第一章：土的物理性质及工程分类

1、1、土的物理性质及工程分类土的物理性质及工程分类E1.1 土的成因与特性土的成因与特性E1.2 土的三相组成土的三相组成E1.3 土的物理性质指标土的物理性质指标 E1.4 土的物理状态指标土的物理状态指标 E1.5 土的压实机理土的压实机理E1.6 地基岩土的工程分类地基岩土的工程分类 E1.7 土的野外鉴别土的野外鉴别1.1 土的成因与特性 1.1.1 土的成因土：由地壳岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成由固体矿物、液态水和气体组成的一种集合体。（土是岩石风化的产物）风化：地表或接近地表的岩石在大气、水和生物活动等因素的影响下，使岩石遭受物理的化学的的变化。 1 物理风化： 2 化学风化：

2、 3 生物风化：1.1.2 土的结构是指土粒单元的大小 、形状、表面特征、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。 2、分分 类类单粒结构蜂窝结构絮状结构由较粗的砾石、砂粒在重力作用下沉积而成（无粘性性土） 。由粉粒（粒径0.005-0.075mm）在水中沉积而成，孔隙较大。由粘粒（粒径小于0.005mm）在水中处于悬浮状态凝聚成海绵絮状的集合体。1、定定 义义1.1.3 土层构造土的构造：在同一土层中的物质成分和颗土的构造：在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。系的特征。 1 层状构造 2 分散构造 3 裂隙构造 固体矿物颗

3、粒固体矿物颗粒 （固相）（固相）土中气体土中气体（气相）（气相） 土中水土中水（液相）（液相） 1.2 土的三相组成土的三相组成1.2. 1 土的固体颗粒土的固体颗粒 土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分是决定土的工程性质的主要成分。 1.1.土粒的矿物成分土粒的矿物成分（1 1）原生矿物）原生矿物（2 2）次生矿物）次生矿物 （3 3）有机质）有机质次生矿物次生矿物 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 高岭石高岭石蒙 脱 石土按有机质含量分类 无极土 有机质土 泥炭质土 泥炭2.2.土的粒组划分土的粒组划分粒组：按性质相近的原则划分粒组

4、：按性质相近的原则划分粘粒粘粒粉粒粉粒砂粒砂粒圆粒圆粒碎石碎石块石块石0.0050.075260200巨粒巨粒粗粒粗粒细粒细粒3.3.土的颗粒级配土的颗粒级配（1）定义）定义 工程中常用土中各粒组的相对含量，占总工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示土中各粒组搭配情况，称质量的百分数来表示土中各粒组搭配情况，称为土的颗粒级配。为土的颗粒级配。（2）粒径分析方法）粒径分析方法 筛分法（筛分法（60mmd0.075mm的土）的土） 密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土）密度计法（密度计法（d0.075mm的土）的土）（3）颗粒级配的表示方法）颗粒级配的表示方法表示方法表示

5、方法：表格法、颗粒累计级配曲线法表格法、颗粒累计级配曲线法10-22-0.050.05-0.0050.005A09910B066304C44560010.10.011E-302040608010010小于某粒径的土粒质量/%粒径/mm由曲线的坡度可判断土的均匀程度由曲线的坡度可判断土的均匀程度1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（）小于某粒径之土质量百分数（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30 d50 : 平均平均粒径粒径d60 : 限限制制粒径粒径d

6、10 : 有效有效粒径粒径d30 ;中值粒径中值粒径Cu = d60 / d10 Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀级配不均匀 用用d50 表示 1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)土的粒径级配累土的粒径级配累积曲线积曲线d60d10d30斜率斜率: : 某粒径范围内颗粒的含量某粒径范围内颗粒的含量 陡陡相应粒组质量集中相应粒组质量集中 缓缓-相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台

7、-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数C C c c= =1-3,1-3,级配连续性好级配连续性好粒径级配判定粒径级配判定1 1）粒组含量用于土的分类定名；）粒组含量用于土的分类定名；2 2）不均匀系数）不均匀系数CuCu用于判定土的不均匀程度：用于判定土的不均匀程度： Cu Cu 5, 5, 不均匀土；不均匀土； Cu Cu 5, 33或或CcCc1,1,级配不连续级配不连续4 4）不均匀系数）不均匀系数CuCu和曲率系数和曲率系数CcCc用于判定土的级配优劣：用于判定土的级配优劣： 如果如果 CuCu55且且 CcCc=

8、 =1 13 3 ， 级配良好的土；级配良好的土； 如果如果 Cu Cu 53 3 或或Cc Cc 1, 1, 级配不良的土。级配不良的土。1.2.2 土中水土中水（1）结合水）结合水 强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水（2）自由水自由水 重力水、毛细水重力水、毛细水（3 3）气态水）气态水（4 4）固态水）固态水双电层双电层 结合水概念结合水概念强结合水、弱结合水强结合水、弱结合水 双电层概念双电层概念1.2.3 土中气体土中气体 土中的气体存在于土孔隙中未土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。被水所占据的部位。（1）自由气体自由气体（2）封闭气体封闭气体t 概述概述土的物理性质直接

9、反映土的松密、软硬等物理状态，土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。t 三相指标的定义三相指标的定义1.3 土的物理性质指标土的物理性质指标固相固相液相液相气相气相土颗粒土颗粒土中水土中水土中气土中气构成土骨架，起决定作用构成土骨架，起决定作用重要影响重要影响次要作用次要作用1 1、三相草图三相草图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积WaterAirSoilVaVwVsVvVma=

10、0mwmsm质量质量体积体积 VVVVVVVavas Vm0mmmmmaas已知关系五个已知关系五个: :共有九个参数共有九个参数: V Vv Vs Va V / / ms m ma m剩下三个独立变量剩下三个独立变量物性指标是比例关系物性指标是比例关系: :可假设任一参数为可假设任一参数为1实验室测定实验室测定其它指标其它指标2、室内测定的三个物理性质指标基本物理指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积土的密度土的密度awswsVVVmmVm 单位单位: kg/m3 或或 g/cm3一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3土单位体积的质量土单位

11、体积的质量有时也称有时也称土的天然密度土的天然密度表达式表达式:相关指标相关指标:土的容重（重度）土的容重（重度）=g 单位单位: kN/m3 环刀法测得环刀法测得土粒比重土粒比重 s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量土粒的密度，单位体积土粒的质量sssVm 单位单位: 无量纲无量纲土粒比重一般范围土粒比重一般范围: 粘性土粘性土 2.702.75 砂砂 土土 2.65 有机质、泥炭土较小有机质、泥炭土较小C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒的质量与同体积的土粒的质量与同体积的4 4C C时纯水的质量的时纯水的质量的比值比值表达式表达式:

12、比重瓶法测得比重瓶法测得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积sssswwmdV土的含水量土的含水量土中水的质量与土粒质量之比土中水的质量与土粒质量之比, , 用百分数表示用百分数表示注注: 1. 含水量含水量 可达到或超过可达到或超过100 2. 根据现行根据现行岩土工程术语标准岩土工程术语标准改为含水率。改为含水率。 3. 对于含有机质超过干土质量对于含有机质超过干土质量5%的土，烘干温度的土，烘干温度6570。表达式表达式:用烘干法测得用烘干法测得100%100%wsssmmmwmm孔隙比孔隙比svVVe . 其它常用的物理性质指标导出指标土中孔隙体

13、积与固体颗粒土中孔隙体积与固体颗粒体积之比体积之比, 无量纲无量纲表达式表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积体积关系关系:e1en n1ne 孔隙率孔隙率 土中孔隙体积与总体积之比土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示用百分数表示表达式表达式:100%VVnVn,e反映土的密实程度。e1.0,高压缩性土。饱和度饱和度表达式表达式:土中水的体积与孔隙体积的比值土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示饱和度表示孔隙中充满水的程度孔隙中充满水的程度Ssat=0 : 干土干土Ssat=1 : 饱和土饱和土100%wsatVVSV干密度干密度干重度干重度Vmsd gdd WaterAi

14、rSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量质量体积体积单位体积内土颗粒的质量单位体积内土颗粒的质量干密度作为检测人工填土密实程度的指标。maxdcd饱和密度饱和密度gsatsat 饱和重度饱和重度VVmvwssat 土孔隙中充满水时，单位体积土的质量。有效重度（浮重度）有效重度（浮重度）有效密度（浮密度）有效密度（浮密度）单位体积中土颗粒的有效质量。swsmVV satwg dsat天然密度天然密度干密度干密度饱和密度饱和密度Vmsd VVmvwssat 有效密度有效密度swsmVV swmmmVVsatd4 指标的换算指标的换算 土的密度、含水量、土粒比重是通土的密度、含水量、土粒比

15、重是通过试验测定，其他指标可由这三个指标过试验测定，其他指标可由这三个指标换算得到。换算得到。例题1-11.4 土的物理状态指标土的物理状态指标 土的物理性质指标土的物理性质指标( (三相间的比例三相间的比例关系关系) )。可以用来表示。可以用来表示土的物理状态，土的物理状态，包括：无粘性土的松密程度和粘性土的包括：无粘性土的松密程度和粘性土的软硬状态，从而影响了土的软硬状态，从而影响了土的 力学特性。力学特性。一、一、无粘性土的密实度划分标准无粘性土的密实度划分标准（1）孔隙比）孔隙比e 优点：简单方便优点：简单方便 缺点：无法反映土的级配因素缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85

16、松散松散中密中密密实密实稍密稍密（2）相对密度）相对密度Dr 定义：定义： 优点：计入土的级配因素，理论上比较优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且缺点：天然孔隙比难以获取，且e emaxmax, ,e eminmin 的测定受人为的影响较大。的测定受人为的影响较大。minmaxmaxreeeeD 判别标准：判别标准： Dr = 1 , 最密状态最密状态 Dr = 0 , 最松状态最松状态 0 Dr 0.33 , 疏松状态疏松状态 0.33 Dr 0.67 , 密实状态密实状态dmindmaxdmaxdminddr)()(D e emaxmax: : 最

17、大孔隙比最大孔隙比将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比比e eminmin: : 最小孔隙比最小孔隙比将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比算得到最小孔隙比e emaxmax与与e eminmin ：最大与最小孔隙比最大与最小孔隙比（3）标准贯入试验击数）标准贯入试验击数

18、N（未经修正）（未经修正）为为标准标准301510松散松散中密中密密实密实稍密稍密（4）碎石土的密实度）碎石土的密实度圆锥动力触探轻型重型超重型120N5 .63N二、二、 粘性土的物理特征粘性土的物理特征1 1、稠度状态与界限含水量、稠度状态与界限含水量固态或固态或半固态半固态塑态塑态 流态流态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态w塑限塑限p液限液限l稠度界限稠度界限强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水缩限spLpI吸附结合水的能力；粘性大小；大致反映吸附结合水的能力；粘性大小；大致反映粘土颗粒含量粘土颗粒含量 常作为

19、细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据2 2、粘性土的可塑性及指标、粘性土的可塑性及指标不同的粘土，p、l 大小不同对于对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同pLpLI 定义：定义：wpwwlIL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.25 - 0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑粘性土在某含水量范围内，粘性土在某含水量范围内，用外力塑成任何形状而不发用外力塑成任何形状而不发生裂纹，外力移去后仍能保生裂纹，外力移去后仍能保持既得形状。持既得形状。-可塑性可塑性三三、反映粘性土结构性的指标反映粘性土结构性的指标1 1. . 粘性土的结

20、构性概念粘性土的结构性概念 原状土具有结构性，具有相同的含水量和密度，原状土具有结构性，具有相同的含水量和密度，经过粉碎经过粉碎/重塑后，变为重塑土，强度降低。重塑后，变为重塑土，强度降低。2. 2. 粘性土的灵敏度粘性土的灵敏度 uutqqS =原状土的无侧限抗压强原状土的无侧限抗压强度度重塑土的无侧限抗压强重塑土的无侧限抗压强度度 03 uquq 相同含水量、密度相同含水量、密度含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为称为。土的触变性是土结构中联结形态发生变化引土的触

21、变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。起的，是土结构随时间变化的宏观表现。目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。标。3. 3. 粘性土的触变性粘性土的触变性 作业P28，习题1-2，1-4P14例题1-1，VS=1CM3,V=1CM3指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性指土在一定压实能量作用下密度增长的特性指土在一定压实能量作用下密度增长的特性 以最小的能量消耗获得最大的压实密度以最小的能量消耗获得最大的压实密度 室内击实试验室内击实试验现场试验现场试验: : 夯打、振动、碾压夯打、振动、碾压1.5 1.5 土的压实性土的压实性一、室内击实试验一、室内击实试验 试验设备试验设备 击实筒击实筒V=V=1000cm3；击实锤击实锤w=2.5牛顿牛顿 试验条件试验条件 土样分层土样分层n=3层；落高层；落高d=3