第4讲第一章土的物理性质.ppt
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1、第3讲 第一章 土的物理性质,主要内容:土的物理特性指标;土的结构与构造;土的工程分类 重点内容:黏性土的物理特性指标;土的工程分类 教学方法:精讲启发式,1.4 土的物理特性指标 一、粘性土的物理特性指标 粘性土:是指具有可塑状态性质的土,它们在外力的作用下,可塑成任何形状而不开裂,当外力去掉后,仍可保持原形状不变,土的这种性质称为可塑性。 (一)粘性土的界线含水量 含水量的大小对粘性土的工程性质要产生极大的影响,随着含水量的增加,粘性土的强度要降低,压缩性要提高。 粘性土随着含水量的增加,将由固态半固态可塑状态流动状态,如下图所示。,流动状态:当粘土中水较多、土粒完全被水隔开时,土成泥浆状
2、,可流动。这时土的抗剪强度极低。 可塑状态:在外力作用下可塑成任何形状而不发生裂缝,当外力移去后能保持既得形状,不回弹也不坍塌,粘性土的这种特性称为可塑性,相应的状态为可塑状态。此时土有很小的抗剪强度。 半固态:当含水量继续减少时,土体因水份减少而发生体积收缩,称为半固态。,固态:当含水量进一步减少,但其体积不再收缩时,粘土处于固态。 处于半固态和固态的粘性土,具有较大的抗剪强度,在外力作用下不再有可塑性,而是呈脆性。 界线含水量:粘性土的一种状态转入另一种状态时的分界含水量称为界线含水量。 土由流动状态变成可塑状态的界限含水量称为液限,用WL表示;土由可塑状态变化到半固态的界限含称为塑限,用
3、WP表示;由半固态到固态的界限含水量称为缩限,用WS表示。塑限WP和液限WL在国际上称为阿太堡界限,来源于土壤学,后来应用于土木工程。,处于固态的土,基本上只含强结合水;处于半固态的土,含强结合水及部分弱结合水;处于塑性状态的粘性土含有结合水和少部分自由水;处于流动状态的粘性土含有大量的自由水。 (二)界限含水量的测定方法 1液限WL的测定 我国用锥式液限仪 来测定,如下图所示。,将调成浓糊状的试样装满盛土杯,刮平杯口面,手握手柄将园锥体轻放于试样之上,使其在自重作用下缓慢下沉。如经过15s圆锥沉入深度恰好为10mm时,该试祥的含水量即为液限wL值。 若锥体入土深度大于10mm,说明土样的含水
4、量高于液限;若锥体入土深度小于10mm,说明土样的含水量低于液限。需重新调配试样,直到合格为止。 对于合格的试样,利用烘干法测定其含水量,即为液限wL。 在欧美等国家多采用碟式液限仪。,2塑限WP的测定 用“搓条法”测定,将调配好的试样,用手先搓成直径小于10mm的小园球,然后用手撑放在毛玻璃板上搓成小土条,若土条搓至直径为3mm时正好断裂或出现较多裂缝,这时土样的含水量就是塑限。若土条搓至直径3mm时仍未断裂,说明试样含水量高于塑限;如土条过早断裂,说明土样含水量低于塑限。在这种情况下,都需重新调配试样直到合格为止。然后,将合格的试样称取15g,用”烘干法”测定含水量,即得塑限P。,3液塑限
5、联合测定法(公路系统) 用锥式液限仪进行试验时,圆锥的入土深度与土样的含水量有关。试验表明,二者在双对数坐标上为直线关系,如下图所示。 试验时,调配成三种含水 量不同的试样,分别用锥 式液限仪来测定入土深度 ,这样便在双对数座标上 得到三个点,,通过这三点,画一条直线。相应于入土深度10mm时的含水量为液限L,相应于入土深度为2mm时的含水量为塑限P。 (三)塑性指数与液性指数 1塑性指数:液限L与塑限P的差值,即 IP = LP 习惯用不带的数值表示。 塑性指数的大小,反映了土处于可塑状态的含水量变化范围。IP值越大,土处于可塑状态的含水量范围也越大。而土处于可塑状态时,土中水是结合水和小部
6、分自由水。,因此,IP的大小与土中结合水的含量有明显的关系,也就是与土颗粒大小有关,土粒越细,粘粒越多,其比表面积 越大,结合水含量越高,IP值也就越大。 此外,塑性指数的大小也与矿物成份和土中水的化学成份有关,可看成是土的一个综合性指标。对于塑性指数相似的粘性土,一般均表现出相似的物理力学性质。因此,常用塑性指数作为粘性土分类的标准。此外,塑性指数的大小也与矿物成份和土中水的化学成份有关,可看成是土的一个综合性指标。对于塑性指数相似的粘性土,一般均表现出相似的物理力学性质。因此,常用塑性指数作为粘性土分类的标准。,2液性指数(稠度) 式中:-土的天然含水量。 由上式可见:当L时,IL 1,土
7、处于流动状态。,由此可见,液性指数IL的大小反映了粘性土的软硬程度。IL越大,土越软。根据液性指数IL的大小,建筑地基基础设计规范将粘性土划分为五种软硬状态,划分标准见下表 (四)粘性土的灵敏度和触变性 天然状态下的粘性土,由于地质历史作用常具有一定的结构性。当土体受到外力扰动作用,其结构遭受破坏时,土的强度降低,压缩性增高。工程上常用灵敏度St来衡量粘性土结构性对强度的影响。,粘性土的软硬状态,1灵敏度 Si= qu /qu 式中:qu原状土无侧限抗压强度,kPa; qu重塑土无侧限抗压强度,kPa。 土的灵敏度愈高,其结构性愈强,受扰动后土的强度降低就愈明显。因此,在基础工程施工中必须注意
8、保护基槽,尽量减少对土结构的扰动。,2粘性土的触变性:粘性土受扰动时强度降低,而静止时土的强度又重新增长的性质,称为土的触变性。 土的触变性对桩基础很有利,打预制桩时,桩周围土受震结构破坏,强度降低,使桩容易打入。当打桩停止后,土的部分强度又恢复,使桩的承载力又提高了。 (五)土的最优含水量 1定义 修建公路,有一半以上的路段为填方路段,人工填土作为路基必须处理,一般采用压路机碾压法。对于建筑工程,当人工填土作为建筑物地基时,也必须处理,一般利用人工夯实的方法进行分层夯实,以提高填土的强度,增加密实度和降低透水性,降低压缩量。,对于过干的土进行夯打时,由于土中水主要是强结合水,土粒周围的水膜很
9、薄,颗粒间具有很大的分子吸引力,阻止颗粒间的移动,击实比较困难。当含水量继续增加时,土中含强结合水及弱结合水,水膜变厚,土粒间联结力减弱而使土粒便于移动,击实效果较好;当水含量继续增大时,土中出现了自由水,击实时,孔隙中过多的水分不易立即排出,势必阻止土粒间的靠扰,产生软弹现象(俗称橡皮土),击实效果反而下降。所以,要使土的击实效果最好,含水量必定有一个最佳值,即最优含水量。 最优含水量:在一定夯击或压实能量下,填土达到最大干密度时,相应的含水量为最优含水量。,2最优含水量0P的测定 用击实仪测定,如下图所示。 图中击锤重24.5N,锤底直径 50mm,落距460mm,击实 筒的容积为1000
10、cm3,内装 土样。 导筒起导向作用,将土样放 ,松手后击锤在自重作用下 下落,可将土样击实。,试验时,对同一种土,配成若干份含水量不同的试样,对每一份先取1/3倒入击实筒内,进行击实。对于砂土一般20击,粘土30击。然后再取1/3倒入击实筒,再进行击实,最后将另外1/3倒入击实筒,进行击实,也就是分三层夯实,达到规定击数后,测定土样的含水量和干密度。含水量一般用烘干法测定,而土样的干密度可按下式计算,即,式中:m-击实筒的土样质量,g; A0-击实筒内面积,cm2; h-击实后试样高度,cm; -含水量,用烘干法测定。 根据对不同含水量试样进行试验 的结果,绘制击实曲线,即含水 量与干密度关
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- 第一章 物理性质
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