岩土物理力学性质指标

1、塑性指数 plasticity index

塑性指数是液限和塑限之差称为塑性指数，用不带百分号的小数表示，符号为IP。

概述

塑性是表征细粒土物理性能一个重要特征，一般用塑性指数来表示；液限与塑限的差值称为塑性指数IP，即IP=WL-WP。过去的研究表明，细粒土的许多力学特性和变形参数均与塑性指数有密切的关系。

特征

塑性指数

可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，粘性土由一种状态过渡到另一种状态的分界含水量叫作界限含水量，也称为阿太堡界限，有缩限含水量、塑限含水量、液（流）限含水量、粘限含水量、浮限含水量五种，在建筑工程中常用前三种含水量。固态与半固态间的界限含水量称为缩限含水量，简称缩限，用ω表示。半固态与可塑状态间的含水量称为塑限含水量，简称塑限，用ωp表示。可塑状态与流动状态间的含水量称为液（流）限含水量，简称液限，用ωl表示。含水量用百分数表示。天然含水量大于液限时土体处于流动状态；天然含水量小于缩限时，土体处于固态；天然含水

量大于缩限小于塑限时，土体处于半固态；天然含水量大于塑限小于液限时，土体处于可塑状态。

塑性指数习惯上用不带%的数值表示。塑性指数是粘土的最基本、最重要的物理指标之一，它综合地反映了粘土的物质组成，广泛应用于土的分类和评价。

因素

由于塑性指数在一定程度上综合反映了影响粘性土特征的各种重要因素。塑性指数愈大，表明土的颗粒愈细，比表面积愈大，土的粘粒或亲水矿物（如蒙脱石）含量愈高，土处在可塑状态的含水量变化范围就愈大。也就是说塑性指数能综合地反映土的矿物成分和颗粒大小的影响。因此，在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类。粉土为塑性指数小于等于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土；黏性土为塑性指数大于10且粒径大于0.075的颗粒含量不超过总质量50%的土，其中：

Ip>17 黏土

Ip>10 粉质黏土

Ip<10或Ip=10 粉土

2、液性指数liquid index

对黏性土来说，有一个指标叫液性指数，是判断土的软硬状态，表示天然含水率与界限含水率相对关系的指标。

液性指数公式

IL=(ω-ωp)/(ωL-ωp)。

ω：土的实际含水量

ωp：塑性界限含水量，即粘性土处于塑性状态与半固体状态之间的界限含水量

ωL：粘性土处于液态与塑性状态之间的界限含水量

液性指数≤0 坚硬；0< 液性指数≤0.25 硬塑；0.25< 液性指数≤0.75 可塑；0.75<液性指数≤1 软塑；液性指数>1 流塑。

液性指数与土的类别及含水量有关，同一种土，含水量越大则液性指数越大，土质越软。

粘性土有缩限、塑限和液限等几个分界线，当含水量小于缩限时土体处于固态，且体积不再再发生变化，当处于缩限和塑限之间时土体体积随含水量减小体积变化，仍处于固态，当土体含水量处于塑限和液限之间时，土体具有可塑性，即可以塑造出各种形状，当土体含水量大于液限时，土体处于流动状态，即土体具有可流动性。分别对应上面的坚硬、硬塑、可塑和软塑、流塑。

3、液限 wl

概述

土从流动状态转变为可塑状态的界限含水率称为液限，用wL表示，我国采用锥式液限仪来测定。其工作过程是：将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将76克重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm深度，这时杯内土样的含水量就是液限wL值。为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。

4、塑限wp

搓滚法测塑限

土从可塑状态转变为半固体状态的界限含水率称为塑限，用wp表示，用搓滚法测定。即将土先调匀成硬塑状态，然后在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成细条，用力均匀，当土条搓成直径正好为3mm时产生横向裂缝并开始断裂，此时土条的率就是塑限wp值。

5、孔隙比

void ratio;pore space ratio 定义：土体中空隙体积与固体颗粒体积之比值。

6、压缩系数（coefficient of compressibility）

是描述物体压缩性大小的物理量。

通常可将常规压缩试验所得的e-p数据采用普通直角坐标绘制成e-p曲线，如图4-1所示。设压力由p1增至p2，相应的孔隙比由e1减小到e2，当压力变化范围不大时，可将M1M2一小段曲线用割线来代替，用割线M1M2的斜率来表示土在这一段压力范围的压缩性，即：

式中a 为压缩系数，MPa^(-1)；压缩系数愈大，土的压缩性愈高。

从图4-1可以看出，压缩系数a值与土所受的荷载大小有关。工程中一般采用100～200 kPa压力区间内对应的压缩系数a1-2来评价土的压缩性。即

a1-2<0.1 MPa^(-1)属低压缩性土；

0.1 MPa^(-1)≤a1-2<0.5 MPa^(-1)属中压缩性土；

a1-2≥0.5 MPa^(-1)属高压缩性土。

7、压缩模量

压缩模量

modulus of compressibility

土试样在压缩试验条件下，竖向应力与竖向应变之比。

物体在受三轴压缩时应力与应变的比值。实验上可由应力-应变曲线起

压缩模量模型

始段的斜率确定。径向同性材料的压缩模量值常与其杨氏模量值近似相等。

土的压缩模量指在侧限条件下土的垂直向应力与应变之比，是通过室内试验得到的，是判断土的压缩性和计算地基压缩变形量的重要指标之一。

8、粘聚力cohesion

粘聚力又叫内聚力，是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，这种相互吸引力是同种物质分子之间存在分子力的表现。只有在各分子十分接近时（小于10e-6厘米）才显示出来。粘聚力能使物质聚集成液体或固体。特别是在与固体接触的液体附着层中，由于粘聚力与附着力相对大小的不同，致使液体浸润固体或不浸润固体。

9、内摩擦角(angle of internal friction)

岩体在垂直重力作用下发生剪切破坏时错动面的倾角

概念

作为岩(土)体的两个重要参数之一的内摩擦角，是土的抗剪强度指标，是工程设计的重要参数。土的内摩擦角反映了土的摩擦特性，一般认为包含两个部分：土颗料的表面摩擦力，颗粒间的嵌入和联锁作用产生的咬合力。

内摩擦角是土力学上很重要的一个概念。内摩擦角最早出现在库仑公式中，也就是土体强度决定于摩擦强度和粘聚力，摩擦强度又分为滑动摩擦和咬合摩擦，两者共同概化为摩擦角。

表达式

经典的表达式就是库伦定律τ=σtanφ+c

其中，对于黏性土，c不为0，对于砂土，c为0，φ、c可以通过三轴试验得出，（或直剪）。在不同围压下，得到破坏时的最大主应力和最小主应力，做出