土的物理状态和压实原理

§1.7 土的压实机理及工程控制
土的击实性是指土在反复冲击荷载作用下能被压 密的特性 压实的本质 土料孔隙率减小，密实度提高
1、击实机理： 击实机理：
颗粒被击碎，土粒定向排列; 颗粒被击碎，土粒定向排列; 土粒破碎， 土粒破碎，粒间联结力被破 坏而发生孔隙体积减小; 坏而发生孔隙体积减小; 气被挤出或被压缩等
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Soil mechanics Chapter 1 (WRH)
本章总结
§1 土的物性与分类
§1.1 土的形成及颗粒特征 1.2土的结构及工程性质 §1.2土的结构及工程性质 1.3土的三相组成及物理性质指标 §1.3土的三相组成及物理性质指标 1.4无粘性土的密实特性 §1.4无粘性土的密实特性 1.5粘性土的物理特性 §1.5粘性土的物理特性 1.6土的工程分类 §1.6土的工程分类 1.7土的压实机理及工程控制 §1.7土的压实机理及工程控制
液性指数I 液性指数IL
IL = ω − ωp ωL − ωp
——反映粘性土天然状态的软硬程度 反映粘性土天然状态的软硬程度
工程上作为确定粘性土承载力的重要指标
坚硬状态 IL<0 IL=0 ~ 1 可塑状态 流 态 IL>1 wp w 0.00 ~ 0.25 硬塑 0.25 ~ 0.75 可塑 0.75 ~ 1.00 软塑 wl
σ3 = 0
σHale Waihona Puke Baidu
相同含水量、 相同含水量、密度
ε
2. 粘性土的触变性
土的触变性是土结构中联结形态发生 变化引起的， 变化引起的，是土微观结构随时间变化 的宏观表现。 的宏观表现。
§1.6 土的工程分类
土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类， 土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类， 以便于工程应用及研究
1.孔隙比 或孔隙度 孔隙比e或孔隙度 孔隙比 或孔隙度n 如何衡量? 密实度 如何衡量?
单位体积中固体颗粒含量的多少 利用孔隙比e或孔隙度 分类 利用孔隙比 或孔隙度n分类 或孔隙度 优点：简单方便 优点： 缺点： 缺点：不能反映级配的影响 只能用于同一种土
emin = 0.35
emin = 0.20
判定标准： 判定标准：
标准贯入 试验垂击 数N63.5 密实度
N63.5≤10
10≤N63.5≤15
15≤N63.5≤30
N63.5≥30
松散
稍密
中密
密实
§1.5 粘性土的物理特性
粘性土的物理特性可以用稠度表示。 粘性土的物理特性可以用稠度表示。 稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态，反映土的软硬程度。 稠度是指粘性土含水量不同时所表现出的物理状态，反映土的软硬程度。 粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。 粘性土从一种状态过度到另一种状态的分界含水量称为界限含水量。
3、根据现场标准贯入试验判定
标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法： 标准贯入试验是一种原位测试方法。试验方法：将质 量为63.5kg的锤头，提升到76cm的高度，让锤自由下落， 63.5kg的锤头 76cm的高度 量为63.5kg的锤头，提升到76cm的高度，让锤自由下落，打击 标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需的锤击数， 30cm所需的锤击数 标准贯入器，使贯入器入土深为30cm所需的锤击数，记为 N63.5，这是一种简便的测试方法。N的大小，综合反映了土的 N63.5，这是一种简便的测试方法。 的大小， 贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国《 贯入阻力的大小，亦即密实度的大小。我国《岩土工程勘查规 GB50021－94） 范》（GB50021－94）规定砂土的密实度按表标准贯入锤击数 进行划分。 进行划分。
坚硬程度类别 饱和单轴抗压强度 标准值frk(MPa) f 坚硬岩 frk>60 较硬岩 60≥frk＞30
岩浆岩 沉积岩 变质岩
较软岩 软岩 极软岩 frk≤5
30≥frk＞15 15≥frk＞5
按完整程度分类
完整程度等级 完整性指数 完整 >0.75 较完整 0.75~0.56 较破碎 0.55~0.35 破碎 0.35~0.15 极破碎 <0.15
七、特殊土
1. 淤泥和淤泥质土：天然含水量大于液限 w > w L )，天然 淤泥和淤泥质土：天然含水量大于液限( ，
2. 3.
4. 5.
孔隙比≥1． 的粘性土是淤泥 天然孔隙比<1.5，但大于 的粘性土是淤泥， 孔隙比 ．5的粘性土是淤泥，天然孔隙比 ， 或等于1.0的粘性土或粉土为淤泥质土 的粘性土或粉土为淤泥质土。 或等于 的粘性土或粉土为淤泥质土。 工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不良地基。 工程性质：压缩性高、强度低、透水性低，为不良地基。 膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水矿物组成， 膨胀土：土中粘粒成分主要由亲水矿物组成，同时具有 显著的吸水膨胀和失水收缩特性， 显著的吸水膨胀和失水收缩特性，其自由膨胀率大于或 等于40％的粘性土。 等于 ％的粘性土。 湿陷性土：浸水后产生附加沉降， 湿陷性土：浸水后产生附加沉降，其湿陷系数大于等于 0.015的土。 的土。 的土 I 红粘土和次生红粘土： 红粘土和次生红粘土：液限 w L >50%， p =30～50， ， ～ ， e=1.1～1.7，Sr＞0.85。液限 的土为次生红粘土。 ～ ， ＞ 。液限>45%的土为次生红粘土。 的土为次生红粘土 红粘土的工程性质：强度高压缩性低。 红粘土的工程性质：强度高压缩性低。
三、结构特性
原状土 1. 粘性土的灵敏度 粘性土的灵敏度— St
粉碎 重塑 重塑土 相同含水量 密度
结构性
强度降低 St 1 1-2 2-4 4-8 816 >16 粘性土 不灵敏 低灵敏 中等灵敏 灵敏 很灵敏 流动
qu St = qu
=
原状土的无侧限抗压强度 重塑土的无侧限抗压强度
σ
σ
qu qu
压实功： 要达到一定的击实干密度，则含水量小时， 压实功： 要达到一定的击实干密度，则含水量小时，击实
功大，含水量大时，则应选取击实功小的机具。 功大，含水量大时，则应选取击实功小的机具。
干密度ρd(g/cm3) 干密度ρ
2.0
ρdmax=1.86
1.8 1.6
wop=12.1
1.4 0
4
8
12 16 20 含水量w(%) 含水量
粘性土的稠度反映土中水的形态
稠度状态 固态或半固态 固态或半固态 强结合水 含水量 塑态 弱结合水 液态 自由水 w
稠度界限
塑限ω 塑限 p
液限ω 液限 l
强结合水膜最大 出现自由水
一、界限含水量的测定方法
锥式液限仪测定法： 锤经5s恰好沉入土 锥式液限仪测定法：76g锤经 恰好沉入土 锤经 恰好沉入土10mm 所对应的含水量。 所对应的含水量。 碟式液限仪测定法： 秒的速度， 碟式液限仪测定法：以2转/秒的速度，使碟子反复 转 秒的速度 起落，坠击底座， 起落，坠击底座，当25击V型土槽合拢长度恰好 击 型土槽合拢长度恰好 13mm所对应的含水量。 所对应的含水量。 所对应的含水量
§1.4 无粘性土的密实特性
无粘性土的松密程度 影响
力学特 性
密实度大 密实度小 定义: 定义
结构稳定、强度大、 结构稳定、强度大、压缩变形小
结构疏松、不稳定、 结构疏松、不稳定、压缩变形大
土的密实度通常是指单位体积中固体颗粒的含量
孔隙比e或孔隙度n 孔隙比e或孔隙度n
衡量无粘性土的密实度方法
相对密实度D 相对密实度Dr 现场标准贯入试验测定
土的性质
粘粒含量：粘粒含量越少， 粘粒含量：粘粒含量越少，最大干重度越大 颗粒级配：颗粒级配越均匀， 颗粒级配：颗粒级配越均匀，击实效果越差
2、影响击实效 果的因素： 果的因素：
含水量： 含水量的不同改变了土颗粒间的作用力，并改变 含水量： 含水量的不同改变了土颗粒间的作用力，
土的结构与状态， 土的结构与状态，含水量与击实效果如下图所示
土的名称 砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂 粒组含量 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% 粒径大于0.25mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量85% 粒径大于0.075mm的颗粒 超过全质量50%
四、粉土
粒径大于0.075mm的颗粒含量小于 小于 全质量50%而塑性指数Ip≤10的土
1、液限 、 ωL
锥式液限仪
碟式液限仪
滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm 滚搓法：将天然湿度的土体在毛玻璃上搓成直径为3mm 2、塑限ωp
土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量 土条时，土条恰好产生裂缝并开始断裂时的含水量。
液、塑限联合测定法：利用液、塑性联合测定仪同时 塑限联合测定法：利用液、
测定3份不同含水量的同一个土样， 测定3份不同含水量的同一个土样，得到圆锥下沉深度和 含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm 2mm时土 10mm及 含水量关系曲线，则曲线上对应深度为10mm及2mm时土 样的含水量就分别为该土的液限和塑限。 样的含水量就分别为该土的液限和塑限。
液塑限联合测定仪
Soil mechanics Chapter 1 (WRH)
§1.1 土的形成及颗粒特征
形成过程 形成条件
影响
物理力学 性质
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然 历史的产物
岩石 风化
土
地球
搬运、 搬运、沉积
分类方法: 按堆积年代进行分类，分为老填土、新填土； 分类方法 (1) 按堆积年代进行分类，分为老填土、新填土； (2)按组成物质分类如下表： 按组成物质分类如下表： 按组成物质分类如下表
土的名称 素填土 杂填土 冲填土 压实填土 组成物质 素填土由碎石土、砂土、粉土、粘性土等组成的填土 杂填土为含有建筑物垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填 土 冲填土为由水力冲填泥砂形成的填土 经过压实或夯实的素填土为压实填土
分类依据： 分类依据： 能反映土的物理力学性质－ 能反映土的物理力学性质－
土的组成 土的状态 土的结构
本节主要介绍建筑地基基础设计规范—— 本节主要介绍建筑地基基础设计规范 GB50007－2002分类法 GB50007－2002分类法
岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土
土
一、岩石
按成因分类 按坚硬程度分类
圆锥入土深度与含水量关系
二、塑性指数Ip和液性指数IL 塑性指数I 和液性指数I
塑性指数I 塑性指数Ip
I p = ωL − ωp
为什么？
反映吸附结合水的能力。 反映吸附结合水的能力。能大致反映粘土颗粒的含量及其 粘性
工程上常用作粘性土与粉土定名的依据 不同的粘土矿物结合水的能力不同 缺点： 缺点： 不能充分反映粘土颗粒含量
二、碎石土
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾 颗粒形状 粒组含量 粒径大于200mm的 颗粒超过全质量50% 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%
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 圆形及亚圆形为 主棱角形为主
三、砂土
五、粘性土
粒径大于0.075mm 0.075mm的颗粒含量大于 0.075mm 大于 全质量50%塑性指数Ip>10 Ip>10的土 Ip>10 10<Ip≤17的土 的土 Ip>17的土 的土 粉质粘土 粘土
六、人工填土
人类活动而形成的各类土。成分复杂，均匀性差。 人类活动而形成的各类土。成分复杂，均匀性差。
孔隙比e或孔隙率n 孔隙比e或孔隙率n分类
密实度 土的名称 密 实 中 密 稍 密 松 散 e ＞ 0 .8 5 e ＞ 0 .9 5
砾砂、粗砂、 e ＜ 0 .6 0 中砂 细砂、粉砂
e ＜ 0 .7 0
0 .6 0 ≤ e ≤ 0 .7 5 0 .7 0 ≤ e ≤ 0 .8 5
0 .7 5 ＜ e ≤ 0 .8 5 0 .8 5 ＜ e ≤ 0 .9 5
对策： 对策：
2.相对密度 相对密度
相对密度
emax − e Dr = emax −emin
判别标准： 判别标准：
emax与emin ：最大与最小孔隙比 优点：把土的级配因素考虑在内， 优点：把土的级配因素考虑在内， 理论上较为完善 缺点： 缺点：e、emin、 eman难以准确测定
Dr = 1 , 最密状态 Dr = 0 , 最松状态 Dr≤ 1/3 , 疏松状态 1/3 < Dr≤ 2/3 , 中密状态 Dr > 2/3 , 密实状态