【文章內(nèi)容簡介】 即單位體積土粒的質(zhì)量（ γs= ρsg稱為土粒密度）； ? ρw——4176。 C時(shí)純蒸餾水的密度，一般?。? ρw 。 ? 因?yàn)?ρw ＝ ，故實(shí)用上，土粒相對密度在數(shù)值上即等于土粒的密度，但是一無量綱數(shù)。 2．測定方法 ：比重瓶法測定。 ? 土粒相對密度的變化范圍不大，細(xì)粒土（粘性土）一般為~；砂土一般為 。土中有機(jī)質(zhì)含量增加時(shí)，土粒相對密度減小。 二、換算指標(biāo) （一）干密度 Pd與干重度 γd Pd：土的固相質(zhì)量 ms與總體積 v之比，即 : ? Pd越大，土越密實(shí)，常作為填土容實(shí)度的施工控制指標(biāo)。 γd =Pd g = 10Pd （二）飽和密度 Psat與飽和重度 γsat 1. 飽和密度 Psat ：土中孔隙全部充滿水時(shí)，單位體積土的質(zhì)量。 2．飽和重度 γsat = Psat g = 10 Psat （三）有效密度 P`（浮密度）和有效重度 γ` （浮重度） 1．有效密度：在地下水位以下，單位體積中土粒的質(zhì)量扣除同體積水的質(zhì)量后，即為單位土體積中土粒的有效質(zhì)量，稱為土的有效密度，即 2．有效重度 γ` = P` g=10P（ kN/m3） γ `= γsat –γw(γw=10KN/m3) （四）土的孔隙比 е ? 土中孔隙體積與顆粒體積之比，稱為孔隙比，即 e=Vv/Vs ? 孔隙比是表明土密實(shí)程度的一個(gè)很重要的物理指標(biāo)，建筑物的沉降量與的孔隙比有著密切的關(guān)系。天然狀態(tài)下的粘性土 е ，土是密實(shí)的，低壓縮的；當(dāng) е 1時(shí)，土是松軟的，建筑物的沉降量也大，屬高壓縮性土。 （五）孔隙率（度） n 土中孔隙體積與總體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即： （六）土的飽和度 Sr ? 土中水的體積與孔隙體積之比，以百分?jǐn)?shù)表示，即： ? 土的飽和度反映土的潮濕程度。如果 Sr=100%，表明土孔隙中充滿水，土是完全飽和的； Sr=0，則土是完全干燥的。通?？筛鶕?jù)飽和度的大小將砂土劃分為稍濕、很濕和飽和三種狀態(tài)： Sr≤50% 稍濕 50%＜ Sr≤80% 很濕 Sr＞ 80% 飽和 三、指標(biāo)間的關(guān)系 上面我們講了試驗(yàn)指標(biāo)和換算指標(biāo)，其中試驗(yàn)指標(biāo)有三個(gè)，它們是土的密度，土粒比重和含水量。這三個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)必須通過試驗(yàn)才能確定，土的密度用 “ 環(huán)刀法 ” 測定，土粒比重用 “ 比重瓶法 ” 測定，含水量用 “ 烘干法 ” 測定。在測定出這三個(gè)基本指標(biāo)后，其余換算指標(biāo)可根據(jù)這三個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)算出來。下面我們著重介紹一下?lián)Q算指標(biāo)與試驗(yàn)指標(biāo)間的關(guān)系。 ? 設(shè)土粒體積 Vs＝ 1，則根據(jù)孔隙比定義得： Vv=Vse=e V=1+e 根據(jù)相對密度定義得： ? 根據(jù)含水量定義得： ? 根據(jù)體積和質(zhì)量關(guān)系： ? 根據(jù) 上圖 ，可由指標(biāo)的定義得到下述計(jì)算公式，即 作 業(yè)： P29：第 1題、第 2題、第 5題 《 土力學(xué) 》 教案 ? 課 次：第 3次 ? 主要內(nèi)容：土的物理特性指標(biāo)；土的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造；土的工程分類 ? 重點(diǎn)內(nèi)容：黏性土的物理特性指標(biāo)；土的工程分類 ? 教學(xué)方法：精講啟發(fā)式 167。 土的物理特性指標(biāo) 一、 粘性土的物理特性指標(biāo) ? 粘性土 ：是指具有可塑狀態(tài)性質(zhì)的土，它們在外力的作用下，可塑成任何形狀而不開裂，當(dāng)外力去掉后，仍可保持原形狀不變，土的這種性質(zhì)稱為可塑性。 （一）粘性土的界線含水量 ? 含水量的大小對粘性土的工程性質(zhì)要產(chǎn)生極大的影響，隨著含水量的增加，粘性土的強(qiáng)度要降低，壓縮性要提高。 ? 粘性土隨著含水量的增加，將由 固態(tài) →半固態(tài) →可塑狀態(tài) →流動(dòng)狀態(tài) ，如下圖所示。 ? 流動(dòng)狀態(tài) ：當(dāng)粘土中水較多、土粒完全被水隔開時(shí) ,土成泥漿狀，可流動(dòng)。這時(shí)土的抗剪強(qiáng)度極低。 ? 可塑狀態(tài) ：在外力作用下可塑成任何形狀而不發(fā)生裂縫，當(dāng)外力移去后能保持既得形狀，不回彈也不坍塌，粘性土的這種特性稱為可塑性，相應(yīng)的狀態(tài)為可塑狀態(tài)。此時(shí)土有很小的抗剪強(qiáng)度。 ? 半固態(tài) ：當(dāng)含水量繼續(xù)減少時(shí)，土體因水份減少而發(fā)生體積收縮，稱為半固態(tài)。 ? 固態(tài) ：當(dāng)含水量進(jìn)一步減少，但其體積不再收縮時(shí)，粘土處于固態(tài)。 ? 處于半固態(tài)和固態(tài)的粘性土，具有較大的抗剪強(qiáng)度，在外力作用下不再有可塑性，而是呈 脆性 。 ? 界線含水量 ：粘性土的一種狀態(tài)轉(zhuǎn)入另一種狀態(tài)時(shí)的分界含水量稱為界線含水量。 ? 土由流動(dòng)狀態(tài)變成可塑狀態(tài)的界限含水量稱為 液限 ，用 WL表示；土由可塑狀態(tài)變化到半固態(tài)的界限含稱為塑限，用WP表示；由半固態(tài)到固態(tài)的界限含水量稱為 縮限 ，用 WS表示。塑限 WP和液限 WL在國際上稱為阿太堡界限，來源于土壤學(xué)，后來應(yīng)用于土木工程。 ? 處于固態(tài)的土，基本上只含強(qiáng)結(jié)合水；處于半固態(tài)的土，含強(qiáng)結(jié)合水及部分弱結(jié)合水；處于塑性狀態(tài)的粘性土含有結(jié)合水和少部分自由水；處于流動(dòng)狀態(tài)的粘性土含有大量的自由水。 （二）界限含水量的測定方法 1．液限 WL的測定 我國用錐式液限儀 來測定，如下圖所示。 ? 將調(diào)成濃糊狀的試樣裝滿盛土杯，刮平杯口面，手握手柄將園錐體輕放于試樣之上，使其在自重作用下緩慢下沉。如經(jīng)過 15s圓錐沉入深度恰好為 10mm時(shí)，該試祥的含水量即為液限 wL值。 ? 若錐體入土深度大于 10mm，說明土樣的含水量高于液限；若錐體入土深度小于 10mm，說明土樣的含水量低于液限。需重新調(diào)配試樣，直到合格為止。 ? 對于合格的試樣，利用烘干法測定其含水量，即為液限 wL。 ? 在歐美等國家多采用碟式液限儀。 2．塑限 WP的測定 ? 用 “ 搓條法 ” 測定，將調(diào)配好的試樣，用手先搓成直徑小于 10mm的小園球，然后用手撐放在毛玻璃板上搓成小土條，若土條搓至直徑為 3mm時(shí)正好斷裂或出現(xiàn)較多裂縫，這時(shí)土樣的含水量就是塑限。若土條搓至直徑 3mm時(shí)仍未斷裂，說明試樣含水量高于塑限；如土條過早斷裂，說明土樣含水量低于塑限。在這種情況下，都需重新調(diào)配試樣直到合格為止。然后，將合格的試樣稱取 15g，用 ” 烘干法 ” 測定含水量，即得塑限 ωP。 3．液塑限聯(lián)合測定法（公路系統(tǒng)） ? 用錐式液限儀進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，圓錐的入土深度與土樣的含水量有關(guān)。試驗(yàn)表明，二者在雙對數(shù)坐標(biāo)上為直線關(guān)系，如下圖所示。 ? 試驗(yàn)時(shí)，調(diào)配成三種含水 量不同的試樣，分別用錐 式液限儀來測定入土深度 ，這樣便在雙對數(shù)座標(biāo)上 得到三個(gè)點(diǎn)， ? 通過這三點(diǎn)，畫一條直線。相應(yīng)于入土深度 10mm時(shí)的含水量為液限 ωL，相應(yīng)于入土深度為 2mm時(shí)的含水量為塑限 ωP。 （三）塑性指數(shù)與液性指數(shù) 1．塑性指數(shù) ：液限 ωL與塑限 ωP的差值，即 IP = ωL－ ωP ? 習(xí)慣用不帶％的數(shù)值表示。 ? 塑性指數(shù)的大小，反映了土處于可塑狀態(tài)的含水量變化范圍。IP值越大，土處于可塑狀態(tài)的含水量范圍也越大。而土處于可塑狀態(tài)時(shí)，土中水是結(jié)合水和小部分自由水。 ? 因此， IP的大小與土中結(jié)合水的含量有明顯的關(guān)系，也就是與土顆粒大小有關(guān)，土粒越細(xì)，粘粒越多，其比表面積 越大，結(jié)合水含量越高， IP值也就越大。 ? 此外，塑性指數(shù)的大小也與礦物成份和土中水的化學(xué)成份有關(guān)，可看成是土的一個(gè)綜合性指標(biāo)。對于塑性指數(shù)相似的粘性土，一般均表現(xiàn)出相似的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類的標(biāo)準(zhǔn)。此外，塑性指數(shù)的大小也與礦物成份和土中水的化學(xué)成份有關(guān)，可看成是土的一個(gè)綜合性指標(biāo)。對于塑性指數(shù)相似的粘性土，一般均表現(xiàn)出相似的物理力學(xué)性質(zhì)。因此，常用塑性指數(shù)作為粘性土分類的標(biāo)準(zhǔn)。 2．液性指數(shù)（稠度） ? 式中： ω土的天然含水量。 ? 由上式可見：當(dāng) ωωP時(shí)， IL 0，土處于固態(tài)和半固態(tài)。 ? 當(dāng) ωP ≤ω≤ωL時(shí) ， 0 ≤ IL ≤1，土處于可塑狀態(tài)。 ? 當(dāng) ωωL時(shí)， IL 1，土處于流動(dòng)狀態(tài)。 ? 由此可見，液性指數(shù) IL的大小反映了粘性土的軟硬程度。 IL越大，土越軟。根據(jù)液性指數(shù) IL的大小， 《 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 》 將粘性土劃分為五種軟硬狀態(tài)，劃分標(biāo)準(zhǔn)見下表 （四）粘性土的靈敏度和觸變性 天然狀態(tài)下的粘性土，由于地質(zhì)歷史作用常具有一定的結(jié)構(gòu)性。當(dāng)土體受到外力擾動(dòng)作用，其結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，土的強(qiáng)度降低，壓縮性增高。工程上常用靈敏度 St來衡量粘性土結(jié)構(gòu)性對強(qiáng)度的影響。 狀 態(tài) 堅(jiān) 硬 硬 塑 可 塑 軟 塑 流 塑 液性指數(shù) IL≤0 0＜IL≤ ＜IL≤ ＜IL≤ IL＞ 粘性土的軟硬狀態(tài) 1．靈敏度 Si= qu /qu ? 式中： qu——原狀土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度， kPa； qu′——重塑土無側(cè)限抗壓強(qiáng)度， kPa。 ? 土的靈敏度愈高，其結(jié)構(gòu)性愈強(qiáng)，受擾動(dòng)后土的強(qiáng)度降低就愈明顯。因此，在基礎(chǔ)工程施工中必須注意保護(hù)基槽，盡量減少對土結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)。 2．粘性土的觸變性 ：粘性土受擾動(dòng)時(shí)強(qiáng)度降低，而靜止時(shí)土的強(qiáng)度又重新增長的性質(zhì)，稱為土的觸變性。 ? 土的觸變性對樁基礎(chǔ)很有利，打預(yù)制樁時(shí)，樁周圍土受震結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，使樁容易打入。當(dāng)打樁停止后，土的部分強(qiáng)度又恢復(fù)，使樁的承載力又提高了。 （五）土的最優(yōu)含水量 1．定義 ? 修建公路，有一半以上的路段為填方路段，人工填土作為路基必須處理，一般采用壓路機(jī)碾壓法。對于建筑工程，當(dāng)人工填土作為建筑物地基時(shí)，也必須處理，一般利用人工夯實(shí)的方法進(jìn)行分層夯實(shí)，以提高填土的強(qiáng)度，增加密實(shí)度和降低透水性，降低壓縮量。 ? 對于過干的土進(jìn)行夯打時(shí)，由于土中水主要是強(qiáng)結(jié)合水，土粒周圍的水膜很薄，顆粒間具有很大的分子吸引力，阻止顆粒間的移動(dòng)，擊實(shí)比較困難。當(dāng)含水量繼續(xù)增加時(shí)，土中含強(qiáng)結(jié)合水及弱結(jié)合水，水膜變厚，土粒間聯(lián)結(jié)力減弱而使土粒便于移動(dòng)，擊實(shí)效果較好；當(dāng)水含量繼續(xù)增大時(shí)，土中出現(xiàn)了自由水，擊實(shí)時(shí)，孔隙中過多的水分不易立即排出，勢必阻止土粒間的靠擾，產(chǎn)生軟彈現(xiàn)象（俗稱橡皮土），擊實(shí)效果反而下降。所以，要使土的擊實(shí)效果最好，含水量必定有一個(gè)最佳值，即最優(yōu)含水量。 ? 最優(yōu)含水量 ：在一定夯擊或壓實(shí)能量下，填土達(dá)到最大干密度時(shí)，相應(yīng)的含水量為最優(yōu)含水量。 2．最優(yōu)含水量 ω0P的測定 ? 用擊實(shí)儀測定，如下圖所示。 ? 圖中擊錘重 ，錘底直徑 50mm，落距 460mm，擊實(shí) 筒的容積為 1000cm3，內(nèi)裝 土樣。 ? 導(dǎo)筒起導(dǎo)向作用，將土樣放 ，松手后擊錘在自重作用下 下落，可將土樣擊實(shí)。 ? 試驗(yàn)時(shí)，對同一種土，配成若干份含水量不同的試樣，對每一份先取 1/3倒入擊實(shí)筒內(nèi)，進(jìn)行擊實(shí)。對于砂土一般 20擊，粘土 30擊。然后再取 1/3倒入擊實(shí)筒，再進(jìn)行擊實(shí)，最后將另外 1/3倒入擊實(shí)筒，進(jìn)行擊實(shí)，也就是分三層夯實(shí)，達(dá)到規(guī)定擊數(shù)后，測定土樣的含水量和干密度。含水量一般用烘干法測定，而土樣的干密度可按下式計(jì)算，即 ? 式中： m擊實(shí)筒的土樣質(zhì)量， g； ? A0擊實(shí)筒內(nèi)面積， cm2； ? h擊實(shí)后試樣高度， cm； ? ω含水量，用烘干法測定。 ? 根據(jù)對不同含水量試樣進(jìn)行試驗(yàn) ? 的結(jié)果，繪制擊實(shí)曲線，即含水 ? 量與干密度關(guān)系的曲線，如下圖 ? 所示，曲線處于峰值的含水量就 ? 是最優(yōu)含水量 ω0P，相應(yīng)的干密 ? 度為 ρdmax. ? 從擊實(shí)曲線可以看出，當(dāng)填土中的含水量低于最優(yōu)含水量時(shí)，隨著含水量的增加，干密度也隨之加大，表明擊實(shí)效果逐步提高。當(dāng)含水量高于最優(yōu)含水量后，隨著含水量的增加，擊實(shí)效果反而下降。因此，用人工填土作為地基時(shí)，首先應(yīng)調(diào)整其含水量為最優(yōu)含水量，然后再夯實(shí)或碾壓，才能獲得最高的密實(shí)度。 3．最優(yōu)含水量經(jīng)驗(yàn)值 ? ω0p=ωp+2 ? 有時(shí)，在缺少擊實(shí)儀條件下，可根據(jù)測得的塑限估計(jì)最優(yōu)含水量。 二、無粘性土的密實(shí)度 ? 對于砂、卵石、礫石等無粘性土，屬單粒結(jié)構(gòu)，最主要的物理特性指標(biāo)就是密實(shí)度。表明密實(shí)度的方法有三種： 1. 用 孔隙比 e作為劃分密實(shí)度的標(biāo)準(zhǔn)， e值越小，土越密實(shí)。 ? 以 相對密度