土的基本力学性能

力学特 性
2.4.1 土的三相简图
九个物理量: 九个物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m 物性指标是 比例关系: 比例关系: 可假设任一 参数为1 参数为1 物理量关系: 物理量关系:
1. 三 相 草 图
ma=0 m mw
空气 Air
Va Vv Vw
水 Water
V
ms
固体 Solid
Gs γd = V
m
ma=0 ma=0 mw
空气 Air
Va Vv
单位：kN/m3 单位：kN/m3 换算公式：
水 Water
Vw
V
ds ⋅ γ w γs γ γd = = = 1+ e 1+ e 1+ w
ms
固体 Solid
Vs
质量
体积
2.饱和重度
定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重量。 定义：土的孔隙中全部充满水时单位体积土的重量。 公式： 公式： γ sat
Ws 1.64
水的体积
W − Ws (1.98 − 1.64) × 10−3 = = 3.4 × 10−5 m3 = 34cm3 Vw = rw 10 γ 20.4 Vw 34 γd = = = 16.9kN / m3 e= = = 0.539 1 + ω 1 + 0.207 V − Vs 97 − 34 (1 + e)γ d (1 + 0.539) × 16.9 ds = = = 2.6kN / m3 γw 10
体积V
ds（1＋ω）ρw
ωdsρw
Vv=e
空气 Air 水 Water
e e
VV 由式e = 得VV = e VS 所以V = 1 + e
1+e
固体 Solid
Vs＝1
d s ρw
由式d s = 由式ω =
Ws 1 • 得Ws = Vs • d s • γ w = d s • γ w Vs γ w Ww × 100 得Ww = Ww • ω = d s • γ w • ω Ws
2.67(1 + 0.129) ×10 e= −1 = − 1 = 0.805 γ 16.7 e 0.805 ω d s 0.129 × 2.67 n= = = 44.6% Sr = = = 43% 1 + e 1 + 0.805 e 0.805 γ 16.7 γd = = = 14.8kN / m3 1 + ω 1 + 0.129
2.土的含水量 2.土的含水量
土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示 土中水的质量与土粒质量之比，
mw m− ms w(% = ) = ms ms
单位: 单位:无量纲 一般范围：变化范围大 一般范围：
烘干法、 烘干法、酒精燃烧法
3.土粒比重(土粒相对密度) 3.土粒比重(土粒相对密度) 土粒比重
孔隙比e ：土中孔隙体积与土粒体积之比 ◇e<0.6 低压缩性土 e>1.0 高压缩性土
V e = V
v s
Vv n = × 100 % V
孔隙率n 土中孔隙体积与总体积之比， 孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示
5.土的饱和度 5.土的饱和度Sr 土的饱和度S
土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比， 土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示 饱和度描述土中孔隙被水充 Vω 满的程度。干土Sr=0,饱和土 满的程度。干土Sr=0,饱和土 Sr = × 100 % r=100%。 Vv Sr=100%。 砂土根据饱和度分 为三种状态: 为三种状态:
反映 土的结构 分类 影 响
力学特性
蜂窝结构 絮状结构
土的组成 土体 固相 + 液相 + 气相
构成土骨架， 构成土骨架， 起主体作用
重要影响
次要作用
土体三相组成示意图
2.4 土物理性质指标
土的物理性质指标
(三相间的比例关系) 三相间的比例关系) 表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态 影响
Vs
m = ms + mw + ma ma ≈ 0 mw = ρwVw
质量
体积
V = Vs + Va + Vw Vv = Va + Vw
2.4.2 三个基本物理性指标
1.土的重度 1.土的重度
天然状态下，土单位体积的重量， 天然状态下，土单位体积的重量，称为土的重度 范围：16～22 范围：16～ 环刀法测得
(d s + e)γ w (2.67 + 0.805) × 10 = = = 19.3kN / m3 1+ e 1 + 0.805
d s (1 + ω )γ w
γ sat
γ ' = γ sat − γ w = 19.3 − 10 = 9.3kN / m3
ds
【例2】 某饱和土体积为97 cm3 ，土的重力为1.98N，土烘 干后重力为1.64N，求含水量ω、土粒比重 d s , 孔隙比e 和孔隙率n。 【解答】 ω = W − Ws = 1.98 − 1.64 × 100% = 20.7% 解答】 解答 含水量
地基与基础
Soil Mechanics and Foundation Engineering
常德职业技术学院
土建系 高小文
概述
土的形成
影响
土的组成
反映
力学性质
决定
物理性质 及状态
体现
工程特点
土的组成与结构构造
土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。 土是由固体颗粒、水和气体组成的三相分散体系。 单粒结构 土的成分 形成条件
W 1.98 ×10−3 γ= = = 20.4kN / m3 V 97 ×10−6
W mg γ=Leabharlann Baidu= (kN / m3 ) V V
土的重度取决于土粒的重 量，孔隙体积的大小和孔隙中 水的重量， 水的重量，综合反映了土的组 成和结构特征。 成和结构特征。 对具有一定成分的土而言， 对具有一定成分的土而言， 结构愈疏松，孔隙体积愈大， 结构愈疏松，孔隙体积愈大， 重度值将愈小。 重度值将愈小。
砂土湿度状态 饱和度Sr 饱和度Sr （ % ） 稍湿 Sr ≤ 50 很湿 50<Sr ≤ 80 饱和 Sr >80
以上9项物理性质指标， 注: 以上9项物理性质指标，其中
土的天然重度γ 土的天然重度 土的相对密度ds 天然含水量ω 天然含水量 反映土的密度指标有五个： 反映土的密度指标有五个： γ γd γsat γ’ ds 反映土的湿度指标有两个： 反映土的湿度指标有两个：ω sr 反映土的土的孔隙特征有两个： 反映土的土的孔隙特征有两个：e n
所以W = Ws + Ww = d s • γ w • (1 + ω )
物性指标是比例关系: 物性指标是比例关系: 可假设任一参数为1 可假设任一参数为1
对于饱和土, 对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量
【例1】某一原状土样，经试验测得的基本指标值 如下：重度γ = 16.7kN / m3 ,含水量 ω = 12.9%，土粒 比重 d s = 2.67 。试求孔隙比 e 、孔隙率 n 、饱和 γ d、饱和重度 γ sat 以及浮重度 γ ' 。 度 S r 、干重度 【解答】 解答】 解答
Gs + Vv ⋅ γ w = V
m
ma=0 mw
空气 Air
Va Vv
单位：kN/m3 单位：kN/m3 换算公式： 换算公式：
水 Water
Vw
V
γ sat
( d s + e) ⋅ γ w = 1+ e
ms
固体 Solid
Vs
质量
体积
3.浮重度(有效重度) 浮重度(有效重度)
定义：地下水位以下，土体受水的浮力作用时， 定义：地下水位以下，土体受水的浮力作用时，扣除水的浮力 后单位体积土的重量。 后单位体积土的重量。 公式： 公式：
Ws 1 ds = ⋅ Vs γ w
单位: 单位: 无量纲 范围：2.6～ 范围：2.6～2.8 土粒重度与同体积4℃时纯水的重 土粒重度与同体积4℃时纯水的重 4℃ 度比值。 度比值。 比重瓶法测得
2.4.3 六个其他物理性指标
1.干重度
定义：单位体积土中固体颗粒的重量。 定义：单位体积土中固体颗粒的重量。 物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。 物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。 公式： 公式：
三个指标最基本物理指标， 三个指标最基本物理指标， 可直接通过实验测定得出
常用的物理性质指标间的换算关系
换算步骤: 换算步骤: 假设V =1(V=1或 =1),并画出三相草图 并画出三相草图; ①:假设Vs=1(V=1或ms=1),并画出三相草图; 解出各相物质的质量和体积的换算指标; ②:解出各相物质的质量和体积的换算指标; ③:利用换算指标按基本定义列出所求的物理指标换算公式 已知关系五个: 已知关系五个: 质量m
W s − Vs ⋅ γ w γ = V
'
m
ma=0 mw
空气 Air
Va Vv
单位：kN/m3 单位：kN/m3 换算公式： 换算公式：
水 Water
Vw
V
ms
固体 Solid
Vs
( d s − 1) ⋅ γ w γ′ = 1+ e
质量
体积
4.孔隙比 和孔隙率n 4.孔隙比e和孔隙率n 孔隙比e