填土的力學性質

1、第七章 填土的力學性質,第一節(jié) 概述第二節(jié) 細粒料的擊實特性第三節(jié) 細粒料的力學性質第四節(jié) 粗粒料的擊實特性第五節(jié) 粗粒料的力學性質,第一節(jié) 概述,人類很早就使用土修筑道路、堤壩和 作為某些建筑物（如擋土墻、地下室）周圍的回填料。這種用土料填筑而成的土體稱為填土或填方。填土常用的研究方法： 1 是用擊實儀進行室內擊實試驗 2 是在現(xiàn)場用碾壓機具進行碾壓試驗,本章首先從不同土類出發(fā)介紹室內擊實試驗

2、，以確定填土的擊實特性（主要是含水率與干容重之間的關系）；然后對含水率和干容重下?lián)魧嵵苽涞脑嚇友芯科湮锢砹W特性，從而為工程設計提供合理的計算參數(shù)。,第二節(jié) 細粒料的擊實特性,一 擊實試驗1 試驗使用的主要儀器——擊實儀2 試驗步驟：（1） 把某一含水率的試樣分三層放入擊實筒內，每放一層，用擊錘打擊一定次數(shù)，將土分層擊實至滿筒后，測定擊實后的含水率和濕容重 ，便可算出土的干容重 （2） 以同樣方法對數(shù)個不同的初始（試驗前）

3、含水率的試樣進行試驗，得出數(shù)個擊實后的含水率與干容重，繪制含水率與干容重的關系曲線,擊實儀,含水率與干容重的關系曲線--這種反映土的擊實特性的曲線，稱為擊實曲線，又稱為含水率-干容重曲線,擊實曲線,最優(yōu)含水率：在一定的壓實機械功能作用下，土最易于被壓實，并能達到最大密實度時含水率wop ，相應的干容重為最大干容重,,,,——土的飽和含水率，%；Gs ——土粒比重；,——水的容重，kN/m3；,——土的干容重，kN/m3,右上側

4、為飽和線，它表明土在飽和狀態(tài)時（Sr=100%） 含水率與干容重的關系，此線根據(jù)下述 關系（按飽和時土 中各項的關系推出）繪制,二 影響擊實特性的因素,1．含水率的影響2．不同土種類的影響3．擊實功能的影響,含水率低于最優(yōu)含水率時（稱偏干狀態(tài)），土的擊實干容重隨含水率增加而增大，達到最優(yōu)含水率時，填土的干容重就達到最大值。含水率高于最優(yōu)含水率時（稱偏濕狀態(tài)），土的干容重隨含水率增多而減小。,1 含水率的影響,粗粒含量較多的土，

5、其最大干容重較高而最優(yōu)含水率較小。,各種土的擊實曲線1、2、3－粗粒；4、5－細粒,2 不同土種類 的影響,增大擊實功，可使土的最優(yōu)含水率變小，最大干容重增加。但干容重的增大并不與擊實功增大成正比。且當土偏濕時，由于孔隙壓力的出現(xiàn)，更使擊實功的增密效果減小，故企圖單純用增大擊實功以提高干容重效果并不好。,,不同擊實功對擊實特性的影響,3 擊實功能的影響,三 細粒料填筑標準的確定,土料填筑的壓實標準包括干容重和含水率兩個不可分割

6、的的指標。細粒料的填筑含水率，應控制在最優(yōu)含水率附近，其上、下限控制在–2%~+3%。細粒填料的填筑質量以如下的壓實度衡量,,P——壓實度，對1、2級或高壩應為98％～100％，3級 中、低壩及3級以下的中壩應為96％～98％；,——設計填筑干容重，kN/m3；,——標準擊實試驗的最大干容重，kN/m3,第三節(jié) 細粒料的力學性質,一 滲透性二 壓縮性三 抗剪強度和應力應變特性四 抗拉強度,一 滲透性,細粒料

7、填土被擊實后，偏干擊實土與偏濕擊實土的結構是不一樣的。偏干擊實土的孔隙比較偏濕的大，其滲透性也大二 壓縮性試驗表明，當試樣的干容重一樣時，偏濕擊實土的壓縮性要比偏干的大 因此，須確定填土受水飽和時不會產(chǎn)生附加壓縮的下限含水率，以便施工時對填土的含水率進行控制,粘性擊實土的試驗結果,三 抗剪強度和應力應變特性,填土具有擾動的超固結粘性土的抗剪強度特性 高土石壩中，粘性土防滲體（心墻）發(fā)生抗拉強度 裂縫 --

8、--土體的抗拉性能 最大拉伸性能 拉應力和拉應變的關系反映。,其中以抗拉強度值較為穩(wěn)定可靠,四 抗拉強度,,抗拉強度試驗方法—單軸拉伸法,單軸拉伸試驗儀器設備：采用三軸壓縮試驗設備，增設施加拉力的裝置和夾具 試驗時根據(jù)要求含水率與干容重進行擊實備樣。試樣為等截面的圓柱體；試樣上下兩端分別與試樣帽和不透水板粘牢后放于壓力室底座上，并用夾具、鉤拉裝置將試樣下端固定并將上端與活塞連接。以應力（或應變）控制方式對

9、試樣分級加荷，并測讀拉伸變形直至試樣被拉斷為止,優(yōu)點：,設備與方法都較簡單，可以準確確定抗拉強度值而且成果比較穩(wěn)定。由于受拉變形的絕對值很小，在這種情況下較難得到受拉變形特性曲線,缺點：,抗拉強度與含水率、干容重的關系,粘性土受拉時的強度和變形特性決定于土的干容重、含水率、顆粒組成和礦物成份等因素。單軸抗拉試驗的結果指出，抗拉強度隨著土料的干容重增大、含水率降低而增加,某粘土的抗拉應力與應變關系,右圖可見，偏干擊實粘土的極限抗拉強

10、度較之偏濕的大；如使試樣含水率從偏干增大至稍高于最優(yōu)含水率，則土的拉應變會明顯增大，也就是說偏濕擊實土雖然其抗拉強度較偏干的低，但由于具有較大的塑性，其拉應變較大，不容易開裂,第四節(jié) 粗粒料的擊實特性,粗粒料是粒徑大于0.075mm的顆粒含量超過50%的土 粗粒料填土具有下列一些特性：顆粒較粗，多呈單粒結構，易于壓實，一般透水性強、壓縮性低、強度高、性質穩(wěn)定，是良好的填方材料,一 無粘性粗粒土的擊實特性,定義：砂、礫石、堆石（包括石

11、碴），其小于0.075mm的顆粒含量不大于15%（如按粒徑小于0.074mm為準，則其顆粒含量不應大于15%），且能自由排水的無粘性土,（一）砂礫石的壓實標準,相對密度指標表示其所處的密實狀態(tài) （詳見第二章）,（二）堆石（包括石渣）的壓實特性,1．影響堆石壓實的因素（1）母巖性質、級配與細粒含量（2）壓實功 （3）含水率的影響 2．堆石壓實標準的確定 目前，一般碾壓堆石的壓實標準主要根據(jù)前人的經(jīng)驗采用壓實參數(shù)控制，即碾重

12、10t，鋪土厚度1～2m，碾壓4~6遍，加水量20%～25%等作為填筑標準，其壓實平均干容重達到20.0～22.0kN/m3；對于重要工程或高壩還要進行現(xiàn)場碾壓試驗來修正,二 粘性粗粒土的擊實特性,粘性粗粒土如礫質土、風化料、冰磧土等，當其中小于0.1mm的細顆粒含量大于15%時，其壓實標準如同細粒土一樣，可用擊實試驗確定最大干容重和最優(yōu)含水率wop,當母巖成份、風化程度一定時，粘性粗粒土的壓實性能受含礫量（大于5mm）的影響,粘性粗

13、粒土含水率、含礫量與干容重的關系,1．含礫量小于30%的情況,一般可用過5mm篩的細料按本章第二節(jié)小型擊實儀的試驗方法進行擊實，獲得細料的最大干容重和最優(yōu)含水率；再按下列公式求得全土料不同粗粒含量的最大干容重和最優(yōu)含水率，并按與細粒料相同要求的壓實度控制,,,,——校正后全料的最大干容重、最優(yōu)含水率；,——細料擊實的最大干容重、最優(yōu)含水率；,——水的容重；P5、Gs2——粒徑大于5mm顆粒粒含量、粒徑大于

14、 5mm顆粒的干比重；w2——粒徑大于5mm顆粒的吸著含水率,參閱《土工試驗規(guī)程》SL237–1999,2．含礫量大于30%的情況,用大型擊實儀對不同礫石含量的粗粒土進行擊實試驗。測定土的含水率與容重的關系，從而確定其最優(yōu)含水率與相應的最大干容重，繪制－P5和w0－P5曲線，并按粘性土壓實度的要求和規(guī)定，選定填筑干容重和控制含水率，參見《土工試驗規(guī)程》SL237–1999,第五節(jié) 粗粒料的力學性質,詳見P179-187,