第二章：土的物理性质及分类

1、第二章：土的物理性质及分类2.1 2.1 概述概述 本章的主要内容：本章的主要内容： 土的三相比例指标土的三相比例指标； 无粘性土的密实度无粘性土的密实度； 粘性土的物理特征粘性土的物理特征； 土的工程分类土的工程分类。2.2 2.2 土的三相比例指标土的三相比例指标 土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例关系，随着各种条件的变化而改变。地下水位关系，随着各种条件的变化而改变。地下水位的升高或降低，将改变土中水的含量；经过压的升高或降低，将改变土中水的含量；经过压实的土，其孔隙体积将减小。实的土，其孔隙体积将减小。 表示土的三相组成比例关系的指标，称为

2、土的表示土的三相组成比例关系的指标，称为土的三相比例指标，包括土粒比重（或土粒相对密三相比例指标，包括土粒比重（或土粒相对密度）；土的含水量（或含水率）、密度、孔隙度）；土的含水量（或含水率）、密度、孔隙比、孔隙率和饱和度等。比、孔隙率和饱和度等。 土的三相模型图土的三相模型图三相量比例关系的基本试验指标三相量比例关系的基本试验指标土的密度土的密度-土的单位体积质量土的单位体积质量(g/cm3或或t/m3) 测定方法测定方法: 环刀法环刀法awswsVVVmmVm土的含水量土的含水量-土中水的质量与土颗粒质量之比，土中水的质量与土颗粒质量之比，用百分比表示用百分比表示(%)%100%100ss

3、smmmmm 土粒比重土粒比重Gs-土粒质量与同体积土粒质量与同体积4时纯水的质量时纯水的质量之比之比ssssVmG 三相比例关系的其他常用指标三相比例关系的其他常用指标反映土单位体积质量的指标反映土单位体积质量的指标：土的干密度土的干密度d d-单位体积土体中固体颗粒的质量。单位体积土体中固体颗粒的质量。Vmsd土的饱和密度土的饱和密度sat-土的孔隙全部为水充满时土的土的孔隙全部为水充满时土的单位体积质量单位体积质量VVmwvssat土的有效密度土的有效密度-处于地下水位以下的土，受到浮处于地下水位以下的土，受到浮力作用时，单位体积土中土颗粒的重量扣除同体力作用时，单位体积土中土颗粒的重量

4、扣除同体积水的质量，即是土的有效密度积水的质量，即是土的有效密度 VVmwss各种密度之间的比较各种密度之间的比较dsat 重度指标重度指标反映土的孔隙特征的指标反映土的孔隙特征的指标孔隙比孔隙比e-土中孔隙体积与土颗粒体积之比土中孔隙体积与土颗粒体积之比孔隙率孔隙率n-指土体中孔隙体积占土体总体积之比指土体中孔隙体积占土体总体积之比,用用百分数表示，百分数表示，土的饱和度土的饱和度Sr-表示土孔隙中被水充满的程度表示土孔隙中被水充满的程度,也即也即土中水的体积与孔隙体积之比土中水的体积与孔隙体积之比,用百分数表示，用百分数表示，%100VVnv%100vwrVVSsvVVe 各物理指标间的换

5、算各物理指标间的换算孔隙比与孔隙率的关系孔隙比与孔隙率的关系eeVVnv1nne1干密度与湿密度和含水率的关系干密度与湿密度和含水率的关系wwVmddd11wd1swsmmVm d孔隙比与比重和干密度的关系孔隙比与比重和干密度的关系 ssVms wssd eVmssd11dwsdessVms 饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系 edeVVSsvwrws当土饱和时，即为当土饱和时，即为S Sr r= =100100则则 ssatGesat饱和含水率饱和含水率有效密度与比重和孔隙比的关系有效密度与比重和孔隙比的关系edeVVmwswswss1112.3 2.3 粘

6、性土的物理特性粘性土的物理特性 粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态-指土的软硬程度或土受外指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力力作用所引起变形或破坏的抵抗能力, ,是粘性土是粘性土最主要的物理状态特征最主要的物理状态特征。 可塑状态可塑状态-就是当粘性土在某含水量范围内，就是当粘性土在某含水量范围内，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当外可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当外力移去后仍能保持既得的形状，土的这种性能力移去后仍能保持既得的形状，土的这种性能叫做可塑性。叫做可塑性。 固态固态 半固态半固态 可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 缩限缩限ws 塑限塑限wp 液限液限

7、wL含水量含水量 粘性土的物理状态指标粘性土的物理状态指标 液限、塑限、缩限：液限、塑限、缩限：L 、p 、s 塑性指数：塑性指数：Ip 液性指数：液性指数：IL 灵敏度：灵敏度：Sq 界限含水量界限含水量-粘性土由一种状态转变到另一种状态的分粘性土由一种状态转变到另一种状态的分界含水量。界含水量。 液限液限L ：土由可塑状态转到流动状态的界限含水量土由可塑状态转到流动状态的界限含水量（或塑性上限）。（或塑性上限）。 塑限塑限p：土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限（或塑性下限）。塑限（或塑性下限）。 缩限缩限s：土由半固体状态不断蒸发水分，则体积继

8、续逐土由半固体状态不断蒸发水分，则体积继续逐渐缩小，直到体积不再收缩时，对应土的界限含水量叫渐缩小，直到体积不再收缩时，对应土的界限含水量叫缩限缩限 液限测试液限测试-圆锥液限仪法圆锥液限仪法76 g5s下沉10mm或17mm 塑限测试塑限测试-搓条法搓条法直径约3mm 塑液限联合测试塑液限联合测试 粘性土的塑性指数粘性土的塑性指数-塑性指数是指液限塑性指数是指液限和塑限的差值，即土处在可塑状态的含和塑限的差值，即土处在可塑状态的含水量变化范围。水量变化范围。 I Ip p=L L-p p 粘性土的液性指数粘性土的液性指数-指粘性土的天然含水量和塑指粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比

9、。限的差值与塑性指数之比。PPPLpLIwwwwwwI状 态 坚 硬 硬 塑 可 塑 软 塑 流 塑 液性指数 IL0 0IL0.25 0.25IL0.75 0.751.0 粘性土的物理状态粘性土的物理状态 粘性土的结构性和触变性粘性土的结构性和触变性 粘性土的灵敏度粘性土的灵敏度St式中式中 q qu u原状试样的无侧限抗压强度，原状试样的无侧限抗压强度，kPakPa； q qu u重塑试样的无侧限抗压强度，重塑试样的无侧限抗压强度，kPakPa。uutqqS低灵敏度低灵敏度 中灵敏度中灵敏度 高灵敏度高灵敏度灵敏度灵敏度241 粘性土的胀缩性粘性土的胀缩性-指粘性土具有吸水膨胀和失指粘性土

10、具有吸水膨胀和失水收缩的两种变形特性。水收缩的两种变形特性。 粘性土的湿陷性粘性土的湿陷性-指土在自重压力作用下或自重指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后，使土压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后，使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷特征。的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷特征。 湿陷性土在我国广泛分布，除湿陷性黄土外，在湿陷性土在我国广泛分布，除湿陷性黄土外，在干旱或半干旱地区，特别是在山前洪、坡积扇中常遇干旱或半干旱地区，特别是在山前洪、坡积扇中常遇到湿陷性的碎石类土和砂类土，在一定压力下浸水后到湿陷性的碎石类土和砂类土，在一定压力下浸水后也常具有强烈的湿陷性。

11、也常具有强烈的湿陷性。 粘性土的冻胀性粘性土的冻胀性-指土的冻胀和冻融给建筑物或指土的冻胀和冻融给建筑物或土工结构带来危害的变形特性。土工结构带来危害的变形特性。 在冰冻季节，因大气负温影响，使土中水分冻结在冰冻季节，因大气负温影响，使土中水分冻结成为冻土。冻土根据其冻融情况分为：季节性冻土、成为冻土。冻土根据其冻融情况分为：季节性冻土、隔年冻土和多年冻土。隔年冻土和多年冻土。2.42.4无粘性土的密实度无粘性土的密实度 无粘性土的结构无粘性土的结构 无粘性材料具有不可塑性无粘性材料具有不可塑性, ,天然状态天然状态下的砂土可处于从密实到疏松的不同物下的砂土可处于从密实到疏松的不同物理状态。理

12、状态。 疏松排列疏松排列 密实排列密实排列 无粘性土的密实度与土的工程性质无粘性土的密实度与土的工程性质土体的松密程度对土的工程性质影响很大土体的松密程度对土的工程性质影响很大土的密实程度越高，压缩性越小，其工程土的密实程度越高，压缩性越小，其工程特性越好特性越好土的密实程度越低，压缩性越大，其工程土的密实程度越低，压缩性越大，其工程特性越差特性越差 无粘性土无粘性土的密实度指标的密实度指标孔隙比孔隙比e e0.60.750.85松散松散中密中密密实密实稍密稍密相对密实度相对密实度Dr定义（理论表达式）定义（理论表达式）minmax0maxeeeeDr定义（实用表达式）定义（实用表达式）ddd

13、dddrDminmaxmaxmin 相对密实度相对密实度Dr1rDminee 0rDmaxee 310rD3231rD132rD标准贯入试验击数标准贯入试验击数N为标准为标准301510松散松散中密中密密实密实稍密稍密也可根据野外方法鉴别也可根据野外方法鉴别30cm标准惯入器标准惯入器重型圆锥重型圆锥地面地面触探杆触探杆2.5 土的分类土的分类 分类目的：分类目的：土的分类体系就是根据土的工程性质土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，其目的在于通过一差异将土划分成一定的类别，其目的在于通过一种通用的鉴别标准，以便于在不同土类间作有价种通用的鉴别标准，以便于在不同土类间作有价

14、值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流。 分类原则分类原则简明原则：简明原则：土的分类体系采用的指标，既要能综合反土的分类体系采用的指标，既要能综合反映土的主要工程性质；又要其测定方法简单，且使映土的主要工程性质；又要其测定方法简单，且使用方便。用方便。差异原则：差异原则：土的分类体系采用的指标要在一定程度上土的分类体系采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性反映不同类工程用土的不同特性 土的总分类体系土的总分类体系 土的分类标准土的分类标准巨粒土和粗粒土的分类标准巨粒土和粗粒土的分类标准 巨粒土和含巨粒的土（包括混合巨粒土和巨粒混合土）

15、和粗粒土巨粒土和含巨粒的土（包括混合巨粒土和巨粒混合土）和粗粒土（包括砾类土和砂类土），按粒组含量、级配指标（不均匀系数（包括砾类土和砂类土），按粒组含量、级配指标（不均匀系数Cu和和曲率系数曲率系数Cc）和所含细粒的塑性高低，划分为）和所含细粒的塑性高低，划分为16种土类种土类 。细粒土的分类标准细粒土的分类标准 细粒土是指粗粒组（细粒土是指粗粒组（0.075mmd60mm）含量少于）含量少于25%的土，参的土，参照塑性图可进一步细分。照塑性图可进一步细分。建筑工程系统的分类体系建筑工程系统的分类体系侧重于把土作为建筑地基侧重于把土作为建筑地基和环境，故以原状土为基本对象。因此，对土的分类和

16、环境，故以原状土为基本对象。因此，对土的分类除考虑土的组成外，很注重土的天然结构性，即土粒除考虑土的组成外，很注重土的天然结构性，即土粒联结与空间排列特征。例如国标联结与空间排列特征。例如国标建筑地基基础设计建筑地基基础设计规范规范（GB50007）地基土的分类。）地基土的分类。工程材料系统的分类体系工程材料系统的分类体系侧重于把土作为建筑材料，侧重于把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基等工程。故以扰动土为基用于路堤、土坝和填土地基等工程。故以扰动土为基本对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性。例本对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性。例如，国标如，国标土的分类标准土的分类标准（G

17、BJ145-90）工程用土）工程用土的分类，的分类，公路土工试验规程公路土工试验规程（JTJ051-93）土的）土的工程分类。工程分类。 土的工程分类体系土的工程分类体系 建筑工程系统的分类体系建筑工程系统的分类体系建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范(GB500072002)注：注：塑性指数由相应于塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土样中深圆锥体沉入土样中深 度为度为10mm测定的液限计算而得。测定的液限计算而得。 工程材料系统的分类体系土的分类标准土的分类标准(GBJ14590)17mm液限特殊土 本章重点内容本章重点内容 土的三相比例指标的定义及换算公式土的三相比例指标的定义及换算公式

18、 粘性土的物理特征及相应指标粘性土的物理特征及相应指标 土的工程分类方法土的工程分类方法例例1：某土样经试验测得体积为：某土样经试验测得体积为1003，湿土质量为，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为烘干后，干土质量为167 g。若土粒的相对密度。若土粒的相对密度ds为为2.66，试，试求该土样的含水量求该土样的含水量、密度、密度 、重度、重度 、干重度、干重度 d、孔隙比、孔隙比、饱和重度饱和重度 sat和有效重度和有效重度 。 解：解：含水量：含水量：密度：密度：重度：重度：干重度：干重度：孔隙比：孔隙比：%98.11%100167167187%100ssmmm3/87. 1100187cmgVm3/34.1881. 987. 1mkNg3/38.161198. 0134.181mkNd593.