土质学与土力学 土的物理性质及工程分类.pptx
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1、 在上述变量中ma=0,独立的量有 Vs、Vw、Va、mw和 ms五个。1 m3 水的质量通常等于 1g,故在数值上 Vw=mw。当研究这些量的相对比例关系时,总是取某一定数量的土体来分析,例如,取 V=1cm3,或 m=1g,或 Vs=1cm3 等,因此又可以消去一个未知量。这样,对于一定数量的三相土体,只要知道其中三个独立的量三个独立的量,其他各个量就可从图中直接换算得到。三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实用的工具。第1页/共38页1.土的密度土的密度密度密度:单位体积土的质量。:单位体积土的质量。Mg/m3,g/cm3粘性土 r=1.82.0g/cm3砂 土 r=
2、1.62.0g/cm3腐殖土 r=1.51.7g/cm3测测定定方方法法:一一般般用用“环环刀刀法法”,用用一一个个圆圆环环刀刀(刀刀刃刃向向下下)放放在在削削平平的的原原状状土土样样面面上上,徐徐徐徐削削去去环环刀刀外外围围的的土土,边边削削边边压压,使使保保持持天天然然状状态态的的土土样样压压满满环环刀刀内内,称称得得环环刀刀内内土土样样的的质质量量,求求得得它它与环刀容积之比值即为其密度。与环刀容积之比值即为其密度。第2页/共38页2.土的重度土的重度重度重度:单位体积土的重量,是重力的函数。单位体积土的重量,是重力的函数。kN/m3G G为土的重量,g g为重力加速度,工程上为了计算方
3、便,取g g=10m/s=10m/s2 2。第3页/共38页3 土粒相对密度(比重)土粒相对密度(比重)相对密度相对密度:土粒密度(单位体积土粒的质量)与土粒密度(单位体积土粒的质量)与44时时纯水密度之比。纯水密度之比。w1为为4时时纯纯水水的的密密度度,w1=1g/cm3;s为为土土粒粒的的密密度度,即即单单位位体体积积土土粒粒的的质质量。故实用上,量。故实用上,土粒相对密度在数值上等于土粒的密度土粒相对密度在数值上等于土粒的密度土粒相对密度在数值上等于土粒的密度土粒相对密度在数值上等于土粒的密度。第4页/共38页测测测测定定定定方方方方法法法法:土土粒粒相相对对密密度度或或比比重重可可在
4、在试试验验室室内内用用比比重重瓶瓶法法测测定定。由于土粒相对密度变化不大由于土粒相对密度变化不大,通常可按经验数值选用。通常可按经验数值选用。第5页/共38页 含含水水量量w是是标标志志土土的的湿湿度度的的一一个个重重要要物物理理指指标标。天天然然土土层层的的含含水水量量变变化化范范围围很很大大,它它与与土土的的种种类类、埋埋藏藏条条件件及及其其所所处处的的自自然然地地理理环环境境等等有有关关。一般说来,对同一类土,当其含水量增大时,则其强度就降低。一般说来,对同一类土,当其含水量增大时,则其强度就降低。4 土的含水量土的含水量含水量:含水量:土中水的质量与土粒质量之比,用土中水的质量与土粒质
5、量之比,用w表示,以百分数计。表示,以百分数计。第6页/共38页测定方法测定方法测定方法测定方法:土的含水量一般用土的含水量一般用“烘干法烘干法”测定。先称小块原状土样测定。先称小块原状土样的湿土质量的湿土质量mm,然后置于烘箱内维持,然后置于烘箱内维持100105烘至恒重,再称干烘至恒重,再称干土质量土质量mms,水的质量,水的质量mmw为湿土和干土质量之差。为湿土和干土质量之差。铝盒铝盒铝盒铝盒烘箱烘箱烘箱烘箱电子天平电子天平电子天平电子天平土样土样土样土样第7页/共38页基本指标土的密度土的密度土的密度土的密度 土粒比重土粒比重土粒比重土粒比重 d ds s土的含水量土的含水量土的含水量
6、土的含水量 w w 在测定土土土土的的的的密密密密度度度度、土土土土粒粒粒粒比比比比重重重重和土土土土的的的的含含含含水水水水量量量量这三个基本指标后,就可以根据三相草图计算出三相组成各自在体积上与质量上的含量。第8页/共38页1.1.土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比和孔隙率 孔隙比孔隙比:土中孔隙体积与土粒体积之比,以小数记。土中孔隙体积与土粒体积之比,以小数记。三相量比例关系的其它常用指标三相量比例关系的其它常用指标三相量比例关系的其它常用指标三相量比例关系的其它常用指标 它它是是一一个个重重要要的的物物理理性性能能指指标标,可可用用来来评评价价天天然然土土层层的的密密实实程程度度。一一般般地
7、,地,e1.0的土是疏松的的土是疏松的高压缩性土高压缩性土高压缩性土高压缩性土。第9页/共38页1.1.土的孔隙比和孔隙率土的孔隙比和孔隙率 孔隙率:孔隙率:土中孔隙体积与土总体积之比,以百分数计。土中孔隙体积与土总体积之比,以百分数计。三相量比例关系的其它常用指标三相量比例关系的其它常用指标三相量比例关系的其它常用指标三相量比例关系的其它常用指标 砂类土:砂类土:28-35%粘性土:粘性土:0-50%,有的可达有的可达60-70%第10页/共38页2 土的饱和度土的饱和度饱和度:饱和度:饱和度:饱和度:土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。土中被水充
8、满的孔隙体积与孔隙总体积之比。土中被水充满的孔隙体积与孔隙总体积之比。砂砂土土根根据据饱饱和和土土Sr的的指指标标值值分分为为稍稍湿湿、很很湿湿和和饱饱和和三三种种湿湿度度状状态态。显显然然,干土的饱和度干土的饱和度Sr=0,而完全饱和土的饱和度,而完全饱和土的饱和度Sr=100%。第11页/共38页3 土的饱和密度和干密度土的饱和密度和干密度饱和密度饱和密度:土中孔隙被水充满时土的密度,土中孔隙被水充满时土的密度,Mg/m3,g/cm3干密度:干密度:单位土体积中土粒的质量单位土体积中土粒的质量,Mg/m3,g/cm3第12页/共38页重度密度重度密度g 密度与重度密度与重度饱和重度饱和重度
9、天然重度天然重度干重度干重度第13页/共38页 对对于于地地下下水水位位以以下下的的土土体体,由由于于受受到到水水的的浮浮力力作作用用,将将扣扣除除水水浮浮力力后后单单位位体体积积土土所所受受的的重重力力称称为为土土的的有有效效重重度度,以以g g 表表示示,当当认认为为水水下土是饱和时,它在数值上等于饱和重度下土是饱和时,它在数值上等于饱和重度g gsat。有效重度有效重度有效重度有效重度第14页/共38页 三三三三相相相相指指指指标标标标换换换换算算算算第15页/共38页 三三三三相相相相指指指指标标标标换换换换算算算算第16页/共38页从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的
10、关系不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导必要时利用三相草图推导 三相图换算指标,就是利用已知的指标,计算出三相草图中的各相数值,再根据所求指标的定义直接计算。事实上,由于三相量的指标都是相对的比例关系,不是量的绝对值,因此,为了简化计算,常常可以假设三相中某相的值为1个单位,实用上最常用的是假设Vs=1.0m3(或cm3)或V=1.0m3(或cm3)进行计算。第17页/共38页 所所谓谓土土的的物物理理状状态态,对对于于粗粗粒粒土土、是是指指土土的的密密实实程程度度,对对于于细粒细粒土土则是指土的软硬程度或称为则是指土的软硬程度或称为粘性土的稠度粘性土的稠度。土的物理状态第18页
11、/共38页无黏性土的密实度无黏性土的密实度 砂土、碎石土和粉土统称为无黏性土无黏性土,无黏性土的密度密度对其工程性质有重要的影响。土的密实度通常指单位体积中固体颗粒的含量。土颗粒含量多,土就密实;土颗粒含量少,土就疏松。反映这类土工程性质的主要指标是密实度。干密度干密度干密度干密度 d d和孔隙比和孔隙比和孔隙比和孔隙比e e(或孔隙度或孔隙度或孔隙度或孔隙度n n)都是表示土的密实度的指标。但是这种用固体含量或孔隙含量表示密实度的方法有其明明显显的的缺缺点点,主要是这种表示方法没有考虑到粒径级配没有考虑到粒径级配这一重要因素的影响。第19页/共38页相相 对对 密密 度度 假定第一种砂是理想
12、的均匀圆球,不均匀系数Cu1.0,最密时的孔隙比e0.35,如果砂粒的比重G2.65,则最密时的干密度 d1.96/cm3。第二种砂同样是理想的圆球。但其级配中除大的圆球外,还有小的圆球可以充填于孔隙中,不均匀系数Cu1.0,最密时的孔隙比e0.35。就是说这两种砂若都具有同样的孔隙比e0.35时时,对于第一种砂,已处于最密实的状态,而对于第二种砂则不是最密实。第20页/共38页相相 对对 密密 度度 工工程程上上为为了了更更好好地地表表明明砂砂土土所所处处的的密密实实状状态态,采采用用将将现现场场土土的的孔孔隙隙比比e与与该该种种土土所所能能达达到到最最密密实实时时的的孔孔隙隙比比emin
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