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时间:2018-07-11
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1、第二章土的物理性质、水理性质和力学性质第一节土的物理性质土是土粒(固体相),水(液体相)和空气(气体相)三者所组成的;土的物理性质就是研究三相的质量与体积间的相互比例关系以及固、液两相相互作用表现出来的性质。土的物理性质指标,可分为两类:一类是必须通过试验测定的,如含水量,密度和土粒比重;另一类是可以根据试验测定的指标换算的;如孔隙比,孔隙率和饱和度等。一、土的基本物理性质土的三相图(见教材P62图)(一)土粒密度(particledensity)土粒密度是指固体颗粒的质量ms与其体积Vs之比;即土粒的单位
2、体积质量:g/cm3土粒密度仅与组成土粒的矿物密度有关,而与土的孔隙大小和含水多少无关。实际上是土中各种矿物密度的加权平均值。砂土的土粒密度一般为:2.65g/cm3左右粉质砂土的土粒密度一般为:2.68g/cm3粉质粘土的土粒密度一般为:2.68~2.72g/cm3粘土的土粒密度一般为:2.7-~2.75g/cm3土粒密度是实测指标。(二)土的密度(soildensity)土的密度是指土的总质量m与总体积V之比,也即为土的单位体积的质量。其中:V=Vs+Vv;m=ms+mw按孔隙中充水程度不同,有天然密度
3、,干密度,饱和密度之分。1.天然密度(湿密度)(density)天然状态下土的密度称天然密度,以下式表示:g/cm3土的密度取决于土粒的密度,孔隙体积的大小和孔隙中水的质量多少,它综合反映了土的物质组成和结构特征。砂土一般是1.4g/cm3粉质砂土及粉质粘土1.4g/cm3粘土为1.4g/cm3泥炭沼泽土:1.4g/cm3土的密度可在室内及野外现场直接测定。室内一般采用“环刀法”测定,称得环刀内土样质量,求得环刀容积;两者之比值。2.干密度(drydensity)土的孔隙中完全没有水时的密度,称干密度;是指
4、土单位体积中土粒的重量,即:固体颗粒的质量与土的总体积之比值。g/cm3干密度反映了土的孔隙生,因而可用以计算土的孔隙率,它往往通过土的密度及含水率计算得来,但也可以实测。土的干密度一般常在1.4~1.7g/cm3在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准,以控制填土工程的施工质量。3.饱和密度(saturatiodensity)土的孔隙完全被水充满时的密度称为饱和密度。即,土的孔隙中全部充满液态水时的单位体积质量,可用下式表示:g/cm3式中::水的密度(工程计算中可取1g/cm3)土的饱和密度的常见值
5、为1.8~2.30g/cm3此外:(1)浮密度土的浮密度是土单位体积中土粒质量与同体积水的质量之差,即ρ’=(ms-vsρw)/V或由此可见:同一种土在体积不变的条件下,它的各种密度在数值上有如下关系:(2)容重:单位体积的重量(三)土的含水性土的含水性指土中含水情况,说明土的干湿程度。1.含水率(含水量)土的含水量定义为土中水的质量与土粒质量之比,以百分数表示,即土的含水率也可用土的密度与干密度计算得到:室内测定:一般用“洪干法”,先称小块原状土样的湿土质量,然后置于烘箱内维持100~105摄氏度烘至恒重
6、,再称干土质量,湿、干土质量之差与干土质量的比值就是土的含水量。天然状态下土的含水率称土的天然含水率。一般砂土天然含水率都不超过40%,以10~30%最为常见;一般粘土大多在10~80%之间,常见值20~50%。土的孔隙全部被普通液态水充满时的含水率称饱和含水率水的密度,又称饱和水容度。饱和含水率又称饱和水密度,它既反映了水中孔隙充满普通液态水时的含水特性,又反映了孔隙的大小。土的含水率又可分为体积含水率与引用体积含水率:体积含水率nw:为土中水的体积与体积之比。引用体积含水率ew:为土中水的体积与土粒体积
7、之比。2.饱和度(degreeofsaturation)定义为:土中孔隙水的体积与孔隙体积之比,以百分数表示,即:或天然含水率与饱和含水率之比:饱和度愈大,表明土中孔隙中充水愈多,它在0~100%;干燥时Sr=0。孔隙全部为水充填时,Sr=100%。工程上Sr作为砂土湿度划分的标准。Sr<50%稍湿的Sr=50~80%很湿的Sr>80%饱和的工程研究中,一般将Sr大于95%的天然粘性土视为完全饱和土;而砂土Sr大于80%时就认为已达到饱和了。(四)土的孔隙性孔隙性指土中孔隙的大小,数量、形状、性质以及连通情
8、况。1.孔隙率(porosity)与孔隙比(voidratio)孔隙率(n):是土的孔隙体积与土体积之比,或单位体积土中孔隙的体积,以百分数表示,即:孔隙比:定义为土中孔隙体积与土粒体积之比,以小数表示,即:孔隙比和孔隙率(度)都是用以表示孔隙体积含量的概念。两者有如下关系:或土的孔隙比或孔隙度都可用来表示同一种土的松,密程度。它随土形成过程中所受的压力、粒径级配和颗粒排列的状况而变化。一般说:粗粒土的孔隙度小,
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