土力学课件2011-2-土的物理性质及分类
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换算指标：其它指标均为换算指标（孔隙比、饱和度）。 4个质量比体积，3个体积比体积，2个质量比质量。
1、土的密度和重度
2、含水量
烘箱
3、土粒比重
Gs—固体颗粒质量与同体积水(在4℃时)质量之比
表2-7 土粒比重范围
2.6.3 换算的物理性质指标
孔隙比
孔隙率
于是可得两者关系：
Vv
e Vv Vs
v 液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquid limit, wL。
问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？
“界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”
注意：塑限和液限是土力学中常用的。
液限的测定： ▪ 锥式液限仪（中国）； ▪ 碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。
碟式液限仪
63.5kg锤，升到76cm高，自由落下 标准贯入器入土深度30cm，所需锤数为N63.5
显然：
规范：
《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002) 表2-10 ，详见第8章
判断标准：
2.7.2 粘性土的稠度（界限含水量）
Atterberg（瑞典土壤学家，1911） 塑性：
▪ 可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以 后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。
1+e
Gs（1＋ω）ρw Gsρw ωGsρw
Vs＝1
土粒
推导：mGs(1)w
V 1e
换算关系式：
eG sdw1Gs(1 )w1
sa tm s V V Vw(G s1 ee)w
dm Vs G 1sew1
n VV e V 1e
sat (Gs1 1e)w
Sr
Vw VV
mw
VVW
Gs
e
2.7 土的物理状态指标
最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax 用“松散器法”测定。
相对密度：
Dr
emax e emax emin
举例说明建立相对密度概念的意义：
土类
最大孔隙比emax
最小孔隙比emin
土样1
0.8
0.5
土样2
0.6
0.3
实际孔隙比e 0.55 0.55
Baidu Nhomakorabea问题：
哪个土样密实？
结论：
土样1：密实； 土样2：不密实
一个问题： 结论：不能。
举例说明：
土类 土样1
液限wL 32%
土样2
42%
塑限wL 12% 24%
问题：
当土饱和时，即为
Sr=100％则
ewsaG t s wsat 饱和含
水率
20
浮密度与比重和孔隙比的关系
m s V s w sw G s 1 w V 1 e 1 e 21
指标间的换算
质量m 气 水
Vv=e
体积V
土的三相指标中，土粒比重
Gs ，含水量ω和密度ρ是通过
试验测定的，可以根据三个 基本指标换算出其余各指标
土力学课件2011-2-土的物理性质及分类
第2章 土的物理性 质及分类
主要内容
2.6 土的物理性质指标
物理模型
假定模型
2.6.1土的三相草图
▪ 可用三相草图来描述土的三相组成 ▪ 定义土的物理性质指标。
总质量：m=ms+mw 总体积：
V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw
符号： s—soil v—void w—water
1 用Dr表示砂土密实度 见表2-9，《铁路工程技术规范》（P50）
▪ 当e=emax时，Dr=0，最松状态； ▪ 当e＝emin时，Dr=1.0，最密状态。 ▪ 优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善 ▪ 缺点：emax和emin难以准确测定，给Dr的确定带来困难。
2、标准贯入试验方法 方法：
Vv V Vv
V 1Vv
n 1n
V
饱和度
• 0Sr1 • 饱和土：Sr=1 • 干土：Sr=0
土的饱和重度γsat
土的有效重度（浮重度）
土的干重度 土的密度与重度的关系：
2.6.5 几种常用指标之间关系式的推导
土的三相比例指标之间可以互相换算： 方法1：
由三相图及其定义计算，见教材52页例2.1。 假定V=1, 或者假定Vs=1
平衡锥式液限仪
液限测定演示：
17mm
液限测定演示：
17mm
液限测定演示：
塑限的测定： 搓条法测定。3mm土条。
缩限的测定： 收缩皿法测定。
讨论： ▪ 液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定； ▪ 试验的具体程序和步骤详见《土工试验方法标
准》； ▪ 界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定
方法2： 由三相图导出的计算公式。
孔隙比与孔隙率的关系
n Vv e V 1e
e n 1 n
干密度与湿密度和含水率的关系
V md 1w dd1w
d
1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
d
ms V
s
1e
e Gs w 1 d
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Sr
Vw Vv
ws
w e
wGs e
a—air
图2-25 土的三相图
三相草图的意义：
•土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例 指标；
•三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密；
•评价土的工程性质的最基本的物理性质指标；
•工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。
2.6.2 三个实测物理性质指标
直接测定指标（可在实验室内直接测定）： 重度、含水量、土粒比重Gs（土粒密度s）。
▪ Plasticity。
在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。
土体体积随含水量的变化：
图2-29 含水量与体积的关系
v
缩限：半固体状态与固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，
土的界限含水量（Atterberg limits）
体积不发生变化。Shrinkage limit, wS。
v 塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。Plastic limit, wP。
2.7.1 粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）
用孔隙比e可评价砂土的密实度； 优缺点：
▪ 优点：应用方便、简单 ▪ 缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响 所以： ▪ 应与最大孔隙比与最小孔隙比比较； ▪ 建立相对密度的概念。
最大孔隙比、最小孔隙比的概念：
最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin 用“振击法”测定。
结构性； ▪ 所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。
概念:塑性（状1态）时塑含水性量指变数化范IP围，IP（Plasticity index）。
▪ 常省略 %； ▪ 变化范围很大（如大于200）； ▪ 是粘性土区别于砂土的重要特征； ▪反映了土与水之间物理化学作用的强弱。
物理意义： 思考：
1、土的密度和重度
2、含水量
烘箱
3、土粒比重
Gs—固体颗粒质量与同体积水(在4℃时)质量之比
表2-7 土粒比重范围
2.6.3 换算的物理性质指标
孔隙比
孔隙率
于是可得两者关系：
Vv
e Vv Vs
v 液限：流动状态与可塑状态间的分界含水量。Liquid limit, wL。
问题：缩限、塑限、液限是否与土样的含水量有关？
“界限含水量是土的一种固有的性质，与含水量无关”
注意：塑限和液限是土力学中常用的。
液限的测定： ▪ 锥式液限仪（中国）； ▪ 碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。
碟式液限仪
63.5kg锤，升到76cm高，自由落下 标准贯入器入土深度30cm，所需锤数为N63.5
显然：
规范：
《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002) 表2-10 ，详见第8章
判断标准：
2.7.2 粘性土的稠度（界限含水量）
Atterberg（瑞典土壤学家，1911） 塑性：
▪ 可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除以 后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。
1+e
Gs（1＋ω）ρw Gsρw ωGsρw
Vs＝1
土粒
推导：mGs(1)w
V 1e
换算关系式：
eG sdw1Gs(1 )w1
sa tm s V V Vw(G s1 ee)w
dm Vs G 1sew1
n VV e V 1e
sat (Gs1 1e)w
Sr
Vw VV
mw
VVW
Gs
e
2.7 土的物理状态指标
最大孔隙比：砂土处于最疏松状态时的孔隙比，emax 用“松散器法”测定。
相对密度：
Dr
emax e emax emin
举例说明建立相对密度概念的意义：
土类
最大孔隙比emax
最小孔隙比emin
土样1
0.8
0.5
土样2
0.6
0.3
实际孔隙比e 0.55 0.55
Baidu Nhomakorabea问题：
哪个土样密实？
结论：
土样1：密实； 土样2：不密实
一个问题： 结论：不能。
举例说明：
土类 土样1
液限wL 32%
土样2
42%
塑限wL 12% 24%
问题：
当土饱和时，即为
Sr=100％则
ewsaG t s wsat 饱和含
水率
20
浮密度与比重和孔隙比的关系
m s V s w sw G s 1 w V 1 e 1 e 21
指标间的换算
质量m 气 水
Vv=e
体积V
土的三相指标中，土粒比重
Gs ，含水量ω和密度ρ是通过
试验测定的，可以根据三个 基本指标换算出其余各指标
土力学课件2011-2-土的物理性质及分类
第2章 土的物理性 质及分类
主要内容
2.6 土的物理性质指标
物理模型
假定模型
2.6.1土的三相草图
▪ 可用三相草图来描述土的三相组成 ▪ 定义土的物理性质指标。
总质量：m=ms+mw 总体积：
V=Vs+Vv=Vs+Va+Vw
符号： s—soil v—void w—water
1 用Dr表示砂土密实度 见表2-9，《铁路工程技术规范》（P50）
▪ 当e=emax时，Dr=0，最松状态； ▪ 当e＝emin时，Dr=1.0，最密状态。 ▪ 优点：可以把土的级配考虑进去，理论上较为完善 ▪ 缺点：emax和emin难以准确测定，给Dr的确定带来困难。
2、标准贯入试验方法 方法：
Vv V Vv
V 1Vv
n 1n
V
饱和度
• 0Sr1 • 饱和土：Sr=1 • 干土：Sr=0
土的饱和重度γsat
土的有效重度（浮重度）
土的干重度 土的密度与重度的关系：
2.6.5 几种常用指标之间关系式的推导
土的三相比例指标之间可以互相换算： 方法1：
由三相图及其定义计算，见教材52页例2.1。 假定V=1, 或者假定Vs=1
平衡锥式液限仪
液限测定演示：
17mm
液限测定演示：
17mm
液限测定演示：
塑限的测定： 搓条法测定。3mm土条。
缩限的测定： 收缩皿法测定。
讨论： ▪ 液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定； ▪ 试验的具体程序和步骤详见《土工试验方法标
准》； ▪ 界限含水量由重塑土测定，而现场原状土有一定
方法2： 由三相图导出的计算公式。
孔隙比与孔隙率的关系
n Vv e V 1e
e n 1 n
干密度与湿密度和含水率的关系
V md 1w dd1w
d
1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
d
ms V
s
1e
e Gs w 1 d
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Sr
Vw Vv
ws
w e
wGs e
a—air
图2-25 土的三相图
三相草图的意义：
•土的三相物质在体积和质量上的比例关系称为三相比例 指标；
•三相比例指标反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密；
•评价土的工程性质的最基本的物理性质指标；
•工程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。
2.6.2 三个实测物理性质指标
直接测定指标（可在实验室内直接测定）： 重度、含水量、土粒比重Gs（土粒密度s）。
▪ Plasticity。
在陶瓷工业、农业科学和土木工程中有广泛应用。
土体体积随含水量的变化：
图2-29 含水量与体积的关系
v
缩限：半固体状态与固体状态间的分界含水量。当含水量小于该值时，
土的界限含水量（Atterberg limits）
体积不发生变化。Shrinkage limit, wS。
v 塑限：可塑状态与半固体状态间的分界含水量。Plastic limit, wP。
2.7.1 粗颗粒土的密实度（砂土的密实度）
用孔隙比e可评价砂土的密实度； 优缺点：
▪ 优点：应用方便、简单 ▪ 缺点：不能考虑颗粒大小、级配和形状的影响 所以： ▪ 应与最大孔隙比与最小孔隙比比较； ▪ 建立相对密度的概念。
最大孔隙比、最小孔隙比的概念：
最小孔隙比：砂土处于最密实状态时的孔隙比，emin 用“振击法”测定。
结构性； ▪ 所以，有时现场土含水量比液限大但地基未流动。
概念:塑性（状1态）时塑含水性量指变数化范IP围，IP（Plasticity index）。
▪ 常省略 %； ▪ 变化范围很大（如大于200）； ▪ 是粘性土区别于砂土的重要特征； ▪反映了土与水之间物理化学作用的强弱。
物理意义： 思考：