第2章 土的特性

1、南京夫子庙南京夫子庙本章学习要求本章学习要求n本章是本课程学习的基础，要求掌握土的物理性质与土的本章是本课程学习的基础，要求掌握土的物理性质与土的工程分类。工程分类。n了解土的三相组成，掌握土的物理性质指标及三相比例指了解土的三相组成，掌握土的物理性质指标及三相比例指标之间的换算关系；标之间的换算关系；n熟悉无粘性土、粘性土的物理状态指标，掌握相对密度、熟悉无粘性土、粘性土的物理状态指标，掌握相对密度、塑限、液限、塑性指数和液性指数等基本概念；塑限、液限、塑性指数和液性指数等基本概念；n熟悉规范对地基土的工程分类方法，掌握砂土、粘性土的熟悉规范对地基土的工程分类方法，掌握砂土、粘性土的分类标准

2、。分类标准。 n本章难点：本章难点：土的物理状态指标土的物理状态指标 第第2章章 土的物理性质与地基土分类土的物理性质与地基土分类 2.1 土的成因与组成土的成因与组成2.1.1 土的成因土的成因1.物理风化物理风化 2.化学变化化学变化 3.生物风化生物风化 地壳表层的岩石长期暴露在大气中，地壳表层的岩石长期暴露在大气中，经受气候的变化，会使岩石逐渐崩解，经受气候的变化，会使岩石逐渐崩解，破碎成大小和形状不同的一些碎块破碎成大小和形状不同的一些碎块 物理风化后形成的碎块与水、物理风化后形成的碎块与水、氧气、二氧化碳等物质接触，氧气、二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生化学变化使岩石碎屑发生化学

3、变化 动植物和人类活动对岩石的破坏动植物和人类活动对岩石的破坏 2.1 土的成因与组成土的成因与组成2.1.1 土的成因土的成因1残积物残积物 2坡积物坡积物 残积物是指残积物是指残留在原地残留在原地未被搬运的未被搬运的那一部分原那一部分原岩风化剥蚀岩风化剥蚀后的产物后的产物 雨雪水流的地质雨雪水流的地质作用将高处岩石作用将高处岩石风化产物缓慢地风化产物缓慢地洗刷剥蚀、沿着洗刷剥蚀、沿着斜坡向下逐渐斜坡向下逐渐移动、沉积在平缓移动、沉积在平缓的山坡上而的山坡上而形成的沉积物形成的沉积物 2.1 土的成因与组成土的成因与组成2.1.1 土的成因3洪积物 4冲积物 洪积物是由暂时性山洪急流挟带着大

4、量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成的沉积物 冲积物是江河流水的地质作用剥蚀两岸的基岩和沉积物，经搬运与沉积在平缓地带而形成的沉积物 2.1 土的成因与组成土的成因与组成2.1.2 土的组成 = + +自然界中的土 固体颗粒 水气体固体颗粒构成土的骨架，骨架之间贯穿着孔隙，孔隙中填充有水和气体，因此，土也被称为三相孔隙介质。 2.1 土的成因与组成土的成因与组成2.1.2 土的组成 自然界中的土 1.土颗粒的大小与土的性质密切相关。如土颗粒由粗变细，土的性质可由无粘性变为粘性2.按适当的粒径范围，分为若干粒组 3.土的颗粒级配是指工程上常以土中各个粒组的相对含量(各个粒组占土粒总量

5、的百分数)来表示土粒的大小及其组成情况 固体颗粒固体颗粒结合水自由水强结合水 弱结合水 都不能传递静水压力 毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水 在重力或压力差作用下而运动的自由水土中气体（影响较小） 土的形成土的形成渗透特性渗透特性变形特性变形特性强度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物理状态土的结构土的结构土的工程分类土的工程分类土的压实性土的压实性 决定决定影影响响如何获得较好的土如何获得较好的土便于研究和应用便于研究和应用气相气相固相固相液相液相+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土体土体次要作用次要作用土的组成土的组成物理状态物

6、理状态力学特性力学特性粒径级配粒径级配矿物成分矿物成分颗粒形状颗粒形状 土的组成土的组成颗粒大小颗粒大小粒组 按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径d(mm)砾石砾石砂粒砂粒粉粒粉粒粘粒粘粒胶粒胶粒6020.050.0050.0020.250.5520粗 中 细 粗 中 细 极细0.1粗粒粗粒细粒细粒粒径级配粒径级配确定方法确定方法 筛分法：筛分法：适用于粗粒土适用于粗粒土 (0.1 mm) 水分法：水分法：适用于细粒土适用于细粒土 (0.1 mm)各粒组的相对含量，用质量百分数来表示各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法表述方法 粒径级配累积曲

7、线粒径级配累积曲线筛分法筛分法 用一套孔径不同的筛子，用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数土粒质量的百分数 比重计比重计法法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量确定小于某粒径的土粒含量105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数小于某粒

8、径之土质量百分数P（）（）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径粒径(mm)P%958778665536土的粒径级配累积曲线土的粒径级配累积曲线水分法水分法粒径粒径(mm)0.050.010.005百分数百分数P(%)2613.5101009080706050403020100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d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.33 0.005 0.063662.41特征粒径特征粒径:

9、 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d30 不均匀程度不均匀程度：Cu = d60 / d10 连续程度连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数 不均匀系数不均匀系数Cu 5,级配不均匀粗细程度粗细程度： 用用d50 表示表示 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)土的粒径级配累积曲土的粒径级配累积曲线线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.33 0.0

10、050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545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-相应粒组缺乏相应粒组缺乏连续程度连续程度: Cc = d302 / (d60 d10 ) 曲率系数曲率系数较大颗粒缺少较大颗粒缺少Cc 减小减小较小颗粒缺少较小颗粒缺少Cc 增大增大Cc = 1 3, 级配连续性好级配连续性好 2.1 土的成因与组成土的成因与组成2.1.3 土的结构 1单粒结构 3絮状结构 2蜂窝结构 指由土粒单元的大小、形状、表面特征、相互排列及其联结关系等因素形成的

11、综合特征。 粗颗粒土在重力作用下沉积而成单粒结构分为疏松和紧密紧密：强度较大、压缩性 小可作为良好的天然地基。 疏松型与紧密型相反悬浮在水中的粘粒凝聚成絮状的粘粒集合体 ,形成空隙很大的絮状结构 蜂窝结构和絮状结构的土中存在大量孔隙，压缩性高、抗剪强度低、透水性弱，其土粒之间的粘结力 2.2 土的物理性质指标土的物理性质指标 土土的的物物理理性性质质指指标标 基本指标基本指标 土的密度 土粒相对密度 1干密度2土的饱和密度3土的有效密度4土的孔隙比 5土的饱和度 换算指标换算指标 /m V/ssswswdmV土的含水量 /wswmm可用土样进行试验测定，称为基本指标 n直接测定指标直接测定指标

12、 1.土的密度土的密度：单位体积土的质单位体积土的质量量 awswsVVVmmVm工程中常用重度工程中常用重度 来表示单位体来表示单位体积土的重力积土的重力 g重力加速度，重力加速度，近似取近似取10m/s2 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积VVv土的三相指标土的三相指标土的三相指标土的三相指标n直接测定指标直接测定指标 2.土粒相对密度土粒相对密度Gs( (土粒比重土粒比重) )： 土粒质量与同体积的土粒质量与同体积的4时纯水时纯水的质量之比的质量之比 ssssVmG 土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.7

13、02.75；砂土一般为；砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小度减小土的三相指标土的三相指标气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积VVv土的三相指标土的三相指标气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVa质量质量m体积体积V3.土的含水量土的含水量：土中水的土中水的质量与土粒质量之比，以百分质量与土粒质量之比，以百分数表示数表示%100%100sssmmmmm 土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。土的含水量是标志土含水程度的一个重要物理指标。天然土层含水量变化范围较大，与土的种类、埋藏条件天然土层含水量变化范围

14、较大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境等有关。及其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 土的三相指标土的三相指标土的三相指标土的三相指标换算指标换算指标 气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V1.孔隙比孔隙比e和孔隙率和孔隙率n孔隙比孔隙比e ：土中孔隙体积与土土中孔隙体积与土粒体积之比粒体积之比 2.土的饱和度土的饱和度Sr ：土中孔隙水土中孔隙水的体积与孔隙总体积之比，的体积与孔隙总体积之比，以百分数表示以百分数表示饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土饱和度描述土中孔隙被水充

15、满的程度。干土Sr= =0, ,饱和土饱和土Sr= =100%。砂土砂土根据饱和度分为三种状态根据饱和度分为三种状态: : svVVe孔隙率孔隙率n ：土中孔隙体积与总土中孔隙体积与总体积之比，以百分数表示体积之比，以百分数表示 %100VVnv%100vrVVSSr50%稍湿；稍湿； 50Sr80%很湿；很湿； Sr80%饱和饱和3.不同状态下土的密度和重度不同状态下土的密度和重度饱和密度饱和密度sat: :土体中孔隙完全土体中孔隙完全被水充满时的土的密度被水充满时的土的密度 干密度干密度d : :单位体积中固体颗单位体积中固体颗粒部分的质量粒部分的质量 VVmvssatVmsd浮密度浮密度

16、 : :土单位体积内土粒土单位体积内土粒质量与同体积水的质量之差质量与同体积水的质量之差 VVmss 土的三相比例指标中的质量密度指标土的三相比例指标中的质量密度指标共有共有4个，个，土的密度土的密度，饱和密度，饱和密度sat，浮密度浮密度 (kg/m3), ,干密度干密度d，相应的重相应的重度指标也有度指标也有4个，个，土的重度土的重度 ，饱和重度，饱和重度 sat，浮重度，浮重度 ，干重度，干重度 d (kN/m3)气气水水土粒土粒msmwmVsVwVVVa质量质量m体积体积V换算指标换算指标 气气水水土粒土粒Gsw Vs11+1+e质量质量m体积体积V土的三相指标中土的三相指标中，土粒比

17、重土粒比重Gs ，含水量含水量和和密度密度是通是通过试验测定的，可以根据三过试验测定的，可以根据三个基本指标换算出其余各指个基本指标换算出其余各指标标Vv=eGsw Gs（1）w eGVmws1)1 (11eGVmwssd推导：推导：换算关系式：换算关系式：1)1 (1wsdwsGGeeeGVVmwswVssat1)(eGwssat1) 1(eeVVnV1eGVmVVSsWVwVwr换算指标换算指标 2.3 土的物理状态指标土的物理状态指标 土土的的物物理理状状态态指指标标 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 1孔隙比孔隙比 2相对密度相对密度 粘性土的物理特征粘性土的物理特征 3标准贯入锤击数

18、标准贯入锤击数 无粘性土的密实度无粘性土的密实度与其工程性质有着与其工程性质有着密切的关系，呈密密切的关系，呈密实状态时，强度较实状态时，强度较高，压缩性较小，高，压缩性较小，可作为良好的天然可作为良好的天然地基地基 判判别别砂砂土土密密实实度度指指标标 1塑性指数塑性指数 粘性土的工程粘性土的工程特性与土中的特性与土中的含水量多少含水量多少有很大关系有很大关系 2. 液性指数液性指数 PLPIww()/LPPIwwI灵敏度灵敏度n粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏粘性土的原状土无侧限抗压强度与原土结构完全破坏的重塑土的无侧限抗压强度的比值的重塑土的无侧限抗压强度的比值uutqqS 反映土的结构反映土的结构受挠动对强度受挠动对强度的影响程度的影响程度 根据灵敏度将饱和粘性土分类：根据灵敏度将饱和粘性土分类：低灵敏度土低灵敏度土 1St2中灵敏度土中灵敏度土 24 2.4 地基土（岩）的工程分类地基土（岩）的工程分类 土土的的工工程程分分类类岩石岩石 粘性土粘性土 碎石土碎石土 砂土砂土 粉土粉土 人工填土人工填土 天然形成