影响土体的强度和稳定性。
综上所述，土的工程地质特征主要包括土的物理性质、力学性质、水文性质和土体颗粒结构等方面。
了解土的工程地质特征对于工程设计和施工具有重要意义，可以有效地预测土体的行为和性能，为工程的安全性和稳定性提供依据。
土力学试题
1、为了对地基土体进行变形强度计算，需要计算土体中的应力和应力。
土体中附加应力的大小，取决于计算点的，基础的和，作用荷载的和，土体的。
竖向应力的计算公式对于平面问题可以写为，其中应力分布系数为和函数，对于空间问题可以写为，其中应力分布系数为和的函数，均可由相应的图表查得。
研究指出：土的压缩性越大时，变形模量愈，压缩模量愈，压缩指数愈体积压缩系数愈。
对于土的抗剪强度来说，可以认为，土的抗剪强度是由和两部分组成。
它们随着一系列因素变化，通常有和两种表示方法。
一种方法不考虑孔隙水压力，常视其和不同，在直剪试验中区分为快剪、固结快剪和慢剪，在三轴试验中对应的称之为、和。
2、土的极限平衡条件表示了、、和之间的关系。
朗肯土压力理论就是根据墙后填土达到主动极限平衡和被动极限平衡应力条件推出的。
朗肯土压力理论的使用条件是、、，但库仑土压力理论不同，它考虑了、、，其中增大使得主动土压力增大。
1、评价砂土的物理特性，是采用下列哪组指标来描述的?(A)塑性指数IP、液性指数IL和含水量(B)孔隙比e、相对密实度Dr和标准贯人试验击数N63.5(C)最大干密度γdmax压实系数K和最优含水率wop2、条形均布荷载中心线下，附加应力随深度减小、其衰减速度与基础宽度B有何关系?(A)与B无关 (B)B越大．衰减越慢 (C)B越大，衰减越快3、土颗粒的大小及其级配，通常是用颗粒累计级配曲线来表示的。
级配曲线越平缓表示：(A)土粒大小较均匀．级配良好 (B)土脑大小不均匀．级配不良(C)土粒大小不均匀，级配良好4、已知一土样．土粒比重为2.70，含水量为30％，干密度为1.3g/cm3，天然重度为1.69g/cm3，饱和密度为1.82g/cm3，则该土样的孔隙比e为：(A)e=1.70 (B)e＝1.06 (C)e＝0.935、两个土性相同的土祥，单轴压缩试验得到变形模量E0，侧限压缩试验得到压缩模量Ec：，两者之间的相对关系有，(A)Eo＞Ec (B) Eo＝Ec (C)Eo＜Ec6、三个饱和土样进行常规三轴不固结不排水试验，其围压σ3分别为50kPa100kPa、150kPa。
土的物理状态指标及击实性
砂土最大密度
d max
相对密 实度
ms1 1.62 g / cm 3 V ( d min ) d max (1.52 1.45) 1.62 Dr d 0.44 ( d max d min ) d (1.62 1.45) 1.52
击 试验 锤底直径 锤质量 落高 方法 （mm） （kg） （mm） 实 筒 容积cm3 护筒高 度 （mm）
内径（mm） 筒高（mm）
轻型
51
2.5
305
102
116
947.4
50
重型
51
4.5
457
152
166
2103.9
50
第六章 土的物理性质及工程分类
图6-8 两种击实仪示意图 （a）轻型击实仪；（b）重型击实仪；（c）2.5kg击锤；（d）4.5kg击 锤 1－套筒；2－击实筒；3－底板；4－垫块；5－提手；6－导筒；7－硬 橡皮垫；8－击锤
e Gs (1 )
1
2.7(1 0.0943 ) 1 0.78 1.66
砂土最小孔隙比
d max
ms1 1.62g / cm3 V
砂土最大孔隙比
d min
emax
emin
Gs w
d max
1 0.67
Dr
ms 2 1.45 g / cm 3 V G s w 1 0.86
第六章 土的物理性质及工程分类
液塑限联合测定仪
下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深 度为2mm处所对应的含水量为塑限
土力学03
粘性土的灵敏度与触变性： 粘性土的灵敏度与触变性：
qu Sr = q0
1-2 低灵敏土，2-4中灵敏土，>4高灵敏土 低灵敏土， 中灵敏土 中灵敏土， 高灵敏土
1.4 土的击实性
1）土的击实试验与击实曲线（p60Fig1.44, ）土的击实试验与击实曲线（ P61Fig1.45) 2）土的最优含水量与最大干密度 ） 最优含水量一般在ω 最优含水量一般在 P±2% 3）压实系数 ）压实系数λ=ρd/ρdmax
1.2 土的物理性质指标
孔隙率 饱和度
Sr =
Vv n= V
Vw × 100% Vv
≤50%,稍湿； 稍湿； 稍湿 50＜Sr≤80%,很湿； ＜ 很湿； 很湿 饱和； ＞80%饱和； 饱和 =100%，完全饱和 ，
1.2 土的物理性质指标
4）换算关系 ） 计算三相简图（ 计算三相简图（换算公 式推到用）： 关键： ）：(关键 式推到用）： 关键： 用三个指标表示， 用三个指标表示，取 Vs=1) 换算关系推导：（注意： ：（注意 换算关系推导：（注意： 一般先求空隙比e） 一般先求空隙比 ）
1.2 土的物理性质指标
2.2 土的物理性质指标 1）土的三相图 ）土的三相图——常规表示方法 常规表示方法 2）基本指标： ）基本指标： 含水量 ω = mw / ms *100% 土的密度与重度 ρ = m / V , γ = mg / V
ρs 土粒相对密度-土粒比重 土粒相对密度 土粒比重 d s = ρw
土的分类
7）特殊土:软土（淤泥、淤泥质土）、红粘 ）特殊土 软土 淤泥、淤泥质土）、 软土（ ）、红粘 湿陷性黄土、 土、湿陷性黄土、膨胀土 例子2-5判断土名字 例子 判断土名字 岩土勘察规范分类 塑性图分类法 作业1， ， ， 作业 ，2，3，4
土工试验3液限_击实_无侧限详解
再由图T 0118-1求出入土 深度为hP时所对应的含水 率，即为该土样的塑限wP。
查hP~wL关系图时，须先通过简易鉴别法 及筛分法把砂类土与细粒土区别开来， 再按这两种土分别采用相应的hp~wL关系 曲线；对于细粒土，用双曲线确定hP值； 对于砂类土，则用多项式曲线确定hP值。
21
4.4试验记录格式
英国所用碟式仪的基座材料为硬橡胶，美国推 荐用硬塑料，两者测得的液限含水率略有差别。
由于仪器规格不同，因此所测得的强度也有所 不同。
27
我国以往采用的是国际上应用较广 的ASTM标准的液限仪及A型槽刀， 见图T 0170—2。
28
㈠目的和适用范围
本试验的目的是按碟式液限仪法测 定土的液限，适用于粒径小于0.5mm 以及有机质含量不大于试样总质量5 ％的土。
界限含水率试验
当黏性土中含水率发生变化时，土的状态就随 之而变。
如土的含水率变大时，土体便从固态转变为半 固态、可塑态、液态，土的体积随之变大。反 之，当土的含水率变少，土的物理状态出现相 反的变化，体积就会缩小。
❖ 这种状态的变化，反映了土粒与水相互作用的结果， 也表明含水率变化对于黏性土的物理力学性质的影 响。
18
4.3塑限的确定方法
4.3.1根据本试验4.2.1 求出的液限，通过 76g锥入土深度h与含 水率w的关系曲线(右 图)，查得锥入土深度 为2mm所对应的含水 率即为该土样的塑限 wp
锥入深度与含水率(h~w)关系
19
4.3.2(l00g锥)根据(h=20mm)求出的液 限，通过液限wL与塑限时入土深度 hP的关系曲线(下图)，查得hp
3.2取一部分试样，平铺于土碟的前 半部，如图T0170.1a)所示。
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0.44
∈（0.33,0.67） 中密状态
第六章 土的物理性质及工程分类
采 用 相 对 密 度 Dr 来 评 价 砂 土 的 松 密 程 度 在 理 论 上 是 合 理 的 但 在 实 际 上 ， 测定最大孔隙比emax和最小孔隙比emin没有统一标准，同时测定砂土的天然孔隙 比e也有很大困难。由于这些原因，砂土的相对密度Dr的测定误差是很大的。故 在实际工作中，应用较多的是现场标准贯入试验来评价砂土的松密程度。
固态与半固态：当土中的含水率很小，结合水膜很薄，水全 部为强结合水时，把土粒牢牢地连在一起，形成固态。
可塑态：随着含水率的增加，土粒周围结合水水膜除强结合 水外 还有弱结合水，土体处于可塑态。在这种状态下，土体具 有可塑性，保持其形变的特性。
液态：当含水率继续增加，土中除结合水外还有自由水，土 粒间的结合水联结消失，土体处于流动状态。
3.标准贯入试验判别
标准贯入试验是在现场进行的原位试验。 该方法是用质量为63.5kg的穿心锤，以76cm的落距将贯入器打入土中30cm时 所需要的锤击数作为判别指标，称为标准贯入锤击数N。 显然，锤击数N愈大，表明土层愈密实；锤击数N愈小，土层愈疏松。我国 《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）中按标准贯入锤击数N划分砂土密实 度的标准如表所示。
稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或 破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征
0
塑限ωP
液限ωL
ω
固态或半固态 可塑状态 流动状态
粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称 为土的稠度界限
液塑限测定根据《土工试验规程》(SL237-007-1999) 规定，采用液塑限联合测定仪进行测定。
【解】
砂土在天然状态下的密度
d
1
1
1.66
9.43％
1.52 g
cm3
砂土最大密度
砂土最小密度
d max
ms1 V
1.62g / cm3
d min
ms 2 V
1.45g / cm3
相对密 实度
Dr
(d ) d min d max (d max d ) min d
(1.52 1.45) 1.62 (1.62 1.45) 1.52
第五节 土的物理状态指标 第六章 土的物理性质及工程分类
一、 砂土的密实状态
砂土的密实状态对其工程性质影响很大，密实的砂土，结构稳定，强度
较高，压缩性较小，是良好的天然地基；
疏松的砂土，特别是饱和的松散粉细砂，结构常处于不稳定状态，容易
产生流砂，在振动荷载作用下，可能会发生液化，对工程建筑不利。
判别砂土的密实度可以采用以下三种方法。
按标准贯入锤击数N值确定砂土密实度
密实度
松散
稍密
中密
密实
标准贯入锤击数N
N≤10
10<N≤15
15<N≤30
N>30
第六章 土的物理性质及工程分类
二、粘性土的稠度 • 1. 稠度状态
粘性土随着含水率的变化，可具有不同的状态。 当含水率很高时，土可成为液体状态的泥浆； 随着含水率的减少，土的流动性逐渐消失，开始一种奇特性质――可 塑性（即在外力作用下，土可以塑成任何形状而不产生裂缝，解除外力后 仍保持其所塑形状），进入可塑状态； 当含水率继续减小，土失去了可塑性，变成半固态；直至达到固态， 体积不再收缩。 这几种状态反映了粘性土的软硬程度或抵抗外力的能力，称为稠度， 即稠度是指粘性土在某一含水率下抵抗外力作用而变形或破坏的能力，是 粘性土最主要的物理状态指标。
状态下孔隙比
emax与emin ：最大与最小孔隙比
emax: 最大孔隙比
将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器， 避免重力冲击，求得土的最小干密度再换算得到最大孔 隙比
emin: 最小孔隙比
将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振 动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再 换算得到最小孔隙比
emax e emax emin
0.42
∈（0.33,0.67）
中密状态
ω=【9例.431%】,某天砂然土密试度样ρ=,试1.6验6测/c定m3土。粒已相知对砂密样度最G密s=实2状.7,态含时水称量
得m状s干态2=砂（1.质土45量体kg体m。s积1求=为1此.16砂020k土0g的,c最m相疏3对松）密状度态D时r,称并得判干断砂砂质土量所处的密实
1.孔隙比判别
➢ 优点：简单方便 ➢ 缺点：不能反映级配的
判别砂土密实度最简便的方法是用孔隙比，如表1。 影响只能用于同一种土
砂土的密实度
表1
土的名称
密实
密实度
中密
稍密
松散
砾砂、粗砂、 中砂
e<0.60
0.60≤e≤0.75 0.75<e≤0.85
e>0.85
细砂、粉砂
e<0.70
0.70≤e≤0.85 0.85<e≤0.90
e>0.95
第六章 土的物理性质及工程分类
2. 相对密度判别
相对密度Dr是将天然孔隙比e与最疏松状态的孔隙比emax及最密实状态的 孔隙比emin进行对比，作为衡量砂土密实度的指标，其表达式为：
emax——砂土 在最松散状态
时的孔隙比
Dr
emax e emax emin
(d d min )d max (d max d min )d
ω=【9例.431%】,某天砂然土密试度样ρ=,试1.6验6测/c定m3土。粒已相知对砂密样度最G密s=实2状.7,态含时水称量
得m状s干态2=砂（1.质土45量体kg体m。s积1求=为1此.16砂020k土0g的,c最m相疏3对松）密状度态D时r,称并得判干断砂砂质土量所处的密实
【解】
砂土在天然状态下的孔隙比
.78
1.66
砂土最小孔隙比
砂土最大孔隙比
d max
ms1 V
1.62g / cm3
em in
Gs w d max
1
0.67
d min
ms 2 V
1.45g / cm3
em ax
Gs w d m in
1 0.86
相对密实度
Dr
由式可知，若砂土的e＝emax，则Dr＝0，砂土处于最疏松状态；若e＝emin， 则Dr＝1，砂土处于最密实状态。
因此，工程上常按以下标准评价砂土的松密程度： • Dr≥0.67时，为密实状态； • 0.33<Dr<0.67时，为中密状态；
emin——砂土在最密 实状态时的孔隙比
• Dr≤0.33时，为松散状态。 e砂土在天然