填土的力學(xué)性質(zhì)

1、第七章 填土的力學(xué)性質(zhì),第一節(jié) 概述第二節(jié) 細(xì)粒料的擊實(shí)特性第三節(jié) 細(xì)粒料的力學(xué)性質(zhì)第四節(jié) 粗粒料的擊實(shí)特性第五節(jié) 粗粒料的力學(xué)性質(zhì),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(shí)儀進(jìn)行室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn) 2 是在現(xiàn)場用碾壓機(jī)具進(jìn)行碾壓試驗(yàn),本章首先從不同土類出發(fā)介紹室內(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)

2、，以確定填土的擊實(shí)特性（主要是含水率與干容重之間的關(guān)系）；然后對含水率和干容重下?lián)魧?shí)制備的試樣研究其物理力學(xué)特性，從而為工程設(shè)計(jì)提供合理的計(jì)算參數(shù)。,第二節(jié) 細(xì)粒料的擊實(shí)特性,一 擊實(shí)試驗(yàn)1 試驗(yàn)使用的主要儀器——擊實(shí)儀2 試驗(yàn)步驟：（1） 把某一含水率的試樣分三層放入擊實(shí)筒內(nèi)，每放一層，用擊錘打擊一定次數(shù)，將土分層擊實(shí)至滿筒后，測定擊實(shí)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(gè)不同的初始（試驗(yàn)前）

3、含水率的試樣進(jìn)行試驗(yàn)，得出數(shù)個(gè)擊實(shí)后的含水率與干容重，繪制含水率與干容重的關(guān)系曲線,擊實(shí)儀,含水率與干容重的關(guān)系曲線--這種反映土的擊實(shí)特性的曲線，稱為擊實(shí)曲線，又稱為含水率-干容重曲線,擊實(shí)曲線,最優(yōu)含水率：在一定的壓實(shí)機(jī)械功能作用下，土最易于被壓實(shí)，并能達(dá)到最大密實(shí)度時(shí)含水率wop ，相應(yīng)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(cè)

4、為飽和線，它表明土在飽和狀態(tài)時(shí)（Sr=100%） 含水率與干容重的關(guān)系，此線根據(jù)下述 關(guān)系（按飽和時(shí)土 中各項(xiàng)的關(guān)系推出）繪制,二 影響擊實(shí)特性的因素,1．含水率的影響2．不同土種類的影響3．擊實(shí)功能的影響,含水率低于最優(yōu)含水率時(shí)（稱偏干狀態(tài)），土的擊實(shí)干容重隨含水率增加而增大，達(dá)到最優(yōu)含水率時(shí)，填土的干容重就達(dá)到最大值。含水率高于最優(yōu)含水率時(shí)（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(shí)曲線1、2、3－粗粒；4、5－細(xì)粒,2 不同土種類 的影響,增大擊實(shí)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(shí)功增大成正比。且當(dāng)土偏濕時(shí)，由于孔隙壓力的出現(xiàn)，更使擊實(shí)功的增密效果減小，故企圖單純用增大擊實(shí)功以提高干容重效果并不好。,,不同擊實(shí)功對擊實(shí)特性的影響,3 擊實(shí)功能的影響,三 細(xì)粒料填筑標(biāo)準(zhǔn)的確定,土料填筑的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)包括干容重和含水率兩個(gè)不可分割

6、的的指標(biāo)。細(xì)粒料的填筑含水率，應(yīng)控制在最優(yōu)含水率附近，其上、下限控制在–2%~+3%。細(xì)粒填料的填筑質(zhì)量以如下的壓實(shí)度衡量,,P——壓實(shí)度，對1、2級或高壩應(yīng)為98％～100％，3級 中、低壩及3級以下的中壩應(yīng)為96％～98％；,——設(shè)計(jì)填筑干容重，kN/m3；,——標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)的最大干容重，kN/m3,第三節(jié) 細(xì)粒料的力學(xué)性質(zhì),一 滲透性二 壓縮性三 抗剪強(qiáng)度和應(yīng)力應(yīng)變特性四 抗拉強(qiáng)度,一 滲透性,細(xì)粒料

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

8、--土體的抗拉性能 最大拉伸性能 拉應(yīng)力和拉應(yīng)變的關(guān)系反映。,其中以抗拉強(qiáng)度值較為穩(wěn)定可靠,四 抗拉強(qiáng)度,,抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)方法—單軸拉伸法,單軸拉伸試驗(yàn)儀器設(shè)備：采用三軸壓縮試驗(yàn)設(shè)備，增設(shè)施加拉力的裝置和夾具 試驗(yàn)時(shí)根據(jù)要求含水率與干容重進(jìn)行擊實(shí)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(yīng)力（或應(yīng)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(diǎn)：,設(shè)備與方法都較簡單，可以準(zhǔn)確確定抗拉強(qiáng)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(diǎn)：,抗拉強(qiáng)度與含水率、干容重的關(guān)系,粘性土受拉時(shí)的強(qiáng)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(yàn)的結(jié)果指出，抗拉強(qiáng)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(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系,右圖可見，偏干擊實(shí)粘土的極限抗拉強(qiáng)

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(yīng)變會明顯增大，也就是說偏濕擊實(shí)土雖然其抗拉強(qiáng)度較偏干的低，但由于具有較大的塑性，其拉應(yīng)變較大，不容易開裂,第四節(jié) 粗粒料的擊實(shí)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(jié)構(gòu)，易于壓實(shí)，一般透水性強(qiáng)、壓縮性低、強(qiáng)度高、性質(zhì)穩(wěn)定，是良好的填方材料,一 無粘性粗粒土的擊實(shí)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(zhǔn)，則其顆粒含量不應(yīng)大于15%），且能自由排水的無粘性土,（一）砂礫石的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),相對密度指標(biāo)表示其所處的密實(shí)狀態(tài) （詳見第二章）,（二）堆石（包括石渣）的壓實(shí)特性,1．影響堆石壓實(shí)的因素（1）母巖性質(zhì)、級配與細(xì)粒含量（2）壓實(shí)功 （3）含水率的影響 2．堆石壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的確定 目前，一般碾壓堆石的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)采用壓實(shí)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(biāo)準(zhǔn)，其壓實(shí)平均干容重達(dá)到20.0～22.0kN/m3；對于重要工程或高壩還要進(jìn)行現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)來修正,二 粘性粗粒土的擊實(shí)特性,粘性粗粒土如礫質(zhì)土、風(fēng)化料、冰磧土等，當(dāng)其中小于0.1mm的細(xì)顆粒含量大于15%時(shí)，其壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)如同細(xì)粒土一樣，可用擊實(shí)試驗(yàn)確定最大干容重和最優(yōu)含水率wop,當(dāng)母巖成份、風(fēng)化程度一定時(shí)，粘性粗粒土的壓實(shí)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(guān)系,1．含礫量小于30%的情況,一般可用過5mm篩的細(xì)料按本章第二節(jié)小型擊實(shí)儀的試驗(yàn)方法進(jìn)行擊實(shí)，獲得細(xì)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(xì)粒料相同要求的壓實(shí)度控制,,,,——校正后全料的最大干容重、最優(yōu)含水率；,——細(xì)料擊實(shí)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(yàn)規(guī)程》SL237–1999,2．含礫量大于30%的情況,用大型擊實(shí)儀對不同礫石含量的粗粒土進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)。測定土的含水率與容重的關(guān)系，從而確定其最優(yōu)含水率與相應(yīng)的最大干容重，繪制－P5和w0－P5曲線，并按粘性土壓實(shí)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(yàn)規(guī)程》SL237–1999,第五節(jié) 粗粒料的力學(xué)性質(zhì),詳見P179-187,