23土密实度、压实和工程分类

液塑限联合测定法：以圆锥体入土深度 17mm土样含水量即液限。 《土工试验方法标准》（GB/T501231999）规定76g圆锥仪入土深度恰好为 17毫米所对应的含水率为17毫米液限， 与碟式仪入土深度恰好为10毫米所对应 的含水率为10毫米液限一致。
22
液限测定方法：
23
4. 缩限测定方法：收缩皿法
wL
w 塑限 可塑状态与半固体状态的界限含水率，
可塑状态的下限含水率 PL(Plastic Limit)
P
缩限 半固体状态与固体状态的界限含水率， 即粘性土随着含水率的减小而体积开始不
ws
变的含水率。SL(Shrinkage Limit )
16
17
稠度状态 固态或半固态 土中水的形态 强结合水
含水量
dminm Vs2 1.45g/cm 3
eminddsmwax10.67
emaxdsdmwin10.86
相对密实度
Dr
emaxe 0.42 ∈（1/3,2/3]
emaxemin
中密状态
11
2. 3 粘性土的性质
本节要求掌握
对于粘性土，因粘土矿物含量高、颗粒细小， 其物理状态与含水量关系非常密切。
v v=ki
性关系，符合达
西渗透定律。
O
砂土
i
43
掌握
流速与水力梯度的关系－粘土 虚直线简化
对于密实的粘土，由于
v
吸着水具有较大的粘滞
阻力，因此，只有当水
0
起始水
ib
力坡降
vkiib
密实粘土 i
力梯度达到某一数值后， 克服了吸着水的粘滞阻 力以后，才能发生渗透。 我们将这一开始发生渗 透时的水力梯度成为粘
在实验室内研究土的密实性是通过击 实试验进行的。
31
击实试验
轻型：粒径小于5毫米
V94c7m3 G2.5Kg
H30.5cm
25下，分三层击实
重型：粒径小于40毫 米 V210cm 43 G4.5Kg
H45.7cm
56下，分Baidu Nhomakorabea层击实
32
一、土的压实与含水率的关系
干密度d(g/cm3)
2.0
dmax=1.86
可塑态 弱结合水
流态 自由水
w
稠度界限
塑限ωp
液限ωl
强结合水膜最大
出现自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态 18
粘性土从一种状态转变为另外一种状态 是逐渐过渡的，并无明确的界限。
19
2. 塑限测定方法：
搓滚法和液塑限联合测定法
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塑限测定方法：
搓滚法：调制均匀的湿图样，在毛玻璃上 搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻恰好 出现裂缝，就把土条的含水率定为塑限
解：
Ip W L W p4 8 2.4 5 2.6 2 1;为 0 粘土
ILW IP W P3.6 4 2.2 6 2.5 40.48;为 7 可塑态
30
2.4 土的压实性
公元前200多年，我国秦朝修筑驰实（行 车大道），就有用“铁锥筑土坚实”的记
载土。的压实性指在一定的含水率下，以 人工或机械的方法，使土体能够压实 到某种密实程度的性质。
2.2 无粘土性质－了解 2.3 粘性土性质－重点 2.4 土的压实性－工作应用 2.5 土的工程分类－掌握粘土和粉土分类 2.6 土的渗透性-熟悉达西定律
1
2.2 无粘性土的相对密实度
无粘性土定义：砂土、碎石土统称为无 粘性土。
无粘性土工程性质：排列越紧密，在外 荷载作用下变形越小，强度越大
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，测出干土样的体积并称量至 0.1克，按下式计算
ws
wV1V2 ms
w
24
5.粘性土的物理状态指标
1）塑性指数 P I (Plasticity Index)
液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号） 称为塑性指数
Ip wl wp
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 最大干密度再经换算得到最小孔隙比
7
相对密实度Dr
Dr 1 e emin 无粘性土处于最密实的状态
Dr 0 e emax 无粘性土处于最松散的状态
在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：
i 性土的起始水力梯度 b
44
作业： 习题：2.4、2.9 下次课交！切记！
45
无悔无愧于昨天，丰硕殷实 的今天，充满希望的明天。
46
4) 天然稠度Natural consistency
定义：指原状土样测定的液限和天然含 水量的差值与塑性指数之比，符号wc
wc
wl w wl wp
作用：可用于划分路基的干湿状态。
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例题1 某土样的液限为38.6%，塑限为23.2%，天然含水量 为25.5%，问该土样处于何种状态？
解：已知=38.6%，=23.2%，
表 示
土的物理状态
粘性土的软硬状态 影响
力学特 性
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1.粘性土的稠度
定义： 指粘性土在某一含水率下对外界引起
的变形或破坏的抵抗能力，是粘性土最 主要的物理状态指标。
13
粘性土的稠度
14
外力作用可改变其形状，而 不改变其体积，并在外力卸 除后仍能保持已获得的形状
流动状态
可塑状态
半固体状态
刚沉积的粘土， 本身不能保持其 形态，极易流动
2
2.2 无粘性土的相对密实度
对无粘性土来说，土体的松密程度对土 的工程性质影响很大。
土的密实程度越高，压缩性越小，其工 程特性越好；
土的密实程度越低，压缩性越大，其工 程特性越差。
描述土的松紧程度的指标有干密度和孔 隙比，密实度在一定程度上可用其天然 孔隙比来反映
3
2.2 无粘性土的相对密实度
•塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围 也大。
•一般地，塑性指数越高，土的粘粒含量越 高，所以常常用作粘性土的分类指标。
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2)液性指数 L I (Liquidity Index)
IL
wwP wLwP
wwP IP
粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样 的状态，粘性土的状态用液性指数来判别。
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。
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二 Darcy渗透定律
由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的
粘滞阻力很大，流速缓慢
层流
1856年法国学者Darcy对砂 土的渗透性进行研究
水在土中的渗透速度和 试样两端水面间的水位 差成正比，而与渗径长 度成反比
vvkk h khi L
qvAkiA 42
流速与水力梯度的关系－砂土
砂土的水力梯度 与渗透速度呈线
粉砂
粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量50%
37
掌握
粉土 粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50% 塑性指数Ip≤10的土
粘性土
掌握
塑性指数Ip>10的土
10<Ip≤17 Ip>17
粉质粘土 粘土
38
2.6 土的渗透性
39
土的渗透性
水透过土体孔隙的现象成为渗透osmosis 土具有被水透过的性能称为土的渗透性
液塑限联合测定法：取代表性试样，加入 不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的 试样，用电磁落锥测定圆锥在自重76g作 用下经5～15秒后沉入试样的深度。以含 水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标， 在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度2毫 米所对应的含水率为塑限。
21
3. 液限测定方法：
液塑限联合测定法和碟式仪法
水分蒸发，含水率减 小，体积收缩
固体状态
含水率减小,丧失可塑 性，外力作用下易于 发生破裂
体积不再收 缩，空气进 入土体，土
的颜色变淡
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粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某 一分界含水率来区分，界限含水量（阿太堡 界限Atterberg limits）
液限 流动状态与可塑状态的界限含水率， 可塑状态的上限含水率 LL(Liquid Limit)
34
《建筑地基基础设计规范》 (GB50007 — 2011)分类法
土：6类
掌握
岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土
35
碎石土
土的名称 颗粒形状
粒组含量
漂石 块石
圆形及亚圆形为主 粒径大于200mm的颗
棱角形为主
粒超过全质量50%
卵石 碎石
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粘性土的松紧程度。
5
（2）相对密实度Dr
定义（理论表达式）
Dr
emax e0 emax emin
e0无粘性土的天然孔隙比或填筑 孔隙比
定义（实用表达式）
ρdmax无粘性土的最大干密度
Dr
d dmin dmax ρdmin无粘性土的最小干密度 dmax dmin d ρd无粘性土的天然干密度或填
1.8
1.6
压实机理：
1.4
wop=12.1
0 4 8 12 16 20 24 28
✓土粒定向排列;
含水量w(%)
✓孔隙体积减小;
✓气被挤出或被压缩等
33
2.5 土的工程分类
是将工程性质相近的 土进行分类
目的： 便于研究及应用
土的组成
依据： 能反映土的物理力学性质－ 土的状态
土的结构
《建筑地基基础设计规范》 (GB50007 — 2011)分类法
permeability
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渗透理论
一、渗透模型
假设：
(a)水在土孔隙中的
(1)在同一过水断面，
运动
(b)渗流模型（层流）
渗流模型的流量等于真 水在土孔隙中的运动轨迹与渗流模型
实渗流的流量；
(2)任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压 力相等；
(3)在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗 流所受到的阻力相等。
得 m实s干状2=1砂态.4质5k量g。m求s1=此1.6砂2k土g,的最相疏对松密状度态D时r,并称判得断干砂砂土质所量处的密
【解答】 砂土在天然状态下的孔隙比
ed s(1 ) 12 .7 (1 1 .6 0 .069 ) 1 4 0 3 .78
砂土最小孔隙比
砂土最大孔隙比
dmaxm Vs1 1.62g/cm 3
➢优点：真实可靠。
砂土密实度 松 散
稍密
中密
密实
N
≤ 10
10<N≤15 15<N≤30 >30
9
（4）碎石的野外鉴别方法确定密实程度 ： 分为四类：
➢密实 ➢中密 ➢稍密 ➢松散
10
例题分析
【ω=例9.4】3%某,砂天土然试密样度,ρ试=1验.6测6/c定m土3。粒已相知对砂密样度最ds密=2实.7状,含态水时量称
（1）天然孔隙比e优缺点 ：
➢优点：简单、简捷 ➢缺点：不能反映砂土的级配和颗粒形状
的影响，有时较疏松的级配良好的砂土 孔隙比比较密实的颗粒均匀的砂土孔隙 比还小。
4
2.2 无粘性土的相对密实度
（1）无粘性土的孔隙比指标。 但是即便两种无粘性土具有同样的孔隙比
也未必表明他们处于同样的状态。 在工程上一般用相对密实度Dr来衡量无
0 Dr
1 3
疏松
13Dr 23
2 3
Dr
1
中密
密实
8
（3）标准贯入锤击数N ：
➢标准贯入试验：SPT(standard penetration test)
试验时，将质量为63.5kg的穿心锤，以 76cm的落距，将标准规格的贯入器，自钻孔 底部预打15cm，记录再打入30cm的锤击次数， 即为标准贯入试验锤击数N。
w=25.5%，则
Ip=38.6–2I3l .2=w1 I5pw .4p
2.552.320.15 1.54
所以，该土处于硬塑状态。
例题2
1. 某粘土的含水量w=36.4%, 液限wL=48%、塑限wp=25.4% ，要求：1).计算该土的塑性指标Ip；2).确定该土的名称；3). 计算该土的液性指标IL；4).按液性指标数确定土的状态。
筑干密度
6
emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干 密度换算(漏斗和容器测定) 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经 换算得到最大孔隙比
emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密 度换算(风干土样分层夯实)
26
3)粘性土的物理状态指标 判定
w wP IL 0
土处于坚硬状态
wPwwL 土处于可塑状态
0IL 1.0
wL w IL 1.0
土处于流动状态
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注意
由于液限和塑限目前都是用扰动土测定 的，土的结构已彻底破坏，
而天然土含水率大于液限只是意味着： 若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞 泥浆。
28
粒径大于20mm的颗 粒超过全质量50%
粒径大于2mm的颗 粒超过全质量50%
36
砂土
土的名称 粒组含量
砾砂 粗砂
粒径大于2mm的颗粒 占全质量25 ~50%
粒径大于0.5mm的颗 粒超过全质量50%
中砂
粒径大于0.25mm的 颗粒超过全质量50%
细砂
粒径大于0.075mm的 颗粒超过全质量85%