土的常规物理力学指标综合试验报告

土的常规物理力学指标综合性试验报告

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一、土样描述

1.颜色：

2.矿物成分：

3.干湿状态：

4.结构是否扰动：

5.是否浸水软化：

6.土的分类：

二、土的天然密度、天然含水量及土粒重度试验记录及成果整理1.

4.相关物理指标的换算：

ρ

干密度=

d

孔隙率n=

e

天然孔隙比=

o

饱和度S r=

ρ

饱和密度=

sat

三、土的中压固结试验记录及成果整理

h o=20mm; e o=

e－P压缩曲线

孔隙比e

压力P(kPa)

四、土的直接剪切试验记录及成果整理

抗剪强度曲线

五、土的液、塑限联合测定试验记录及成果整理

土的力学性质

土的力学性质 土的力学性质 土的力学性质是指土在外力作用下所表现的性质，主要包括压应力作用下体积缩小的压缩性和在剪应力作用下抵抗剪切破坏的抗剪性，.其次是在动荷作用下所表现的一些性质。第一节土的压缩性. 一、土压缩变形的特点与机理 土的压缩性指土在压力作用下体积压缩变小的性能。土受压后体积缩小是土中固、液、气三相组成部分中的各部分体积减小的结果(主要是气体、水分挤出、土粒相互移动靠拢的结果)。 二、压缩试验压缩定律试验方法 : 室内现场据压缩条件: 无侧向膨胀(有侧限)试验有侧向膨胀(无侧限)试验主要是室内无侧向膨胀压缩试验 土的无侧向膨胀压缩试验是先用金属环刀切取土样,然后将土样连同环刀一起放入压缩仪内,由于土样受环刀和护环等刚性护壁约束,在压缩过程中只能发生竖向压缩,不可能发生侧向膨胀.。 试验时,通过加荷装臵将压力均匀地施加到土样上,压力由小到大逐级增加,每级压力待压缩稳定后,再施加下一级压力,土的压缩量可通过微表观测，并据每级压力下的稳定变形量,计算出与各级压力相应的稳定孔隙比。 若试验前试样的截面积为A,土样原始高度为h0，原始孔隙比e0, 当加压P1后土样压缩量为△h1,土样高度由h0减小到h1=h0-△h ,相应孔隙比由e0变为e1. 由于土样压缩时不可能产生侧向膨胀,故压缩前后横截面积不变,加压过程中土的体积是不变的.即: A h0/(1+e0)=A(h0-△h1)(1+ e1) e1=e0-△h1/h0(H e0) 通过试验,求的各级压力Pi作用下,土样压缩性稳定后相应的孔隙比ei，以纵坐标表示孔隙比e, 横坐标表示压力ρ。据压缩试验数据,可绘制出孔隙比与压力的关系曲线------压缩曲线。

01第一章 土的物理性质及工程分类

兰州交通大学博文学院教案 课题: 第一章土的物理性质及工程分类 一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律； 2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换； 3.熟悉土的抗渗性与工程分类。 二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。 三、教学难点：指标间的相互转换及应用。 四、教学时数： 6 学时。 五、习题：

第一章土的物理性质及工程分类 一、土的生成与特性 1.土的生成 工程领域土的概念：土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，土和石没有明显区分。 土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。 不同风化形成不同性质的土，有下列三种： （1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。 （2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。 （3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。矿物成分没有变化。 2.土的结构和构造 （1）土的结构 定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。 1)种类： ●单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。 ●蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。 ●絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。 图1.1 土的结构 3）工程性质： 密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。

常用岩土材料参数和岩石物理力学性质一览表

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3

流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。 在无流动情况下，饱和体积模量为： n K K K f u + = （7.5） 不排水的泊松比为：

土的物理性质指标

第一章 土的物理性质及工程分类 第一节 土的组成与结构 一、 土的组成 天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴ 固相：土颗粒—构成土的骨架决定 土的性质—大小 、形状、 成分、组成、排列 ⑵ 液相：水和溶解于水中物质 ⑶ 气相：空气及其他气体 （1）干土=固体+气体（二相） （2）湿土=固体+液体+气体（三相） （3）饱和土=固体+液体（二相） 二、土的固相 （一）、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于（1）成土母岩的成分 （2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化） 次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土） ②伊利石（土） ③蒙脱石（土） （2）水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO4.2H2O ③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na 的 SoO42- CO 3 2- 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称 石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 （1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 （2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石 （3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 （二）土的粒组划分 （三）土的颗粒级配 1． 颗粒大小分析试验——颗分试验 方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土 （2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土 2． 颗粒级配曲线——半对数坐标系 3． 级配良好与否的判别 （一） 定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配 （4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 （5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 （二） 定量判别 （1）不均匀系数 10 60d d C u

第一章土的物理性质及工程分类及答案

第一章土的物理性质及工程分类 一、思考题 1、土是由哪几部分组成的？ 2、建筑地基土分哪几类？各类土的工程性质如何？ 3、土的颗粒级配是通过土的颗粒分析试验测定的，常用的方法有哪些？如何判断土的级配情况？ 4、土的试验指标有几个？它们是如何测定的？其他指标如何换算？ 5、粘性土的含水率对土的工程性质影响很大，为什么？如何确定粘性土的状态？ 6、无粘性土的密实度对其工程性质有重要影响，反映无粘性土密实度的指标有哪些？ 二、选择题 1、土的三项基本物理性质指标是（） A、孔隙比、天然含水率和饱和度 B、孔隙比、相对密度和密度 C、天然重度、天然含水率和相对密度 D、相对密度、饱和度和密度 2、砂土和碎石土的主要结构形式是（） A、单粒结构 B、蜂窝结构 C、絮状结构 D、层状结构 3、对粘性土性质影响最大的是土中的( ) A、强结合水 B、弱结合水 C、自由水 D、毛细水 4、无粘性土的相对密实度愈小，土愈（） A、密实 B、松散 C、居中 D、难确定 5、土的不均匀系数C u 越大，表示土的级配（） A、土粒大小不均匀，级配不良 B、土粒大小均匀，级配良好 C、土粒大小不均匀，级配良好 6、若某砂土的天然孔隙比与其能达到的最大孔隙比相等，则该土（） A、处于最疏松状态 B、处于中等密实状态 C、处于最密实状态 D、无法确定其状态 7、无粘性土的分类是按（） A、颗粒级配 B、矿物成分 C、液性指数 D、塑性指数 8、下列哪个物理性质指标可直接通过土工试验测定（） A、孔隙比 e B、孔隙率 n C、饱和度S r D、土粒比重 d s 9、在击实试验中，下面说法正确的是（） A、土的干密度随着含水率的增加而增加 B、土的干密度随着含水率的增加而减少 C、土的干密度在某一含水率下达到最大值，其它含水率对应干密度都较小 10、土粒级配曲线越平缓，说明（）

附表2岩土工程物理力学指标表

表11-1 岩土参数建议值表 岩土分层岩 土 名 称 时 代 与 成 因 岩石地基 承载力特 征值 土承载 力特征 值 桩侧摩阻力 特征值(钻孔 灌注桩) 桩端阻力特 征值(钻孔灌 注桩) 桩极限侧阻力 标准值(钻孔 灌注桩) 桩极限端阻力 标准值(钻孔 灌注桩) 土体与锚固体极 限摩阻力标准值 岩石与锚 固体极限 摩阻力标 准值 地基系数 的比例系 数(灌注 桩) 岩层或土 层水平基 床系数 岩层或土 层垂直基 床系数 静止侧压 力系数 岩土泊桑 比 岩石质量 指标 基底摩擦 系数 边坡坡度高 宽比允许值 (1:n) 土石可挖性 分级 f a f ak q sa q pa q sik q sik q s q s m K s Kc K0μRQD f (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa) (MPa) (MPa/m2) (MPa/m) (MPa/m) (%) (1-1) 填土Q4ml60 18 18 12 0.40 0.29 0.28 支护Ⅰ～Ⅱ(3-4) 粗砂Q2al190 30 40 50 18.0 20 18 0.40 0.29 0.28 1.25 Ⅱ(4-2) 粉质粘土Q2el210 30 43 50 22.0 35 30 0.39 0.28 0.30 1 Ⅱ(11)-1 全风化板岩P t220 35 50 55 40.0 35 30 0.38 0.28 0.30 1 Ⅲ(11)-2 强风化板岩P t350 70 700 75 750 0.12 150 120 0.38 0.28 0.33 0.75 Ⅲ～Ⅳ(11)-3 中风化板岩P t800 130 1300 170 1600 0.30 170 135 0.28 0.22 10~150.38 0.5 Ⅳ(11)-4 微风化板岩P t1200 135 1500 180 1800 0.50 200 175 0.26 0.21 10~20 0.45 0.5 Ⅴ说明： 1、本表的岩土参数值，是根据勘察结果，按工程类比（工程经验）的方法经过查阅有关规程、规范、手册或通过计算而提供的可用于设计的岩土参数。 2、根据场地的岩土层物理力学性质和室内试验成果，结合相关规范规程以及工程经验，给出岩土地基承载力特征值、桩侧摩阻力特征值、桩的端阻力特征值、边坡坡度高宽比允许值等参数建议值。 3、根据场地的岩土层物理力学性质和室内试验成果，结合国家行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008），给出桩的极限侧阻力标准值、桩的极限端阻力标准值等的参数建议值。 4、根据场地的岩土层物理力学性质和室内试验成果，结合相关工程经验，给出土体与锚固体极限摩阻力标准值、岩石与锚固体极限摩阻力标准值、土的泊松比等的参数建议值。 5、根据勘察结果，按国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），给出基底摩擦系数、边坡坡度高宽比允许值等的参数建议值。 表11-2 岩土参数建议值表 岩土分层岩 土 名 称 时 代 与 成 因 天然 密度 天然含 水量 孔隙比 岩（土）体剪切试验 压 缩 系 数 压 缩 模 量 变 形 模 量 渗 透 系 数 单轴极限抗压强 度标准值 导温系数导热系数 比热容 C 水上坡角 (°) 直接快剪固结快剪 粘聚力内摩擦角粘聚力内摩擦角 干燥天然饱和 ρw е c φ c φa0.1-0.2Es1-2E0K fd fc fr (g/cm3) (%) (kPa) (°) (kPa) (°) (MPa) (MPa) （m/d）(MPa) (m2/h) (W/m·K) (kJ/kg.k) (1-1) 填土Q4ml 1.96 28.0 0.822 17100.27 7.30 1.0 0.00179 1.44 1.25 (3-4) 粗砂Q2al 1.97 23.3 25 5.0 0.00179 1.13 0.89 (4-2) 粉质粘土Q2el 1.96 26.46 0.783 26 120.24 7.70 29 0.04 0.00189 1.31 1.34 (11-1) 全风化板岩P t 1.99 26.7 0.770 28 14 0.19 9.30 32 0.10 0.00189 1.37 1.12 (11-2) 强风化板岩P t 2.70 85 30 100 0.50 7.0 1.0 1.0 0.00193 1.45 1.21 (11-3) 中风化板岩P t 2.79 90 33 0.40 10.0 5.0 3.00.00199 1.51 1.27 (11)-4 微风化板岩P t 2.76 100 35 0.20 15.0 10.0 8.0 0.00203 1.55 1.39 说明： 1.本表所称的岩土参数建议值，是根据室内试验或原位测试结果的统计值，按工程类比（工程经验）的方法而提供的岩土参数。 2.表中岩土层热物理指标建议值系根据相关工程经验的室内热物理力学性质试验成果综合提出。

土的三个基本物性指标试验

土的三个基本物性指标试验 第一节土粒比重试验（比重瓶法） 一、试验目的 测定土粒比重，为计算土的孔隙比、饱和度以及为土的其他物理力学试验（如颗粒分析的密度计法试验、压缩试验等）提供必要的数据。 二、基本原理 土粒比重是指土在温度100～105oC下烘至恒重时的质量与同体积纯水在4oC时质量的比值。土粒的质量可用精密天秤测得。土粒的体积一般应用排出与土粒同体积之液体的体积方法测得，通常用比重瓶法。此法适用于粒径小于5mm或者含有少量5mm颗粒的土。粒径大于5mm的土，则用虹吸筒法。对于砂土，可用大型的李氏比重瓶法，其原理均与比重瓶法相似。 在用比重瓶法测定土粒体积时，必须注意，所排开的液体体积必须能代表固体颗粒的真实体积。土中含有气体，试验时必须把它排尽，否则影响测试精度。可用煮沸法或抽气法排除土内气体。所用的液体一般为纯水。若土中含有大量的可溶盐类、有机质、胶粒时，则可用中性液体，如煤油、汽油、甲苯和二甲苯，此时必须用抽气法排气。 三、仪器设备 1、比重瓶：容量为100cm3或50cm3, 有短颈式与长颈式两种(图2-1)； 2、分析天秤：称量200g，最小分度值0.001g； 3、恒温水槽；准确度应为±1oC； 4、砂浴：能调节温度； 5、真空抽气设备(图2-2)； 6、温度计：测定范围为0～50oC，精确至0.5oC； 7、其它：烘箱、纯水、中性液体、小漏斗、干毛巾、小洗瓶、磁钵及研棒、孔径为2mm 筛等。 图2-1 比重瓶a-短颈式b-长颈式 图2-2 抽气装置示意图 1-压力表2-真空缸3-比重瓶 接真空泵

四、操作步骤 1、土样的制备 取有代表性的风干土样约100g, 充分研散，并全部过2mm 的筛。将过筛风干土及洗净的比重瓶在100～105oC 下烘干；取出后置于干燥器内，冷却至室温称量后备用。 2、测定干土的质量 称烘干土15g , 通过漏斗装入已知质量的烘干比重瓶中，然后在分析天平上称得瓶加土的质量(精确至0.001g )，减去瓶的质量即得土粒质量m s 。 3、煮沸(或抽气)排气 (1) 煮沸排气：注纯水于盛有土样的比重瓶中至半满；轻摇比重瓶，使土粒分散；将瓶置于沙浴上煮沸，煮沸时间自悬液沸腾起，砂土不应少于30min ，粘土、粉土不得少于1h ，以排除气体。 (2) 抽气排气：将盛有土样及半满纯水的比重瓶放在真空抽气缸内，如图2-2所示；接上真空泵，真空度应接近一个大气压，直至摇动时无气泡逸出为止，时间一般不少于1h 。 4、测定瓶加水加土的质量 若用煮沸排气法时，煮沸完毕后，取出比重瓶冷却至室温，注纯水于比重瓶中。当用长径比重瓶，应加纯水于刻度处；当用短颈比重瓶时，应注纯水至瓶口，塞上瓶塞，使多余的水自毛细管中溢出；瓶塞塞好后，瓶内不应留有空气，如有，应再加水重新塞好。然后将比重瓶置于恒温水槽内。待温度稳定和瓶内上部悬液澄清后，取出比重瓶。将瓶外水分擦干后称量，得瓶、水和土之质量m bws 。 5、测定瓶加水的质量 倒掉瓶中悬液，洗净比重瓶，灌满纯水加盖，恒温约15min ，使瓶内纯水温度与悬液的温度一致。检查瓶内有无气泡，若有，需排除；然后，擦干瓶外水分称量，得瓶加水的质量m bw 。 五、成果整理 1、计算 按下式计算土粒的比重，准确至0.01 g/cm 3。 wt bws s bw s s G m m m m G ?-+= (2-1) 式中，m s 为土粒的质量，g ；m bws 为瓶加水加土的质量，g ；m bw 为瓶加水的质量，g ；G wt 为t oC 时纯水的比重，可由表2-1查得。 本试验须进行两次平行测定，其平行测定差值不得大于0.02g/cm 3，取两个测值的平均值。 表2-1 不同温度时水的比重

土石坝中土石料的物理力学性质

土石坝中土石料的物理力学性质 摘要 随着筑坝技术的发展,近代的高土石坝大量地使用了当地的粗颗粒土石料(以下简称土石料)。铁路、公路以及一些高层、重型建筑物,目前也遇到了此类材料的问题。“土石料”一词,一般泛指诸如砂卵石、石料、石碴料、风化料、砾质土、冰磺土以至人工掺合土等粗颗粒的土石材料。其最大粒径一般都超过75(60)毫米而达到600甚至800毫米以上。近年来，由于筑坝技术的发展，对筑坝材料的要求已逐渐放宽。土石料中的物理力学性质对土石坝的设计，施工有很大的影响，所以我们要修好土石坝，必须研究清楚土石坝的各种物理力学性质。 关键字 土石料砂卵石石碴料风化料物理力学性质

类型 土石坝常按坝高、施工方法或筑坝材料分类。 土石坝按照坝高分类，土石坝按坝高可分为：低坝、中坝和高坝。我国《碾压式土石坝设计规范》（SL 274-2001）规定：高度在30米以下的为低坝；高度在30米～70米之间的为中坝；高度超过70米的为高坝。 土石坝按其施工方法可分为：碾压式土石坝；冲填式土石坝；水中填土坝和定向爆破堆石坝等。应用最为广泛的是碾压式土石坝。 按照土料在坝身内的配置和防渗体所用的材料种类，碾压式土石坝可分为以下几种主要类型： 1）、均质坝。坝体断面不分防渗体和坝壳，基本上是由均一的黏性土料（壤土、砂壤土）筑成。 2）、土质防渗体分区坝。即用透水性较大的土料作坝的主体，用透水性极小的黏土作防渗体的坝。包括黏土心墙坝和黏土斜墙坝。防渗体设在坝体中央的或稍向上游且略为倾斜的称为黏土心墙坝。防渗体设在坝体上游部位且倾斜的称为黏土斜墙坝，是高、中坝中最常用的坝型。 3）、非土料防渗体坝。防渗体由沥青混凝土、钢筋混凝土

地基土物理力学指标建议值表 表15

地基土物理力学指标建议值表 土名 容重 γ （kN/m3） 地基土 承载力 基本容许值 fao （kPa） 内聚 力 C k （kPa） 内摩 擦角 φk （0） 压缩 模量 Es （MPa） 岩石天然单轴 极限抗压 强度frc (Kpa) 岩石饱和单轴 极限抗压 强度fr (Kpa) 素填土18.5 90 15 10 5.0 含卵石粉质粘土19.5 160 25 15 6.0 粉质粘土19.0 140 20 12 5.5 细砂19.5 80 22 7.0 稍密卵石21.0 320 30 25 中密卵石22.0 550 35 30 密实卵石23.0 850 40 45 强风化粉砂质泥岩22.0 300 1500 中风化粉砂质泥岩23.0 850 350 30 4500 3000 强风化粉砂岩23.0 500 2000 中风化粉砂岩24.0 1200 600 40 7000 5000 地基土物理力学指标建议值表表16 土名 基床 系数 K MPa/m3 地基土的水 平抗力系数 的比例系数 m 底摩擦 系数 μ 土体与 锚固体 粘结强度特 征值f rb kPa 钻孔灌注嵌岩桩桩基础 钻孔灌注桩 桩摩阻力 标准值qsik （kPa） 竖直水平 杂填土 4 素填土 6 0.20 15 20 含卵石粉质粘土25 18 12 0.30 45 40 粉质粘土20 16 10 0.30 40 35 细砂16 11 14 0.25 50 30 稍密卵石22 18 50 0.40 80 140 中密卵石36 27 75 0.45 100 180 密实卵石65 55 90 0.50 120 300 强风化粉砂质泥岩100 80 0.45 100 140 中风化粉砂质泥岩220 200 0.50 150 200 强风化粉砂岩120 90 0.45 120 160 中风化粉砂岩240 220 0.55 200 240

实验一土的物理性质指标试验.doc

实验一土的物理性质指标试验 一、密度实验： 土的密度是指土的单位体积质量。 （一）实验目的 测定土的密度，以了解土的疏密和干湿状态，供换算土的其他物理性质指标和工程设计以及控制施工质量之用。 （二）实验方法 常用的测试方法有环刀法、蜡封法、灌砂法等。环刀法操作简便而准确，在室内和野外普遍应用。对易碎裂或含有粗颗粒、难以切削的土样可用蜡封法——取一块试样称其质量后浸入融化的石蜡中，使试样表面包上一层蜡膜，分别称蜡加土在空气中及水中的质量，已知蜡的比重，通过计算便可求得土的密度。对难取原状试样的砂土、砂砾土和砾质土在现场可用灌砂法或灌水法求土的密度。 （三）仪器及工具 1.环刀：内径6.18厘米，高2厘米，体积为60立方厘米。 2.天平：感量0.1克。 3.其它工具：钢丝锯、刮土刀、玻璃片、凡士林油等。 （四）实验步骤（环刀法） 1.将环刀内壁涂一薄层凡士林油，并将其刃口向下放在土样上； 2.切土时用钢丝锯（硬土用刮土刀），沿环刀外壁将土样削成略大于环刀外径的土柱，然后将环刀垂直下压，边压边削，直至试样凸出环刀为止； 3.用钢丝锯将环刀两端余土削去，再用刮土刀刮平两端，将试样两端余土留作含水率实验用； 4.擦净环刀外壁，称环刀和试样合质量，准确至0.1克； 5.按下式计算土的湿度和干密度：

（五）操作注意事项 用环刀切取试样，应尽量防止扰动，为避免环刀下压时挤压四周土样，要边压边削，直至土样伸出环刀，然后用刮土刀一次校平，严禁用刮土刀在土面上来回抹平，如遇石子等其它杂物空洞要尽量避开，如无法避开视情况酌情补土。 二、含水率实验 土的含水率是指土在温度100～105摄氏度下烘至恒重时失去水分的质量与达到恒重后干土质量的比值，以百分数表示。 （一）实验目的 测定土的含水率，以了解土的含水情况并提供计算土的干密度、土的孔隙比、饱和度及土的其它物理力学指标的基本参数。 （二）实验方法 室内实验的标准方法为烘干法。在野外如无烘箱设备或要求快速测定含水量时，可以依据土的性质和工程情况分别采用下列方法： 1.酒精燃烧法：取3～5克试样，用无水酒精浸湿燃烧至恒重，求其含水量。

常用土层和岩石物理力学性质

(E, ν) 与(K, G)的转换关系如下： ) 21(3ν-= E K ) 1(2ν+= E G （7.2） 当ν值接近0.5的时候不能盲目的使用公式3.5，因为计算的K 值将会非常的高，偏离实际值很多。最好是确定好K 值(利用压缩试验或者P 波速度试验估计)，然后再用K 和ν来计算G 值。 表7.1和7.2分别给出了岩土体的一些典型弹性特性值。 岩石的弹性（实验室值）（Goodman,1980） 表7.1 土的弹性特性值（实验室值）（Das,1980） 表7.2 各向异性弹性特性——作为各向异性弹性体的特殊情况，横切各向同性弹性模型需要5 中弹性常量：E 1, E 3, ν12,ν13和G 13；正交各向异性弹性模型有9个弹性模量E 1,E 2,E 3, ν12,ν13,ν23,G 12,G 13和G 23。这些常量的定义见理论篇。 均质的节理或是层状的岩石一般表现出横切各向同性弹性特性。一些学者已经给出了用

各向同性弹性特性参数、节理刚度和空间参数来表示的弹性常数的公式。表3.7给出了各向异性岩石的一些典型的特性值。 横切各向同性弹性岩石的弹性常数（实验室） 表7.3 流体弹性特性——用于地下水分析的模型涉及到不可压缩的土粒时用到水的体积模量K f ，如果土粒是可压缩的，则要用到比奥模量M 。纯净水在室温情况下的K f 值是2 Gpa 。其取值依赖于分析的目的。分析稳态流动或是求初始孔隙压力的分布状态（见理论篇第三章流体-固体相互作用分析），则尽量要用比较低的K f ，不用折减。这是由于对于大的K f 流动时间步长很小，并且，力学收敛性也较差。在FLAC 3D 中用到的流动时间步长,? tf 与孔隙度n ，渗透系数k 以及K f 有如下关系： ' f f k K n t ∝ ? （7.3） 对于可变形流体（多数课本中都是将流体设定为不可压缩的）我们可以通过获得的固结系数νC 来决定改变K f 的结果。 f 'K n m k C + = νν （7.4） 其中 3 /4G K 1 m += ν f 'k k γ= 其中，' k ——FLAC 3D 使用的渗透系数 k ——渗透系数，单位和速度单位一样（如米/秒） f γ——水的单位重量 考虑到固结时间常量与νC 成比例，我么可以将K f 的值从其实际值（Pa 9 102?）减少，利用上面得表达式看看其产生的误差。 流动体积模量还会影响无流动但是有空隙压力产生的模型的收敛速率（见1.7节流动与力学的相互作用）。如果K f 是一个通过比较机械模型得到的值，则由于机械变形将会产生孔隙压力。如果K f 远比k 大，则压缩过程就慢，但是一般有可能K f 对其影响很小。例如在土体中，孔隙水中还会包含一些尚未溶解的空气，从而明显的使体积模量减小。

土的物理性质

第一章土的物理性质 第一节土的成因和工程特性 第二节土的组成及结构构造 一、名词解释 1粒径：土粒的直径大小。 2粒组：实际工程中常按粒径大小将土粒分组，粒径在某一范围之内的分为一组。 3粒径级配：各粒组的质量占土粒总质量的百分数。 4筛分法：适用粒径大于0.075mm的土。利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。 5土的结构：指土中颗粒之间的联系和相互排列形式。 6土的构造：指同一土层中成分和大小都相近的颗粒或颗粒集合体相互关系的特征。 7土的有效粒径（d10）：小于某粒径的土粒质量累计百分数为10％时，相应的粒径。 二、填空题 1.平缓大好良好 2．压缩性高承载力低渗透性强 3.单粒结构蜂窝结构絮状结构4.Cu≥5且Cc＝1～3 5.固液 6固，液，气 7.缺乏某些粒径——不连续级配 8.不均匀系数Cu。 9. 小 10. B，A 11.二相土三相土二相土 三、选择题 1．C 2．C 3．B 4．B 5．A 6．C 7．A 第三节土的物理性质指标 一、名词解释 1.土的含水量ω：是指土中水的质量和土粒质量之比或重力之比。 2.土的密度：指单位体积土的质量。 ：土中孔隙完全被水充满时单位体积土的质量。 3.饱和密度 sat 4.干密度d：单位体积土中土粒的质量。 5.土粒相对密度 Gs: 是土粒的质量与同体积纯蒸馏水在4℃时的质量之比。 6.孔隙比e:是指土中孔隙的体积与土粒体积之比。 7.孔隙率n:是指土中孔隙的体积与土的总体积之比。 8.土的饱和度Sr：是指土中水的体积与孔隙体积之比。

黄土的物理力学性质

黄土的物理力学性质 §2-1 黄土的物理性质 试验用黄土采用甘肃兰（州）海（石湾）高速公路工程现场扰动土，其物理性质主要由它的物理性质指标来体现，其物理性质指标主要有：孔隙率、天然含水量、容重和液塑限等。 由于黄土的生成与存在条件比较特殊，它的孔隙率比普通土的孔隙率要大。一般黄土中存在肉眼易见的孔隙，这些孔隙多为铅直圆孔，这类孔隙通称为大孔隙。大孔隙比例的多少在一定程度上决定了黄土湿陷性的大小，大孔隙多的黄土湿陷程度大；反之则小。 试验所用黄土的天然含水量很低，一般在10％以下。含水量在剖面上的变化与黄土层的厚度和埋藏深度没有直接关系。黄土的容重、比重取决于黄土的矿物成分、结构和含水量，而黄土的颗粒分散度、矿物成分、形状和弹性在一定程度上决定了黄土的液塑性。 黄土的物理性质随成岩时代、成岩地区的不同而表现出一定的差异。为了得到该黄土的物理性质，我们根据《公路土工试验规程》（JTJ 051-93）的要求，分别采用联合液塑限仪、烘箱和重型击实等方法进行了有关指标的测定，测定结果如表2-1所示。 黄土的物理性质表2-1 一．主要成分分析 组成黄土的矿物约有60种，其中轻矿物（d﹤）含量占粗矿物（d﹥）总量的90%以上。黄土中粘土矿物（d﹤）以不同的方式同水和孔隙中的水溶液相互作用，显示出不同的亲水性，故粘土矿物的成分和比例，在某种程度上体现了黄土的湿陷性。 水溶盐的种类和含量与黄土的湿化、收缩和透水性关系密切，直接影响着黄土的工程性质。 水溶盐包括易溶盐、中溶盐和难溶盐三种。易溶盐（氧化物，硫酸镁和碳酸钠）极易溶于水或与水发生作用。它的含量直接影响到黄土的湿陷性。 中溶盐（石膏为主）的存在状态决定其与水的作用情况。以固体结晶形态存在时，

土的物理力学性质的形成

土的物理力学性质的形成 土是连续、坚固的岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，在原地残留或经过不同的搬运方式，在各种自然环境中形成的堆积物。由于土的形成年代和自然条件的不同，是各种土的工程物理力学性质有很大差异。 一、土的物理性质的形成 土的物理性质包括土粒密度、土的密度、含水性及孔隙性等，以及由此延伸出的细粒土的稠度和可塑性，一般土的胀缩性、崩解性、毛细性级透水性。 就像一开始提到的，土的物理性质直接受到其矿物成分的影响，包括原生矿物及次生矿物，原生矿物成分中含有石英、长石、角闪石、云母等，因此其物理力学性质较为稳定，但颗粒粗大，为卵石、砂砾、粉粒的主要组成成分，性质坚硬。而次生矿物又分为可溶矿物和不可溶矿物，可溶矿物含有卤化物、硫酸盐、碳酸盐等，经结晶沉淀，填充于土粒空隙中，构成不稳定胶结物；不可溶矿物常见的有游离氧化物和粘土矿物，这些成分组成的土颗粒，大都细小，并且有一定的亲水性，胶结能力十分强。 矿物成分影响土颗粒成分及大小，进而影响土的透水性、胶结性并对土的结构和构造起相当的影响作用。比如土的膨胀性，对于土吸水膨胀、失水收缩的性质，最普遍的看法是粘粒与土中水作用后，由于双电层的形成使扩散层或若结合水的厚度发生变化；或由于某些亲水性较强的粘土矿物层间结合水的吸入或析出有关。而土的毛细性，则同时受内外因的作用而形成，主要受以土的粒度成分、矿物成分、水溶液的化学成分、土的结构为主的内因和以气温、蒸发等因素为主的外因有关。 至于土粒密度、土的密度、含水性及孔隙性等物理性质，主要受矿物成分矿物密度级配土颗粒排列的疏密程度决定。 二、土的力学性质的形成 土的力学性质主要包括：土的压缩性、抗剪性和击实性。 土是三相介质，多孔、松散，土粒间仅有微弱的连结或无连结，因此，土在外力作用下易变形，强度低，但土的力学性质说明了土有一定的抵抗外力变形的能力。 土的压缩性，是在外力作用下，土的体积缩小的性质。因为是三相介质，所以土的压缩，有三种可能：○1土粒本身的压缩变形；○2孔隙中水和气体的压缩变形；○3孔隙中部分水和气体的排出，土颗粒相互靠拢使空隙减小。因此影响土的压缩性的因素中，密实度最为主要。还有土的矿物成分是否坚硬、土体的结构是否松散、土本身受到的外力的大小，土颗粒的连结和摩擦是否紧密等。土的压缩变形，体现了结构、孔隙比和含水率的变化。而且，由于物质组成的关系，不同粒径的土的压缩性也不尽相同。粗粒土颗粒大，矿物亲水性弱，单粒结构，无连

土的物理力学性质

第一章 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 （一）土粒密度(particle density) 土粒密度是指固体颗粒的质量m s 与其体积Vs 之比；即土粒的单位体积质量： s s s V m =ρ g/cm 3 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：2.65 g/cm 3左右 粉质砂土的土粒密度一般为：2.68g/cm 3 粉质粘土的土粒密度一般为：2.68~2.72g/cm 3 粘土的土粒密度一般为：2.7-~2.75g/cm 3 土粒密度是实测指标。 （二）土的密度(soil density)

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=m s +m w 按孔隙中充水程度不同，有天然密度，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： v s w s V V m m V m ++==ρ g/cm 3 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１.4 g/cm3 粉质砂土及粉质粘土１.4 g/cm3 粘土为１.4 g/cm3 泥炭沼泽土：１.4 g/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（dry density ） 土的孔隙中完全没有水时的密度，称干密度；是指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。 V m s d =ρ g/cm 3 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1.4~1.7 g/cm3

土的物理性质指标

土的物理性质指标 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

第一章土的物理性质及工程分类 第一节土的组成与结构 一、土的组成 天然状态下的土的组成（一般分为三相） ⑴固相：土颗粒—构成土的骨架决定土的性质—大小、形状、成分、组成、排列 ⑵液相：水和溶解于水中物质 ⑶气相：空气及其他气体 （1）干土=固体+气体（二相） （2）湿土=固体+液体+气体（三相） （3）饱和土=固体+液体（二相） 二、土的固相 （一）、土的矿物成分和土中的有机质。 土粒的矿物成分不同、粗细不同、形状不同、土的性质也不同 矿物成分取决于（1）成土母岩的成分 （2）所经受的风化作用①物理风化——原生矿物（化学成分无变化） ②化学风化——次生胯矿物（化学成分变化）次生矿物（1）三大黏土矿物①高岭石（土） ②伊利石（土） ③蒙脱石（土） （2）水溶盐①难溶：CaCO 3 ②中溶：石膏 CaSO4.2H2O 2- ③易溶：NaCl kcl CaCl2 K Na的 SoO42- CO 3 2.各粒组中所含的主要矿物成分 土颗粒据粒组范围划分不同的粒组名称

石英、长石——砾石、砂的主要矿物成分——性质稳定、强度高 云母——薄片状——强度低、压缩性大、易变形 粘土矿物——亲水性、粘聚性、可塑性、膨胀性、收缩性 （1） 蒙脱石——透水性小多个晶体层——结构不稳定、颗粒最小、亲水性 （2） 伊利石——介于两者之间，较接近蒙脱石 （3） 高岭石——颗粒相对较大——亲水性较弱晶体结构较稳定 ρd 粘土中的水溶盐 3.土中的有机质——亲水性强，压缩性大，强度低 （二）土的粒组划分 （三）土的颗粒级配 1．颗粒大小分析试验——颗分试验 方法（1）筛分法：适用60—0.075mm 的粗粒土 （2）密度计法：适用小于0.075mm 的细粒土 2．颗粒级配曲线——半对数坐标系 3． 级配良好与否的判别 （一）定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配 （级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配 （4） 曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好 （5） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 （二）定量判别 （1）不均匀系数 10 60d d C u = （2）曲率系数10 60230d d d C c = +图 103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径

土层物理力学指标

工程编号:2006-G-177 工程编号 颗粒 土层 0.50.25 层号 土层名称 ㎜ % ①1 ①2 ② ③1 ③2 ③3 ④ ⑤1 ⑤3 填土 浜填土
土 层 物 理 力 学 性 质 参 数 表
0.250.075 ㎜ % 0.0750.05 ㎜ % 0.050.01 ㎜ % 0.010.005 ㎜ % <0.005 ㎜ % 含水量 W % 重度 Y KN/m3 / 比重 G 饱和度 Sr % 孔隙比 e 液限 WL % 塑限 WP %
32.8
22 3.18 0.10 8 3.01 0.08 14 3.50 0.12 15 3.47 0.08 50 2.49 0.05 24 1.74 0.05 3
18.4 18.9 17.6 17.7 18.0 17.1 18.7 19.7 17.9 17.3 17.8 17.0 16.7 17.1 16.3 17.7 18.0 17.1 18.0 18.1 17.7
22 0.04 0.02 8 0.03 0.02 14 0.05 0.03 15 0.03 0.02 50 0.02 0.01 24 0.02 0.01 3
2.73 2.74 2.73 2.72 2.73 2.72 2.70 2.71 2.69 2.73 2.73 2.72 2.75 2.76 2.73 2.73 2.75 2.72 2.72 2.73 2.71
22 0.00 0.00 8 0.00 0.00 14 0.01 0.00 15 0.00 0.00 50 0.01 0.00 24 0.01 0.00 3
96 99 92 97 99 95 95 99 90 97 99 94 97 100 94 96 99 92 96 97 96
22 1.49 0.02 8 1.69 0.02 14 2.27 0.02 15 1.70 0.02 50 1.58 0.02 24 1.75 0.02 3
0.932 1.113 0.811 1.119 1.297 1.033 0.834 1.024 0.666 1.200 1.348 1.055 1.428 1.579 1.277 1.098 1.262 1.009 1.010 1.078 0.973
22 0.08 0.09 8 0.08 0.08 14 0.10 0.12 15 0.09 0.07 50 0.06 0.05 24 0.05 0.05 3
37.3 40.3 35.4 34.3 39.9 31.0
22 1.07 0.03 8 2.74 0.09
21.0 21.9 19.2 20.3 23.1 19.4
22 0.78 0.04 8 1.19 0.06
粉质粘土 淤泥质粉 质粘土
32.4
38.8 27.4 40.0 46.4 36.7 29.3 37.4 23.6 42.6 48.8 36.8 50.7 56.6 44.3 38.5
砂质粉土 淤泥质粉 质粘土 淤泥质粘 土 粉质粘土 粉质粘土
78.4 3.4
20 24.3 9 0.77
12.6 23.4 4.3
20 5.11 0.42
46.0 77.2 6.9
20 22.60 0.50
2.9 7.0 0.5
20 1.89 0.67
6.1 11. 3 0.6
20 3.55 0.60
35.3 37.9 30.7 43.5 49.6 37.6 37.8 40.9 34.9 36.8 39.0 34.5
15 2.03 0.06 50 2.60 0.06 20 1.73 0.05 2
20.6 22.7 17.9 23.2 27.1 20.5 21.2 22.9 19.6 21.4 22.1 20.7
15 1.31 0.07 50 1.51 0.07 20 0.79 0.04 2
43.1 35.4 35.7 37.8 21.7 23.9
26 1.25 0.05 20 2.45 0.08 28 2.99 0.12 6 0.51 0.03 8 3.20 0.13
19.4 19.9 19.0 18.7 19.2 18.4 19.0 20.0 18.0 20.1 20.5 19.8 19.4 20.8 18.8
26 0.02 0.01 20 0.02 0.01 28 0.04 0.02 6 0.02 0.01 8 0.06 0.03
2.73 2.73 2.72 2.70 2.71 2.68 2.69 2.70 2.68 2.72 2.73 2.72 2.69 2.69 2.69
26 0.00 0.00 20 0.01 0.00 29 0.01 0.00 6 0.01 0.00 8 0.00 0.00
92 94 90 96 99 91 9.4 99 89 94 99 90 97 98 95
26 1.17 0.01 20 2.48 0.03 29 2.59 0.03 6 3.55 0.04 8 1.08 0.01
0.710 0.776 0.637 0.829 0.904 0.711 0.755 0.925 0.591 0.605 0.623 0.581 0.716 0.794 0.496
26 0.03 0.05 20 0.05 0.06 29 0.08 0.11 6 0.02 0.03 8 0.09 0.13
32.8 35.9 30.4
26 1.42 0.04
18.1 19.9 16.0
26 0.95 0.05
⑥
粉质粘土
39.7 42 25.7 9 0.66 78 14.8 5 0.20 13.7 24.4 1.9 9.1 22.2 1.4 42 5.19 0.38 78 4.84 0.53 37.6 81.7 2.9 12.2 60.4 1.1 42 23.62 0.64 78 10.28 0.85 2.7 7.7 0.5 1.7 5.1 0.1 42 1.53 0.58 78 1.03 0.60 6.3 14. 3 0.0 3.1 9.7 0.0 42 4.14 0.67 78 2.15 0.69
26.7 21.7 29.6 33.3 25.0 26.4 33.1 21.1 20.9 21.8 20.3 71.4 15 12.5 2 0.18 7.9 15.1 3.6 15 3.48 0.45 10.7 25.3 3.7 15 5.69 0.55 2.8 5.0 1.1 15 1.27 0.47 7.2 18. 2 3.4 15 4.74 0.68 25.8 28.7 17.9
⑦1
砂质粉土
0. 0 1. 0 0. 0
86.0 1.2 78 0.16 4.56 73.8 95.4 23.6
⑦2
粉细砂
30.3 33.0 28.0
6 1.56 0.06
16.7 20.2 14.5
6 1.97 0.13
⑧
粉质粘土
⑨
粉细砂
87.8 46.2