土力学第2章 (1)

液性指数IL在建筑工程中的一个重要用途，为确定粘性土承载 力的重要指标。
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1.5.3粘性土的结构性和触变形
由技术钻孔取出的粘性土样，如能保持天然状态下土的结构和含 水量不变，则称为原状土样。如土样的结构、构造受到外来因素扰动时 ，则称为扰动土样。土经振动后，土粒间的胶结物质以及土粒、离子、 水分子所组成的平衡体系受到破坏，即土的天然结构受到破坏，导致土 的强度降低和压缩性增大。土的这种结构性对其强度的影响，一般用灵 敏度来表示。
emax e Dr emax emin
式中：Dr——相对密实度； emax——无粘性土处在最松状态时的孔隙比； emin——无粘性土处在最密状态时的孔隙比； e——无粘性土得天然孔隙比或填筑孔隙比
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按式
e
Gs s
d
1
可得相对密实度得使用表达式
d d min d max Dr d max d min d
砾砂、粗砂、中砂 细砂、粉砂
2、以标准贯入试验锤击数N为标准 《建筑地基基础设计规范》采用标准贯入试验锤击数N（N63.5）来 评价砂类土的密实度。根据N可将砂土分为： 松散 稍密 中密 密实 N≤10 10＜N≤15 15＜N≤30 N＞30
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3、碎石土的密实度按重型动力触探划分
4、碎石土的密实度野外鉴别
或
m d w d d (1 w) V 1
d

1 w
15
（三）孔隙比与比重和干密度的关系
设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V，孔隙的体积vv为e；由ρs ＝ ms / Vs得土粒的质量ms为ρs。于是，按ρd的定义可得：
ms s d V 1 e
I p wL wp
塑性指数越高，结合水含量可能高，土的粘粒含量越高。
工程中:用塑性指数IP作为粘性土与粉土定名的标准。
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2.液性指数
来自百度文库
第一章 土的物理性质指标与工程分类
IL w wp wL w p w wp Ip
粘性土的状态可用液性指数来判别。 定义为：
式中：IL——液性指数，以小数表示；
沈阳建筑大学
土力学
第2章 土的物理性质及分类
主讲教师: 王宁伟
2.1
概述
• 土是由固体、液体、气体三相所组成。三相组成部分的性 质与数量以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学 性质。 • 土中的孔隙体积大，土就松散；含水多，土就软弱。也就 是说土的松密和软硬程度主要取决于组成土体的三相之间 在数量上所占有的比例，因此土力学中采用三相之间在体 积和质量上的比例关系，作为反映土的物理性质的指标。
ds
Vs w 4℃
ms
＝
w 4℃
s
ms g ds Vs w 4℃
式中：ρs——土粒的密度，即土粒单位体积的质量； （ρw）4℃——4℃时纯水的密度，1g/cm3 （γw）4℃——4℃时纯水的重度。 常见值 砂 土 2.65～2.69；粉 土 2.70～2.71;粘性土 2.72～2.75.
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2.液、塑限的测定
测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。
测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。
25击合拢长度＝13mm时含水率为液限。
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土的缩限用收缩皿法测定，把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将 试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干试样的体积并称量准确 至0.1g后，按下式计算：
m ms mw ma V Vs Vw Va
常见值 ρ ＝(1.6～2.2)g/cm3，γ ＝(16～22)kN/m3 室内用环刀法测定方法
土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用γ表示，单位为kN/m3。 表达式如下：
W m g g V V
（二）土粒相对密度ds 定义为土粒的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的质量 （或重量）之比（无因次），其表达式为：
在工程上，用相对密实度Dr划分无粘性土的状态如下： 0＜Dr≤1/3 疏松的 1/3＜Dr≤2/3 中密的 2/3＜Dr≤1 密实的
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无粘性土密实度划分的其它方法 1、用孔隙比e为标准
《工业与民用建筑地基基础设计规范》中规定，以e作为砂土密实度的划分标准
密 实 e<0.60 e<0.70 中 密 0.60≤e≤0.75 0.70≤e≤0.85 稍 密 0.75<e≤0.85 0.85<e≤0.95 松 散 e>0.85 e>0.95
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（六）浮密度ρ’与浮重度（有效重度）γ’
土在水下，受到水的浮力作用，其有效重量减小，因此提出了浮重度 ，即有效重度的概念，其表达式为：
）
Ws Vs w ms g Vs w g ' 'g V V
12
与其相应，提出了浮密度的概念，土的浮密度是单位体积内的土粒 质量与同体积水质量之差，其表达式为：
V1 V2 ws w w 100 ms
式中：ws——土的缩限（％） w——制备时的含水率（％）
V1——湿试样的体积（cm3） ，V2——干试样的体积（cm3）
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（三）塑性指数和液性指数
第一章 土的物理性质指标与工程分类 1.塑性指数
塑性指数：液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）。 用Ip表示，取整数，即：
整理得：
e
Gs w
d
1
16
（四）饱和度与含水率、比重和孔隙比得关系 设土体内土粒的体积为1，则按e=Vv/V得体积vv=e；由ρs ＝ ms / Vs得 土粒的质量ms=ρs。按w= mw / ms ，水得质量mw=wρs，则水得体积 vw= mw / ρw =wρs/ρw。于是，Sr定义可得：
7
二、间接换算得物理性质指标 （一）土的孔隙比e 定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示，其表达 式为：
Vv e Vs
（二）土的孔隙率n 定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内孔隙的 体积，以百分数表示，其表达式为：
Vv n 100 % V
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（三）土的饱和度Sr 定义：土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数 表示，其表达式为：
10
（五）饱和密度ρsat与饱和重度γsat 饱和密度定义：土中孔隙完全被水充满土处于饱和状态时单位体积土的 质量。表达式为：
sat
ms Vv w V
在饱和状态下，单位体积土的重量称为饱和重度，其表达式为：
sat
Ws Vv w ms g Vv w g sat g V V
碎石土的颗粒较粗，更不易取得原状土样，也难于将贯入器击入其中， 对这类土，对这类土可现场进行观察，据其骨架颗粒含量、排列、可挖 性及可钻性鉴别，据此可将碎石土分为：密实、中密、稍密
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1.5 粘性土的物理特征
1.5.1 粘性土的界限含水量 同一种粘性土随着含水量的不同，可分别处于固态、半固态、可塑 状态和流动状态。粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量， 称为界限含水量。
或
ms Vs w ' V ' sat w
从上述四种土的密度或重度的定义可知，同一土样各种密度或重度 在数值上有如下关系：
sat d '
sat d '
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三、物理性质指标间的换算
常用的土的物理指标共有九个。已知其中任意三个，通过换算可以求 出其余的六个。
Sr
Vw wGs w Vv e e
w s
当土饱和时，即Sr为100％，则：
e wsatGs
式中：wsat——饱和含水率。
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（五）浮密度与比重和孔隙比得关系 设土体内土粒体积为1，则按e=Vv/V ，孔隙的体积Vv为e；由ρs ＝ ms / Vs得土粒的质量ms为ρs。于是，按式可得：
Vw S r 100 % Vv
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（四）干密度ρd与干重度γd
土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：
ms d V
土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：
Ws ms g d d g V V
土烘干，体积要减小，因而，土的干密度不等于烘干土的密度。土的 干密度或干重度也是评定土密实程度的指标，干密度或干重度愈大表明 土愈密实，反之愈疏松。
缩限ws 0 固态
塑限wp
液限wl
w 流动状态
半固态
可塑状态
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可塑性：土在外力作用下可改变形状但不显著改变其体积也不开裂， 外力卸除厚仍能保持已有的形状。
（二）界限含水率及其测定
1.界限含水率
粘性土从一种状态过渡到另一种状态，可用某一界限含水率来区分，这 种界限含水率称为稠度界限或阿太堡界限。
液限（WL）——从流动状态转变为可塑状态的界限含水率，也就是可 塑状态的上限含水率；
塑限（Wp）——从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率，也就是 可塑状态的下限含水率； 缩限（Ws）——从半固体状态转变为固体状态的界限含水率，亦即粘 性土随着含水率的减小而体积开始不变时的含水率。
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2.液、塑限的测定 测定塑限的方法：搓滚法和液、塑限联合测定法。 测定液限的方法：碟式仪法和液、塑限联合测定法。 液、塑限联合测定法： 塑限－5秒入土2mm时的含水率10mm 液限－ 5秒入土10mm时的含水率17mm 液限－ 5秒入土17mm时的含水率
（一）孔隙比与孔隙率的关系 设土体内土粒的体积为1，则e=Vv/V可知，孔隙的体积Vv为e，土体的 体积V为（1＋e），于是有：
或
Vv e n V 1 e e
（1-21） n
孔隙
e 1+e
土粒
1
1 n
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（二）干密度与湿密度和含水率的关系
设土体的体积V为1，则ρd = ms /V，土体内土粒的质量ms为ρd，由 w= mw / ms水的质量mw为w ρd。于是，按定义可得：
⑴定义——粘性土的原状土的无侧限抗压强度与原状土结构完全 破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值。称为灵敏度St，即：
qu S t qu'
式中 qu――原状土的无侧限抗压强度，kPa; q’u――重塑土的无侧限挤压强度，kPa。
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St>4 2＜St≤4 St≤2
为了对土的基本物理性质有所了解，需要对土的三相
的组成情况进行定量研究。表示土的三相组成比例关系的 指标，称为土的三相比例指标，包括土粒相对密度ds、含水 量w、密度ρ 、孔隙比e、孔隙率n和饱和度Sr。
一、试验直接测定的物理性质指标
（一）土的密度ρ与重度γ 土的密度定义为单位体积土的质量，用ρ表示，单位为(g/cm3)。 表达式如下：
• 土的物理性质指标反映土的工程性质的特征，具有重要的 实用价值。
2.2 土的三相比例指标 • 土的三相比例指标可分为两类：一类是必须通过试验测定的，
如含水量、土粒相对密度和密度，称为直接指标；另一类是根据直接指 标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。
固相（土颗粒） 土 液相（水） 气相（气）
w——土的天然含水率。 物理意义 液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系， 表达了天然土所处的状态。反映土的软硬程度。
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工程应用
据液性指数IL大小不同,可将粘性土分为5 种软硬不同的状态。
坚硬 硬塑 可塑 软塑 流塑
IL≤0 0< IL≤0.25 0.25<IL≤0.75 0.75<IL≤1.0 IL＞1.0
测定方法 ①比重瓶法 ②经验法 因各种土的比重值相差不大，仅小数点后第二位不同。
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（三）土的含水量w 定义为土中水的质量与土粒的质量之比，以百分数表示，其 表达式为：
mw 100 % ms
测定含水量法，先称出天然土的质量，然后放在烘箱中，在 100℃～105℃常温下烘干，称得干土质量，按上式可算得。
ms Vs w s w Gs 1 w ' V 1 e 1 e
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1-4 无粘性土的密实度
砂土、碎石土统称为无粘性土，均为单粒结构，它们最主要的 物理状态指标为密实度。无粘性土的密实度工程性质有重要的影响。
当其处于密实状态时，结构较稳定，压缩性较小，强度较大可作为建筑 物的良好地基；而处于疏松状态时稳定性差、压缩性大，强度偏低，属 于软弱土之类。 一、无粘性土的相对密实度 常用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度，其定义为