第二章土的物理性质指标.

四、土的物理与力学性质空气Air三相草图水Water固体Solidma=0mwmsm质量VaVwVsVnV体积土的三相比例指标土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。WaterAirSoilVaVwVsVnVma=0mwmsm质量体积VVVnVVVVaasVmmmmmmaas0已知关系五个:共有九个参数:VVnVsVaVω/msmωmam三相草图法对于饱和土,Va=0是一种简单而实用的方法基本物理性质试验为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本指标的物理性质试验：土的密度试验土粒相对密度试验土的含水量试验土的三相基本指标•定义：土单位体积的质量•表达式：•单位:kg/m3或g/cm3•试验方法：环刀法•一般范围:1.60~2.20g/cm3awswsVVVmmVm土的（湿）密度(天然密度)空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVnV体积相关指标:土的容重=g单位:kN/m3工程上更常用,用于计算土的自重应力土的三个基本指标粘性土：=1.8～2.0g/cm3砂土：=1.6～2.0g/cm3腐殖土：=1.5～1.7g/cm3测定方法：一般用“环刀法”，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样的质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。土的三个基本指标土的（湿）密度用烘干法测定土样电子天平环刀sssVm定义：土粒密度是指固体颗粒的质量ms与其体积Vs之比；即土粒的单位体积质量表达式：单位：g/cm3土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关，而与土的孔隙大小和含水多少无关。实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。砂土的土粒密度一般为：2.65g/cm3左右粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm3粉质粘土的土粒密度一般为：2.68~2.72g/cm3粘土的土粒密度一般为：2.7-~2.75g/cm3气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V土的三个基本指标土粒的密度sρ土粒的密度值ρs在大小上等于土的相对密度即等于土的比重G。•定义：土中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示•表达式：•单位:无量纲•实验方法：烘干法,酒精燃烧法•一般范围：变化范围大(%)100%100%wsssmmmmm注意:其实是含水比,可达到或超过100％土的含水量W空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVnV体积土的三个基本指标测定方法：先称小块原状土样的湿土质量m，然后置于烘箱内维持100～105℃烘至恒重，再称干土质量ms，水的质量mw为湿土和干土质量之差。铝盒烘箱电子天平土样土的三个基本指标土的含水量W用烘干法测定定义：土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指土单位体积中土粒的重量，即：固体颗粒的质量与土的总体积之比值。气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V表达式：单位：g/cm3Vmsd土的干密度一般常在1.3~1.8g/cm3在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准，以控制填土工程的施工质量。土的干密度d定义:土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度。即，土的孔隙中全部充满液态水时的单位体积质量气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V单位:g/cm3VVnmwssat土的饱和密度的常见值为1.8~2.30g/cm3土的饱和密度sat定义:土的浮密度是土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差.ρ’=ρsat-ρw单位:g/cm3同一种土在体积不变的条件下，它的各种密度在数值上有如下关系：'dsats气水土粒msmwmVsVwVVa质量m体积V土的浮密度’表示土体密度和容重的指标干密度：土被烘干时的密度，干容重：gddV/msd天然密度天然容重awswsVVVmmVmg饱和密度：土被饱和时的密度，饱和容重：VVmvwssatgsatsatwsat浮容重：静水下的有效容重空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVnV体积各种密度容重间的大小关系dsatdsat天然密度干密度饱和密度VmmVmwsVVmvwssatV/msd天然容重干容重饱和容重浮容重gddggsatsatwsat空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVnV体积土的三相比例指标表示土中孔隙含量的指标砂类土：28-35%粘性土：30-50%，有的可达60-70%sV/Vne孔隙比e：土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,为无量纲V/V(%)nn孔隙率(孔隙度)n：土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVnV体积土的三相比例指标表示土中含水程度的指标对干土：Sr=0对饱和土：Sr=1swmm(%)w含水量：nwrVVS饱和度：土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水的程度：空气水固体ma=0mwmsm质量VaVwVsVnV体积土的三相比例指标名称符号三相比例表达式常用换算公式单位常见的数值范围土粒比重sdwlsssVmdweSdrs粘性土：2.72~2.76粉土：2.70~2.71砂类土：2.65~2.69含水量w%100swmmwsrdeSw；1dw20%~60%密度Vm)1(dwws1)1(ewdg/cm31.6~2.0g/cm3干密度dVmsd)1(dwwsd1edg/cm31.3~1.8g/cm3饱和密度satVVmwsssatwssat1eedg/cm31.8~2.3g/cm3有效密度VVmwsswsatws11edg/cm30.8~1.3g/cm3重度ggVmws1)1(ewdkN/m316~20kN/m3干重度dggVmdsdwsd1edkN/m313~18kN/m3饱和重度satggVVmsatwsssatwssat1eedkN/m318~23kN/m3有效重度ggVVmwssws11edkN/m38~13kN/m3孔隙比esvVVe1dwsde1)1(wswde粘性土和粉土：0.40~1.20砂类土：0.30~0.90孔隙率n%100vVVneen1；wsd1dn粘性土和粉土：30%~60%砂类土：25%~45%饱和度rS%100vwrVVSewdSsr；wdrnwS0~100%三相指标换算土的三相比例指标名称符号三相比例表达式常用换算公式单位常见的数值范围土粒比重sdwlsssVmdweSdrs粘性土：2.72~2.76粉土：2.70~2.71砂类土：2.65~2.69含水量w%100swmmwsrdeSw；1dw20%~60%密度Vm)1(dwws1)1(ewdg/cm31.6~2.0g/cm3干密度dVmsd)1(dwwsd1edg/cm31.3~1.8g/cm3饱和密度satVVmwsssatwssat1eedg/cm31.8~2.3g/cm3有效密度VVmwsswsatws11edg/cm30.8~1.3g/cm3重度ggVmws1)1(ewdkN/m316~20kN/m3干重度dggVmdsdwsd1edkN/m313~18kN/m3饱和重度satggVVmsatwsssatwssat1eedkN/m318~23kN/m3有效重度ggVVmwssws11edkN/m38~13kN/m3孔隙比esvVVe1dwsde1)1(wswde粘性土和粉土：0.40~1.20砂类土：0.30~0.90孔隙率n%100vVVneen1；wsd1dn粘性土和粉土：30%~60%砂类土：25%~45%饱和度rS%100vwrVVSewdSsr；wdrnwS0~100%名称符号三相比例表达式常用换算公式单位常见的数值范围土粒比重sdwlsssVmdweSdrs粘性土：2.72~2.76粉土：2.70~2.71砂类土：2.65~2.69含水量w%100swmmwsrdeSw；1dw20%~60%密度Vm)1(dwws1)1(ewdg/cm31.6~2.0g/cm3干密度dVmsd)1(dwwsd1edg/cm31.3~1.8g/cm3饱和密度satVVmwsssatwssat1eedg/cm31.8~2.3g/cm3有效密度VVmwsswsatws11edg/cm30.8~1.3g/cm3重度ggVmws1)1(ewdkN/m316~20kN/m3干重度dggVmdsdwsd1edkN/m313~18kN/m3饱和重度satggVVmsatwsssatwssat1eedkN/m318~23kN/m3有效重度ggVVmwssws11edkN/m38~13kN/m3孔隙比esvVVe1dwsde1)1(wswde粘性土和粉土：0.40~1.20砂类土：0.30~0.90孔隙率n%100vVVneen1；wsd1dn粘性土和粉土：30%~60%砂类土：25%~45%饱和度rS%100vwrVVSewdSsr；wdrnwS0~100%三相指标换算土的三相比例指标常用的物理性质指标间的换算关系要点•从物理意义上理解指标间的关系•不鼓励死记硬背•必要时利用三相草图推导可分为两类：一类是必须通过试验测定的，如含水率、密度和土粒比重，称为直接指标；另一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为间接指标。土的三相比例指标【例题1】某一块试样在天然状态下的体积为38.4cm3，称得其质量为67.21g，将其烘干后称得质量为49.35g，根据试验得到的土粒比重G为2.69，试求试样的土的密度、干密度、含水率、饱和密度、孔隙比、孔隙率和饱和度。【解】（1）已知V＝60cm3，m=108g，则由式（1－4）得ρ=m／v=180／60=1.8g/cm3（2）已知ms=96.43g，则mw=m－ms=108－96.43=11.57g按式（1－9），于是w=mw／ms＝11.57／96.43=12%（3）已知Gs=2.7，则Vs=ms／ρs=96.43／2.7＝35.7cm3Vv=V－Vs=60－35.7＝24.3cm3按式（1－10），于是e=Vv／Vs＝24.3／35.7=0.68（4）按式（1－11）n=Vv／V＝24.3／60=40.5％（5）根据ρw的定义Vw=mw／ρw=11.57／1＝11.57cm3于是按式（1－12）St=Vw／Vv=11.57／24.3＝48％§2.2土的三相比例指标土的物理状态指标土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态土的物理性质指标(三相间的比例关系)表示影响力学特性密实度稠度§2.3黏性土的物理特性粘性土最主要的物理状态特征与含水量有关粘性土含水量较硬变软流动§2.3黏性土的物理特性粘性土的状态转变过程可塑状态：黏性土在某含水量范围内，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，当外力卸除后仍能保持已有