23土密实度、压实和工程分类

2.2无粘土性质－了解2.3粘性土性质－重点2.4土的压实性－工作应用2.5土的工程分类－掌握粘土和粉土分类2.6土的渗透性-熟悉达西定律2.2无粘性土的相对密实度无粘性土定义：砂土、碎石土统称为无粘性土。无粘性土工程性质：排列越紧密，在外荷载作用下变形越小，强度越大2.2无粘性土的相对密实度对无粘性土来说，土体的松密程度对土的工程性质影响很大。土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好；土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差。描述土的松紧程度的指标有干密度和孔隙比，密实度在一定程度上可用其天然孔隙比来反映2.2无粘性土的相对密实度（1）天然孔隙比e优缺点：优点：简单、简捷缺点：不能反映砂土的级配和颗粒形状的影响，有时较疏松的级配良好的砂土孔隙比比较密实的颗粒均匀的砂土孔隙比还小。2.2无粘性土的相对密实度（1）无粘性土的孔隙比指标。但是即便两种无粘性土具有同样的孔隙比也未必表明他们处于同样的状态。在工程上一般用相对密实度Dr来衡量无粘性土的松紧程度。（2）相对密实度Dr定义（理论表达式）minmax0maxeeeeDr定义（实用表达式）ddddddrDminmaxmaxmine0无粘性土的天然孔隙比或填筑孔隙比ρdmax无粘性土的最大干密度ρdmin无粘性土的最小干密度ρd无粘性土的天然干密度或填筑干密度emax:最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比emax无粘性土处于最松状态时的孔隙比，可由其最小干密度换算(漏斗和容器测定)emin无粘性土处于最密状态时的孔隙比，可由其最大干密度换算(风干土样分层夯实)相对密实度Dr1rDminee无粘性土处于最密实的状态0rDmaxee无粘性土处于最松散的状态在工程上，用相对密实度划分无粘性土状态如下：310rD3231rD132rD疏松中密密实（3）标准贯入锤击数N：标准贯入试验：SPT(standardpenetrationtest)试验时，将质量为63.5kg的穿心锤，以76cm的落距，将标准规格的贯入器，自钻孔底部预打15cm，记录再打入30cm的锤击次数，即为标准贯入试验锤击数N。优点：真实可靠。砂土密实度松散稍密中密密实N≤1010N≤1515N≤3030（4）碎石的野外鉴别方法确定密实程度：分为四类：密实中密稍密松散例题分析【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度ds=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态【解答】78.0166.1)0943.01(7.21)1(sde砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比31max/62.1cmgVmsd67.01maxmindwsde砂土最大孔隙比32min/45.1cmgVmsd86.01minmaxdwsde42.0minmaxmaxeeeeDr相对密实度∈（1/3,2/3]中密状态2.3粘性土的性质土的物理状态粘性土的软硬状态对于粘性土，因粘土矿物含量高、颗粒细小，其物理状态与含水量关系非常密切。力学特性影响表示本节要求掌握1.粘性土的稠度定义：指粘性土在某一含水率下对外界引起的变形或破坏的抵抗能力，是粘性土最主要的物理状态指标。粘性土的稠度流动状态可塑状态固体状态半固体状态刚沉积的粘土，本身不能保持其形态，极易流动外力作用可改变其形状，而不改变其体积，并在外力卸除后仍能保持已获得的形状水分蒸发，含水率减小，体积收缩含水率减小,丧失可塑性，外力作用下易于发生破裂体积不再收缩，空气进入土体，土的颜色变淡液限流动状态与可塑状态的界限含水率，可塑状态的上限含水率LL(LiquidLimit)塑限可塑状态与半固体状态的界限含水率，可塑状态的下限含水率PL(PlasticLimit)缩限半固体状态与固体状态的界限含水率，即粘性土随着含水率的减小而体积开始不变的含水率。SL(ShrinkageLimit)LwPwsw粘性土从一种状态转变为另一状态，可用某一分界含水率来区分，界限含水量（阿太堡界限Atterberglimits）塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态固态或半固态可塑态流态强结合水膜最大出现自由水强结合水弱结合水自由水稠度状态含水量土中水的形态w粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，并无明确的界限。2.塑限测定方法：搓滚法和液塑限联合测定法塑限测定方法：搓滚法：调制均匀的湿图样，在毛玻璃上搓滚成3毫米直径的土条，若这个时刻恰好出现裂缝，就把土条的含水率定为塑限液塑限联合测定法：取代表性试样，加入不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重76g作用下经5～15秒后沉入试样的深度。以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲线。入土深度2毫米所对应的含水率为塑限。3.液限测定方法：液塑限联合测定法：以圆锥体入土深度17mm土样含水量即液限。《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）规定76g圆锥仪入土深度恰好为17毫米所对应的含水率为17毫米液限，与碟式仪入土深度恰好为10毫米所对应的含水率为10毫米液限一致。液塑限联合测定法和碟式仪法液限测定方法：4.缩限测定方法：收缩皿法把土料的含水率调制到大于土的液限，然后将试样分层填入收缩皿中，刮平表面，烘干，测出干土样的体积并称量至0.1克，按下式计算wssmVVww211）塑性指数PI(PlasticityIndex)液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）称为塑性指数plpwwI•塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。•一般地，塑性指数越高，土的粘粒含量越高，所以常常用作粘性土的分类指标。5.粘性土的物理状态指标2)液性指数LI(LiquidityIndex)PPPLPLIwwwwwwI粘性土即使具有相同的含水率，也未必处于同样的状态，粘性土的状态用液性指数来判别。液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。判定Pww0LI土处于坚硬状态LPwww0.10LI土处于可塑状态wwL0.1LI土处于流动状态3)粘性土的物理状态指标注意由于液限和塑限目前都是用扰动土测定的，土的结构已彻底破坏，而天然土含水率大于液限只是意味着：若土的结构遭到破坏，它将转变为粘滞泥浆。4)天然稠度Naturalconsistency定义：指原状土样测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比，符号wc作用：可用于划分路基的干湿状态。pllcwwwww为粘土;106.224.2548pLpWWI为可塑态;487.06.224.254.36PPLIWWI例题1某土样的液限为38.6%，塑限为23.2%，天然含水量为25.5%，问该土样处于何种状态？15.04.152.235.25pplIwwI解：已知=38.6%，=23.2%，w=25.5%，则Ip=38.6–23.2=15.4所以，该土处于硬塑状态。例题21.某粘土的含水量w=36.4%,液限wL=48%、塑限wp=25.4%，要求：1).计算该土的塑性指标Ip；2).确定该土的名称；3).计算该土的液性指标IL；4).按液性指标数确定土的状态。解：2.4土的压实性公元前200多年，我国秦朝修筑驰实（行车大道），就有用“铁锥筑土坚实”的记载。土的压实性指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度的性质。在实验室内研究土的密实性是通过击实试验进行的。击实试验轻型：粒径小于5毫米重型：粒径小于40毫米3947cmVKgG5.2cmH5.3025下，分三层击实32104cmVKgG5.4cmH7.4556下，分5层击实一、土的压实与含水率的关系压实机理：土粒定向排列;孔隙体积减小;气被挤出或被压缩等0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)dmax=1.86wop=12.1目的：依据：《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)分类法2.5土的工程分类是将工程性质相近的土进行分类便于研究及应用能反映土的物理力学性质－土的组成土的状态土的结构土：6类岩石碎石土砂土粉土粘性土人工填土《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2011)分类法掌握碎石土土的名称颗粒形状粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全质量50%卵石碎石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砾角砾粒径大于20mm的颗粒超过全质量50%粒径大于2mm的颗粒超过全质量50%砂土土的名称粒组含量粒径大于2mm的颗粒占全质量25~50%砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于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%粉土粒径大于0.075mm的颗粒含量小于全质量50%塑性指数Ip≤10的土塑性指数Ip10的土粘性土10Ip≤17Ip17粘土粉质粘土掌握掌握2.6土的渗透性土的渗透性水透过土体孔隙的现象成为渗透osmosis土具有被水透过的性能称为土的渗透性permeability渗透理论一、渗透模型(a)水在土孔隙中的运动(b)渗流模型（层流）水在土孔隙中的运动轨迹与渗流模型假设：(1)在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；(2)任意截面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；(3)在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。二Darcy渗透定律由于土中孔隙一般非常微小，水在土体中流动时的粘滞阻力很大，流速缓慢层流水在土中的渗透速度和试样两端水面间的水位差成正比，而与渗径长度成反比hiLhkvkiAvAqkiLhkv1856年法国学者Darcy对砂土的渗透性进行研究流速与水力梯度的关系－砂土砂土的水力梯度与渗透速度呈线性关系，符合达西渗透定律。v=kiivO砂土流速与水力梯度的关系－粘土对于密实的粘土，由于吸着水具有较大的粘滞阻力，因此，只有当水力梯度达到某一数值后，克服了吸着水的粘滞阻力以后，才能发生渗透。我们将这一开始发生渗透时的水力梯度成为粘性土的起始水力梯度ib起始水力坡降虚直线简化0iv密实粘土bvkiiib掌握作业：习题：2.4、2.9下次课交！切记！