土的性质及工程分类

1、本章提要本章提要 土的性质：物理性质、力学性质、水理性质和工程性质。土的性质：物理性质、力学性质、水理性质和工程性质。 土是由颗粒、水和气组成的三相分散体系。土中颗粒的大小、土是由颗粒、水和气组成的三相分散体系。土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同物理性质。土的成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同物理性质。土的物理性质又与力学性质有着密切的联系。物理性质又与力学性质有着密切的联系。 进行土力学计算及处理地基基础问题时，必须熟练掌握反映进行土力学计算及处理地基基础问题时，必须熟练掌握反映土三相组成比例和状态的各指标的定义、试验或计算方法，以土三相组成比例和状态的各指标的定

2、义、试验或计算方法，以及按土的有关特征和指标确定地基土的分类方法。及按土的有关特征和指标确定地基土的分类方法。 本章需了解土的三相组成，要牢固掌握土的物理性质指标的本章需了解土的三相组成，要牢固掌握土的物理性质指标的定义、有关指标的换算、试验和应用，掌握无粘性土和粘性土定义、有关指标的换算、试验和应用，掌握无粘性土和粘性土的工程特性，熟练使用地基土的分类方法，深入了解工程中常的工程特性，熟练使用地基土的分类方法，深入了解工程中常用到的渗透定律、压实原理及流砂现象。用到的渗透定律、压实原理及流砂现象。2.1 2.1 土的概念土的概念 土是由岩石经过物理风化和化学风化后土是由岩石经过物理风化和化学

3、风化后的产物，是由各种大小不同的的产物，是由各种大小不同的土粒土粒按各种比按各种比例组成的集合体，土粒之间的空隙中包含着例组成的集合体，土粒之间的空隙中包含着水水和和气体气体，是一种三相体系。，是一种三相体系。土的三土的三相体系相体系土的气相土的气相 土的液相土的液相 土的固相土的固相 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成，土是由固体颗粒、水和气体三部分组成，通常称为土的三相组成。随着三相物质的质量通常称为土的三相组成。随着三相物质的质量和体积的比例不同，土的性质也将不同。和体积的比例不同，土的性质也将不同。.1 土的固相土的固相 原生矿物原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成。如：石英

4、、长石。：岩浆在冷凝过程中形成。如：石英、长石。次生矿物次生矿物：原生矿物经过化学风化作用后形成的矿物，如粘：原生矿物经过化学风化作用后形成的矿物，如粘 土矿物、碳酸盐等。土矿物、碳酸盐等。 土的固体颗粒物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构土的固体颗粒物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成土的骨架最基本的物质。成土的骨架最基本的物质。 无机矿物无机矿物次生矿物次生矿物 原生矿物原生矿物 1 1、土的矿物成分、土的矿物成分2.2 2.2 土的三相组成及土的结构构造土的三相组成及土的结构构造 次生矿物的水溶性对土的工程特性有很大的影响。次生矿物的水溶性对土的工程特性有很大的影响。 粘土矿物：矿物发生分

5、解，形成新的物质。某些矿物分解粘土矿物：矿物发生分解，形成新的物质。某些矿物分解为次生的粘土矿物。粘土矿物具有很强的亲水性对土的工为次生的粘土矿物。粘土矿物具有很强的亲水性对土的工程性质影响很大。程性质影响很大。 下面以三种主要粘土矿物为例，介绍其结构特征和基本的下面以三种主要粘土矿物为例，介绍其结构特征和基本的工程特性。工程特性。难溶的难溶的易溶的易溶的不溶的不溶的 次生矿物按与水的作用可分为：次生矿物按与水的作用可分为：硅硅- -氧氧四面体四面体6 6个硅个硅- -氧四面体氧四面体组成一个硅片组成一个硅片铝铝- -氢氧氢氧八面体八面体4 4个八面体组个八面体组成一个铝片成一个铝片 粘土矿物

6、依硅片和铝片的组叠形式的不同，可以分为蒙粘土矿物依硅片和铝片的组叠形式的不同，可以分为蒙脱石、伊利石和高岭石三种主要类型。脱石、伊利石和高岭石三种主要类型。 (2) (2)伊利石伊利石 膨胀性和收膨胀性和收缩性都较蒙脱石缩性都较蒙脱石小。小。 (3)(3)高岭石高岭石 高岭石的亲高岭石的亲水性、膨胀性和水性、膨胀性和收缩性均小于伊收缩性均小于伊利石，更小于蒙利石，更小于蒙脱石。脱石。 (1) (1)蒙脱石蒙脱石 土中蒙脱石含量较大时，该土可塑性和压缩性高，强度土中蒙脱石含量较大时，该土可塑性和压缩性高，强度低，渗透性小，具有较大的吸水膨胀和脱水收缩的特性。低，渗透性小，具有较大的吸水膨胀和脱水

7、收缩的特性。 2 2、土粒粒组、土粒粒组 (1) (1) 粒度：土粒的大小称为粒度。粒度：土粒的大小称为粒度。 (2) (2) 粒组：工程上把大小、性质相近的土粒合并为一组。粒组：工程上把大小、性质相近的土粒合并为一组。 (3) (3) 界限粒径：划分粒组的分界尺寸。界限粒径：划分粒组的分界尺寸。 3 3、土的颗粒级配、土的颗粒级配 土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重的百分数表示，土中所含各粒组的相对含量，以土粒总重的百分数表示，称为土的颗粒级配。称为土的颗粒级配。 粒径粒径 (mm)小于等于某粒径的土粒的累计百分含量小于等于某粒径的土粒的累计百分含量(%)土样土样A土样土样B土样土样C10

8、-100.0-510075.0-298.955.0-192.942.7-0.576.534.7-0.2535.028.5100.00.19.023.692.00.075-19.077.60.010-10.940.00.005-6.728.90.001-1.510.0限定粒径限定粒径 中值粒径中值粒径有效粒径有效粒径 工程中常用不均匀系数工程中常用不均匀系数C Cu u和曲率系数和曲率系数C Cc c来反映土颗粒级来反映土颗粒级配的不均匀程度。配的不均匀程度。 可见，不均匀系数可见，不均匀系数Cu反映了大小不同粒组的分布情况，反映了大小不同粒组的分布情况，曲率系数曲率系数Cc描述了级配曲线分布的

9、整体形态。描述了级配曲线分布的整体形态。 工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断：工程上对土的级配是否良好可按如下规定判断： 对于级配连续的土：对于级配连续的土：Cu55，级配良好；反之，级配良好；反之，Cu555和和Cc1 13 3两个条件时，才为级配良好，反之两个条件时，才为级配良好，反之级配不良。级配不良。 4 4、颗粒分析试验、颗粒分析试验 对于粒径大于对于粒径大于0.075mm0.075mm的粗粒土，可用筛分法。对于粒的粗粒土，可用筛分法。对于粒径小于径小于0.075mm0.075mm的细粒土，则可用沉降分析法的细粒土，则可用沉降分析法( (水分法水分法) )。通。通常需上述两种方

10、法联合使用。常需上述两种方法联合使用。 (1)(1)筛分法筛分法 (2)(2)沉降分析法沉降分析法 2.2.2 2.2.2 土中水和气土中水和气 1 1、土中水、土中水 土中水按存在形态分土中水按存在形态分有液态水、固态水和气态有液态水、固态水和气态水。水。重力水重力水 自由水自由水 弱结合水弱结合水 强结合水强结合水 结合水结合水 土土中中液液态态水水毛细水毛细水 2、土的冻胀、土的冻胀 土的冻胀现象和融陷现象是季节性冻土的特性，亦即土的土的冻胀现象和融陷现象是季节性冻土的特性，亦即土的冻胀性。冻胀性。 在持续负温作用下，地下水位较高处的粉砂、粉土、粉质在持续负温作用下，地下水位较高处的粉砂

11、、粉土、粉质粘土等土层常具有较大的冻胀危害。防治冻胀的工程主要措粘土等土层常具有较大的冻胀危害。防治冻胀的工程主要措施措施是，要将构筑物基础底面置于当地冻结深度施措施是，要将构筑物基础底面置于当地冻结深度(可查有可查有关规范关规范)以下，以防止冻害的影响。以下，以防止冻害的影响。 3、土中气、土中气 在粗颗粒的沉积物中常见到与大气相连通的空气，它对土在粗颗粒的沉积物中常见到与大气相连通的空气，它对土的工程性质影响不大。在细颗粒中则存在与大气隔绝的封闭的工程性质影响不大。在细颗粒中则存在与大气隔绝的封闭气泡，封闭气体对土的工程性质影响较大。气泡，封闭气体对土的工程性质影响较大。 土的结构和构造土

12、的结构和构造 土的结构是指土粒单土的结构是指土粒单元的大小、形状、相互排元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形列及其联结关系等因素形成的综合特征。成的综合特征。蜂窝结构蜂窝结构 单粒结构单粒结构 土的结构土的结构絮凝结构絮凝结构 1、单粒结构、单粒结构 单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。单粒结构是碎石土和砂土的结构特征。 紧密状单粒结构的土，强度较大，压缩性较小，是较为良紧密状单粒结构的土，强度较大，压缩性较小，是较为良好的天然地基；好的天然地基； 而具有疏松单粒结构的土，其骨架不稳定，当受到振动或而具有疏松单粒结构的土，其骨架不稳定，当受到振动或其他外力作用时，引起土体较大的变形，这种

13、土层如未经处其他外力作用时，引起土体较大的变形，这种土层如未经处理一般不宜作为建筑物的地基。理一般不宜作为建筑物的地基。 2、蜂窝结构、蜂窝结构 蜂窝状结构是以粉粒蜂窝状结构是以粉粒(0.0750.005mm)为主的土的结构为主的土的结构特征。可承担一般的水平静荷载。但当其承受较高水平荷载特征。可承担一般的水平静荷载。但当其承受较高水平荷载或动力荷载时，其结构将破坏，导致严重的地基沉降。或动力荷载时，其结构将破坏，导致严重的地基沉降。 3、絮状结构、絮状结构 絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征。土的结构形成以后，絮状结构是粘土颗粒特有的结构特征。土的结构形成以后，当外界条件变化时，土的结构会发生

14、变化。在取土试验或施当外界条件变化时，土的结构会发生变化。在取土试验或施工过程中都必须尽量减少对土的扰动，避免破坏土的原状结工过程中都必须尽量减少对土的扰动，避免破坏土的原状结构。构。 土的构造是指在同一土层中的物质成分土的构造是指在同一土层中的物质成分和颗粒大小等和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关都相近的各部分之间的相互关系的特征。系的特征。 土的构造最主要特征就是土的构造最主要特征就是成层性，即层成层性，即层理构造理构造。它是。它是在土的形成过程中，由不同阶在土的形成过程中，由不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色的不同，段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色的不同，而沿竖向呈现的成层特征。

15、而沿竖向呈现的成层特征。 土的构造的另一特征是土的土的构造的另一特征是土的裂隙性裂隙性，如，如黄土的柱状裂黄土的柱状裂隙。裂隙的存在大大降低土体隙。裂隙的存在大大降低土体的强度和稳定性，增大透水性，对工程不利。的强度和稳定性，增大透水性，对工程不利。2.3 2.3 土的物理性质指标土的物理性质指标一、土的三相比例指标：指土的三相物质在体积、质量上的一、土的三相比例指标：指土的三相物质在体积、质量上的比例关系。它反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价比例关系。它反映了土的干燥与潮湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工程地质勘察土的工程性质的最基本的物理性质指标，也是工

16、程地质勘察报告中不可缺少的基本内容。报告中不可缺少的基本内容。 二、土的三相图二、土的三相图三、土的三项基本物理性质指标（也称试验指标）三、土的三项基本物理性质指标（也称试验指标） 1、土的、土的密度（密度（）和重度）和重度( () )： 单位体积的土的质量称为土的密度。单位体积的土的单位体积的土的质量称为土的密度。单位体积的土的重力称为土的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内重力称为土的重度。所谓单位体积就是包括孔隙体积在内的体积。的体积。Vm （g/cmg/cm3 3） 测试方法：粘性土一般采用测试方法：粘性土一般采用环刀法环刀法。g (kN/m(kN/m3 3) )土的体积土的体积土土

17、的的质质量量2、土的含水量、土的含水量100 swmmw干干干干湿湿100 mmmw 含水量常用含水量常用烘干法烘干法测测定，定，它是描述土的干湿程度的重它是描述土的干湿程度的重要指标。土的天然含水量变要指标。土的天然含水量变化范围很大，从干砂的含水化范围很大，从干砂的含水量接近于零到蒙脱土的含水量接近于零到蒙脱土的含水量可达百分之几百。量可达百分之几百。 土中水的质量土中水的质量 mw w 与固体（土粒）质量与固体（土粒）质量 ms s 之比。之比。 3、土粒相对密度、土粒相对密度111wswsssVmd 砂土砂土砂质粉土砂质粉土粘质粉土粘质粉土粉质粘土粉质粘土粘土粘土2.652.692.7

18、02.712.712.732.742.76n 土粒相对密度变化不大，可按经验值选取。土粒相对密度变化不大，可按经验值选取。 n 测试方法：用测试方法：用比重瓶比重瓶法测定。法测定。 n 一般的土粒相对密度为：一般的土粒相对密度为：n 土的固体颗粒质量与同体积土的固体颗粒质量与同体积4时的纯水质量之比。时的纯水质量之比。 单位：单位：g/mg/m3 3四、换算指标四、换算指标1 1、干密度干密度 是指土的固相质量是指土的固相质量ms与土的总体积与土的总体积V之比。之比。 干重度：干重度： d d g (kN /m (kN /m3 3) )Vmsd（g/cmg/cm3 3） 干密度干密度d越大，土

19、越密实，强度就越高，水稳定性越大，土越密实，强度就越高，水稳定性越好。越好。 d常作为填土密实度的施工控制指标。常作为填土密实度的施工控制指标。 常见值：常见值： d （1.8） (g/cm(g/cm3 3) )2 2、饱和密度（、饱和密度（sat）和饱和重度）和饱和重度( (sat) ) 土的孔隙中全部为水所充满时土的密度。土的孔隙中全部为水所充满时土的密度。饱和重度：饱和重度：常见值：常见值： sat sat （1.1.8 82.2.3 3） (g/cm(g/cm3 3) )（g/cmg/cm3 3）Vmmswsatgsatsat (kN /m(kN /m3 3) )3

20、、有效密度、有效密度和有效重度和有效重度 n 有效密度有效密度水位以下的土体受到浮力作用时，单位水位以下的土体受到浮力作用时，单位体积的质量。体积的质量。n 有效重度（浮重度）有效重度（浮重度） 指扣除浮力以后的固相重指扣除浮力以后的固相重力与土的总体积之比。力与土的总体积之比。 sat w （g/cmg/cm3 3）wsatWSsVVgm 4、土的孔隙比、土的孔隙比en 指孔隙的体积指孔隙的体积VV与土粒的体积与土粒的体积VS之比。之比。n e是评价土的紧密程度的指标。是评价土的紧密程度的指标。 常见值：常见值： n 砂土砂土 e=0.51.0，当，当e1.0时为软弱土。时为软弱土。nnVV

21、esV 15、土、土 的孔隙率的孔隙率n%VVnV100 孔隙的体积孔隙的体积VV与土的总体积之比。与土的总体积之比。常见值：常见值：n=(3050)%een 16、土的饱和度、土的饱和度sr 孔隙中水的体积孔隙中水的体积VW与孔隙体积与孔隙体积VV之比。之比。n Sr和含水量和含水量w是反映土中含水程度的指标。是反映土中含水程度的指标。 n 常见值：常见值： sr01 饱和土：饱和土： sr1VWrVVS 五、三相比例指标的相互换算五、三相比例指标的相互换算n 利用换算公式求得全部计算指标。利用换算公式求得全部计算指标。 n 利用三相草图计算物理指标的方法：利用三相草图计算物理指标的方法：

22、（1）首先绘制三相草图；）首先绘制三相草图； （2）根据已知的三个试验指标计算其余的指标。）根据已知的三个试验指标计算其余的指标。 技巧：令技巧：令V=1或或VS=1，可使计算大为简化。，可使计算大为简化。【解】【解】 1 1、绘三相草图；、绘三相草图；【例题】已知土的试验指标为：土的重度【例题】已知土的试验指标为：土的重度=17 kN/m=17 kN/m3 3，土粒，土粒重度重度s=27.2kN/m=27.2kN/m3 3和含水量和含水量w=10=10，求其余，求其余6 6个物理指标。个物理指标。土粒土粒水水气气2 2、设土的体积等于、设土的体积等于1 1，即，即 V = 1 = 1 则土的

23、质量：则土的质量：)(7 . 111017gVgVm 3 3、已知含水量已知含水量swswmmmmw1 .0, 1 .0 而而15.0,55.17 .1 wsswmmmmm7 .1 m55. 1 sm0 am0.15mw 4 4、土粒密度、土粒密度而：而：72. 2102 .27 gss 5 5、孔隙体积：孔隙体积： sssVm 6 6、水的体积：、水的体积：15.0115.0 wwwmV 1 V57.072.255.1 sssmV 土粒土粒水水气气55. 1 sm0 am15. 0 wm7 . 1 m28. 0 aV57. 0 sV15. 0 wV43. 057. 01 sVVVV7 7、气

24、体的体积：、气体的体积：28.015.043.0 wVaVVV43. 0 VV8 8、根据土的物理性质指标表达式可求出：、根据土的物理性质指标表达式可求出：（1）孔隙比：）孔隙比：75.057.043.0 sVVVe（2）孔隙率：）孔隙率：%43143.0 VVnV（3）饱和度：）饱和度：%3543. 015. 0 VWrVVS（4）干密度：）干密度：551.Vmsd （5）饱和密度：）饱和密度：98. 128. 07 . 1 VVmmawswsat （6）有效密度：）有效密度： sat w1.9810.98 (g/m3) (g/m3) (g/m3) 【例题【例题2 2】 已知土的试验指标为：

25、土的重度已知土的试验指标为：土的重度=18kN/m=18kN/m3 3 ，土，土粒密度粒密度s s=2=2.7g/cm7g/cm3 3 和含水量和含水量w w=12=12，求，求 e e , ,S Sr r 和和d d 。【解【解1 1】 设土的体积等于设土的体积等于1 1，即，即 V = 1 = 1 则土的重力则土的重力 W = V = 18 = 18 kN 已知土粒的重力已知土粒的重力 Ws 与水的重力与水的重力Ww 之和等于土的重力之和等于土的重力W ，即，即: : W = Ws + Ww 水的重力水的重力 Ww 与土的重力与土的重力 Ws 之比等于含水量之比等于含水量w，则，则 Ww

26、wWs 0.120.12Ws 代入代入式（式（1 1）：）：Ws 0.120.12Ws W18 kN 解得：解得： Ws 16 kN Ww 2 kN 土粒体积：土粒体积： Vs s Ws / s sg = =0.60 m3 孔隙的体积：孔隙的体积：Vv v= = V - - Vs s =1 0.60 = 0.40 m3， 水的体积水的体积 ： Vw Ww/ w = 2/9.8 = = 2/9.8 = 0.20 m3。 根据三相指标定义可计算孔隙比根据三相指标定义可计算孔隙比e，饱和度，饱和度Sr r 和干重度和干重度 d d 的数值：的数值：67. 06 . 04 . 0 sVVVe5 . 0

27、4 . 02 . 0 VWrVVS3kN/m16 VWsd 孔隙比孔隙比e：饱和度饱和度Sr r : : 干重度干重度 d d ： 【解【解2 2】 直接利用表直接利用表2.72.7的换算公式计算：的换算公式计算： 67. 0118)12. 01(7 . 28 . 91)1( wes5 . 08 . 967. 07 . 28 . 912. 0 wsrewS 3kN/m1612. 01181 wd 孔隙比孔隙比e：饱和度饱和度Sr r : : 干重度干重度 d d ：【例题【例题2 2】 已知土的试验指标为：土的重度已知土的试验指标为：土的重度=18kN/m=18kN/m3 3，土粒，土粒密度密

28、度s s=2=2.7g/cm7g/cm3 3和含水量和含水量w w=12=12，求，求e，Sr 和和d 。2.4 2.4 无粘性土无粘性土的密实度的密实度土的名称土的名称密实密实中密中密稍密稍密松散松散砾砂、粗砂、砾砂、粗砂、 中砂中砂e0.85细砂、粉砂细砂、粉砂e0.95一、无粘性土密实度的工程意义一、无粘性土密实度的工程意义 砂、卵石等无粘性土的密实度对其工程性质具有重要的砂、卵石等无粘性土的密实度对其工程性质具有重要的影响。密实的无粘性土具有较高的强度和较低的压缩性，是影响。密实的无粘性土具有较高的强度和较低的压缩性，是良好的建筑物地基；但松散的无粘性土土，尤其是饱和的松良好的建筑物地

29、基；但松散的无粘性土土，尤其是饱和的松散砂土，强度低，且水稳定性很差，容易产生流砂、液化等散砂土，强度低，且水稳定性很差，容易产生流砂、液化等工程事故。对砂土评价的主要问题是正确地划分其密实度。工程事故。对砂土评价的主要问题是正确地划分其密实度。 二、工程中划分密实度的标准二、工程中划分密实度的标准 1、以孔隙比、以孔隙比e为标准为标准2 2、以相对密实度、以相对密实度Dr为标准为标准minmaxmaxeeeeDr 密实度密实中密疏松相对密实度Dr 10.670.670.330.330砂土密实度划分标准砂土密实度划分标准 砂土的相对密实度砂土的相对密实度D Dr r：砂土处于密实状态时，其孔隙

30、：砂土处于密实状态时，其孔隙比比e eminmin称为最小孔隙比；处于最疏松状态时的孔隙比则称称为最小孔隙比；处于最疏松状态时的孔隙比则称为最大孔隙比为最大孔隙比e emaxmax，e e为土的天然孔隙比。为土的天然孔隙比。3 3、以标准贯入试验锤击数、以标准贯入试验锤击数N N为标准为标准 N值值 N 10 10N 15 15N 30 N30密实度密实度松散松散稍密稍密中密中密密实密实岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范（GB 50021-94) GB 50021-94) 按标准贯入锤击数按标准贯入锤击数N N确定砂土密实度确定砂土密实度 标准贯入试验标准贯入试验：是用规定的锤重（：是用规定的锤

31、重（63.5kg63.5kg）和落距）和落距（76cm76cm）把标准贯入器（带有）把标准贯入器（带有刃口刃口的对开管，的对开管，外径外径50mm50mm，内，内径径35mm35mm）打入土中，记录贯入一定深度（）打入土中，记录贯入一定深度（30cm30cm）所需的）所需的锤击锤击数数N N的的原位原位测试方法。测试方法。N N反映了土层的反映了土层的松密和软硬程度松密和软硬程度，是一，是一种简便的测试手段。种简便的测试手段。2.5 2.5 粘性土的物理特性粘性土的物理特性一、粘性土的状态与界限含水量一、粘性土的状态与界限含水量 1、土的状态、土的状态 n 含水量大时，土呈含水量大时，土呈流动

32、状态流动状态； n 含水量减小时，土由流动状态过渡到含水量减小时，土由流动状态过渡到可塑状态可塑状态； n 含水量继续减小，土由可塑状态过渡到含水量继续减小，土由可塑状态过渡到半固体状态半固体状态； n 含水量低时，土由半固体状态转为含水量低时，土由半固体状态转为固体状态固体状态。0swpwLw 固态固态半固态半固态可可塑塑态态液态液态含水量含水量2、土的可塑性：指土可塑成任何形状而不发生裂缝，并、土的可塑性：指土可塑成任何形状而不发生裂缝，并在外力解除后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。在外力解除后能保持已有的形状而不恢复原状的性质。3、界限含水量：土从一种状态变到另一种状态时，含水量、界

33、限含水量：土从一种状态变到另一种状态时，含水量分界点称为界限含水量。分界点称为界限含水量。 液限液限WL：流动状态与可塑状态的分界含水量。：流动状态与可塑状态的分界含水量。 n 测定方法：采用锥式液限仪或碟式液限仪测定。测定方法：采用锥式液限仪或碟式液限仪测定。塑限塑限WP：可塑状态与半固体状态的分界含水量。可塑状态与半固体状态的分界含水量。 测定方法：搓条法。当搓的土条直径为测定方法：搓条法。当搓的土条直径为3mm3mm时断裂为若干时断裂为若干段，段，此时测得的土条含水量即为该土的塑限。此时测得的土条含水量即为该土的塑限。 缩限缩限WS：半固态到固态的分界含水量。：半固态到固态的分界含水量。

34、二、塑性指数二、塑性指数I IP P n 定义：可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。可塑性定义：可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。可塑性大小用土处于塑性状态的含水量的变化范围来衡量，该范围大小用土处于塑性状态的含水量的变化范围来衡量，该范围即为塑性指数。即为塑性指数。n 工程应用：用工程应用：用I IP P作为粘性土和粉土的定名标准。作为粘性土和粉土的定名标准。 I IP P 17 17 ： 粘土：粘土： 10 I10 IP P 17 17 ： 粉质粘土：粉质粘土： I IP P 10 10 ： 粉土粉土 n I IP P越大，土的可塑性越好，吸水能力越强。习惯上，越大，土的可塑性越好，吸水

35、能力越强。习惯上，I IP P用不带的数值表示。用不带的数值表示。pLpWWI 三、液性指数三、液性指数I IL L I IL L反映土的软硬程度和干湿状态。反映土的软硬程度和干湿状态。 工程应用：根据工程应用：根据I IL L确定粘性土的状态。确定粘性土的状态。PPPLPLIWWWWWWI 定义：粘性土的液性指数为天然含水量定义：粘性土的液性指数为天然含水量W W与塑限与塑限W WP P的差的差值和液限值和液限W WL L与塑限与塑限W WP P差值之比。差值之比。 状态状态坚硬坚硬硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑流塑流塑液性指数液性指数IL00 IL0.250.25IL0.750.751.0 粘性

36、土的状态粘性土的状态四、灵敏度和触变性四、灵敏度和触变性 工程应用：基础工程施工中必须注意保护基槽，尽量工程应用：基础工程施工中必须注意保护基槽，尽量减少对土的扰动。减少对土的扰动。uutqqS q 灵敏度：原状土和重塑土试样无侧限抗压强度的比值。灵敏度：原状土和重塑土试样无侧限抗压强度的比值。 饱和粘性土灵敏度的分类饱和粘性土灵敏度的分类类别类别低敏度低敏度中等敏度中等敏度高敏度高敏度灵敏度灵敏度1.0 St2.02.0 4.0q 触变性：粘性土结构遭破坏，强度降低，但随时间发触变性：粘性土结构遭破坏，强度降低，但随时间发展土体强度恢复的胶体化学性质。展土体强度恢复的胶体化学性质。 2.6

37、2.6 土的渗透性土的渗透性一、渗流模型一、渗流模型 q 对渗流作出对渗流作出假设假设： 1、不考虑渗流路径、不考虑渗流路径迂回曲折，只分析迂回曲折，只分析其主要流向。其主要流向。 2、不考虑土体颗粒、不考虑土体颗粒间的影响，认为孔间的影响，认为孔隙和土粒所占空间隙和土粒所占空间均被渗流所充满。均被渗流所充满。n渗透性：土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现渗透性：土孔隙中的自由水在重力作用下发生运动的现象，称为土的渗透性。象，称为土的渗透性。q 为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流一致，为了使渗流模型在渗流特性上与真实的渗流一致，模型模型还应符合以下要求：还应符合以下要求： （1）在同一

38、过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流）在同一过水断面，渗流模型的流量等于真实渗流的流量；的流量； （2）在任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压）在任一界面上，渗流模型的压力与真实渗流的压力相等；力相等； （3）在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗）在相同体积内，渗流模型所受到的阻力与真实渗流所受到的阻力相等。流所受到的阻力相等。q 渗流模型的平均流速渗流模型的平均流速 V： V=q / A （m/s)单位时间内流过截单位时间内流过截面积面积A的水量的水量(m3/s)过水断面面积过水断面面积(m2) 真实渗流的流速真实渗流的流速V0为：为： V0=q/A0 则：则： V/V0 = A0

39、/A = n相应于断面相应于断面A中所中所包含的孔隙面积包含的孔隙面积孔隙率孔隙率二、土的层流渗透定律（达西定律）二、土的层流渗透定律（达西定律）q 达西定律：土中水的渗透速度达西定律：土中水的渗透速度v v与水头梯度与水头梯度i i成正比。成正比。lHHlH21 i即即 v = k i q /A 或或 q = kiA式中：式中： v v渗流速度（渗流速度（m/s); m/s); k k渗透系数（渗透系数（m/s); m/s); i i水头梯度，即沿水头梯度，即沿水流方向单位长度上水流方向单位长度上的水头差。的水头差。 达西渗透定律达西渗透定律kiLhkvkiAvAq一、达西渗透定律一、达西渗

40、透定律 ivo砂土砂土ibivo密实粘土密实粘土vcrvkivc iivo砾土砾土 达西渗透定律达西渗透定律一、达西渗透定律一、达西渗透定律 1vvqvAvevvAAneAAvkiAvAqeevnvv1 达西渗透定律达西渗透定律一、达西渗透定律一、达西渗透定律 2.7 2.7 土的压实性土的压实性土的压实原理土的压实原理 土的压实性：土体能够通过振动、夯实和碾压土的压实性：土体能够通过振动、夯实和碾压等方法调整土粒排列，进而增加密实度的性质。实等方法调整土粒排列，进而增加密实度的性质。实际工程中采用压实的方法归纳为际工程中采用压实的方法归纳为碾压、夯实和振动碾压、夯实和振动三类。粘性土在进行碾

41、压或夯实时出现软弹现象。三类。粘性土在进行碾压或夯实时出现软弹现象。d 含水量不同，改变土中颗粒间的作用力，改变含水量不同，改变土中颗粒间的作用力，改变土的结构和状态，影响者土体的压实性。土的干密土的结构和状态，影响者土体的压实性。土的干密度度 是反映土的密实度的重要指标，它与土的含水是反映土的密实度的重要指标，它与土的含水量、压实能量和填土的性质等有关。量、压实能量和填土的性质等有关。 1、击实曲线、击实曲线 wop：在一定夯：在一定夯击能量下填土最易击能量下填土最易压实并获得最大密压实并获得最大密实度的含水量称作实度的含水量称作土的土的最优含水量最优含水量（最佳含水量）。（最佳含水量）。

42、：在最优含水量下得到的干密度称作填土的：在最优含水量下得到的干密度称作填土的最大干密度。最大干密度。dmax 2、含水量的影响、含水量的影响 3、 土的级配的影响土的级配的影响 级配良好的土，压实时细颗粒能填充到粗颗粒形成级配良好的土，压实时细颗粒能填充到粗颗粒形成的孔隙中，获得较高的干密度。反之，颗粒级配越均匀的孔隙中，获得较高的干密度。反之，颗粒级配越均匀压实效果越差；对于粘性土，压实效果与粘土矿物成分压实效果越差；对于粘性土，压实效果与粘土矿物成分含量有关。含量有关。含水量与干密度关系曲线含水量与干密度关系曲线击实试验击实试验是研究土的压实性能的室内试验方是研究土的压实性能的室内试验方法

43、。法。(1)峰值峰值 (2)击实曲线位于理论饱和曲线左侧 (3)击实曲线的形态 影响击实效果的因素影响击实效果的因素 (1)含水量的影响含水量的影响 A：对较干的土进行夯实或碾压，不能使土充分压实；：对较干的土进行夯实或碾压，不能使土充分压实； B： 对较湿的土进行夯实或碾压出现软弹现象。对较湿的土进行夯实或碾压出现软弹现象。 在含水量小于最优含水量时，土的抗剪强度和模量均在含水量小于最优含水量时，土的抗剪强度和模量均比最优含水量时高；但将其浸泡后，其强度损失很大。只比最优含水量时高；但将其浸泡后，其强度损失很大。只有在最优含水量时浸水饱和后的强度损失小，压实土的稳有在最优含水量时浸水饱和后的

44、强度损失小，压实土的稳定性最好。定性最好。 (2)击实功能的影响击实功能的影响 (3)不同土类和级配的影响不同土类和级配的影响击实功能对击实曲线的影响击实功能对击实曲线的影响图1.16 工地试验与普氏击实试验的比较 a羊足碾、碾压6遍；b羊足碾、碾压12遍；c羊足碾，碾压24遍；d普氏击实仪 压实特性在现压实特性在现场填土中的应场填土中的应用用为了便于工地压实质量的控制，可采用压实系数来表示,即2.8 2.8 土的工程分类土的工程分类一、概述一、概述 土的分类是建筑、道路、桥梁工程勘察与设计的前提，土的分类是建筑、道路、桥梁工程勘察与设计的前提，是工程勘测评价的基本内容。是工程勘测评价的基本内

45、容。 土的工程分类原则：土的工程分类是把不同的土分别安土的工程分类原则：土的工程分类是把不同的土分别安排到各个具有相近性质的组合中去，其目的是为了人们有可排到各个具有相近性质的组合中去，其目的是为了人们有可能根据同类土已知的性质去评价其工程特性，或为工程师提能根据同类土已知的性质去评价其工程特性，或为工程师提供一个可供采用的描述与评价土的方法。供一个可供采用的描述与评价土的方法。 土的分类标准，各行业的分类标准有差异。如土的分类标准，各行业的分类标准有差异。如建筑物建筑物地基基础基础设计规范地基基础基础设计规范是把是把土分成岩石、碎石土、砂土、土分成岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土、人工填土。

46、粉土、粘性土、人工填土。 土的分类依据：影响土的工程性质的三个主要因素土的分类依据：影响土的工程性质的三个主要因素是土的三相组成、土的是土的三相组成、土的物理状态物理状态和土的和土的结构结构。起主。起主要作用的是要作用的是三相组成三相组成，三相组成中最重要的又是固，三相组成中最重要的又是固体颗粒。体颗粒。 工程上以土中颗粒直径大于工程上以土中颗粒直径大于0.075mm的质量占全的质量占全部土粒质量的部土粒质量的50作为第一个分类的界限。作为第一个分类的界限。大于大于50的称为粗粒土的称为粗粒土，小于小于50的称为细粒土的称为细粒土。 粗粒土粗粒土的工程性质，很大程度上取决于土的的工程性质，很大

47、程度上取决于土的粒径粒径级配，按其级配累积曲线再分为细类级配，按其级配累积曲线再分为细类。 细粒土细粒土的工程性质不仅与级配有关，还与土粒的的工程性质不仅与级配有关，还与土粒的矿物成分和形状均有密切关系，因此，矿物成分和形状均有密切关系，因此，多用塑性指多用塑性指数或者液限加塑性指数作为分类指标。数或者液限加塑性指数作为分类指标。二、土的分类二、土的分类建筑物地基基础基础设计规范建筑物地基基础基础设计规范土土岩石岩石粗粒土粗粒土细粒土细粒土碎石土碎石土砂土砂土粉土粉土粘性土粘性土人工填土人工填土漂石、块石漂石、块石卵石、碎石卵石、碎石园砾、角砾园砾、角砾砾砂砾砂粗砂粗砂中砂中砂细砂细砂粉砂粉砂

48、粘土粘土粉质粘土粉质粘土 2.8 地基土的工程分类地基土的工程分类 岩石1、碎石土的分类、碎石土的分类土的名称土的名称颗粒形状颗粒形状粒组含量粒组含量漂石漂石 块石块石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主棱角形为主粒径大于粒径大于200mm的颗粒含量的颗粒含量 超过总质量的超过总质量的50卵石卵石 碎石碎石圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主棱角形为主粒径大于粒径大于20mm的颗粒含量的颗粒含量 超过总质量的超过总质量的50圆砾圆砾 角砾角砾圆形及亚圆形为主圆形及亚圆形为主 棱角形为主棱角形为主粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量的颗粒含量 超过总质量的超过总质量的50碎石土：碎石

49、土：粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的颗粒含量超过总质量50的土。的土。 碎石土的分类碎石土的分类重型圆锥动力触重型圆锥动力触探锤击数探锤击数N N63.563.5N N63.563.55 5 N N63.563.510 1020密实度密实度松散松散稍密稍密中密中密密实密实碎石土的密实度碎石土的密实度2 2、砂土分类、砂土分类砂土分类砂土分类土的名称土的名称粒组含量粒组含量砾砂砾砂粒径大于粒径大于2mm的颗粒含量占总质量的的颗粒含量占总质量的2550粗砂粗砂粒径大于粒径大于0.5mm的颗粒含量超过总质量的的颗粒含量超过总质量的50中砂中砂粒径大于粒径大于0.25mm的颗粒含量超过总质

50、量的的颗粒含量超过总质量的50细砂细砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的的颗粒含量超过总质量的85（1） 粉砂粉砂粒径大于粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量的的颗粒含量超过总质量的50（2） 砂土：砂土：指粒径大于指粒径大于2mm2mm的颗粒含量不超过总质量的的颗粒含量不超过总质量的5050且粒且粒径大于径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量超过总质量的的颗粒含量超过总质量的5050的土。的土。3 3、细粒土的分类、细粒土的分类细粒土的分类细粒土的分类塑性指数塑性指数土的名称土的名称I IP P 17 17 粘土粘土10 I10 IP P 17 17 粉质粘土粉

51、质粘土I IP P 1010 粉土粉土砂质粉土（粒径小于砂质粉土（粒径小于0.005mm0.005mm的颗的颗粒含量小于等于总质量的粒含量小于等于总质量的1010）粘质粉土（粒径小于粘质粉土（粒径小于0.005mm0.005mm的颗的颗粒含量超过总质量的粒含量超过总质量的1010）细粒土细粒土：是指粒径大于是指粒径大于0.075mm0.075mm的颗粒含量不超过总质量的的颗粒含量不超过总质量的5050的土。的土。4 4、人工填土、人工填土人工填土人工填土：由于人类活动而堆积的土，其物质成分杂乱，均：由于人类活动而堆积的土，其物质成分杂乱，均匀性较差。匀性较差。 （1 1）素填土：由碎石、砂土、

52、粉土、粘性土等组成的填）素填土：由碎石、砂土、粉土、粘性土等组成的填土。土。 （2 2）杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料和生活垃圾）杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料和生活垃圾等杂物的填土。等杂物的填土。 （3 3）冲填土：由水力冲填泥砂形成的填土。）冲填土：由水力冲填泥砂形成的填土。5 5、特殊土、特殊土 具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和具有一定分布区域或工程意义上具有特殊成分、状态和结构特征的土。大体可分为结构特征的土。大体可分为软土、红粘土、黄土、膨胀土、软土、红粘土、黄土、膨胀土、多年冻土和盐渍土多年冻土和盐渍土等。等。 公路土工试验规程公路土工试验规程（JTJ051

53、93） 的土的分类标准的土的分类标准土类土类划分标准划分标准亚类亚类划分标准划分标准巨粒土巨粒土巨粒含量超过巨粒含量超过50漂（卵）石漂（卵）石巨粒含量巨粒含量75100漂（卵）石夹土漂（卵）石夹土 巨粒含量巨粒含量5075粗粒土粗粒土粗粒含量超过粗粒含量超过50 砾类土砾类土砾粒含量超过砾粒含量超过50砂类土砂类土砂粒含量超过砂粒含量超过50细粒土细粒土细粒含量超过细粒含量超过50 粉质土粉质土位于塑性图位于塑性图A线下方线下方粘质土粘质土位于塑性图位于塑性图A线上方线上方2.8 2.8 土的动力特性土的动力特性2.8.1 土的压实原理土的压实原理 土的压实性：土体能够通过振动、夯实和碾压土的压实性：土体能够通过振动、夯实和碾压等方法调整土粒排列，进而增加密实度的性质。实等方法调整土粒排列，进而增加密实度的性质。实际工程中采用压实的方法归纳为际工程中采用压实的方法归纳为碾压、夯实和振动碾压、夯实和振动三类。粘性土在进行碾压或夯实时出现软弹现象。三类。粘性土在进行碾压或夯实时出现软弹现象。d 含水量不同，改变土中颗粒间的作用力，改变含水量不同，改变土中颗粒间的作用力，改变土的结构和状态，影响者土体的压