土的物理性质与工程分类

1、第一章第一章 土的物理性质与工程分类土的物理性质与工程分类土的组成与结构土的组成与结构土的物理性质指标土的物理性质指标土的物理状态土的物理状态 土的渗透性及工程分类土的渗透性及工程分类 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 土的结构与构造土的结构与构造 土的物理性质指标土的物理性质指标 土的物理状态土的物理状态 土的渗透性土的渗透性影影响响土的形成过程土的形成过程决定决定本章脉络本章脉络 地质年代地质年代太古代、元古代、古生代、中生代和新生代太古代、元古代、古生代、中生代和新生代 地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相地壳发展历史与地壳运动、沉积环境

2、及生物演化相对应的时代段落。对应的时代段落。 地质年代和地层单位、顺序、名称对应关系地质年代和地层单位、顺序、名称对应关系 表表1-1 1-1 地质年代单位地质年代单位代代纪纪世世期期地层单位地层单位界界系系统统阶（层）阶（层）相对地质年代相对地质年代 古生物的演化古生物的演化岩层形成的顺序岩层形成的顺序一、一、 土的形成土的形成（了解（了解) ) 第四纪地质年代细分表第四纪地质年代细分表 表表1-21-2 n 土的概念土的概念 地壳表层原来坚硬连续的岩石，经历长期的地壳表层原来坚硬连续的岩石，经历长期的风化作用风化作用以以及剥蚀、搬运、沉积等作用，在各种交错复杂的自然环境中及剥蚀、搬运、沉积

3、等作用，在各种交错复杂的自然环境中在地表形成的各种散粒堆积物称为在地表形成的各种散粒堆积物称为“第四纪沉积物第四纪沉积物”或或“土土”。岩石岩石土土风化作用风化作用沉积过程沉积过程 由人类文化期以来的沉由人类文化期以来的沉积土称为积土称为“新近沉积土新近沉积土” 纪（系）纪（系）世（统）世（统）距今年代（百距今年代（百万年）万年）第四纪（系）第四纪（系）Q Q全新世（统）全新世（统）Q Q4 4（Q Qh h）0.0110.011更新世更新世（统）（统）（Q Qp p）晚更新世（上更新统）晚更新世（上更新统）Q Q3 30.130.13中更新世（中更新统）中更新世（中更新统）Q Q2 20.7

4、30.73早更新世（下更新统）早更新世（下更新统）Q Q1 12.432.43生成产物生成产物产生原因产生原因s 岩石的风化岩石的风化 物理风化、化学风化、生物风化物理风化、化学风化、生物风化 物理风化物理风化风化后的产物仅由大变小，化学成分风化后的产物仅由大变小，化学成分不变，物理化学性状较稳定。不变，物理化学性状较稳定。风化特征风化特征属于属于原生矿物颗粒原生矿物颗粒, ,易生成巨粒土、粗易生成巨粒土、粗粒土，如漂石、砾类土、砂类土等。粒土，如漂石、砾类土、砂类土等。、地质构造力；、温差；、地质构造力；、温差； 、冰、冰胀胀 ；、碰撞；、碰撞 （一）风化作用（一）风化作用生成产物生成产物产

5、生原因产生原因风化后的产物改变其矿物的化学成分，风化后的产物改变其矿物的化学成分，形成新的矿物。形成新的矿物。风化特征风化特征属于属于次生矿物颗粒次生矿物颗粒, ,易生成细粒土，最易生成细粒土，最 主要的是黏土颗粒及大量的可溶性盐。主要的是黏土颗粒及大量的可溶性盐。、水解作用；、水化作用；、水解作用；、水化作用； 、氧化作用氧化作用 ；、溶解作用；、溶解作用 生物的物理风化生物的物理风化 生物的化学风化生物的化学风化 化学风化化学风化 生物风化生物风化（一）风化作用（一）风化作用 残积土残积土残积土残积土 颗粒表面粗糙、颗粒表面粗糙、多棱角、粗细不多棱角、粗细不均匀、无层理。均匀、无层理。特点

6、特点（二）不同形成条件下土的特点（二）不同形成条件下土的特点w 坡积土坡积土 坡积土（物、层）断面坡积土（物、层）断面 搬运土搬运土搬运距离短；搬运距离短；土土中组成物的尺寸中组成物的尺寸相差很大，性质相差很大，性质很不均匀。很不均匀。特点特点作用力作用力重力、雨重力、雨水或雪水水或雪水w 洪积土洪积土 洪积土（物、层）断面洪积土（物、层）断面 有一定的分选性，有一定的分选性，搬运距离近的沉积搬运距离近的沉积物颗粒较粗，力学物颗粒较粗，力学性质较好；搬运距性质较好；搬运距离远的沉积物颗粒离远的沉积物颗粒较细，力学性质较较细，力学性质较差。洪积土还常呈差。洪积土还常呈现不规则交错的层现不规则交错

7、的层理构造。理构造。特点特点作用力作用力暴雨或山洪暴雨或山洪w 冲积土冲积土 山区河谷断面示例山区河谷断面示例 由于经过较长时间由于经过较长时间的搬运，浑圆度和的搬运，浑圆度和分选性更为明显，分选性更为明显，常形成砂土层和黏常形成砂土层和黏性土层交叠的地性土层交叠的地层。层。特点特点作用力作用力河流流水河流流水w 风积土风积土风力风力 w 湖泊沼泽沉积土湖泊沼泽沉积土缓慢的水流或静水条件缓慢的水流或静水条件 w 海相沉积土海相沉积土海水海水 w 冰积土冰积土冰川或冰水冰川或冰水 颗粒细，磨圆度、分选性好，表层土质松软，黄土颗粒细，磨圆度、分选性好，表层土质松软，黄土具有湿陷性；沙丘在风力推动下

8、随时改变形状和位置。具有湿陷性；沙丘在风力推动下随时改变形状和位置。这种土的特征，除了含有细微的颗粒外，常伴有生物这种土的特征，除了含有细微的颗粒外，常伴有生物化学作用所形成的有机物的存在，成为具有特殊性质化学作用所形成的有机物的存在，成为具有特殊性质的淤泥或淤泥质土，工程性质都很一般。的淤泥或淤泥质土，工程性质都很一般。颗粒细，表层土质松软，工程性质较差。颗粒细，表层土质松软，工程性质较差。颗粒粗细变化也较大，土质不均匀颗粒粗细变化也较大，土质不均匀 。s 土的工程性质的概念土的工程性质的概念 是指与变形、强度、稳定和渗流等有关的土的性质。它有是指与变形、强度、稳定和渗流等有关的土的性质。它

9、有3 3个基个基本特征和本特征和2 2个基本特点，从而导致土力学不同于其他力学学科（包括个基本特点，从而导致土力学不同于其他力学学科（包括岩石力学）。岩石力学）。 土体的三个基本特征土体的三个基本特征1 1、三相体、三相体 土的组成土的组成 土粒土粒 土中水土中水 土中气土中气 固相固相 液相液相 气相气相 饱和土饱和土非饱和土非饱和土干土干土 二、土的组成与结构二、土的组成与结构 土体工程性质的二个基本特土体工程性质的二个基本特点点3 3、自然变异性或不均匀性、自然变异性或不均匀性 土的自然变异性是指土的工程性质随空间与时间而变异的性质，有土的自然变异性是指土的工程性质随空间与时间而变异的性

10、质，有时也称其为不均匀性。这种变异性是客观的、自然形成的。时也称其为不均匀性。这种变异性是客观的、自然形成的。 1 1、不确定性、不确定性 2 2、易变性、易变性 原因原因 土的性质复杂土的性质复杂 埋藏于地下，难以直接测量埋藏于地下，难以直接测量 土粒间的联结为无黏结或弱黏结。土体是碎散的，是一种以摩擦为土粒间的联结为无黏结或弱黏结。土体是碎散的，是一种以摩擦为主的集聚性材料，具有散粒性和孔隙性。主的集聚性材料，具有散粒性和孔隙性。 2 2、碎散性、碎散性 物理力学物理力学性质复杂性质复杂粒径粒径粒度粒度粒组粒组w 界限粒径：界限粒径： 土颗粒的大小土颗粒的大小 土颗粒大小的程度土颗粒大小的

11、程度 将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干组径范围，分为若干组 ，称为粒组。，称为粒组。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。 国标国标土的分类标准土的分类标准（GBJ145-90GBJ145-90）规定的界限）规定的界限粒径粒径200200、6060、2 2、0.0750.075和和0.005mm0.005mm。 颗粒大小与粒组划分颗粒大小与粒组划分 粒组划分与颗粒级配粒组划分与颗粒级配（熟知）（熟知）（一）土中固体颗粒（一）土中固体颗粒粒径范围粒径范围d d /mm/mm粒组划分粒组划分方案一方案一方案二方案二d

12、 d 200200漂石（块石）漂石（块石）巨粒组巨粒组漂石（块石）漂石（块石）200200d d6060卵石（碎石）卵石（碎石）卵石（碎石）卵石（碎石）6060d d2020粗粒组粗粒组砾粒砾粒粗砾粗砾2020d d2 2圆砾（角砾）圆砾（角砾）细砾细砾22d d0.50.5砂粒砂粒粗砂粗砂砂粒砂粒粗砂粗砂0.50.5d d0.250.25中砂中砂中砂中砂0.250.25d d0.0750.075细砂细砂细砂细砂0.0750.075d d0.0050.005粉粒粉粒细粒组细粒组粉粒粉粒0.0050.005d d黏粒黏粒黏粒黏粒w 粒组划分粒组划分粒组划分粒组划分 表表1-3 1-3 方案一：方

13、案一：建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范和和岩土工程勘察规范岩土工程勘察规范 方案二：方案二：土的分类标准土的分类标准（GBJ145-90GBJ145-90） 土的颗粒级配土的颗粒级配 土中各个粒组的相对含量土中各个粒组的相对含量( (各粒组占土粒总质量的各粒组占土粒总质量的百分数百分数) ) ，这个百分数习惯上称为土的颗粒级配。，这个百分数习惯上称为土的颗粒级配。 土颗粒分析试验土颗粒分析试验w 筛分法筛分法w 沉降分析法沉降分析法用于粒径小于等于用于粒径小于等于60mm60mm、大于、大于0.075mm0.075mm粗粒土。粗粒土。 用于粒径小于用于粒径小于0.075mm0.075m

14、m的细粒土。的细粒土。 沉降分析法有密度计法（比重计法）、移液管法等。沉降分析法有密度计法（比重计法）、移液管法等。孔径孔径10105.05.02.02.01.01.0(0.075)(0.075)200g200g土土筛余筛余0 010101616181824242222383872721001009090808070706060505040403030202010100 0小于某粒径的土的百分含量（）小于某粒径的土的百分含量（）10105.05.01.01.000.100.050.050.010.010.0050.0050.0010.0

15、01粒径粒径(mm)(mm)P P100100959587877878666655553636土的颗粒级配土的颗粒级配累计曲线累计曲线沉降法沉降法粒径粒径(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 颗粒级配曲线颗粒级配曲线1001009090808070706060505040403030202010100 0小于某粒径的土的百分含量（）小于某粒径的土的百分含量（）10105.05.01.01.000.100.050.050.010.010.0050.0050.0010.001粒

16、径粒径(mm)(mm) 土的粒径级配累计曲线土的粒径级配累计曲线d d6060d d5050d d1010d d3030特征粒径特征粒径: : 斜率斜率: : 某粒径范围内颗某粒径范围内颗 粒的含量粒的含量 陡：相应粒组含量多陡：相应粒组含量多 缓：相应粒组含量少缓：相应粒组含量少平台：相应粒组缺乏平台：相应粒组缺乏d d5050 : : 平均粒径平均粒径d d6060 : : 控制粒径控制粒径d d1010 : : 有效粒径有效粒径d d3030 : : 中值粒径中值粒径1001009090808070706060505040403030202010100 0小于某粒径的土的百分含量（）小于

17、某粒径的土的百分含量（）10105.05.01.01.000.100.050.050.010.010.0050.0050.0010.001粒径粒径(mm)(mm) 土的粒径级配累计曲线土的粒径级配累计曲线A A、B B、C C三种不同土样的颗粒级配曲线三种不同土样的颗粒级配曲线 ABCw 颗粒级配曲线的应用颗粒级配曲线的应用 不均匀系数不均匀系数CuCu1060ddCu 曲率系数曲率系数CcCc1060230dddCc在一般情况下，把在一般情况下，把CuCu 10Cu10的土的土属级配良好。属级配良好。经验证明，当级配经验证明，当级配连续时，连续时， CcCc的范的范围约为围

18、约为1 13 3；因此；因此当当Cc1Cc3Cc3时，时，均表示级配线不连均表示级配线不连续。续。工程上要求同时工程上要求同时CuCu5 5且且Cc=1Cc=13 3的土为级配良好的土的土为级配良好的土F 粒组含量用于土的粒组含量用于土的分类定名分类定名；F 不均匀系数不均匀系数C Cu u用于判定土的用于判定土的不均匀程度不均匀程度； C Cu u 5 5为不均匀土；为不均匀土； C Cu u 5 5为均匀土为均匀土F 曲率系数曲率系数C Cc c用于判定土的用于判定土的连续程度连续程度； C Cc c = =1 13 3为级配连续土；为级配连续土；C Cc c3 3 或或 C Cc c11

19、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C Cu u和曲率系数和曲率系数C Cc c 用于用于判定土的级配优劣判定土的级配优劣： C Cu u 5 5且且 C Cc c= =1-31-3为级配良好的土；如果为级配良好的土；如果C Cu u53 3 或或C Cc c11为级配不良的土。为级配不良的土。土颗粒级配曲线和指标的应用土颗粒级配曲线和指标的应用（一）土中固体颗粒（一）土中固体颗粒 土粒的矿物成分土粒的矿物成分矿物的定义矿物的定义矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用（自然作用）矿物是地壳中的一种或多种元素在各种地质作用（自然作用）下形成的自然产物，是具有一定化学成分、内部

20、构造和物理下形成的自然产物，是具有一定化学成分、内部构造和物理性质的自然元素或化合物。它们在一定的物理化学条件范围性质的自然元素或化合物。它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿物的基本单元，是构成地壳的最基内稳定，是组成岩石和矿物的基本单元，是构成地壳的最基本物质。本物质。矿物的形态矿物的形态一向延长型一向延长型二向延展型二向延展型三向等长型三向等长型单粒形态单粒形态显晶集合体显晶集合体隐晶集合体隐晶集合体胶态集合体胶态集合体集合体形态集合体形态柱状集合体柱状集合体（石英）（石英）针状集合体针状集合体（辉秘矿）（辉秘矿）片状集合体（白云母）片状集合体（白云母）粒状集合体（方铅矿）粒

21、状集合体（方铅矿）纤维状集合体（直闪石石棉）纤维状集合体（直闪石石棉）放射状集合体（红柱石）放射状集合体（红柱石）水晶水晶晶簇晶簇分分泌泌体体|玛玛瑙瑙钟乳状（方解石钟乳状（方解石)肾状肾状(硬锰矿硬锰矿)皮壳状（孔雀石）皮壳状（孔雀石）土粒土粒成分成分 无机矿物无机矿物有机质有机质 原生矿物原生矿物 次生矿物次生矿物 不可溶的不可溶的 可溶的可溶的 黏土矿物黏土矿物倍半氧化物倍半氧化物 次生氧化物次生氧化物 难溶盐难溶盐 中溶盐中溶盐 易溶盐易溶盐 腐植质腐植质分解完全分解完全 土泥炭土泥炭分解不完全分解不完全 （一）土中固体颗粒（一）土中固体颗粒 土粒的矿物成分土粒的矿物成分 原生矿物原生

22、矿物主要类型主要类型工程性质工程性质是岩浆在冷凝过程中形成的矿物，常见的是岩浆在冷凝过程中形成的矿物，常见的有石英、云母、长石等。原生矿物颗粒是有石英、云母、长石等。原生矿物颗粒是母岩石经物理风化而成，仅形状和大小发母岩石经物理风化而成，仅形状和大小发生了变化，成分与母岩相同，颗粒较粗大，生了变化，成分与母岩相同，颗粒较粗大，有圆状、浑圆状、棱角状等。有圆状、浑圆状、棱角状等。 原生矿物原生矿物硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硅酸盐类矿物、氧化物类矿物、硫化物类矿物、磷酸盐类矿物。硫化物类矿物、磷酸盐类矿物。、矿物的化学成分比较稳定，具有较强、矿物的化学成分比较稳定，具有较强的抗水性和抗风能力，亲

23、水性较弱。的抗水性和抗风能力，亲水性较弱。、对土的工程性质的影响主要表现在颗、对土的工程性质的影响主要表现在颗粒的大小、形状、坚硬程度、表面特征、粒的大小、形状、坚硬程度、表面特征、矿物类型等方面。矿物类型等方面。原生矿物（或母岩）经化学风化而成，其原生矿物（或母岩）经化学风化而成，其成分与母岩不同，为一种新矿物。次生矿成分与母岩不同，为一种新矿物。次生矿物颗粒较细，为细粒组的主要成分。颗粒物颗粒较细，为细粒组的主要成分。颗粒较细，多呈针状、片状、扁平状。较细，多呈针状、片状、扁平状。 次生矿物次生矿物可溶性的次生矿物可溶性的次生矿物不溶性的次生矿物不溶性的次生矿物次生氧化物次生氧化物成凝胶状

24、，颗粒极细，成凝胶状，颗粒极细，亲水性弱，性质稳定。亲水性弱，性质稳定。 含水倍半氧化物含水倍半氧化物成凝胶状，颗粒极细，成凝胶状，颗粒极细，亲水性强。亲水性强。 黏土矿物黏土矿物次生二氧化硅次生二氧化硅 对黏土性质的影响很大对黏土性质的影响很大 次生矿物次生矿物w 黏土矿物黏土矿物（熟知）（熟知） 硅片硅片 铝片铝片SiSiSiSi氧离子氧离子O O2-2-硅离子硅离子SiSi4+4+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OHOH1-1-铝离子铝离子AlAl3+3+铝铝- -氢氧八面体氢氧八面体 铝片的结构铝片的结构 铝片简图铝片简图Al AlAl Al蒙脱石蒙脱

25、石二层、三层晶胞二层、三层晶胞蒙脱石的主要蒙脱石的主要特征是颗粒细特征是颗粒细小，具有明显小，具有明显的吸水膨胀和的吸水膨胀和失水收缩的特失水收缩的特性，或说其亲性，或说其亲水能力很强。水能力很强。OnH2高岭石高岭石高岭石的主要特征高岭石的主要特征晶胞之间的连接较晶胞之间的连接较强，晶胞之间的距强，晶胞之间的距离不易改变，水分离不易改变，水分子不能进入，晶胞子不能进入，晶胞的活动性小。使得的活动性小。使得其亲水性、膨胀性其亲水性、膨胀性和收缩性较弱。和收缩性较弱。 伊利石伊利石伊利石的结晶构伊利石的结晶构造比蒙脱石稳定造比蒙脱石稳定。亲水能力较蒙。亲水能力较蒙脱石差。脱石差。其特征其特征也介

26、于两者之间也介于两者之间钾离子比表面比表面积积单位体积单位体积( (或质量或质量) )的颗粒的总表面积的颗粒的总表面积 黏土颗粒的带电性黏土颗粒的带电性研究表明，片状黏土颗粒研究表明，片状黏土颗粒表面常带有电荷，净电荷表面常带有电荷，净电荷通常为负电荷通常为负电荷黏土的电泳和电渗现象黏土的电泳和电渗现象( (莫斯科大学列依斯莫斯科大学列依斯,1809),1809)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -+黏土颗粒黏土颗粒水分子水分子阳离子阳离子玻璃筒玻璃筒玻璃皿玻璃皿水位水位升高升高黏土粒黏土粒黏土膏黏土膏+- 土中的水的分类土中的水的分类土土中中

27、水水 矿物中的结合水矿物中的结合水土孔隙中的水土孔隙中的水 液态水液态水 结合水结合水 自由水自由水 强结合水强结合水弱结合水弱结合水 重力水重力水 毛细水毛细水 固态水固态水汽态水汽态水结构水结构水结晶水结晶水 沸石水沸石水 （二）土中水（二）土中水（熟知）（熟知） 结合水（束缚水、吸附水）结合水（束缚水、吸附水） 指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水 结合水受电分子吸结合水受电分子吸引力吸附于土粒表面引力吸附于土粒表面成薄膜状，不服从静成薄膜状，不服从静水力学规律，其冰点水力学规律，其冰点低于零度，其密度和低于零度，其密度和黏滞性比一般正常水黏滞性比

28、一般正常水高，只有吸热变成蒸高，只有吸热变成蒸汽才能移动。汽才能移动。 黏土黏土颗粒颗粒- - - - - - - - - - - - - - - - - +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强结合水强结合水弱结合水弱结合水F 没有溶解盐类的能力；没有溶解盐类的能力；F 不能传递静水压力；不能传递静水压力；F 只有吸热变成蒸汽时才能移动，只有吸热变成蒸汽时才能移动，在在105105时时才蒸发；才蒸发；F 其性质接近于固体，密度约为其性质接近于固体，密度约为1.21.2 2.4g/cm2.4g/cm3 3；F 冰点为冰点为7878，具有极大的黏滞度、弹

29、性和，具有极大的黏滞度、弹性和抗剪强度；抗剪强度；F 强结合水厚度很薄，吸附力高，阳离子浓度大，强结合水厚度很薄，吸附力高，阳离子浓度大， 水分子的定向排列特征显著。水分子的定向排列特征显著。 只含强结合水时，黏土呈固体坚硬状态、砂土呈散粒状态只含强结合水时，黏土呈固体坚硬状态、砂土呈散粒状态强结合水强结合水吸着水吸着水 F 受电场引力作用，为黏滞水膜；受电场引力作用，为黏滞水膜；F 外力作用下可以移动；外力作用下可以移动；F 不因重力而流动，有黏滞性；不因重力而流动，有黏滞性；F 密度约为密度约为1.01.0 1.7g/cm1.7g/cm3 3；弱结合水弱结合水薄膜水薄膜水 此部分水的厚度对

30、黏性土的黏性特征和工程性质影响此部分水的厚度对黏性土的黏性特征和工程性质影响最大，当土中含有较多的弱结合水时，土具有一定的最大，当土中含有较多的弱结合水时，土具有一定的可塑性。可塑性。土粒表面的结合水土粒表面的结合水 非结合水（自由水）非结合水（自由水） 重力水重力水毛细水毛细水按其移按其移动所受动所受作用力作用力的不同的不同重力或水头压力作用下运动重力或水头压力作用下运动毛细水承受表面张力和重力的作用毛细水承受表面张力和重力的作用毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水重力水是存在于地下水位以下的透水土层中的地下水重力水是存在于地下水位

31、以下的透水土层中的地下水 毛毛细细管管hcT2rrThccos2cos22rThrwc土中毛细水上升高度土中毛细水上升高度黏土黏土粉土粉土砂土砂土毛细水的形成毛细水的形成r空气空气 水水 固体颗粒固体颗粒弯液面弯液面 毛细水的工程地质意义毛细水的工程地质意义 F 毛细黏聚力毛细黏聚力提高土的强度提高土的强度 F毛细水可助长地基土的冻胀毛细水可助长地基土的冻胀现象；地下室潮湿；危害房屋现象；地下室潮湿；危害房屋基础及公路路面；基础及公路路面； 在干旱区，地下水中的可溶在干旱区，地下水中的可溶性盐随毛细水上升后不断蒸发，性盐随毛细水上升后不断蒸发，盐分便积聚在地表处而易形成盐分便积聚在地表处而易形

32、成盐渍土。盐渍土。 F毛细水对土中气体的分布与毛细水对土中气体的分布与流通起有一定作用，常是导致流通起有一定作用，常是导致产生密闭气体的原因。产生密闭气体的原因。 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土中气体土中气体颗粒级配颗粒级配矿物成分矿物成分黏土矿物黏土矿物结合水：强结合水、弱结合水结合水：强结合水、弱结合水 自由水：重力水、毛细水自由水：重力水、毛细水吸附气体吸附气体 溶解气体溶解气体自由气体自由气体 封闭气体封闭气体原状土和重原状土和重塑土的强度塑土的强度沉积或碾压沉积或碾压土的各向异土的各向异性性土的结

33、构土的结构土的结构是指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大小、土的结构是指土粒的原位集合体特征，是由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。 土颗粒或粒团的空间土颗粒或粒团的空间排列和相互联结。排列和相互联结。土体土体的性质的性质单粒结构单粒结构蜂窝结构蜂窝结构絮状结构絮状结构（三）土的结构和构造（三）土的结构和构造 土的结构土的结构F 粗颗粒土在水中或空气中下粗颗粒土在水中或空气中下沉而成的，是碎石土和砂类土沉而成的，是碎石土和砂类土的结构特征。的结构特征。 w 单粒结构单粒结构F 特点特点：土粒间的分子吸引力很小，颗

34、粒几乎没有联结。：土粒间的分子吸引力很小，颗粒几乎没有联结。F 粒间作用力粒间作用力：重力起决定性：重力起决定性的作用。在非饱和土中，还受的作用。在非饱和土中，还受到毛细力的作用。到毛细力的作用。F 排列形式排列形式：点与点、点与面：点与点、点与面w 蜂窝结构蜂窝结构F 当土颗粒较细，在水中单当土颗粒较细，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，个下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒之间的分子吸力大由于土粒之间的分子吸力大于颗粒自重，则土粒被吸引于颗粒自重，则土粒被吸引不再下沉，逐渐形成土粒链，不再下沉，逐渐形成土粒链，土粒链组成弓架结构，形成土粒链组成弓架结构，形成很大孔隙的蜂窝状结构。是很大孔隙的蜂

35、窝状结构。是粉粒土的结构形式。粉粒土的结构形式。F 特点特点：孔隙大，高水平：孔隙大，高水平荷载作用下，结构破坏，易荷载作用下，结构破坏，易导致严重的地基沉降。导致严重的地基沉降。w 絮状结构絮状结构F 粒径小于粒径小于0.005mm0.005mm的黏土颗粒，在的黏土颗粒，在水中长期悬浮并在水中运动时，形成水中长期悬浮并在水中运动时，形成小链环状的土集粒而下沉。这种小链小链环状的土集粒而下沉。这种小链环碰到另一小链环被吸引，形成大链环碰到另一小链环被吸引，形成大链环状的絮状结构。环状的絮状结构。F 特点特点：不稳定的，随溶液性质的不稳定的，随溶液性质的改变或受到震荡后可重新分散。改变或受到震荡

36、后可重新分散。 土的构造土的构造（了解）（了解） 在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各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系的特征称为土的构造。部分之间的相互关系的特征称为土的构造。 层状构造层状构造 土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗土粒在沉积过程中，由于不同阶段沉积的物质成分、颗粒大小或颜色不同，沿竖向呈层状特征。粒大小或颜色不同，沿竖向呈层状特征。淤泥夹粘土透镜体淤泥夹粘土透镜体黏土尖灭黏土尖灭砂土夹黏土层砂土夹黏土层水平层理水平层理 交错层理交错层理分散构造分散构造 土层中各部分的土粒无明土层中各部分的土粒无明显差别，分布均匀，各部分显差别

37、，分布均匀，各部分性质亦接近。例如，各种经性质亦接近。例如，各种经过分选的砂、砾石、卵石等过分选的砂、砾石、卵石等沉积厚度较大时，无明显层沉积厚度较大时，无明显层次，都属于分散构造。次，都属于分散构造。 具有分散构造的上可作为具有分散构造的上可作为各向同性体看待。各向同性体看待。裂隙构造裂隙构造 土体被许多不连续的小裂土体被许多不连续的小裂隙所分割，在裂隙中常充填隙所分割，在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。不少有各种盐类的沉淀物。不少坚硬和硬塑状态的粘性土具坚硬和硬塑状态的粘性土具有此种构造。黄土具有特殊有此种构造。黄土具有特殊的柱状裂隙。裂隙破坏土的的柱状裂隙。裂隙破坏土的整体性，增大透水性

38、，对工整体性，增大透水性，对工程不利。程不利。土的结构土的结构土颗粒或粒团的空土颗粒或粒团的空间排列和相互联结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黏性土的黏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蜂窝结构蜂窝结构 絮凝结构絮凝结构 小小 结结 土的三相草图土的三相草图 土的物理性质指标（土的三相比例指标）土的物理性质指标（土的三相比例指标） 表示土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例关系的指标表示土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例关系的指标九个物理量九个物理量: m ma V Vv Vw ms m

39、 w Vs Va wsmmmwaVVVVswaVVVV3/1cmgw三、三、 土的物理性质指标土的物理性质指标三个独立变量，三个独立变量，干土或饱和土二干土或饱和土二个独立变量个独立变量其它指标：其它指标：三相草图法计算三相草图法计算 实验室实验室测定测定九个物理量九个物理量: m ma V Vv Vw ms m w Vs Va 可假设任一参数为可假设任一参数为1 1为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进行三个基本的物理性质试验：行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含水量试验 土粒比重土粒

40、比重G Gs s（土粒相对密度）（土粒相对密度） 土中固体颗粒的质量与同体积土中固体颗粒的质量与同体积44时纯水的质量之比；时纯水的质量之比；或为土粒密度与或为土粒密度与44时纯水的密度之比。时纯水的密度之比。w 表达式表达式 w 测定方法：测定方法： 比重瓶法；经验法比重瓶法；经验法常见值：砂类土常见值：砂类土 G Gs s=2.65=2.652.692.69；粉类土；粉类土 G Gs s=2.70=2.702.712.71； 黏性土黏性土 G Gs s=2.72=2.722.762.76。 有机质有机质 G Gs s=2.4=； 泥炭泥炭 G Gs s=1.5=1.51.

41、81.8。w 土粒密度土粒密度 111/wsswsswssVmVmmmGsssVm31/1cmgw（一）土的基本物理性质指标（一）土的基本物理性质指标 土的含水量（含水率）土的含水量（含水率）w w土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 。w 表达式表达式 w 测定方法测定方法 w 常见值常见值： 砂土砂土 w=(0w=(040)%40)%；黏性土；黏性土 w=(20w=(2060)%60)%。%100%100ssswmmmmmww 意义意义：表示土体湿度（含水程度）的物理指标。与土：表示土体湿度（含水程度）的物理指标。与土 的种类、埋藏条件及其附近的

42、自然环境等有关。的种类、埋藏条件及其附近的自然环境等有关。 烘干法；烘干法； 红外线法；红外线法；酒精燃烧法；铁锅炒干法酒精燃烧法；铁锅炒干法 土的密度土的密度 土的总质量土的总质量m m与总体积与总体积V V之比或土单位体积的质量。之比或土单位体积的质量。单位：国际上单位：国际上kg/mkg/m3 3，国内工程中常用，国内工程中常用g/cmg/cm3 3。w 测定方法测定方法: : 环刀法环刀法 适用于黏性土、粉土与砂土。适用于黏性土、粉土与砂土。 w 常见值常见值： 砂土：砂土：g/cm2.0g/cm3 3； 黏土黏土: 1.8: 1.82.0g/cm2.0g/cm3 3

43、 ； 腐殖土：腐殖土： g/cm1.7g/cm3 3。 w 表达式表达式 vswsVVmmVmw 意义意义：综合反映了土的物质组成和结构特征。：综合反映了土的物质组成和结构特征。 干密度干密度 土单位体积中土粒的质量或土的孔隙中完全土单位体积中土粒的质量或土的孔隙中完全没有水时的密度。没有水时的密度。w 测定方法：测定方法：大环刀法大环刀法 ； 放射性同位素法放射性同位素法w 常见值常见值： d d= =（1.8）g/cmg/cm3 3w 工程应用工程应用 在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标准。通常用作填方工

44、程如土坝、路基和人工压实地基准。通常用作填方工程如土坝、路基和人工压实地基等土体压实质量的控制标准。等土体压实质量的控制标准。w 表达式表达式 Vmsddn 表示特殊条件下土的密度的指标表示特殊条件下土的密度的指标（二）土的间接物理性质指标（二）土的间接物理性质指标 饱和密度饱和密度 土的孔隙完全被水充满时的密度土的孔隙完全被水充满时的密度w 常见值：常见值： satsat = =（2.3）g/cmg/cm3 3 浮密度（有效密度）浮密度（有效密度） 在地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同在地下水位以下，土单位体积中土粒的质量与同体积水的质量之差体积水的质量之差 。w 表

45、达式表达式 VVmwvssatw 表达式表达式 satVVmwss31/1cmgwww 常见值：常见值：3/) 3 . 18 . 0 (cmg 土的孔隙比土的孔隙比e e土中孔隙体积与固体颗粒体积之比土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 根据根据、GsGs与与W W实测值计算而得，工程应用很广，可以用实测值计算而得，工程应用很广，可以用来评价天然土层的密实度、进行砂土液化判断等。来评价天然土层的密实度、进行砂土液化判断等。w 常见值常见值： 砂土砂土 e=0.3e=； 当砂土当砂土e0.6e1.0e1.0时，为软弱地基。时，为软弱地基。w 表达式表达式 svVVe n 表示土中孔隙

46、体积相对含量的指标表示土中孔隙体积相对含量的指标（二）土的间接物理性质指标（二）土的间接物理性质指标 孔隙度孔隙度( (孔隙率孔隙率)n)n土的孔隙体积与土总积之比土的孔隙体积与土总积之比 ，以百分数表示。，以百分数表示。w 常见值常见值：黏性土和粉土：黏性土和粉土:(30-60)%:(30-60)%；砂土；砂土: (25-45)%: (25-45)%。 根据根据、GsGs与与W W实测值计算而得，孔隙度与孔隙比相实测值计算而得，孔隙度与孔隙比相比，工程应用较少。比，工程应用较少。w 表达式表达式 %100VVnvw 物理意义物理意义：表示土中孔隙大小的程度。：表示土中孔隙大小的程度。n 表示

47、土中孔隙体积相对含量的指标表示土中孔隙体积相对含量的指标 土的饱和度土的饱和度S Sr r土中孔隙水的体积与孔隙体积之比土中孔隙水的体积与孔隙体积之比 ，以百分数表示。，以百分数表示。w 常见值常见值： S Sr r=0=0100%100%。根据根据、G Gs s与与W W实测值计算而得。实测值计算而得。w 工程中工程中S Sr r作为砂土湿度划分的标准作为砂土湿度划分的标准：w 表达式表达式 %100vwrVVSw 物理意义物理意义：表示水在孔隙中充满的程度。：表示水在孔隙中充满的程度。 S Sr r 50% 50% 稍湿的稍湿的50%50%S Sr r80% 80% 很湿的很湿的S Sr

48、r 80% 80% 饱和的饱和的n 表示土中含水程度的指标表示土中含水程度的指标 重度重度 土的重力密度（重量）。土的重力密度（重量）。 单位（单位（N/mN/m3 3）或（）或（kN/mkN/m3 3）土的密度土的密度 和土的重度和土的重度 ； 土的干密度土的干密度 和土的干重度和土的干重度 ； 土的饱和密度土的饱和密度 和饱和重度和饱和重度 ； 有效密度有效密度( (浮密度浮密度) ) 和有效重度和有效重度( (浮重度浮重度) ) ； ggddgddsatsatgsatsatsatdsatw 31/1cmgww3/10mkNw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

49、上的比例关系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土的物理土的物理性质指标性质指标、wGsrsatdSe、n小小 结结 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、联系与区别单位或量纲、常见值或范围、联系与区别步骤步骤： 首先绘出三相草图；首先绘出三相草图； 明确所求指标的表达式或定义；明确所求指标

50、的表达式或定义； 作假设以减少未知量作假设以减少未知量，求解。，求解。、wGsrsatdSe、n（三）物理性质指标之间的换算（三）物理性质指标之间的换算例如例如设：设：1sV1sVeVveV1vVe eV1wswsssGGVm1/wsssVmG1wwwssGmwswwGmwsswwGwmmwsswwGmmm)1 ( %100swmmwwswGm)1 ( ewGVmws1)1 (weGVmwssd111)1 (1wsdwswGGeeeGVVmwswvssat1)(eGVVVmVVVmVVmwswsatwwvswvswss1) 1()(eeVVnv1ewGVmVVSswvwvwr%100%100推

51、求推求?e?d【例题例题1-11-1】 。，73. 2%30sGw 某完全饱和黏土试样某完全饱和黏土试样试计算该试计算该【解解】 土样的孔隙比、饱和重度和干重度。土样的孔隙比、饱和重度和干重度。令：令：31mVseVv则eVVVvs1ewGVmVVSswvwvwr819. 073. 23 . 0rsSwGe3/01.15819. 011073. 21mkNeGgVmwssd3/51.1910819. 01819. 073. 21mkNeeGgVVmwswvssat【例题例题1-21-2】 某饱和土样切满容器为某饱和土样切满容器为24.51cm24.51cm3 3的环刀内，称得总质的环刀内，称得

52、总质量为量为110.8g110.8g，烘干后质量为，烘干后质量为100.4g100.4g。已知环刀质量为。已知环刀质量为66.5g66.5g，土土粒比重粒比重2.72, 2.72, 该土样的密度、有效密度、含水量、孔隙比。该土样的密度、有效密度、含水量、孔隙比。【解解】 gm3 .445 .668 .110gms9 .335 .664 .100gmmmsw4 .109 .333 .443/81. 151.243 .44cmgVm%68.30%1009 .334 .10swmmw34 .1014 .10cmmVwww311.144 .1051.24cmVVVws74. 011.14/4 .10/

53、svVVe3/81. 051.2411.149 .33cmgVVmwvs【练习练习1-11-1】 一体积为一体积为150cm150cm3 3的土样，湿土重的土样，湿土重270g270g，烘干后质量，烘干后质量为为204g,204g,土粒比重土粒比重2.67,2.67,求该土样的密度、含水率、孔隙比和求该土样的密度、含水率、孔隙比和饱和度。饱和度。由已知条件：由已知条件：gmgmcmVs2042701503，【解解】 )/(80. 11502703cmgVm定义定义%4 .32%100204204270%100%100ssswmmmmmw?svVVe 1/wsssVmG)( 4 .7667. 2

54、120431cmGmVswss?svVVe 1/wsssVmG)( 4 .7667. 2120431cmGmVswss)( 6 .734 .761503cmVVVsv96.04.766.73svVVe?%100vwrVVS)(6612042703cmmVwww%90%1006.7366%100vwrVVS【练习练习1-21-2】 ,/91. 13cmg。，7 . 2%5 . 9sGw 某原状土，天然密度某原状土，天然密度（1 1） 计算土的孔隙比、饱和度；计算土的孔隙比、饱和度；（2 2） 当土中孔隙充满水时土的饱和密度和含水率。当土中孔隙充满水时土的饱和密度和含水率。（1 1）：）：令：令：

55、31cmV 【解解】 ?svVVe ?%100vwrVVS)(91. 1191. 1gVm%5 . 9%100swmmwwsmmmgmgmws166. 0744. 1)(646. 07 . 21744. 131cmGmVswss548.0646.0354.0svVVe)(354. 0646. 013cmVVVsv%9.46%100354.0166.0%100vwrVVS)(166. 01166. 03cmmVwww（2 2）：）：?sat?w)/( 1 . 211354. 0744. 13cmgVVmwvssat%3 .20%100744. 11354. 0%100%100swvswmVmmw

56、wvVV 【练习练习1-31-3】 3/5 .19mkN7 . 2sGd 某饱和土体，重度某饱和土体，重度，土粒比重，土粒比重（1 1） 根据题中的已知条件，推导干重度根据题中的已知条件，推导干重度的表达式的表达式; ;（2 2）根据（）根据（1 1）的结果，计算该土的干重度。）的结果，计算该土的干重度。由已知条件：由已知条件：3/5 .19mkNsatgsatsat7 . 2/111wsswsswssVmVmmmGgVVmwvssat令：令：31mVseVv则eVVVvs1eeGgVVmwswvssat1)(eGgeVGwssws11eGwswsat1)1(wsatwsGe) 1(11)(s

57、swsatdGG【解解】 swssVGm31/1cmgww?dgVms土的物理状态土的物理状态 反映土的松密和软硬反映土的松密和软硬 状态的指标状态的指标 无黏性土的松密程度无黏性土的松密程度 黏性土的软硬状态黏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质量和体积之间的关系质量和体积之间的关系影响影响力学特性力学特性密实度密实度稠度稠度四、四、 土的物理状态土的物理状态 黏性土的物理特征黏性土的物理特征黏性土黏性土含水量含水量较硬较硬变软变软流动流动固态固态半固态半固态可塑状态可塑状态液体状态（流动状态液体状态（流动状态) ) 黏性土的黏性土的可塑性可塑性黏

58、性土在外力的作用下可以任意改变形状而不开黏性土在外力的作用下可以任意改变形状而不开裂，外力撤去后仍能保持既得的形状的性能。裂，外力撤去后仍能保持既得的形状的性能。 界限含水量界限含水量黏性土由一种状态转到另一种状态的黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量分界含水量，称，称为土的稠度界限或为土的稠度界限或界限含水量界限含水量。（一）黏性土的物理状态（一）黏性土的物理状态塑限塑限液限液限黏性土的状态反映土中水的形态黏性土的状态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土颗粒土颗粒强结合水强结合水弱结合水弱结合水

59、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厚强结合水膜最厚出现相当数量自由水出现相当数量自由水 黏性土的状态与土中水黏性土的状态与土中水界限含水量界限含水量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缩限缩限Lwpwsw定义定义黏性土由可塑黏性土由可塑状态转到流动状态的界限含水状态转到流动状态的界限含水量称为量称为液限液限w wL L。 1 1、液限、液限w wL L(%)(%)测定方法测定方法 锥式液限仪锥式液限仪操作过程：操作过程： 将黏性土调成均匀的浓糊状，装将黏性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将满

60、盛土杯，刮平杯口表面，将7676克克重圆锥体轻放在试样表面的中心，重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经若圆锥体经5 5秒种恰好沉入秒种恰好沉入10mm10mm深度，深度，这时杯内土样的含水量就是液限这时杯内土样的含水量就是液限W WL L值。值。为了避免放锥时的人为晃动影响，为了避免放锥时的人为晃动影响，可采用电磁放锥的方法。可采用电磁放锥的方法。 锥式液限仪锥式液限仪定义定义黏性土由黏性土由半固态转到可塑状态的界限含半固态转到可塑状态的界限含水量称为水量称为塑限塑限wP2 2、塑限、塑限w wP P(%)(%)测定方法测定方法操