土力学与基础工程第二章土的物理性质指标课件.ppt

1、Soil Mechanics土的物理性质及分类土的物理性质及分类第二章第二章对土的特点进行详细解释和定量描述对土的特点进行详细解释和定量描述本章特点本章特点:看起来零散看起来零散学习要点学习要点:理清理清 各节间联系各节间联系 各节内层次各节内层次土的物理性质和分类土的物理性质和分类2.1 2.1 土的三相比例指标土的三相比例指标 2.1 土的三相比例指标土的三相比例指标 土的物理状态土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态土的物理性质和分类土的物理性质和分类土的物理性质指标土的物理性质指标(三相间的比例关系三相间的比例关系)力学特力学特性性影响影响表表示示

2、概念概念所谓所谓土的物理性质土的物理性质就是表示土中三相比就是表示土中三相比例关系的一些物理量。例关系的一些物理量。土的物理性质指标不仅可以描述土的物土的物理性质指标不仅可以描述土的物理性质和它所处的状态，而且在一定程理性质和它所处的状态，而且在一定程度上反映了土的力学性质。度上反映了土的力学性质。土的物理性质指标的分类土的物理性质指标的分类一类是必须通过试验测定的，如含水量一类是必须通过试验测定的，如含水量（率）、密度和土粒相对密度，称为（率）、密度和土粒相对密度，称为直直接指标接指标；一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、一类是根据直接指标换算的，如孔隙比、孔隙率、饱和度等，称为孔隙率、饱和

3、度等，称为间接指标间接指标 土的三相图土的三相图为便于说明这些物理性质指标的定义为便于说明这些物理性质指标的定义和它们的换算关系，常用三相图表示和它们的换算关系，常用三相图表示土体内三相的相对含量。土体内三相的相对含量。1.1.三相草图三相草图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm土的物理性质和分类土的物理性质和分类质量质量体积体积2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 三相草图三相草图土的物理性质和分类土的物理性质和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas已知关系五个已知关系五个:共

4、有九个参数共有九个参数:V Vv Vs Va V/ms m ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量三相草图法三相草图法物性指标是比例关系物性指标是比例关系:可假设任一参数为可假设任一参数为1对于饱和土对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定实验室测定其它指标其它指标是一种简单而实用的方法是一种简单而实用的方法2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 土的密度土的密度(density)(density)土粒相对密度土粒相对密度(specific gravity of soil particles)土的含水量土的含水量(water content)三个基本指标：三个基本指标：土的干密度土的干

5、密度(dry density)饱和密度饱和密度(saturated density)浮密度浮密度(buoyant density)描述土的孔隙体积相对含量的指标描述土的孔隙体积相对含量的指标孔隙比孔隙比(void)孔隙率孔隙率(porosity)饱和度饱和度(degree of saturation)特殊条件下土的密度特殊条件下土的密度土的物理性质和分类土的物理性质和分类2.2.室内测定的三个物理性质指标室内测定的三个物理性质指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积-土的密度、土粒密度、土的含水量土的密度、土粒密度、土的含水量土的密度土的密度(densi

6、ty)awswsVVVmmVm 土的容重土的容重(重度重度)=g工程上更常用工程上更常用,用于计算土的自重应力用于计算土的自重应力单位单位:kg/m3 或或 g/cm3单位单位:kN/m3 一般范围一般范围:1.602.20 g/cm3定义定义:土单位体积的质量土单位体积的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 表达式表达式:相关指标相关指标:三相草图有助于直观三相草图有助于直观理解物性指标的概念理解物性指标的概念土的密度土的密度和容重和容重测定方法：环刀法测定方法：环刀法土的物理性质和分类土的物理性质和分类WaterAirSoilVaVwVsVvV

7、ma=0mwmsm质量质量体积体积土粒相对密度土粒相对密度(specific gravity of soil particles)单位单位:无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围:粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65C4w Cwssd44C时纯蒸馏水的密度时纯蒸馏水的密度C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度定义定义:土粒的密度与土粒的密度与4C时纯蒸馏水的密度的比值时纯蒸馏水的密度的比值表达式表达式:定义定义:土的质量（或重量）与同体积土的质量（或重量）与同体积4时纯水的质量之比（无因次）时纯水的质量之比（无因次）表达式

8、表达式:土粒比重土粒比重2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 cwscwsssVmd44)()(土粒相对密度土粒相对密度ds测定方法：测定方法：比重瓶法比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量水的质量m1。然后把烘干土若干克。然后把烘干土若干克(ms)装入空装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量量m2，按下式计算土粒比重，按下式计算土粒比重21mmmmdsss土粒相对密度土粒相对密度ds土的物理性质和分类土的物理性质和分类WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的含水量

9、土的含水量%100(%)ssswmmmmmw定义定义:土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示用百分数表示注意注意:其实是含水比其实是含水比,可达到或超过可达到或超过100表达式表达式:2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 water content or moisture content土的含水量土的含水量测定方法：测定方法：烘干法烘干法。先称出天然湿土的质量，然。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在后放在烘箱里，在100105下烘干，下烘干，称干土的质量。称干土的质量。间接换算的物理性质指标间接换算的物理性质指标 描述土的孔隙体积相对含量的指标描述土的孔隙体

10、积相对含量的指标孔隙比孔隙比(void)孔隙率孔隙率(porosity)饱和度饱和度(degree of saturation)v表示土中孔隙含量的指标表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙比孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)土的物理性质和分类土的物理性质和分类svVVe 换算指标换算指标%100(%)VVnv关系关系:e1en n1ne 在某种程度上反映土的松密在某种程度上反映土的松密砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%有的可达有的可达60-70%定义定义:土中孔隙体积与固体颗粒土中孔隙体积与固体颗粒体积之比体积之比,无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVv

11、V体积体积定义定义:土中孔隙体积与总体积土中孔隙体积与总体积之比之比,用百分数表示用百分数表示表达式表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSoil体积体积三相草图可用于确定三相草图可用于确定物性指标之间的关系物性指标之间的关系2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 土的物理性质和分类土的物理性质和分类饱和度饱和度vwrVVS WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积表达式表达式:定义定义:土中水的体积与孔隙土中水的体积与孔隙体积的比值体积的比值饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Sr=0 :干土干土Sr=1 :饱和土饱和土2.

12、1土的三相比例指标土的三相比例指标 v表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标土的物理性质和分类土的物理性质和分类swmm(%)w 含水量含水量饱和度饱和度vwrVVS WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 土的物理性质和分类土的物理性质和分类v表示土中表示土中密度和容重密度和容重的指标的指标天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度awswsVVVmmVm 天然容重天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 浮密度浮密度有效容重有效容重饱和容重饱和容重W

13、aterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位单位:kg/m3 或或 g/cm3单位单位:kN/m3 定义定义:土被完全烘干时的密度土被完全烘干时的密度,等于等于 单位体积内土粒的质量单位体积内土粒的质量表达式表达式:2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 干密度干密度d d干容重干容重d d土烘干，体积要减小，因而土的干密度土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于不等于烘干土的密度。烘干土的密度。土的干密度或干容重是评价土密实程度土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来密实

14、，反之越疏松。常用它来控制填土控制填土工程的施工质量工程的施工质量。饱和密度饱和密度satsat与饱和容重与饱和容重satsat 定义：定义：土中孔隙完全被水充满，土处于饱和土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量状态时单位体积土的质量或重量表达式：表达式：浮密度浮密度 与浮容重与浮容重 定义：定义：单位体积内土粒质量与同体积水质量单位体积内土粒质量与同体积水质量之差之差表达式：表达式：VVmwssgwsat各种密度容重之间的大小关系：各种密度容重之间的大小关系：土的物理性质和分类土的物理性质和分类dsat dsat天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度Vm 天然容重

15、天然容重干容重干容重Vmsd g gdd VVmvwssat gsatsat 浮容重浮容重wsat 饱和容重饱和容重WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积2.1土的三相比例指标土的三相比例指标 物理性质指标间的换算物理性质指标间的换算 常用的物理性质指标共有常用的物理性质指标共有9个，一般个，一般说，已知其中任意说，已知其中任意3个，通过换算，可以个，通过换算，可以求其余求其余6个。个。土的三相指标中土的三相指标中3 3个直接测定指标是个直接测定指标是 、。测定的方法分别：测定的方法分别：、。表示土的容重的指标有表示土的容重的指标有 个，分别个，分别是是

16、。表示土中含水多少的指标有表示土中含水多少的指标有 。土的三相指标可以概括为土的三相指标可以概括为 个。个。课堂内容考查：课堂内容考查：孔隙比与孔隙率的关系 eeVVnv1nne1干密度与湿密度和含水率的关系干密度与湿密度和含水率的关系 wwVmddd11wd1孔隙比与相对密度和干密度的关系孔隙比与相对密度和干密度的关系 wssdedVm11dwsde饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 ewdeVVSswvwrws当土饱和时，即为当土饱和时，即为SrSr=100=100则则 ssatdwe satw饱和含水率饱和含水率浮密度与相对密度和孔隙比的关系浮密度与相对

17、密度和孔隙比的关系 edeVVmwswswss111n【例1】某土样经试验测得体积为某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度。若土粒的相对密度ds为为2.66，求该土样的含水量，求该土样的含水量、密度、密度、重度、重度、干重度、干重度d 、孔隙比、孔隙比e、饱和重度、饱和重度sat和有效重度和有效重度 【解答解答】%98.11167167187%100smm3/87.1100187cmgVm3/7.181087.1mkNg3/7.1610100167mkNgdd593.0187.1)1198.01(66

18、.21)1(sde%7.53593.066.21198.0edSsr3/4.2010593.01593.066.21mkNeedssat3/4.10104.20mkNwsat例题例题2 一击实试验：击实筒体积一击实试验：击实筒体积1000cm3，测得湿土，测得湿土质量为质量为1.95kg，取一质量为，取一质量为17.48g的湿土，烘干后质的湿土，烘干后质量为量为15.03g，计算含水量和干重度。，计算含水量和干重度。解：解：%3.16%10003.1503.1548.17天然天然重度重度363/5.19101000101095.1mkN3/8.16163.015.191mkNd含水量含水量例题

19、例题3 一体积为一体积为50cm3的土样，湿土质量的土样，湿土质量0.09kg，烘干后质量为，烘干后质量为0.068kg，土粒相对密度土粒相对密度 ，求，求 其孔隙比，若将土样压缩，使其干密度达到其孔隙比，若将土样压缩，使其干密度达到1.61t/m3，土样孔隙比将减少多少？，土样孔隙比将减少多少？69.2sd解：解：36/8.110501009.03mtVm%3.32%100068.0068.009.0干水mm孔隙比减小值孔隙比减小值306.0671.0977.02eee土样的天然密度土样的天然密度土样的含水量土样的含水量977.018.1)323.01(169.21)1(wsde671.0161.1169.21122dwswsddeed