土的物理力学性质及其指标

土的三相比例指标的定义
颗粒比重G 土粒重量与同体积4摄氏度时水的重量之比， 颗粒比重 G： 土粒重量与同体积 4摄氏度时水的重量之比 ， 在数值上等于单位体积土粒（固体部分）的重量。 单位体积土粒 在数值上等于单位体积土粒（固体部分）的重量。 重度：单位体积土的重量 重度：单位体积土 干重度、 干重度、饱和重度和浮重度 含水量w 土中水的重量与土粒重量之比， 含水量w：土中水的重量与土粒重量之比，用百分数表示 土粒重量之比 饱和度S 饱和度Sr：土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比 孔隙比e 孔隙体积与土粒体积 固体部分）之比。 孔隙比e：孔隙体积与土粒体积（固体部分）之比。 土粒体积（ 孔隙率n 孔隙体积与总体积之比。 孔隙率n：孔隙体积与总体积之比。 总体积之比
决定无粘性土紧密状态的因素
受荷历史：年代较老，有超压密历史的， 受荷历史： 年代较老 ， 有超压密历史的 ， 密实 度大 形成环境：洪积、坡积比冲积、冰积、 形成环境： 洪积 、坡积比冲积 、 冰积、 海积的 密实度小 颗粒组成：粗、不均匀，密实度大 颗粒组成： 不均匀， 矿物成分及颗粒形状：片状云母与柱状 、 粒状 矿物成分及颗粒形状 ： 片状云母与柱状、 颗粒组成比， 颗粒组成比，密实度小
无粘性土紧密状态指标及其确定方法
（2）相对密度： 相对密度： 天然孔隙比作为砂土密实状态的分类指标缺乏概 括性， 因土的密实度还与砂粒的形状、 括性 ， 因土的密实度还与砂粒的形状 、 粒径级配等有 关。 例：疏松、级配良好的砂土孔隙比，比紧密、颗 疏松、级配良好的砂土孔隙比，比紧密、 粒均匀的砂土孔隙比小。 粒均匀的砂土孔隙比小。 相对密度更有代表性。公式： 82（ 14） 相对密度更有代表性。公式：P82（4-14） 1：密实状态；0：松散状态 密实状态； 优点：较完善指标，综合反映各方面特征 优点：较完善指标， 缺点：实际应用困难，使用并不广泛。 缺点：实际应用困难，使用并不广泛。 例子：划分砂土紧密状态P83， 例子：划分砂土紧密状态P83，表4-7
液限的测定
锥式液限仪： 85图 锥式液限仪：P85图4-24 碟式液限仪： 85图 碟式液限仪：P85图4-25 两种仪器比较： 两种仪器比较： 随着液限的增加， 随着液限的增加，两种仪器所测得 的差值增大， 的差值增大，一般情况下碟式仪测得的 液限大于锥式仪。 液限大于锥式仪。
缩限的测定
收缩皿法 缩限=液限缩限=液限-烘干时失去水量
4.2.4 土的力学性质
决定地基变形、 决定地基变形 、 以至失稳危险性 的主要因素： 的主要因素： 上部荷载的性质、大小、分布面积、 上部荷载的性质、大小、分布面积、 形状及时间因素 地基土的力学性质：变形、 地基土的力学性质：变形、强度
对土的变形与强度性质， 对土的变形与强度性质 ， 必须从土 的应力与应变的基本关系出发来研究。 的应力与应变的基本关系出发来研究。 近似： 近似： 非线性非线性-线性近似 非均质性非均质性-均质性近似
压缩系数
压缩性不同的土， 压缩性不同的土，其压 缩曲线的形状是不一样 曲线愈陡． 的。曲线愈陡．说明随 着压力的增加， 着压力的增加，土孔隙 比的减小愈显著， 比的减小愈显著，因而 土的压缩性愈高. 所以， 土的压缩性愈高 . 所以 ， 曲线上任一点的切线斜 率就表示了相应压力作 用下土的压缩性， 用下土的压缩性，称为 压缩系数。 压缩系数。 值越大，压缩性越高。 值越大，压缩性越高。
1 粘性土的界限含水量
粘性土随着本身含水量的变化， 粘性土随着本身含水量的变化 ，可以处于 各种不同的物理状态， 各种不同的物理状态 ，其工程性质也相应地发 生很大的变化。 生很大的变化。 固体状态： 固体状态： 可塑状态： 可塑状态： 流塑-流动状态： 流塑-流动状态：
稠度： 稠度 ： 粘性土因含水量的变化而呈现出的各种不同 物理状态。 物理状态。 可塑性：土在外力作用下， 可塑性 ： 土在外力作用下 ， 可以揉塑成任意形状而 发生裂缝， 发生裂缝 ， 当外力解除后仍能保持既得形状的一种 性能。 性能。 界限含水量（稠度界限） 随着含水量的变化， 界限含水量 （ 稠度界限 ） ： 随着含水量的变化 ， 粘 性土由一种稠度状态转变为另一种状态， 性土由一种稠度状态转变为另一种状态 ， 相应于转 变点的含水量。 变点的含水量。 P84 图4-23 缩限；塑限 （ 塑性下限 ） ； 液限 （ 流限 ， 塑性上限 ） 缩限 ； 塑限（塑性下限） 液限（流限，塑性上限）
无粘性土的紧密状态
无粘性土:碎石土、砂土、 无粘性土:碎石土、砂土、粉土 无粘性土的紧密状态是判定其工程性质的重要指 综合反映了无粘性土颗粒的岩石和矿物组成、 标，综合反映了无粘性土颗粒的岩石和矿物组成、 粒度组成、 粒度组成、颗粒形状和排列等对其工程性质的影 响。 决定无粘性土紧密状态的因素 无粘性土紧密状态指标及其确定方法
变形——压缩性 变形——压缩性
室内压缩实验：
压缩试验时， 压缩试验时 ， 用金属环刀 切取保持天然结构的原状 土样， 土样 ， 并置于圆筒形压缩 容器的刚性护环内， 容器的刚性护环内 ， 土样 上下各垫有一块透水石， 上下各垫有一块透水石 ， 土样受压后土中水可以自 由排出。 由排出 。 由于金属环刀和 刚性护环的限制， 刚性护环的限制 ， 土样在 压力作用下只可能发生竖 向压缩， 而无侧向变形。 向压缩 ， 而无侧向变形 。 土样在天然状态下或经人 工饱和后， 工饱和后 ， 进行逐级加压 固结， 固结 ， 以便测定各级压力 户作用下土样压缩稳定后 的孔隙比变化。 的孔隙比变化。
4.2 土的物理力学性质及其指标
4.2.1 土的三相比例指标 2.2.2 无粘性土的紧密状态 4.2.3 粘性土的物理特征 4.2.4 土的力学性质
土的三相组成及其比例指标
•固相 •液相 •气相
不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。 不同成分和结构的土中，土的三相之间具有不同的比例。 土的三相组成的重量和体积之间的比例关系不同， 土的三相组成的重量和体积之间的比例关系不同，则土的 重量性质( 重情况) 含水性(含水程度)和孔隙性( 重量性质 (轻 、 重情况 )、 含水性 (含水程度 )和孔隙性 ( 密 实程度)等基本物理性质各不相同， 实程度 )等基本物理性质各不相同 ， 并随着各种条件的变 化而改变。例如对同一成分和结构的土， 化而改变。例如对同一成分和结构的土，地下水位的升高 或降低，都将改变土中水的含量；经过压实， 或降低，都将改变土中水的含量；经过压实，其孔隙体积 将减小。 将减小。这些情况都可以通过相应指标的具体数字反映出 来。 表示土的三相比例关系的指标， 称为土的三相比例指标， 表示土的三相比例关系的指标 ， 称为土的三相比例指标 ， 亦即土的基本物理性质指标，包括土的颗粒比重、重度、 亦即土的基本物理性质指标，包括土的颗粒比重、重度、 含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。 含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。
颗粒比重决定于土的矿物成分， 它的数值一般为2 65颗粒比重决定于土的矿物成分 ， 它的数值一般为 2.652.75。有机质土为2．4—2．5；泥炭土为1．5一1．85 75。有机质土为2 泥炭土为1 而含铁质较多的粘件土可达2 种类的土， 而含铁质较多的粘件土可达2．8一L o c同—‘种类的土， 其颗粒比重变 化幅度很小。 化幅度很小。 颗粒比重可在试验室内用比重版法测定。 颗粒比重可在试验室内用比重版法测定。一般土的颗粒 比重值见表23。 比重值见表23。由于颗粒变化 的幅度不大，通常可按经验数值选用。 的幅度不大，通常可按经验数值选用。
de e1 − e2 a=− = dp p2 − p1
压缩指数
e1 − e2 p2 = (e1 − e2 ) / log 土的e 土的 e-p 曲线改绘成半对 Cc = log p2 − log p1 p1
天然孔隙比 相对密度
例外： 例外： 标准贯入或静力触探评定砂土的密实状态。 标准贯入或静力触探评定砂土的密实状态。 P83表4-8 83表 野外鉴别方法评定碎石土的密实状态。 野外鉴别方法评定碎石土的密实状态。 P84表4-10 84表
采取原状土样
4.2.3 粘性土的物理特征
1 粘性土的界限含水量 2 粘性土的塑性指数和液性指数
变形——压缩性 变形——压缩性
基本概念： 基本概念： 压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。 压缩性：土在压力作用下体积缩小的特性。 固体土粒和水的可压缩量小 土的压缩可施为土中孔隙体积的减小。 土的压缩可施为土中孔隙体积的减小。 土的固结：土的压缩随时间而增长的过程。 土的固结：土的压缩随时间而增长的过程。 无粘性土：透水性大，固结快。 无粘性土：透水性大，固结快。 粘性土：透水性小，固结慢。 粘性土：透水性小，固结慢。 对于饱和软粘性土， 对于饱和软粘性土，土的固结问题 是十分重要的。 是十分重要的。
无粘性土紧密状态指标及其确定方法
（1）天然孔隙比： 天然孔隙比： 砂土的承载力不论其颗粒组成的粗细， 砂土的承载力不论其颗粒组成的粗细 ， 均 随着天然孔隙比的减小而显著增大。 随着天然孔隙比的减小而显著增大。 通过测天然重度 通过测天然重度，换算天然孔隙比 天然重度， 天然重度测定方法： 天然重度测定方法： 测定方法 地下水位以上湿砂： 地下水位以上湿砂：环刀法 地下水位以上干砂：灌砂法（注水法） 地下水位以上干砂：灌砂法（注水法） 地下水位以下砂土： 地下水位以下砂土：难 例子：划分砂土密实度P81，表4-6 例子：划分砂土密实度P81， 划分粉土密实度P83， 划分粉土密实度P83，表4-9
（1）液性指数
P86（4-17） 86（ 17） 表征粘性土所处的软硬状态。 表征粘性土所处的软硬状态。 值越大，土质越软；反之，土质越硬。 值越大，土质越软；反之，土质越硬。 P87表 4-11， 按液性指数划分粘性土的状态 。 87表 11，按液性指数划分粘性土的状态。 天然结构土与扰动结构土的差别 瓦式圆锥仪入土深度判定粘性土的天然状态
（2）按液限和塑限的相关关系确定塑限