土力学1-土的物理性质与工程分类

1、山东科技大学资环学院山东科技大学资环学院 土力学土力学之第一章之第一章土的物理性质指标与工程分类土的物理性质指标与工程分类仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 本章提要本章提要 本章特点本章特点 学习要点学习要点第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类 对土的特点进行详细解释对土的特点进行详细解释 对土的组成和状态进行定量描述对土的组成和状态进行定量描述 内容琐碎、零散内容琐碎、零散 理清各节间联系理清各节间联系 理清各节内层次理清各节内层次 注意物理概念的把握注意物理概念的把握仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水渗透特性变形特性强度特性土的三相组成土的三相组成土的物理状态土的

2、物理状态土的结构土的结构土的形成过程土的形成过程土的工程分类：便于研究和应用土的工程分类：便于研究和应用土的压实性：如何获得较好的土土的压实性：如何获得较好的土决定决定仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的结构土的结构1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土土 的的 形形 成成土土岩石岩石风化、搬运、沉积风化、搬运、沉积地质成岩作用地质成

3、岩作用土的组成、结构土的组成、结构和物理力学性质和物理力学性质过程、条件过程、条件1.11.1 土的形成土的形成 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的形成与风化作用土的形成与风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化 岩石和土的粗颗粒受各种气岩石和土的粗颗粒受各种气候等物理因素的影响产生胀候等物理因素的影响产生胀缩而发生裂缝缩而发生裂缝, ,或在运动过或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎程中因碰撞和摩擦而破碎 是颗粒大小发生量的变化是颗粒大小发生量的变化 矿物成分与母岩相同，称原矿物成分与母岩相同，称原生矿物生矿物 产生无粘性土产生无粘性土1.11.1土的形成土的形成 仁者乐

4、山仁者乐山 智者乐水智者乐水 母岩表面和碎散的颗粒受环母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物的化学成分，形成新的矿物 颗粒成分发生质的变化颗粒成分发生质的变化 矿物成分与母岩不同，称次矿物成分与母岩不同，称次生矿物生矿物 形成十分细微的土颗粒，最形成十分细微的土颗粒，最主要为粘性颗粒及可溶盐类主要为粘性颗粒及可溶盐类土的形成与风化作用土的形成与风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化1.11.1 土的形成土的形成 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 包括植物、动物和土壤微包括植物、动物和土壤微生物的作用生物的作用

5、可加剧物理和化学风化可加剧物理和化学风化 构成土中有机质和营养物构成土中有机质和营养物质的生物循环质的生物循环 导致腐殖质的形成，改变导致腐殖质的形成，改变土壤的结构土壤的结构土的形成与风化作用土的形成与风化作用 物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化1.11.1土的形成土的形成 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积土 有搬运有搬运搬运与沉积搬运与沉积母岩表层经风化作用破碎成母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物运残留在原地的堆积物 残积土残积土 颗粒表面粗糙颗粒表面粗糙 多棱角多棱角 粗

6、细不均粗细不均 无明显层理无明显层理1.11.1土的形成土的形成 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.11.1土的形成土的形成 搬运与沉积搬运与沉积 残积土残积土 无搬运无搬运 运积土运积土 有搬运有搬运风化所形成的土颗粒，受自然力的风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物的堆积物 坡积土：坡积土：土粒粗细不同，性质不均土粒粗细不同，性质不均 冲积土：冲积土：浑圆度分选性明显，土层交迭浑圆度分选性明显，土层交迭 湖泊沼泽沉积土：湖泊沼泽沉积土：含有机物淤泥，土性差含有机物淤泥，土性差 冰积土：冰积土：土粒粗细变化较大，性质不均匀土粒粗

7、细变化较大，性质不均匀 风积土：风积土：颗粒均匀，层厚而不具层理颗粒均匀，层厚而不具层理仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成1.3 1.3 土的物理状态土的物理状态1.4 1.4 土的结构土的结构1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性 风化作用风化作用 搬运与沉积搬运与沉积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土中气体土中气体 气相气相 次要作用次要作用固体颗粒固体颗粒 固相固相 构成土体骨架构成土体骨架 起决定作用起决定作用土中

8、水土中水 液相液相 重要影响重要影响土体的三相构成土体的三相构成饱和土饱和土 ：土体孔隙完全被水充满：土体孔隙完全被水充满干干 土土 ：土体孔隙完全被气充满：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在非饱和土：孔隙中水和气均存在1.21.2土的三相组成土的三相组成 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 固体颗粒固体颗粒 - - 矿物成分矿物成分固体成分固体成分原生矿物原生矿物 - 石英、长石、云母等石英、长石、云母等一般颗粒较粗，呈粒状，有圆状、浑圆状、棱角状等。一般颗粒较粗，呈粒状，有圆状、浑圆状、棱角状等。次生矿物次生矿物矿物质

9、矿物质有机质有机质无定形氧化物胶体无定形氧化物胶体可溶盐可溶盐粘土矿物粘土矿物具有和原生矿物很不相同的特性具有和原生矿物很不相同的特性对粘土性质的影响很大对粘土性质的影响很大颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状高岭石、伊利石和蒙特石三类高岭石、伊利石和蒙特石三类仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粘粘 土土 矿矿 物物粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝- -硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成

10、高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。蒙特石三种类型。 硅片硅片 铝片铝片SiSi氧离子氧离子O2-硅离子硅离子Si4+硅硅- -氧四面体氧四面体 硅片的结构硅片的结构 硅片简图硅片简图仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粘粘 土土 矿矿 物物粘土矿物是一种复合的铝粘土矿物是一种复合的铝- -硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅硅盐晶体，颗粒呈片状，是由硅片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和片和铝片构成的晶包所组叠而成，可分成高岭石、伊利石和蒙特石三种类型。蒙特石三种类型。OH1-铝离子铝离子Al3+铝铝- -氢氧八面体氢氧八面体 铝

11、片的结构铝片的结构 铝片简图铝片简图Al Al 硅片硅片 铝片铝片仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 晶层间通过氢键联结，联结力强，晶晶层间通过氢键联结，联结力强，晶格不能自由活动，水难以进入晶格间格不能自由活动，水难以进入晶格间 能组叠很多晶层，多达百个以上，成能组叠很多晶层，多达百个以上，成为一个颗粒。颗粒长宽约为一个颗粒。颗粒长宽约0.3-3 ，厚厚约约0.03-1 。 主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨主要特征：颗粒较粗，不容易吸水膨胀和失水收缩，或者说亲水能力差。胀和失水收缩，或者说亲水能力差。1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粘粘 土土 矿矿 物物依硅片和铝

12、片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型： 高岭石高岭石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石Si SiAl AlSi SiAl AlSi SiAl Al高岭高岭石微粒石微粒1:1的两的两层结构层结构仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 晶层间是晶层间是O2-对对O2-的连结，联结力很的连结，联结力很弱，水很容易进入晶层之间。弱，水很容易进入晶层之间。 每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒每一颗粒能组叠的晶层数较少。颗粒大小约为大小约为0.1-1 ，厚约，厚约0.001-0.01 。 主要特征：颗粒细微，具有显著的吸主要特征：颗粒细微，具有显著的吸水膨胀、失水收缩的

13、特性，或者说亲水膨胀、失水收缩的特性，或者说亲水能力强。水能力强。2:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si数层数层水分子水分子1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粘粘 土土 矿矿 物物依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型： 高岭石高岭石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粘粘 土土 矿矿 物物 是云母在碱性介质中风化的产物。是云母在碱性介质中风化的产物。 与蒙特石相似，由两层硅片夹一

14、层与蒙特石相似，由两层硅片夹一层铝片所形成的三层结构，但晶层之铝片所形成的三层结构，但晶层之间有钾离子连结间有钾离子连结。 主要特征：连结强度弱于高岭石而主要特征：连结强度弱于高岭石而高于蒙特石，其特征也介于两者之高于蒙特石，其特征也介于两者之间。间。2:1的三的三层结构层结构Si SiAl AlSi SiSi SiAl AlSi Si钾离子钾离子依硅片和铝片组叠依硅片和铝片组叠形式的不同，可分形式的不同，可分成如下三种类型：成如下三种类型： 高岭石高岭石 蒙特石蒙特石 伊利石伊利石仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 粘土矿物的带电性质

15、粘土矿物的带电性质研究表明，片状粘土颗粒表研究表明，片状粘土颗粒表面常带有电荷，净电荷通常面常带有电荷，净电荷通常为负电荷为负电荷- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+粘土颗粒粘土颗粒水分子水分子阳离子阳离子粘土矿物的带电特性粘土矿物的带电特性玻璃筒玻璃筒玻璃皿玻璃皿水位水位升高升高粘土粒粘土粒粘土膏粘土膏+-粘土的电泳和电渗现象粘土的电泳和电渗现象( (列依斯列依斯, 1809), 1809)仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水固体颗粒固体颗粒 - - 颗粒大小颗粒大小 粒组粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的

16、归成一类 界限粒径界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗 中 细粗 中 细0.075粗粒粗粒细粒细粒粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。粗粒土：以砾石和砂砾为主要组成的土，也称无粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。细粒土：以粉粒、粘粒和胶粒为主要组成的土，也称粘性土。巨粒巨粒601.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水固体颗粒固体颗粒 - - 粒径级配粒径级配F 粒径级配：粒径级配：各粒组的相对含量，用质量百分各粒组的相对含

17、量，用质量百分 数来表示数来表示F 分析方法：分析方法： 筛分法：适用于粗粒土筛分法：适用于粗粒土 孔径大小不同的筛子孔径大小不同的筛子 密度计法：适用于细粒土密度计法：适用于细粒土 密度计密度计F 表述方法表述方法: : 粒径级配曲线粒径级配曲线1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 固体颗粒固体颗粒 - - 粒径级配粒径级配孔径孔径105.02.01.0(0.075)200g土土筛余筛余010161824223872100908070605040302010

18、0小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P P（）（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)P100958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线密度计法密度计法筛筛分分法法仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 密密度度计计法法基本原理基本原理：颗粒的下沉速度与颗粒的大颗粒的下沉速度与颗粒的大小有关，大颗粒下沉速度快，小有关，大颗粒下沉速度快，小颗粒下沉速度慢小颗粒下沉速度慢 。tLgGGdwTwTs)(1018004)(100%DTGdCnmRCmP计算方法

19、：计算方法：粒径粒径(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分数百分数P(%)P(%)262613.513.51010仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 固体颗粒固体颗粒 - - 粒径级配粒径级配孔径孔径105.02.01.0(0.075)200g土土筛余筛余0101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒径之土质量百分数P P（）（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm)P10

20、0958778665536土的粒径级配土的粒径级配累积曲线累积曲线密度计法密度计法粒径粒径(mm)(mm)0.050.050.010.010.0050.005百分数百分数P(%)P(%)262613.513.51010筛筛分分法法仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水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（）105.01.050.010.0050.001粒径粒径(mm)(mm) 土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线固体颗粒固体颗粒 级配曲线级配曲线d60d50d10d30特征粒径特征粒径: 斜率斜率: : 某粒径范围

21、内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量 陡陡- -相应粒组含量多相应粒组含量多 缓缓- -相应粒组含量少相应粒组含量少 平台平台- -相应粒组缺乏相应粒组缺乏d50 : 平均粒径平均粒径d60 : 控制粒径控制粒径d10 : 有效粒径有效粒径1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 固体颗粒固体颗粒 土的粗细度：土的粗细度：用用d50 表示表示 土的不均匀程度：土的不均匀程度：用不用不均匀系数：均匀系数： Cu = d60 / d10 表示，表示，Cu 5，称为不均，称为不均匀土，反之称为均匀土匀土，反

22、之称为均匀土 连续程度连续程度: 用曲率系数用曲率系数 Cc = d302 / (d60 d10 ) 度量度量, Cc=13为连续级为连续级配配, 33或或13 或或 Cc1为级配不连续土为级配不连续土F 不均匀系数不均匀系数Cu和曲率系数和曲率系数Cc 用于判定土的用于判定土的级配优劣级配优劣： Cu 5且且 Cc=13为级配为级配 良好的土；如果良好的土；如果Cu3 或或Cc1g/cm3 冰点处于零下几十度冰点处于零下几十度 完全不能移动，具有固体的特性完全不能移动，具有固体的特性 温度略高于温度略高于100C时可蒸发时可蒸发- 弱结合水：弱结合水： 受电场引力作用，为粘滞水膜受电场引力作

23、用，为粘滞水膜 外力作用下可以移动外力作用下可以移动 不因重力而流动，有粘滞性不因重力而流动，有粘滞性粘土粘土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +引力引力d水分子水分子阳离子阳离子强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水土中水土中水 结合结合水水n 结合水：结合水：受颗粒表面电场作用力受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水压力，不能任意流动的水仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水 - 毛细水：毛细水：由于土体孔隙的毛细由于土体孔隙

24、的毛细作用升至自由水面以上的水。作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的毛细水承受表面张力和重力的作用作用- 重力水：重力水：自由水面以下的孔隙自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土自由水，在重力作用下可在土中自由流动中自由流动土中水土中水 自由自由水水n 自由水：自由水：不受颗粒电场引不受颗粒电场引力作用的孔隙水力作用的孔隙水hc毛细水毛细水重力水重力水仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水 毛管中流体的界面效应毛管中流体的界面效应Tdk w空气空气固体固体 = =湿润角湿润角水水 aT =界面张力界面张力D Dk k= =

25、毛管直径毛管直径ua-uwua-uw =压力差压力差仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水 毛毛细细管管hc土中毛细水上升高度土中毛细水上升高度T2rrThccos2上升高度上升高度 r2hc w=2 rTcos 毛细升高与孔径成反比毛细升高与孔径成反比粘粘土土粉粉土土砂砂土土砾砾石石仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水 土颗粒缝隙处的弯液面土颗粒缝隙处的弯液面r空气空气 水水 固体颗粒固体颗粒弯液面弯液面F在非饱和土中，孔隙中含在非饱和土中，孔隙中含有水和气，此时水多集中有水和气，此时水多集

26、中于颗粒间的缝隙处，称毛于颗粒间的缝隙处，称毛细角边水。细角边水。F由于毛细张力的作用，会由于毛细张力的作用，会形成如图所示的弯液面，形成如图所示的弯液面，使毛细角边水产生负压力，使毛细角边水产生负压力，颗粒则受正压力。颗粒则受正压力。F这是稍湿的砂土颗粒间存这是稍湿的砂土颗粒间存在假凝聚力的原因在假凝聚力的原因仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 土中水土中水 气相气相 - - 土中气土中气F自由气体：自由气体：与大气连通的气体与大气连通的气体对土的性质影响不大对土的性质影响不大F封闭气体：封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体被土颗粒和水封闭的气体其体积与压

27、力有关。会增加土的弹性；其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性阻塞渗流通道，降低渗透性F溶解在水中的气体溶解在水中的气体F吸附于土颗粒表面的气体吸附于土颗粒表面的气体仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 小结小结 土体有三个组成部分：土体有三个组成部分：固相固相、液相液相和和气相气相 小小 结结F固体颗粒固体颗粒F土中水土中水F土中气体土中气体粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状结合水结合水 ：强结合水、弱结合水：强结合水、弱结合水 自由水自由水 ：重力水、毛细水：重力水、毛细水自由气体自由气体封闭气体封闭气体仁者乐山仁者乐

28、山 智者乐水智者乐水第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的结构土的结构1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.3 1.3 土的结构土的结构 土土 的的 结结 构构土颗粒或粒团的空间排土颗粒或粒团的空间排列和相互联结列和相互联结土的结构土的结构土体土体的性质的性质 土粒间的作用力土粒间的作用力 粗粒土的结构粗粒土的结构 细粒土的结构细粒土的结构 粘性土的结构性指标粘性

29、土的结构性指标仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.3 1.3 土的结构土的结构 粗粒土的作用力、结构粗粒土的作用力、结构F粒间作用力：粒间作用力：重力起重力起决定性的作用决定性的作用。在非。在非饱和土中，还受到毛饱和土中，还受到毛细力的作用细力的作用F排列形式：点与点排列形式：点与点 点与面点与面单粒结构单粒结构示意图示意图仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水细土颗粒间的作用力细土颗粒间的作用力 范德华力：范德华力：接触点处的分子引力，作用范围为接触点处的分子引力，作用范围为几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因几个分子的距离，是细粒土粘结在一起的主因 库仑力：库仑力：颗粒表面的静电引力或斥

30、力，随距离颗粒表面的静电引力或斥力，随距离衰减的速度比范德华力慢衰减的速度比范德华力慢 胶结力：胶结力：土粒间通过胶体连结在一起，作用力土粒间通过胶体连结在一起，作用力是化合键，具有较高的强度是化合键，具有较高的强度 毛细力：毛细力：土中毛细作用形成的力土中毛细作用形成的力 土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的土中细颗粒，比表面积大，重量轻，重力不起重要的作用，其他粒间力起主导作用：作用，其他粒间力起主导作用：1.3 1.3 土的结构土的结构 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.3 1.3 土的结构土的结构 细粒土的结构细粒土的结构 形成环境形成环境 粒间作用力粒间作用力 排列形式

31、排列形式淡水中沉积淡水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（粒间斥力占优势（粒间斥力占优势) )面与面面与面天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综天然通常不是单一结构，可能是呈多种类型的综合结构。往往先形成团粒合结构。往往先形成团粒絮状结构絮状结构海水中沉积海水中沉积表面力、胶结力表面力、胶结力（斥力减小引力增加（斥力减小引力增加) )边、角与面边、角与面边、角与边边、角与边示意图示意图分散结构分散结构 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.3 1.3 土的结构土的结构 反映粘性土结构性的指标反映粘性土结构性的指标 灵敏度灵敏度 触变性触变性 3=0相同含水相同含水量、密度量、密度 ququ

32、原状土原状土重塑土重塑土灵敏度灵敏度St：原状土的无侧限抗压强度原状土的无侧限抗压强度qu和重塑土的无侧限抗压强度和重塑土的无侧限抗压强度qu之比之比F工程应用工程应用：遇灵敏度高的土，施工时应特别注意保护基槽，防止人：遇灵敏度高的土，施工时应特别注意保护基槽，防止人来车往践踏基槽，破坏土的结构，以免降低地基强度。来车往践踏基槽，破坏土的结构，以免降低地基强度。qquuts St4 高灵敏土高灵敏土 2 St 4中灵敏土中灵敏土 St 2低灵敏土低灵敏土仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水含水量不变，密度不变，因重塑而强度含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐降低，

33、又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为恢复的现象，称为触变性触变性。1.3 1.3 土的结构土的结构 反映粘性土结构性的指标反映粘性土结构性的指标 土的触变性是土结构中联结形态发生土的触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变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。宏观表现。 目前尚没有合理的描述土触变性的方目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。法和指标。 灵敏度灵敏度 触变性触变性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.3 1.3 土的结构土的结构 土的结构土的结构土颗粒或粒团的土颗粒或粒团的空间排列和相互联结空间排列和相互联结粗粒土的结构粗粒土的结构单粒结构单粒

34、结构重力起主导作用重力起主导作用粒间力起粒间力起主导作用主导作用粘性土的粘性土的结构性指标结构性指标细粒土的结构细粒土的结构分散结构分散结构 絮状结构絮状结构小小 结结仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章：土的物理性质与工程分类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的结构土的结构 1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态1.5 1.5 土的工程分类土的工程分类1.6 1.6 土的压实性土的压实性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 土的物理状态土的物理状态土的物理状态

35、土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标( (三相间的比例关系三相间的比例关系) )表表示示影响影响力学特性力学特性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.41.4土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 物理性质指标物理性质指标土的三个组成相的体积土的三个组成相的体积和质量上的比例关系和质量上的比例关系密实程度密实程度干湿程度干湿程度 特点特点: : 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多 要点：要点： 名称、概念或定义、符号、表达式、名称、概念或定义、符号、表达式、 单位或量纲、常见值或范围、联系与区别单位或

36、量纲、常见值或范围、联系与区别 基本方法基本方法:定义定义三相草图法三相草图法仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 空气空气 Air三三 相相 草草 图图水水 Water固体固体 Solidma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 三三 相相 草草 图图九个物理量九个物理量: V Vv Vs Va Vw ms m w ma m物性指标是比物性指标是比例关系例关系: 可假设可假设任一参数为任一参数为1wavwasVVVVV

37、VV wwwaawsVm0mmmmm 物理量关系物理量关系:空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积三个独立变量三个独立变量（直接指标）（直接指标）其它指标：其它指标：三相草图法计算三相草图法计算（间接指标）（间接指标）实验室实验室测定测定仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 基本物理性质试验基本物理性质试验为了确定三相草图中的诸量，通常进行为了确定三相草图中的诸量，通常进行三个基本的物理性质试验：三个基本的物理性质试验：F 土的密度试验土的密度试验F 土粒比重试验土粒比重试验F 土的含水量试验土的

38、含水量试验仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 定义：土单位体积的质量定义：土单位体积的质量 表达式：表达式： 单单 位位: kg/m3 或或 g/cm3 一般范围一般范围: 1.602.20 g/cm3awswsVVVmmVm n 土的密度土的密度 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积 相关指标相关指标: : 土的容重土的容重 = g 单位单位: kN/m3 工程上更常用工程上更常用, 用于计算土的用于计算土的自重应力自重应力基本试验指标基本试验指标-土的密度土的密度仁者乐山仁者乐山 智者乐水

39、智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 定义：土粒的质量与同体积定义：土粒的质量与同体积4C时纯蒸馏水质量的比值时纯蒸馏水质量的比值 表达式：表达式： 单单 位位: 无量纲无量纲 一般范围：粘性土一般范围：粘性土 2.702.75， 砂土砂土 2.65C4wsC4wsss)(VmGn 土粒比重土粒比重Gs基本试验指标基本试验指标-土粒比重土粒比重C4w =1.0 g/cm3土粒比重在数值上土粒比重在数值上等于土粒的密度等于土粒的密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物

40、理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 基本试验指标基本试验指标 - 含水量含水量 定义：土中水的质量与土粒质定义：土中水的质量与土粒质 量之比，用百分数表示量之比，用百分数表示 表达式：表达式： 单单 位位: 无量纲无量纲 一般范围：变化范围大一般范围：变化范围大ssswmmmmm(%)w 注意注意: : 其实是含水比其实是含水比, ,可达到或超过可达到或超过100100n 土的含水量土的含水量W空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 n 可表示同一种土

41、的松密，二者之间存在关系：可表示同一种土的松密，二者之间存在关系：表示土的松密程度的指标表示土的松密程度的指标e1en n1ne 砂类土：砂类土：28-35%粘性土：粘性土：30-50%，有的可达，有的可达60-70%svV/Ve n 孔隙比孔隙比e：土中孔隙体积与固土中孔隙体积与固体颗粒体积之比体颗粒体积之比, 为无量纲为无量纲V/V(%)nvn 孔隙率孔隙率(孔隙度孔隙度)n：土中孔隙体土中孔隙体积与总体积之比积与总体积之比, 用百分数表示用百分数表示可用三相草图推出可用三相草图推出空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1

42、.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标对干土：对干土：Sr=0对饱和土：对饱和土：Sr=1 swmm(%)wn 含水量：含水量：vwrVVS n 饱和度：饱和度：土中水的体积与孔土中水的体积与孔隙体积的比值隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水饱和度表示孔隙中充满水的程度：的程度：空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 表示土体密度和容重的指标表示土体密度和容重的指标n 干密度：干密度：单位体积

43、内土粒的重量单位体积内土粒的重量， 干容重：干容重：gddV/msdn 天然密度天然密度 天然容重天然容重awswsVVVmmVm gn 饱和密度：饱和密度：土被饱和时的密度，土被饱和时的密度， 饱和容重：饱和容重：VVmvwssat gsatsat wsat n 浮容重：浮容重：静水下的静水下的有效容重有效容重浮密度浮密度空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水各种密度容重间的大小关系各种密度容重间的大小关系dsat dsatn 天然密度天然密度n 干密度干密度n 饱和密度饱和密度VmmVmwsVVmvwssat V/msdn

44、 天然容重天然容重n 干容重干容重n 饱和容重饱和容重n 浮容重浮容重gdd g gsatsat wsat 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 常用的物理性质指标间的换算关系：常用的物理性质指标间的换算关系：教科书教科书 P25 P25 表表1.61.6学习要点：学习要点：小小 结结 从物理意义上理解指标间的关系从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推

45、导必要时利用三相草图推导仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 小小 结结土的三个组成相的体积和质土的三个组成相的体积和质量上的比例关系量上的比例关系定义定义三相草图法三相草图法室内测定三个基本室内测定三个基本物理性质指标：物理性质指标：土的密度土的密度 土粒比重土粒比重土的含水量土的含水量其它物理性质指标其它物理性质指标孔隙含量孔隙含量含水程度含水程度密度和容重密度和容重 特点特点: 指标概念简单，数量很多指标概念简单，数量很多 要点：名称、概念或定义、符号、表达式、要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、

46、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别密实程度密实程度干湿程度干湿程度 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水 例例 子子 p25，例题，例题13、41.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 空气空气水水固体固体ma=0mwmsm质量质量VaVwVsVvV体积体积仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1、已知土样的孔隙率n=50%,土粒比重Gs=2.70,含水率=30%，则2m3的土重量为多少？其中干土重量为多少？2、用于配制1.5m3土样，要求土样重度=17.5KN/m3，含水率为30%，若土粒比重Gs=2.70，则所需干土体积是多少？要加多少重量的水？3、已知土样

47、含水率=15%，干容重d=16KN/m3，孔隙率n=35%，水的重度w=10KN/m3，试求该土样的饱和度及空气所占总体积百分率。当土样体积为1000 cm3时，试求土样中水的体积。1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理性质指标物理性质指标 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水土的物理状态指标土的物理状态指标土的物理状态土的物理状态粗粒土的松密程度粗粒土的松密程度粘性土的软硬状态粘性土的软硬状态土的物理性质指标土的物理性质指标( (三相间的比例关系三相间的比例关系) )表表示示影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠度1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标

48、仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 粗粒土的密实状态粗粒土的密实状态n 密实度：密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少通常指单位体积中固体颗粒含量的多少简单方便，但只能用于同一种简单方便，但只能用于同一种土，不能反映级配的影响土，不能反映级配的影响 l 物理性质指标物理性质指标：孔隙比：孔隙比e e（孔隙率（孔隙率n n） 干容重干容重 d dminmaxmaxreeeeD l 相对密度相对密度：理论上的最大与最小孔隙比在室内的理论上的最大与最小孔隙比在室内的测定有时很困难测定有时很困难仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.

49、4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 F最小干密度最小干密度: : 将松散的风干土样通过长颈漏斗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，求得土的最轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度小干密度F最大干密度最大干密度 : 将松散的风干土样装入金属容器内，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，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求得土的最大干密度粗粒土的最大与最小孔隙比粗粒土的最大与最小孔隙比l 相对密度相对密度minmaxmaxreeeeD dmindmaxdmaxdminddr)()(

50、D 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 粗粒土的相对密度粗粒土的相对密度l 粗粒土的密粗粒土的密实度标准实度标准 Dr = 0 最松状态最松状态 Dr 1/3疏松状态疏松状态1/3 2/3密实状态密实状态 Dr = 1最密状态最密状态l 相对密度指标主要用于人工填土，对天然相对密度指标主要用于人工填土，对天然砂土层采用砂土层采用原位标准贯入试验原位标准贯入试验法测定法测定仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 n 粘性土最主要的物理状

51、态特征是它的粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度稠度，稠度，稠度是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的抵抗能力抵抗能力稠度状态与含水量有关稠度状态与含水量有关粘性土粘性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 塑限塑限w wp p液限液限w wl l粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态可塑状态可塑状态 流动状态流动状态 强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水w w土颗粒土

52、颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水土颗粒土颗粒强结合水强结合水土颗粒土颗粒自由水自由水弱结合水弱结合水强结合水强结合水强结合水膜最大强结合水膜最大出现相当数量自由水出现相当数量自由水粘性土的稠度状态粘性土的稠度状态稠度界限稠度界限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示意图示意图仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水测定方法：联合测定法是将测定方法：联合测定法是将调好的土样装在杯内，将锥体调好的土样装在杯内，将锥体的锥尖接近土面，让锥体在自的锥尖接近土面，让锥体在自重下沉入土内，经

53、过重下沉入土内，经过5 5秒钟后，秒钟后，读出锥体入土深度，测出这时读出锥体入土深度，测出这时土样的含水量。土样的含水量。1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水计算锥体入土计算锥体入土深度恰好在深度恰好在10mm(17mm)10mm(17mm)时时该土的含水量该土的含水量即为液限。入即为液限。入土深度恰好在土深度恰好在2mm2mm时该土的含时该土的含水量即为塑限。水量即为塑限。1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标

54、物理状态指标 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 pLpLwwwwI 液性指数：液性指数：wpwwl IL 0 坚硬坚硬(半固态半固态) 0IL 0.25硬塑硬塑0.25 IL 0.75可塑可塑 0.75 1流塑流塑土的稠度状态土的稠度状态液性指液性指数数不同的粘土，不同的粘土，wp、wl 大小不同。对于不同大小不同。对于不同的粘土，即使含水量相同，稠度可能不同的粘土，即使含水量相同，稠度可能不同F液性指数液性指数是表征土的含水量与分界含水量之是表征土的含水量与分界含水量之间相对关系的指标，以表明间相对关系的指标，以表明w是靠近

55、塑限还是靠近塑限还是靠近液限。是靠近液限。仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 pLpIww 塑性指数塑性指数n 定义：定义：大体上表示土的大体上表示土的弱结合水含量弱结合水含量 反映吸附结合水的反映吸附结合水的能力能力，即粘性大小，即粘性大小 大致反映粘土颗粒含量大致反映粘土颗粒含量 常作为细粒土工程分类的依据常作为细粒土工程分类的依据仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 F 粗粒土的密实状态指标粗粒土的密实状态指标: : 相对密度相对密度D Dr r F 细粒土的

56、稠度状态指标细粒土的稠度状态指标: : 定义定义 判别标准判别标准 界限含水量界限含水量 w wP P、w wL L 土中水形态土中水形态 液性指标液性指标 IL 反映土的软硬不同反映土的软硬不同 塑性指数塑性指数 I Ip p 吸附结合水的能力吸附结合水的能力minmaxmaxreeeeD 小小 结结仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1、已知某土样的天然重度17KN/m3，干重度14.5KN/m3，饱和重度18KN/m3，液性指数IL =0，试问该土的塑限为多少？1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 物理状态指标物理状态指标 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水第一章：土的物理性质与工程分

57、类第一章：土的物理性质与工程分类1.1 1.1 土的形成土的形成 1.2 1.2 土的三相组成土的三相组成 1.3 1.3 土的结构土的结构 1.4 1.4 土的物理状态土的物理状态 1.51.5土的压实性土的压实性1.61.6土的工程分类土的工程分类 室内击实试验室内击实试验 细粒土的压实性细粒土的压实性 粗粒土的压实性粗粒土的压实性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.1. 土的压实性土的压实性 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.1. 土的压实性土的压实性 n 土的压实：土的压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变指通过夯打、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

58、和渗透性得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性n压实性：压实性：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n研究击实性的目的：研究击实性的目的：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n击实方法：击实方法： 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、碾压土的压实性土的压实性仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.1. 土的压实性土的压实性 室内击实试验室内击实试验 F 试验设备：试验设备：击实筒击实筒V=V=1000cm3；击实锤；击实锤w=25牛顿牛顿F 试验条件：试验条件：土样分层土样分

59、层n=3层；落高层；落高d=30.5cm； 击数击数N=25/ /层层F 击实能量击实能量 3m/mKN5 .607VwdNnE F 试验方法：试验方法：对某一含水率的土样，分三层压对某一含水率的土样，分三层压 实；测定击实后的实；测定击实后的、 ，算定，算定 d=F 注意：仅适用于细粒土；注意：仅适用于细粒土； 对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土土)1/(仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水0 4 8 12 16 20 24 28含水量含水量w(%)w(%)2.0干密度干密度 d(g/cm3) dmaxwop影响细粒土压实性的因素影响细粒土压实性的

60、因素- -含水率含水率 具有峰值具有峰值 最大干密度最大干密度 dmax 最优含水量最优含水量Wop说明当击数一定说明当击数一定时，只有在某一时，只有在某一含水率下才能获含水率下才能获得最佳的击实效得最佳的击实效果果1.1. 土的压实性土的压实性 仁者乐山仁者乐山 智者乐水智者乐水1.1. 土的压实性土的压实性 含水量含水量 Wopop： 颗粒表面水膜很薄，相对移动困难颗粒表面水膜很薄，相对移动困难 含水量含水量=Wop： 水膜润滑作用效果最佳，孔隙气尚没有形成封闭水膜润滑作用效果最佳，孔隙气尚没有形成封闭 气泡，易排出气泡，易排出 含水量含水量Wop：水膜润滑作用不再明显增加；封闭气泡难以排