土的物理性质及分类概述课件

第一章土的物理性质及分类10/19/20221第一章土的物理性质及分类10/15/20221第一章土的物理性质及分类主要内容1.1概述1.2土的生成1.3土的组成、结构和构造1.4土的物理性质指标1.5无粘性土的特性1.6粘性土的特性1.7土的渗透性及达西定律1.8土的工程分类10/19/20222第一章土的物理性质及分类主要内容1.1概述1.2土的生1.1概述土的概念

土的组成第一章土的物理性质及分类

本章主要内容土是岩石在风化作用下形成的大小悬殊的颗粒，经过不同的搬运方式、在各种自然环境中生成的沉积物。固（土颗粒）液（土中水）气（土中气）影响三相组分的性质，相对含量等土的物理性质决定土的力学性质土的生成、组成、三相比例指标；无粘性土的密实度；粘性土的物理特征；土的渗透性以及地基土(岩)的分类。10/19/202231.1概述土的概念土的组成第一章土的物理性质及分类一、风化作用物理风化只改变岩石完整性或改变已碎裂岩石颗粒大小和形状，而未产生新矿物的风化作用称为物理风化作用。

概念分类化学风化化学风化作用在改变岩石物质状态的同时改变了岩石中原有的矿物成分。水的作用：水化、水解、溶解溶蚀和再结晶；气体的作用：氧化、碳酸化、酸雨及硫酸化作用；生物的化学风化作用。概念分类第一章土的物理性质及分类1.2土的生成温度应力引起的胀缩作用；裂隙中结晶体膨胀引起的劈裂作用；岩体因卸荷而引起的膨胀崩解；树木生长过程中的根劈作用；重力作用下的岩块碎裂和搬运过程中的碰撞、磨圆；风的剥蚀作用。10/19/20224一、风化作用物理风化只改变岩石完整性或改变已碎裂岩石颗粒大小1.2土的生成第一章土的物理性质及分类二、地质作用的概念导致地壳成分变化和构造变化的作用，称为地质作用。岩浆岩岩浆冷凝原岩变质岩沉积岩原岩风化产物土风化变质作用未经成岩作用压密、脱水胶结、硬化10/19/202251.2土的生成第一章土的物理性质及分类二、地质作用的概念1.2土的生成三、矿物与岩石的概念第一章土的物理性质及分类矿物：地壳中天然生成的自然元素或化合物。集合多种矿物（造岩矿物）岩石决定矿物成分岩石的工程性质岩浆冷凝原生矿物化学风化次生矿物无粘性土粘性土晶体非晶体形状规则形状不规则石英方解石正长石角闪石10/19/202261.2土的生成三、矿物与岩石的概念第一章土的物理性质及分硬度等级矿物名称野外简易鉴定方法1滑石用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划2石膏用指甲可刻划3方解石用黄铜板刻划可留下条痕。用小刀很容易刻划4萤石小刀可刻划5磷灰石用削铅笔刀刻划时可留下明显划痕，不能刻划玻确6正长石小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃7石英用小刀不能刻划8黄玉能割开玻确，难于刻划石英9刚玉能刻划石英10金刚石能刻划石英矿物的硬度等级第一章土的物理性质及分类1.2土的生成矿物与岩石的概念造岩矿物10/19/20227硬度等级矿物名称野外简易鉴定方法1滑石用软铅笔物名形状颜色光泽硬度解理比重其它特征石英块状、六方柱状无色、乳白色玻璃、油脂7无2.6-2.7晶面有平行条纹，贝壳状断口正长石柱状、板状玫瑰色、肉红色玻璃6完全2.3-2.6两组晶面正交斜长石柱状、板状灰白色玻璃6完全2.6-2.8两组晶面斜交，晶面上有条纹辉石短柱状深褐色、黑色玻璃5-6完全2.9-3.6

角闪石针状、长柱状深绿色、黑色玻璃5.5-6完全2.8-3.6方解石菱形六面体乳白色玻璃3三组完全2.6-2.8滴稀盐酸起泡云母薄片状银白色、黑色珍珠，玻璃2-3极完全2.7-3.2透明至半透明，薄片具有弹性绿泥石鳞片状草绿色珍珠、玻璃2-2.5完全2.6-2.9半透明，磷片无弹性高岭石鳞片状白色、淡黄色暗淡1无2.5-2.6土状断口，吸水膨胀滑粘石膏纤维状、板状白色玻璃、丝绢2完全2.2-2.4易溶解于水产生大量SO4-最主要造岩矿物特征表1.2土的生成第一章土的物理性质及分类矿物与岩石的概念造岩矿物10/19/20228物名形状颜色光泽硬度解理比重其它特征石英块状、六方柱状无色、1.2土的生成矿物与岩石的概念岩石颜色浅色(浅灰、浅红、肉红色)→深色(深灰、深绿、黑色)化学成分（SiO2含量）酸性(>%65)中性(65%-52%)基性(52%-40%)超基性(<40%)成因结构构造含正长石含斜长石不含长石石英角闪石角闪石辉石辉石云母黑云母辉石角闪石角闪石辉石黑云母橄榄石橄榄石浸入岩等粒块状花岗岩正长岩闪长岩辉长岩橄榄岩、辉岩斑粒块状花岗斑岩正长斑岩玢岩辉绿岩喷出岩斑状、隐晶质或玻璃质流纹、气孔状或杏仁状流纹岩粗面岩安山岩玄武岩岩浆岩分类简表第一章土的物理性质及分类10/19/202291.2土的生成矿物与岩石的概念岩石颜色浅色(浅灰、浅红、肉分类名称物质来源沉积作用结构特征构造特征碎屑岩砾岩、角砾岩、砂岩物理风化作用形成的碎屑机械沉积作用为主碎屑结构层理构造、多孔构造火山角砾岩、凝灰岩火山喷发的碎屑粘土岩泥岩、页岩化学风化作用形成的粘土矿物机械沉积和胶体沉积作用泥质结构层理构造化学岩和生物化学岩石灰岩、泥灰岩母岩经化学分解生成的溶液和胶体溶液；生物化学作用生成的矿物和生物遗体化学沉积、胶体沉积和生物沉积作用化学结构和生物结构层埋构造、致密构造沉积岩分类简表1.2土的生成矿物与岩石的概念岩石第一章土的物理性质及分类10/19/202210分类名称物质来源沉积作用结构特征构造特征碎屑岩砾岩、角砾岩、名称鉴定特征主要矿物颇色结构构造其它片麻岩长石、石英、云母深、浅色相间斑粒变晶片麻状云母片岩云母(有少量石英)白、银灰色鳞片变晶片状有显著的丝绢光泽，质软易剥开绿泥石片岩绿泥石绿色鳞片变晶鳞片状大理岩方解石白色、灰白色等粒变晶块状滴稀盐酸起泡石英岩石英白色，灰白色，淡红色等粒变晶块状小刀刻划不动主要变质岩简表矿物与岩石的概念第一章土的物理性质及分类1.2土的生成岩石10/19/202211名称鉴定特征主要矿物颇色结构构造其它第四纪沉积物或“土”：由原岩风化产物经各种外力地质作用形成尚未胶结硬化的沉积物。1.2土的生成四、地质年代的概念地质年代是指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落。地质年代单位代纪世期地层单位界系统阶（层）地质年代和地层单位、顺序、名称对应关系表纪（系）世（统）距今年代（百万年）第四纪（系）Q全新世（统）Qh或Q40.025更新世（统）Qp晚更新世（上更新统）Q30.150中更新世（中更新统）Q20.500早更新世（下更新统）Q11.000第一章土的物理性质及分类第四纪地质年代太古代、元古代、古生代、中生代和新生代10/19/202212第四纪沉积物或“土”：由原岩风化产物经各种外力地质作用形成尚五、第四纪沉积物残积物(一)残积物、坡积物和洪积物残积物新鲜基岩风化带残积物是残留在原地未被搬运的那一部分原岩风化剥蚀后的产物。概念矿物成分与基岩一致；厚度变化大；无层理构造，均质性差；颗粒表面粗糙，多棱角；粗细不均，孔隙度大。特点坡积物坡积物基岩风化矿物成分与下卧基岩无直接关系；易沿下卧基岩倾斜面滑动；粗细粒混杂，土质不均；上薄下厚，土质疏松，压缩性高。特点高处岩石风化产物顺斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。概念第一章土的物理性质及分类1.2土的生成10/19/202213五、第四纪沉积物残积物(一)残积物、坡积物和洪积物残积物新四、第四纪沉积物(层)(一)残积物、坡积物和洪积物洪积物山洪冲刷地表，挟带大量碎屑物堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原面形成洪积物。基岩洪积物泉水地下水概念离山近颗粒粗、范围小，离山远颗粒细、范围大，成为洪积扇；常呈现不规则交错的层理构造；离山近颗粒粗、地下水位深，为良好天然地基；离山远颗粒细、厚度大、土质密实，为良好地基；中间过渡带常由地下水溢出而形成沼泽，土质软弱。特点第一章土的物理性质及分类1.2土的生成10/19/202214四、第四纪沉积物(层)(一)残积物、坡积物和洪积物洪积物山河床基岩二级阶地二级阶地一级阶地一级阶地河漫滩沼泽河漫滩河漫滩沼泽：被河流废弃的一段蛇曲，平枯水期间长满水草，渐渐淤积成为沼泽。阶地：河漫滩：分布在河床两侧，洪水季节被洪水淹没、枯水季节有出露水面的浅滩。五、第四纪沉积物(二)冲积物第一章土的物理性质及分类1.2土的生成河流流水的地质作用将两岸基岩及其上部覆盖的坡积、洪积物质剥蚀后搬运、沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。河漫滩平原河谷冲积物

阶地：地壳升降运动、河流下切、沉积等作用相互交织下形成的、位于河漫滩以上的台阶状地貌。河漫滩沼泽特点上游颗粒粗大，向下游逐渐变细；颗粒形状一般为亚圆形或圆形；冲积层多呈条带状，具水平层理；每一小层中，岩性成分比较均匀，有极好的分选性；一般是较好的地基。10/19/202215河床基岩二级阶地二级阶地一级阶地一级阶地河漫滩沼泽河漫滩河漫山区河谷冲积物

第一章土的物理性质及分类1.2土的生成五、第四纪沉积物(二)冲积物特点三角洲冲积物特点由河流搬运的大量细小碎屑物在河流入海或入湖的地方堆积而成；厚度大，面积广；颗粒细，含水量大，土呈饱和状态，承载力较低；最上层经长期压实和干燥，形成硬壳层，承载力较下卧层高。二级阶地一级阶地一级阶地石灰岩页岩页岩砂岩砂岩大部分由卵石、碎石等粗颗粒组成，分选性较差；大小不同的砾石互相交替，成为水平排列的透镜体或不规则的夹层，厚度一般不大；一般而言，山区河谷的堆积物颗粒大、承载力高。10/19/202216山区第一章土的物理性质及分类1.2土的生成五、第四纪沉积五、第四纪沉积物(三)沉积物1.2土的生成第一章土的物理性质及分类湖边沉积物：主要由湖浪冲蚀湖岸形成的碎屑物质组成；近岸带多是粗粒卵石、圆砾和砂土;远岸带沉积的则是细颗粒的砂土和粘性土；具明显斜层理构造。作为地基时，近岸带有较高承载力，远岸带则差些。湖心沉积物：由水流挟带的细小悬浮颗粒到达湖心后沉积形成，主要是粘土和淤泥，常夹有细、粉砂薄层，称为带状粘土；该粘土压缩性高、强度低。2、湖泊沉积物1、海洋沉积物滨海沉积物：主要由粗碎屑物组成，具基本水平或缓倾斜层理构造，作为地基强度尚高，但透水性较大。浅海沉积物：主要有细颗粒砂土、粘性土，淤泥和生物化学沉积物，具层理构造，砂土较滨海带更为疏松，因而压缩性高且不均匀。陆坡和深海沉积物：主要是有机质软泥，成分均一。10/19/202217五、第四纪沉积物(三)沉积物1.2土的生成第一章土的物五、第四纪沉积物(三)沉积物1.2土的生成第一章土的物理性质及分类主要成分为植物死亡后腐烂分解的残杂物—泥炭。泥炭为有机生成物，其中还包含有部分粘土和细砂。泥炭的性质和含水量关系密切，干燥压密的泥炭较坚硬；湿的泥炭透水性低、压缩性高且不均匀，承载能力很低。泥炭是尚未完全分解的有机物，在作为建筑物持力层时应考虑今后继续分解的可能性。由岩石的风化碎屑物被风吹扬、搬运，在有利的条件下堆积而成。风力堆积物中最常见的为风成砂及风成黄土。风成砂的来源很广，各种成因的砂，只要经过风的搬运，均可形成风成砂。也可由岩石受到吹蚀作用而直接形成。风成黄土也是由各种成因的粉土颗粒，经过风的吹扬，搬运到比砂更远的地方堆积而成的，一般不见层理，具有大孔隙结构和垂直节理。4、风力堆积物3、沼泽沉积物10/19/202218五、第四纪沉积物(三)沉积物1.2土的生成第一章土的物1.3土的组成、结构和构造土体固体颗粒土中水土中气构成土骨架，决定土体抗剪强度和变形影响相对较小影响土体强度和变形的重要因素第一章土的物理性质及分类固相液相气相10/19/2022191.3土的组成、结构和构造土体固体颗粒土中水土1.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒土的物质组成、矿物成分、土粒大小及形状决定土的物理力学性质(一)土颗粒的矿物成分原生矿物次生矿物石英、长石、云母等特点岩石碎屑构成粗大土粒或单矿物颗粒构成的砂粒等特点主要为粉粒和具有胶结作用的粘粒等粘土矿物粘土矿物组成种类主要有蒙脱石、伊里石和高岭石三类。第一章土的物理性质及分类CaCO3和MgCO3等难溶盐，CaSO4和NaCl等可溶盐以及粘土矿物等Si-O四面体及Al-OH八面体10/19/2022201.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒土的物质组成、硅－氧四面体硅氧铝－氢氧八面体硅氧SiSi硅－氧晶片AlAl铝－氢氧晶片粘土矿物的晶片示意图1.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒第一章土的物理性质及分类(一)土颗粒的矿物成分粘土矿物10/19/202221硅－氧四面体硅氧铝－氢氧八面体硅氧SiSi硅－氧晶SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSinH2O蒙脱石SiSiAlAlSiSiSiSiAlAlSiSiKK伊里石SiSiAlAl高岭石1.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒粘土矿物构造单元示意图蒙脱石伊里石高岭石粒径小中大比表面积大中小亲水性大中小渗透性小中大强度小中大蒙脱石第一章土的物理性质及分类伊里石高岭石高岭石伊里石蒙脱石(一)土颗粒的矿物成分粘土矿物10/19/202222SiSiAlAlSiSiSi1.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒(二)土的颗粒级配粒组将土中不同粒径的颗粒按适当的尺寸划分为若干个组别，每一个组别的颗粒称为土的一个粒组。粒组名称粒径范围(mm)一般特征漂石或块石颗粒＞200透水性大，无粘性，无毛细水卵石或碎石颗粒200～60圆砾或角砾颗粒粗60～20透水性大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小中20～5细5～2砂粒粗2～0.5易透水，当混入云母等杂质时透水性减小，而压缩性增加，无粘性，遇水不膨胀，干燥时松散，毛细上升高度不大，随粒径减小而增大。中0.5～0.25细0.25～0.1极细0.1～0.075粉粒粗0.075～0.01透水性小，湿时有粘性，遇水有膨胀，干时有收缩,毛细上升高度较大较快，极易出现冻胀现象。细0.01～0.005粘粒＜0．005透水性极小，湿时有粘性，遇水膨胀大，干时收缩显著，毛细上升高度大，但速度较慢。第一章土的物理性质及分类土粒粒组划分10/19/2022231.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒(二)土的颗颗粒级配以土中各粒组颗粒的相对含量（占颗粒总质量的百分数）表示的土中颗粒大小及组成情况称为土的颗粒级配。1.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒(二)土的颗粒级配确定方法筛分法：适用于粗粒土(>0.075mm)水分法：适用于细粒土(<0.075mm)表述方法颗粒级配累积曲线第一章土的物理性质及分类10/19/202224颗粒级配以土中各粒组颗粒的相对含量（占颗粒总质量的百分数）表特征粒径:

d10

:

有效粒径d60:

限定粒径d30

细细粒组粗极细细中粗细中粗大极大粘粒粉粒砂粒圆砾或角砾卵石或碎石粗粒组0.0010.010.1110100粒径(mm)0102030405060708090100小于某粒的土重含量(%)土的颗粒级配累积曲线Cu

≥5且Cc＝1～3时，土级配良好1.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒(二)土的颗粒级配第一章土的物理性质及分类级配指标不均匀系数：Cu=d60/d10曲率系数：Cc=d302/(d60×d10

)d10d30d6010/19/202225特征粒径:细细粒组粗极细细中粗细中粗大极大粘颗粒级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的工程分类；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu>10,不均匀土；Cu<5,均匀土3）曲率系数Cc用于判定土的连续程度：Cc=1~

3,级配连续土；Cc>3或Cc<1,级配不连续土4）不均匀系数Cu和曲率系数Cc用于判定土的级配优劣：

如果Cu≥5且

Cc=1~3，级配良好的土；如果Cu<5或Cc>3或Cc<1,级配不良的土1.3土的组成、结构和构造一、土中的固体颗粒(二)土的颗粒级配第一章土的物理性质及分类10/19/202226颗粒级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的工程分类；1.3土的组成、结构和构造二、土中的水第一章土的物理性质及分类矿物成分水结构水：以H+和OH-的形式存在于矿物结晶格架固定位置上，与结晶格架连结较牢，温度升到450~500℃时，方可析出。结晶水：以H2O的形式存在于矿物结晶格架固定位置上，与结晶格架结合的较弱，温度达到400℃时，可析出。以H2O的形式存在于沸石等类矿物的相邻晶胞之间，与矿物晶格结合不牢，当温度达到80~120℃时即可析出。结合水强结合水：紧靠土粒表面，无溶解能力，不能传递静水压力；密度>1g/cm3，性质近于固体；难于蒸发，更难于结冰。弱结合水：强结合水外围的结合水膜。也不能传递静水压力，但能向邻近水膜更薄的土颗粒周围缓慢转移。10/19/2022271.3土的组成、结构和构造二、土中的水第一章土的物理性质自由水重力水：存在于地下水位以下，在自身重力作用下能在土体中产生渗流，对土粒及置于其中的结构物都由浮力作用。毛细水：受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水。hc自由水面hcT毛细升高与孔径成反比1.3土的组成、结构和构造二、土中的水第一章土的物理性质及分类－湿润角T－表面张力Tr－半径10/19/202228自由水重力水：存在于地下水位以下，在自身重力作用下能在土体中1.3土的组成、结构和构造第一章土的物理性质及分类三、土中的气封闭气泡自由气体特点与大气完全相通，容易逸出，对工程的影响不大特点减小土体渗透性、增加弹性，延缓土体变形随时间的发展过程四、土的冻胀机理自由水结冰继而弱结合水参与冻结导致颗粒电场力增强促使非冻结区水分通过毛细作用向冻结区迁移弱结合水再次冻结然后造成水分持续迁移10/19/2022291.3土的组成、结构和构造第一章土的物理性质及分类三、土蜂窝结构单粒结构特点较大颗粒因自重下落沉积而成。粒径较粗，粒间为点接触。密实状态的是良好地基；疏松状态的压缩性大，不适合直接作为地基。特点靠粉粒间引力联结而成。单个孔隙体积大于土粒本身尺寸，孔隙的体积也较大。絮状结构特点针、片状粘粒在较浓电解质溶液中凝聚沉积而成。孔隙体积比蜂窝结构更大，土体一般十分松软。1.3土的组成、结构和构造第一章土的物理性质及分类五、土的结构和构造土的构造定义指各部分土的集合体之间的相互关系特征。主要是层理构造，此外还有结核构造、砂类土的分散构造、以及粘性土的裂隙构造。单粒结构蜂窝结构絮状结构10/19/202230蜂窝结构单粒结构特点较大颗粒因自重下落沉积而成。粒径较粗，粒1.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类液气固ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积共九个参数:已知关系五个:V=Vs+Vw+Va;Vv=Vw+Va欲求得各参数之间比例关系（物性指标）尚缺:三个关系(指标)可通过室内实验测得导出其他指标VVvVsVaVw/msmwmamm=ms+mw+ma;ma≈0;mw=ρwVw10/19/2022311.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类液气固ma1.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类一、土的实测物理性质指标土的含水量土粒比重定义定义土体中水的质量与土粒质量之比，用百分数表示。表达式:s＝ms/Vs:

土粒密度(g/m3)w1:一个大气压下4˚C纯水的密度(1g/m3)ds:

土粒比重（无量纲）表达式:土的密度定义天然状态下，单位体积土体的质量表达式土粒的质量与一个大气压下同体积4˚C的纯水质量之比。10/19/2022321.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类一、土的实1.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类二、土的换算物理性质指标孔隙率孔隙比定义定义饱和度定义液气固VaVwVsVvV体积

与孔隙体积有关的指标表达式表达式表达式土体中的孔隙体积与土颗粒体积之比。土中孔隙体积占土的总体积的百分比。被水所充填的孔隙体积与孔隙总体积的百分比。10/19/2022331.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类二、土的换1.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类二、土的换算物理性质指标

土的其它密度指标饱和密度干密度定义单位体积土体中固体颗粒部分的质量。定义单位体积的饱和土体质量。浮密度定义单位体积土体中土颗粒质量与同体积的水质量的差值。液气固ma=0mwmsm质量VaVwVsVvV体积表达式表达式各密度指标间关系：

重度定义土的各相应密度指标与重力加速度的乘积。表达式10/19/2022341.4土的物理性质指标第一章土的物理性质及分类二、土的换1.4土的物理性质指标三、物理性质指标换算1.3～1.8g/m3ρd干密度1.6～2.0g/m3ρ密度20%～60%w含水量粘性土:2.72～2.75粉土:2.70～2.71砂类土:2.65～2.69ds土粒比重常见的数值范围单位常用换算公式三相比例指标符号名称第一章土的物理性质及分类土的三相比例指标换算公式10/19/2022351.4土的物理性质指标三、物理性质指标换算1.3～1.8g常见的数值范围单位常用换算公式三相比例指标符号名称0～100%饱和度粘性土和粉土:30%～60%砂类土:25%～60%孔隙率粘性土和粉土:0.40～1.20砂类土:0.30～0.90孔隙比0.8～1.3g/m3有效密度1.8～2.3g/m3饱和密度,土的三相比例指标换算公式(续)1.4土的物理性质指标三、物理性质指标换算第一章土的物理性质及分类10/19/202236常见的数值范围单位常用换算公式三相比例指标符号名称0～1001.5无粘性土的特性第一章土的物理性质及分类无粘性土包括状态密实：良好的天然地基疏松：不良的地基地层孔隙比相对密度特点特点简单方便，但不能反映不同级配土的密实度。密实度衡量指标：表达式Emax－最大孔隙比，用松砂器法测定Emin－最小孔隙比，用振密法测定准判别标碎石、砾石和砂类土等单粒结构的土。可以反映不同级配土的密实度，但天然孔隙比难于准确测定。Dr≤0.20，极松状态；0.20<Dr≤0.33，稍密状态；0.33<Dr≤0.67，中密状态；Dr>0.67，密实状态。10/19/2022371.5无粘性土的特性第一章土的物理性质及分类无粘性土包括1.5无粘性土的特性第一章土的物理性质及分类密实度衡量指标原位测试方法标准贯入试验判定砂土密实度N≤1010＜N≤1515＜N≤30N＞30标准贯入锤击数松散稍密中密密实密实度重型动力触探试验判定砂土密实度N63.5≤55＜N63.5≤1010＜N63.5≤20N63.5＞20重型动力触探锤击数松散稍密中密密实密实度超重型动力触探试验判定砂土密实度N≤33＜N≤66＜N≤1111＜N≤14N＞14超重型动力触探锤击数松散稍密中密密实很密密实度10/19/2022381.5无粘性土的特性第一章土的物理性质及分类密实度衡量指碎石类土密实度野外鉴别方法密实度骨架颗粒含量和排列可挖性可钻性密实骨架颗粒含量大于颗粒总量的70%，呈交错排列，连续接触锹、镐挖掘困难，用撬棍方能松动；井壁一般较稳定钻探极困难；冲击钻探时，钻杆、吊锤跳动剧烈；孔壁较稳定中密骨架颗粒含量等于颗粒总量的60%～70%，呈交错排列，大部分接触锹、镐可挖掘；井壁有掉块现象，在井壁取出大颗粒处，能保持颗粒的凹面形状钻进较困难；冲击钻探时，钻杆、吊锤跳动不剧烈；孔壁有坍塌现象稍密骨架颗粒含量等于颗粒总量的55%～60%，排列混乱，大部分不接触锹可以挖掘；井壁易坍塌；从井壁取出大颗粒后，充填物砂土立即坍落钻进较容易；冲击钻探时，钻杆稍有跳动；孔壁易坍落松散骨架颗粒含量小于颗粒总量的55%，排列十分混乱，绝大部分不接触锹易挖掘；井壁极易坍塌钻进很容易；冲击钻探时，钻杆无跳动；孔壁极易坍落1.5无粘性土的特性第一章土的物理性质及分类密实度衡量指标野外鉴别方法10/19/202239碎石类土密实度野外鉴别方法密实度骨架颗粒含量和排列可挖性可钻1.6粘性土的特性第一章土的物理性质及分类一、土的界限含水量和含水状态特征缩限ws塑限wp

液限wl含水量w半固态固态可塑状态流动状态10101002023461602040圆锥入土深度(mm)土样含水量(%)wpwl测定方法：锥式液限仪法液限：塑限：搓条法缺点手工操作，成果不稳定联合测定法解决办法经验计算法a，b－经验系数10/19/2022401.6粘性土的特性第一章土的物理性质及分类一、土的界限含1.6粘性土的特性第一章土的物理性质及分类二、粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数定义定义表达式表达式反映反映粘性土软硬程度的划分状态特征坚硬硬塑可塑软塑流动液性指数IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1.0IL＞1.0土的液限和土的塑限各自省去百分号后的差值。粘性土软硬程度反映粘土颗粒含量、粘性大小液性指数天然含水量与塑限之差和液限与塑限之差的比值。10/19/2022411.6粘性土的特性第一章土的物理性质及分类二、粘性土的塑1.6粘性土的特性第一章土的物理性质及分类三、粘性土的活性数表达式Ip－土的塑性指数m－土中小于2μm的微小颗粒百分含量（去掉百分号）An＜0.75，非活性粘土0.75≤An

≤1.25，正常粘土An＞1.25，活性粘土四、粘性土的灵敏度和触变性表达式定义定义活性数灵敏度原状土的无侧限抗压强度与重塑土的无侧限抗压强度之比。触变性指被扰动粘性土的强度随时间推移而逐渐恢复的胶体化学性质。10/19/2022421.6粘性土的特性第一章土的物理性质及分类三、粘性土的活1.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类水的渗透定义定义一、达西定律在层流状态下，土中水的渗透速度与水位差成正比，与渗流长度成反比。

Δh－渗流起点和渗流终点间的水位差；L－渗流起点到渗流终点的距离；

k

－土的渗透系数（cm/s）；v－渗透速度（cm/s）。或者：其中：称为水力梯度影响渗透系数因素土的性质水的温度ΔhLH1H2基准面指水在压力坡降作用下穿过土中连通孔隙发生缓慢流动的现象。土的渗透性指土体被水透过的性能。10/19/2022431.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类水的渗1.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类一、达西定律(一)室内常水头渗透试验abLh2Δhh1Q土样Q－时段t内流过土样的流量；A－土的截面积；L－渗流起点到渗流终点的距离；Δh－a、b两点的水头差；kt－土在时段t内的渗透系数（cm/s）。则：除有特殊需要，后文一般将kt记为k10/19/2022441.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类一、达1.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类一、达西定律(二)室内变水头渗透试验dQ－时段dt内流过土样的流量；A－土的截面积；L－土样高度；k－渗透系数(cm/s)；h－时段dt内储水管水头；a－储水管截面积；dh－时间dt内水头下降量；且：则：积分：h1－实验开始时储水管水头；h2－经过时段t后储水管水头。则：aLh2dhh1土样h储水管10/19/2022451.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类一、达1.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类一、达西定律(三)现场抽水试验适用于粗粒土或成层的土Q－时段t内从抽水井抽出的水量；A－土的截面积；dh/dr－任一半径r处的水力梯度；h－半径r处的水头；k－土的渗透系数（cm/s）。分离变量后得：积分，得：r2h2h1观测孔r1抽水井Q10/19/2022461.7土的渗透性及达西定律第一章土的物理性质及分类一、达1.7土的渗透性及达西定律一、达西定律第一章土的物理性质及分类流速v梯度r2vcr粗粒土的渗透规律粗粒土的渗透流速v≤vcr，服从达西定律流速v>vcr，不服从达西定律i1i1'cb流速v梯度r2砂土、粘性土的渗透规律akiv=砂土的渗透服从达西定律粘性土的渗透不服从达西定律；i>i1时才发生渗流，i1称为初始水力梯度。为简化计算，常以直线近似表示：i1'为直线与横轴的交点，称为计算初始水力梯度10/19/2022471.7土的渗透性及达西定律一、达西定律第一章土的物理性质1.7土的渗透性及达西定律二、影响土渗透性的因素第一章土的物理性质及分类土的孔隙比土粒大小和级配土颗粒愈粗、愈浑圆、愈均匀时，渗透性愈好;反之则差。孔隙比的大小，直接决定着土渗透系数的大小。土的结构构造单粒结构>蜂窝结构>絮状结构;竖直裂隙土体，竖向渗透系数大，层状粘土水平向渗透系数大。土中水的温度温度影响土中渗流的动力粘滞系数，从而影响渗透性。封闭气体的含量当土中封闭气体的含量增加时，其渗透系数随之减小。10/19/2022481.7土的渗透性及达西定律二、影响土渗透性的因素第一章土(一)动水力的计算公式1.7土的渗透性及达西定律三、土的动水压力、流砂和潜蚀第一章土的物理性质及分类渗流压力定义渗流水作用在单位体积土体中土颗粒上的力，用GD表示。h2h1H2z2z1H1DHL基准面水流aba土颗粒的阻力T：渗流压力:10/19/202249(一)动水力的计算公式1.7土的渗透性及达西定律三、土的1.7土的渗透性及达西定律三、土的动水压力、流砂和潜蚀第一章土的物理性质及分类(二)流土和潜蚀现象流土发生条件水的渗流自下而上发生，动水力大于等于的浮重度。即：

潜蚀(或管涌)当水在砂类土中渗流时，土中的一些细小颗粒可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走，并在粗颗粒之间形成管状孔隙，这种现象称为潜蚀或管涌，也称其为机械潜蚀。在渗流情况下，地下水对岩土的矿物或化学成分产生溶蚀、溶滤并将其带走的现象称为化学潜蚀。10/19/2022501.7土的渗透性及达西定律三、土的动水压力、流砂和潜蚀第一发生管涌的临界水力梯度：渗流自下而上:渗流从侧向发生：1.7土的渗透性及达西定律三、土的动水压力、流砂和潜蚀第一章土的物理性质及分类(二)流土和潜蚀现象d3—土中小于某粒径的颗粒占总颗粒质量的3%时，该粒径即为d3，cm；κ—土渗透系数，cm/s；n—土孔隙率；φ—土内摩擦角；C—常数，一般取C=42。

防治流砂的主要原则是：①减小或消除基坑内外地下水的水头差；②通过设置防水板桩等增长渗流路径；③在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡动水力。10/19/202251发生管涌的临界水力梯度：渗流自下而上:渗流从侧向发生：11.8土的工程分类目的和意义：便于应用，研究及交流依据地质成因粘性土的沉积年代固结程度颗粒级配和塑性指数土的特殊性质超固结土正常固结土欠固结土湿陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土、盐渍土、人工填土等碎石土、砂土、粉土、和粘性土老粘性土，一般粘性土，新近沉积的粘性土残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等

第一章土的物理性质及分类10/19/2022521.8土的工程分类依据地质成因粘性土的固结程度颗粒级配1.8土的工程分类一、根据土的颗粒级配或塑性指数分类土的名称颗粒形状颗粒级配漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒超过全重的50%卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%圆砾角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于2mm的颗粒超过全重的50%碎石土的分类定义第一章土的物理性质及分类碎石土粒径大于2mm的颗粒含量超过颗粒总重量50%的土。10/19/2022531.8土的工程分类一、根据土的颗粒级配或塑性指数分类土的名土的名称颗粒级配砾砂粗砂中砂细砂粉砂粒径大于2mm的颗粒占全重的25%～50%粒径大于0.5mm的颗粒超过全重的50%粒径大于0.25mm的颗粒超过全重的50%粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的85%粒径大于0.075mm的颗粒超过的50%定义1.8土的工程分类一、根据土的颗粒级配或塑性指数分类第一章土的物理性质及分类砂类土的分类砂类土粒径大于2mm的颗粒含量不超过颗粒总重量的50%、但粒径大于0.075mm的颗粒超过颗粒总重量的50%的土。10/19/202254土的名称颗粒级配砾砂粒径大于2mm的颗粒占全重的25%～50定义粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过颗粒总重量50%、塑性指数Ip小于等于10的土。粉土1.8土的工程分类一、根据土的颗粒级配或塑性指数分类第一章土的物理性质及分类特点砂质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量小于等于颗粒总重量的10%。粘质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量大于颗粒总重量的10%。吸附水能力弱于粘性土，但却明显强于砂土。10/19/202255定义粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过颗粒总重量50%、定义指塑性指数Ip大于10的土。粘性土1.8土的工程分类一、根据土的颗粒级配