第4讲第一章土的物理性质.ppt

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，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ωP。 3．液塑限联合测定法（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ωL，相应于入土深度为2mm时的含水量为塑限ωP。 （三）塑性指数与液性指数 1．塑性指数：液限ωL与塑限ωP的差值，即 IP = ωL－ωP 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：ω----土的天然含水量。 由上式可见：当ωωP时，IL 0，土处于固态和半固态。 当ωP ≤ω≤ωL时 ，0 ≤ IL ≤1，土处于可塑状态。 当ωωL时，IL 1，土处于流动状态。 由此可见，液性指数IL的大小反映了粘性土的软硬程度。IL