土力学第一章土的物理性质及工程分类（167图文丰富）

第一章土土的物理性性质

及工工程分类内容容提提要要本章章主主要要讨讨论论土土的的物质质组组成成及其其定性性和和定定量量描描述述的方方法法。。主主要要包包括括：：土的的三三相相组组成成和和三三相相比比例例指指标标及及换换算算土的的颗颗粒粒特特征征粘性性土土的的界界限限含含水水量量砂土的密密实度土的工程程分类土的形成成和演变变土的形成成—地壳表层层的整体体岩石在在大气中中经受长长期的风化作用用而破碎后后，形成成形状不不同、大大小不一一的颗粒粒。这些些颗粒受受到各种种自然力力的作用用，在各各种不同同的自然然环境下下堆积下下来，就就形成了了土。土是地壳壳表层的的岩石长长期经受受风化作作用和水水流、冰冰川、风风等自然然力的剥剥蚀、搬搬运及堆堆积作用用而生成成的松散散堆积物物。岩石土剥蚀搬运风化沉积土的形成过程程土的形成成和演变变土的演变变（沉积积与成岩岩）—堆积下来来的土，，在很长长的地质质年代中中发生复复杂的物物理化学学变化，，逐渐压压密、岩岩化，最最终又形形成岩石石（沉积积岩或变变质岩））。工程上所所遇到的的大多数数土都是是在第四纪地质年代代内所形形成的，，年代在在一百万万年以内内。风化作用用风化作用用是由于于自然界界各种因因素和外外力的作作用使岩岩石产生生破碎与与分解，，颗粒变变小及化化学成分分改变等等现象的的地质作作用。风化作用用可分为为物理风化化、化学学风化和生物风化化。这三种种风化作作用是同同时进行行并且互互相作用用的。物理风化化物理风化化是岩体体在各种种物理作作用力的的影响下下，从大大的块体体分裂为为小的石石块甚至至土粒的的过程。。产生物物理风化化的原因因包括以以下几种种：地质构造力力使岩体断裂裂、剥落等等。温度变化岩体表面与与内部热胀胀冷缩程度度不同，岩岩体不同矿矿物成分热热胀冷缩程程度不同导导致岩体发发生断裂、、剥落等。。冰胀岩体裂隙中中水分结冰冰时巨大的的冰胀作用用使裂隙扩扩展，岩体体断裂。碰撞风、水流、、波浪的冲冲击及挟带带物的撞击击使岩体遭遭受破坏和和剥蚀。因寒冷风化化破裂的岩岩石风蚀穴（宁夏贺兰兰山）风蚀蘑菇（河北承德德）化学风化化学风化是是指母岩表表面和碎散散的颗粒受受环境因素素（水、空气以以及溶解在在水中的氧氧气和碳酸酸气等）的作用而而改变其矿矿物的化学学成分，形形成新的矿矿物（次生矿物）。常见原原因如下：：水解作用岩体矿物成成分被分解解，与水进进行化学成成分交换，，形成新的的矿物，新新成分产生生膨胀使岩岩体胀裂。。水化作用土中某些矿矿物成分与与水发生化化学反应，，水按一定定的比例加加入矿物的的组成中，，改变矿物物原有的分分子结构，，形成新的的矿物。新生成的含含水矿物强强度低于原原来的无水水矿物化学风化氧化作用土土中的矿物物与氧结合合形成新的的矿物。溶解作用岩岩石中中某些矿物物成分被水水溶解，以以溶液形式式流失。化学风化的的结果是形形成十分细细微的土颗颗粒，最主主要的为粘粘土颗粒及及大量的可可溶性盐类类。这些微微细颗粒的的表面积很很大，具有有吸附水分分子的能力力。海蚀蘑菇（（广西北海海）生物风化生物风化作作用是指各各种动植物物及人类活活动对岩石石的破坏作作用。分为为两种基本本形式：物理生物风风化生物产生的的机械力（（植物根系系生长，人人类爆破活活动）造成成岩石破碎碎。化学生物风风化生物产生的的化学成分分（植物根根系分泌的的有机酸、、动植物死死亡后遗体体腐烂产物物以及微生生物作用等等）引起岩岩石成分改改变而使岩岩石腐蚀破破坏。植物根劈作作用（北京京房山）土的沉积与与成岩作用用沉积土在固固结成岩过过程中主要要有以下几几种作用：：压固脱水作作用下部沉积土土在上覆沉沉积物重量量的均匀压压力下发生生的排水固固结现象。。胶结作用将松散的碎碎屑颗粒连连结起来固固结成岩。。重结晶作用用沉积物中的的非晶体物物质，在溶溶解和固体体扩散等作作用下，能能够脱水转转化成晶体体；沉积物物中的微小小晶体颗粒粒，在一定定条件下能能够长成粗粗大的晶粒粒。沉积岩新矿矿物的形成成沉积土在向向沉积岩的的转化过程程中，形成成与新环境境相适应的的新的稳定定矿物。孔隙减少密实度增大土与岩石的相相互转化过程程第一节土的的三相组成土是由固体颗颗粒、水和气气体三部分组组成的，通常称之为三相组成（固相、液相相和气相）。。气相固相液相++土体土颗粒孔隙水孔隙气体随着三相物质质的质量和体体积的比例不同，土土的性质也就就不同。一、土的固相相土的固相物质质包括无机矿物颗粒粒和有机质，是构成土的的骨架的最基基本的物质。。无机矿物原生矿物次生矿物岩浆在冷凝过过程中形成的的矿物，如石石英、长石、、云母等由原生矿物经经过风化作用用后形成的新新矿物，如粘粘土矿物等原生矿物圆状、浑圆状状、棱角状次生矿物针状、片状、、扁平状次生矿物的水水溶性次生矿物按其其与水的作用用可分为易溶溶的、难溶的和不溶溶的。次生矿物的水水溶性对土的的性质有重要要影响。粘土矿物粘土矿物的主主要代表性矿矿物成分：高岭石、伊利石和蒙脱石。蒙脱石高岭石伊利石粘土矿物粘土矿物的性性质：是细小的扁平平颗粒，表面面具有极强的的与水相互作作用的能力。。颗粒愈细，表表面积愈大，，亲水的能力力就愈强，对对土的工程性性质的影响就就愈大。土中的有机质质主要成分：由微生物作用用产生的腐殖殖质矿物动植物残体（（泥炭）等有机颗粒紧紧紧地吸附在无无机矿物颗粒粒的表面形成成了颗粒间的的连接，但这这种连接的稳定性较差。二、土的液相相土的液相是指指存在于土的的孔隙中的水水。土中的水是一一种十分复杂杂的电解质水水溶液，它和和亲水性的矿矿物颗粒表面面有着复杂的的物理化学作作用。二、土的液相相土中水自由水结合水强结合水弱结合水重力水毛细水处于土颗粒表表面水膜中的的水，受到表表面引力的控控制而不服从从静水力学规规律，其冰点点低于零度。。不能传递静静水压力。存在于土粒表表面电场影响响范围以外的的土中水，受受重力的控制制而流动。可可以传递静水水压力，能溶溶解盐类。存在于最靠近近土颗粒表面面处；密度大于1g/cm3；有过冷现象；；温度高于100度时可蒸发；；性质跟固体相相似，具有极极大的粘滞度度、弹性和抗抗剪强度。强结合水弱结合水存在于距土颗颗粒表面较远远处；位于强结合水水之外，电场场引力力作用范围之之内；可以发生迁移移；有粘滞性；自由水二、土的液相相自由水毛细水重力水存在于地下水水位以下的透透水土层中的的水。在重力力或压力差的的作用下能在在土中渗流，，对土颗粒和和结构物都有有浮力作用。存在于地下水水位以上透水水层中的水。。受表面张力NOTE：水是土的一个个重要组成部部分。根据实实用观点，一一般认为它不不承受剪力，，但能承受压压力和一定的的吸力；同时时，水的压缩缩性很小，在在通常所遇到到的压力范围围内，它的压压缩量可以忽忽略不计。三、土的气相土的气相是指指充填在的土土孔隙中的气气体，包括自由气体（与大气连通通）和封闭气体（与大气不连连通）两大类类。自由气体成分与空气相相似，对土的的工程性质影影响不大；在外力作用下下很快从孔隙隙中挤出。封闭闭气气体体在压压力力作作用用下下可可被被压压缩缩或或溶溶解解于于水水中中，，对对土土的的工工程程性性质质有有很很大大影影响响。。阻塞塞渗渗流流通通道道，，使使土土的的渗渗透透性性减减小小；；增加加土土的的弹弹性性，，拖拖延延土土的的压压缩缩和和膨膨胀胀变变形形随随时时间间的的发发展展过过程程。。土体体各各组组成成部部分分的的作作用用气相相固相相液相相++构成成土土骨骨架架，，起起决决定定作作用用重要要影影响响土体体次要要作作用用为什什么么要要研研究究土土的的结结构构？？土的的物物质质组组成成和和含含量量的的比比例例并并不不能能完完全全决决定定土土的的宏宏观观的的工工程程性性质质，，决定定土土工工程程性性质质的的是是组组成成土土体体的的基基本本结结构构单单元元的的空空间间排排列列情情况况和和联联结结方方式式等等。。土的结构通通常包含土的微观结结构和土体的宏观观结构两种概念。。土的结构土的结构土的微观结结构组成土的基基本结构单单元的大小小、形状、、表面特征征、比例关关系，各结结构单元和和孔隙的空空间排列状状况及其结结构联结特特征等。通通常需借助助光学或电电子显微镜镜进行研究究。土的微观结结构一般分分为单粒结构、蜂窝状结构构、絮状结构三种基本类类型。单粒结构由粗大的土土粒在水或或空气中下下沉而形成成。砂土，碎石石土土颗粒之间间是点与点点的接触，，土颗粒间间几乎没有有联结。随着形成条条件的不同同，有紧密紧密单粒结结构疏松单粒结结构单粒结构的的松密程度度取决于矿矿物成分、、颗粒形状状、级配情情况。紧密单粒结结构土粒排列紧紧密，在静静、动荷载载作用下都都不会产生生较大的沉沉降，稳定定性好。强度较大，，压缩性较较小，是较为良好好的天然地地基。疏松单粒结结构土粒排列疏疏松，土骨骨架不稳定定。当受到振动动或其他外外力作用时时，土颗粒粒易发生移移动，使骨骨架结构趋趋向密实，，会导致土土中孔隙剧剧烈减少，，引起土体体较大的变变形。未经处理一一般不宜作作为建筑物物的地基。。蜂窝结构是主要由粉粉粒（粒径径为0.005-0.075mm）组成的结结构形式单个土粒下沉过程中，土粒间的分子引力大于土粒的重力，土粒停留在最初的接触点上不再下沉，逐渐形成土粒链，很多的土粒链联结起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构。可承受一般般的水平静静荷载。但但是当其承承受较大的的静荷载或或动荷载时时，其结构构将破坏，，会导致严严重的地基基沉降。絮状结构对于细小的的粘粒（粒粒径小于0.005mm），其重力力作用很小小，能够在在水中长期期悬浮，不不会下沉。。悬浮的土土颗粒在相相互之间的的吸引力作作用下，形形成絮状结结构。主要存在于于海相沉积积粘土中。。孔隙很大，，强度低、、压缩性高高、对扰动动比较敏感感，土粒间间的联结强强度会由于于压密和胶胶结作用而而逐渐得到到加强。土的三种微微观结构的的比较土的三种微观结结构中密实实的单粒结构土的工程性性质最好，，蜂窝状结构构土为其次，，絮状结构土的工程性性质最差。。后两种结结构的土会会因振动或或其他外界界扰动导致致其天然结结构被破坏坏，因此未未经处理不不能作为天天然地基。。土的结构土的宏观结结构（土的的构造）土体形成过过程中产生生的三相物物质成分以以及节理、、裂隙等不不连续面在在土体内的的排列、组组合特征，，可以直接接用肉眼或或放大镜进进行观察。。土的构造特特征主要是是层理构造和裂隙构造。土的层理构构造土在形成过过程中，不不同阶段沉沉积的不同同物质成分分沿竖向分分层分布的的特征。土的裂隙构构造黄土的柱状状裂隙裂隙的存在在破坏土体体的完整性性，大大降降低土体的的强度和稳稳定性，增增大透水性性，对工程程不利。第二节土土的颗粒特特征天然土是由由大小不同同的颗粒组组成的，土土粒的大小小称为粒度。粒度分析析方法筛分析方方法：适适用于粒粒径大于于0.075mm的土粒沉降分析析方法：：适用于于粒径小小于0.075mm的土粒工程上常常用不同同粒径颗颗粒的相相对含量量来描述述土的颗颗粒组成成情况一、土的的粒度成成分粒度成分分天然土的的粒径一一般是连连续变化化的，为为了描述述的方便便，工程程上常把把大小相相近的颗颗粒合并并为组，，称为粒组。粒组划分分原则：：应使粒组组界限与与粒组性性质的变变化相适适应，并按一定定的比例例递减关关系划分分粒组的的界限值值。粒组组规范标准准GBJ7－89建筑地基基基础设设计规范范GB50021－94岩土工程程勘察规规范GB145－90土的工程程分类标标准JTJ051－93公路土工工试验规规程粒组划分分标准（GB50021－94）粒组名称粒组范围（mm）漂石（块石）>200卵石（碎石）20～200砾石2～20砂粒0.075～2粉粒0.005～0.075粘粒<0.005粒组划分分标准（（GB145－90）粒组名称粒组范围（mm）漂石（块石）>200卵石（碎石）200～60粗砾60～20细砾20～2砂粒2～0.075粉粒0.075～0.005粘粒<0.005粒组划分分标准（（JTJ051－93）粒组名称粒组范围（mm）漂石（块石）>200卵石（碎石）200～60粗砾60～20中砾20～5细砾5～2粗砂2～0.5中砂0.5～0.25细砂0.25～0.074粉粒0.074～0.002粘粒<0.002漂石石粘土细砂粗砂碎石卵石碎石粘土二、粒度成分分及其表示方方法土的粒度成分分是指土中各各种不同粒组组的相对含量量（以干土质质量的百分比比表示）它可用来描述述土中各种不不同粒径土粒粒的分布特征征。常用的粒度成成分表示方法法：表格法、累计曲线法和三角形坐标法法。土的粒度成分分表示的表格格法粒径di（mm）粒径小于等于di的累计百分含量pi（%）土样A土样B土样C10―100.0―5100.075.0―298.955.0―192.942.7―0.576.534.7―0.2535.028.5100.00.19.023.692.00.075―19.077.60.01―10.940.00.005―6.728.90.001―1.510.0粒组（mm）土样A土样B土样C10～5―25.0―5～21.120.0―2～16.012.3―1～0.516.48.0―0.5～0.2541.56.2―0.25～0.126.04.98.00.1～0.0759.04.614.40.75～0.01―8.137.60.01～0.005―4.211.10.005～0.001―5.218.9<0.001―1.510.0土的粒度成分分表示的表格格法可用于土的工工程分类和定定名土的粒度成分分表示的累计计曲线法曲线平缓级配配良好曲线陡直级配配不良土的粒度成分分表示的累计计曲线法不连续级配土粒的级配指指标不均匀系数曲率系数（级级配系数）d10、d30、d60——分别相当于累累计含量为10％、30％、60％的粒径。土粒的级配指指标d10——有效粒径小于某粒径的的土粒质量累累计百分数为为10%时相应的粒径径d30——中间粒径小于某粒径的的土粒质量累累计百分数为为30%时相应的粒径径d60——限制粒径小于某粒径的的土粒质量累累计百分数为为60%时相应的粒径径土的级配Cu反映大小不同同粒组的分布布情况。Cu越大，，表示示土粒粒的分分布范范围大大，土土的级级配良良好。。Cc描述累累计曲曲线的的整体体形状状。土的级级配Cu<5时，称称为匀匀粒土土，级级配不不良；；Cu>10时，称称为级级配良良好。。若Cu过大，，表示示可能能缺失失中间间粒径径，属属不连连续级级配。。综合条条件：：当当Cu>5且Cc=1～3时，为级配配良好好的土土。工程中中用级级配良良好的的土作作为路路堤和和堤坝坝的填填土用用料时时，容容易获获得较较大的的密实实度。。举例1曲线线a：d10＝0.1mm，d30＝0.22mm，d60＝0.39mm；计算算得Cu＝3.9，Cc=1.24；土样样a为级级配配不不良良的的土土。。举例例2级配配良良好好土的的粒粒度度成成分分表表示示的的三三角角形形坐坐标标法法基本本原原理理：：等边边三三角角形形内内任任意意一一点点至至三三个个边边的的垂垂直直距距离离的的总总和和恒恒等等于于三三角角形形之之高高。。三角角形形坐坐标标法法只只适适用用于于划划分分为为三三个个粒粒组组的的情情况况。。土的的粒粒度度成成分分表表示示的的三三角角形形坐坐标标法法m点坐坐标标：：粘粒粒含含量量28.9％粉粒粒含含量量48.7％砂粒粒含含量量22.4％三种种表表示示方方法法的的比比较较表格格法法能能清清楚楚地地用用来来说说明明土土样样的的各各粒粒组组含含量量，，但但对对于于大大量量土土样样之之间间的的比比较较就就显显得得过过于于冗冗长长，，且且无无直直观观概概念念。。累计计曲曲线线法法能能用用一一条条曲曲线线表表示示一一种种土土的的粒粒度度成成分分，，而而且且可可以以在在一一张张图图上上同同时时表表示示多多种种土土的的粒粒度度成成分分，，能能直直观观地地比比较较其其级级配配状状况况。。三角角形形坐坐标标法法能能用用一一个个点点表表示示一一种种土土的的粒粒度度成成分分，，而而且且可可在在一一张张图图上上同同时时表表示示多多种种土土的的粒粒度度成成分分，，便便于于进进行行土土料料的的级级配配设设计计。。根据使使用要要求选选用合合适的的表示示方法法。三种表表示方方法的的比较较三、粒粒度成成分分分析方方法筛分法法利用一一套不不同孔孔径的的标准准筛把把各种种粒径径的土土分离离出来来。（适用于于粗粒粒土，，粒径径60~0.075mm）沉降分分析法法基本原原理：：土粒粒在悬悬液中中沉降降的速速度与与粒径径的平平方成成正比比。（适用于于细粒粒土，，粒径径<0.075mm）筛分法法仪器器设备备振筛机机标准筛筛的孔孔径依依次为为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。试验步步骤：：将烘干干的均均匀土土样放放入标标准筛筛，经经振筛筛机振振动，，将土土粒分分离开开；称出留留在每每个筛筛上的的土重重，求求出留留在每每个筛筛上的的土的的质量量百分分含量量。相当于于在1平方英英寸（（6.4516××10-4m2）的面面积上上有200个筛孔孔。105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某某粒径径之土土质量量百分分数P（％））105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)P%958778665536沉降分分析法法试验方方法：：将一定定质量量（ms）的干土土制成成一定定体积积（V）的悬液液，在在搅拌拌均匀匀并停停止搅搅拌时时开始始计时时，经经过一一定时时间（（ti）在液面面下某某个深深度（Li）测定该该深度度处悬悬液的的密度度（ρi）。最大粒粒径：：小于等等于上上述粒粒径的的土粒粒质量量：式中：ρs——土粒的的密度度（g/cm3）ρw——水的密密度（g/cm3）沉降分分析法法悬液中中粒径径小于于等于于di（mm）的土粒粒质量量占土土粒总总质量量的累累计百百分比比pi（以％表表示））为：：测定悬悬液密密度的的方法法：比重计计法，，移液液管法法沉降分分析法法比重计计是用来来测量量液体体密度度的仪仪器。。移液管管容积为为25毫升用移液液管在在一定定深度度处吸吸出一一定量量的悬悬液，，烘干干后测测出干干土的的质量量，计计算出出土的的密度度。NOTE：土粒并并不是是球形形颗粒粒，用用上述述公式式计算算得到到的并并不是是实际际土粒粒的尺尺寸，，而是是与实实际土土粒有有相同同沉降降速度度的理理想球球体的的直径径，称称为水力直直径。四、土土粒的的形状状土粒形形状对对于土土的密密实度度和土土的强强度有有重要要影响响。棱角角状状的的颗颗粒粒互互相相嵌嵌挤挤咬咬合合形形成成比比较较稳稳定定的的结结构构，，土土体体强强度度较较高高；；磨磨圆圆度度高高的的颗颗粒粒之之间间容容易易滑滑动动，，土土体体的的稳稳定定性性较较差差。。土粒粒的的形形状状与与土土的的矿矿物物成成分分有有关关，，也也与与土土的的成成因因条条件件及及地地质质历历史史有有关关。。土粒粒形形状状的的描描述述方方法法肉眼眼观观察察鉴鉴别别方方法法对电电子子显显微微镜镜扫扫描描照照片片采采用用计计算算机机图图像像处处理理的的方方法法用体体积积系系数数和和形形状状系系数数描描述述（（定定性性评评价价））体积积系系数数体积积系系数数Vc：式中中：V———土粒粒体体积积（mm3）；；dm———土粒粒的的最最大大粒粒径径（（mm）。。Vc愈大大，，土土粒粒愈愈接接近近于于圆圆形形。。圆圆球球状状的Vc＝1；立方方体体的的Vc＝0.37；棱角角状状土土粒粒的的Vc更小小。。形状状系系数数形状状系系数数F：式中中：：A1、B1、C1分别别为为土土的的最最大大、、中中间间和和最最小小粒粒径径。。第三三节节土土的的三三相相比比例例指指标标土的三相物质质在体积和质质量上的比例例关系称为三相比例指标标。土的三相比例例指标反映了了土的干燥与与潮湿、疏松松与紧密的状状态。是评价土的工工程性质的最最基本的物理理性质指标，，也是工程地地质勘察报告告中不可缺少少的基本内容容。土的三相图土粒水气实际土体土的三相图土的三相图各相的质量与与体积土的三相比例指标试验指标密度（天然密密度）土粒密度（比比重）可以直接通过过试验测定土的三相比例例指标换算指标须由试验指标标换算含水量干密度（干重重度）饱和密度（饱饱和重度）有效重度孔隙比孔隙率饱和度土的密度定义：单位体体积土的质量量。定义式：土的密度取决决于土粒密度、孔隙体积、孔隙水质量等，综合反映映了土的物质质组成与结构构特征。一般土的密度度为1.60～2.20g/cm3土的密度试验测定方法法：环刀法试验设备：环刀刀电子天平内径61.8mm外径79.8mm高度20mm适用于细粒土土土的密度试验步骤：用环刀取土。。（环刀内壁壁先涂一薄层层凡士林，将将环刀垂直压压入土体，用用切土刀沿环环刀外侧切削削土样，取出出环刀，并将将环刀上下两两端削平。））擦净环刀外壁壁，称量环刀刀和土的总质质量。环刀和土的总总质量减去环环刀质量得到到土的质量，，除以环刀体体积（固定），得到土的的密度。土的重度在用国际单位位制计算重力力时，由土的的质量产生的的单位体积的的重力称为重重力密度，简简称重度。对天然土求得得的密度称为为天然密度，相应的重度度称为天然重度。土粒密度（比比重）定义：干土粒粒的质量与其其体积之比。。表达式：土粒密度主要要取决于土矿物成分。测定方法：比比重瓶法（适用于粒径小小于5mm的各类土）。试验仪器：比重瓶砂浴土粒密度（比比重）容积100mL或50mL土粒密度（比比重）试验步骤：将比重瓶烘干干，称取一定定质量的烘干干土样装入比比重瓶，称土土样和比重瓶瓶的总质量。。向比重瓶内注注入半瓶纯水水，放在砂浴浴上煮沸。（煮沸时间：砂砂土不少于30分钟，粘土和和粉土不少于于1小时。）将一定量的无无气纯水注入入装有土样悬悬液的比重瓶瓶，将比重瓶瓶置于恒温水水槽内至温度度稳定，且瓶瓶内上部悬液液澄清。取出出比重瓶，擦擦干瓶外壁，，称出比重瓶瓶、水和土样样的总质量，，并测定瓶内内的水温。从温度与瓶、、水总质量的的关系曲线中中查得各试验验温度下的瓶瓶、水总质量量。土粒密度的计计算公式：干土质量比重瓶和水的的总质量比重瓶、水及及土样的总质质量T℃时纯水的比重（（可查物理手手册）与干土同体积积的水的质量量土粒密度的一一般数值土名土粒密度（g/cm3）砂土2.65～2.69砂质粉土2.70粘质粉土2.71粉质粘土2.72～2.73粘土2.74～2.76土粒相对密度度定义：土粒的的质量与同体体积的4℃纯水的质量之之比（无量纲，数值值与土粒密度度相同）。表达式：纯水在4℃时的密度，可可取ρw=1g/cm3。土粒相对密度度的一般数值值土名土粒相对密度砂土2.65～2.69砂质粉土2.70粘质粉土2.71粉质粘土2.72～2.73粘土2.74～2.76土的含水量定义：土中水水的质量与固固体（土粒））质量之比。。表达式：含水量反映土土中水的含量量多少，是描描述土的干湿湿程度的重要要指标，常以以百分数表示示。测定方法：烘干法试验仪器与设设备：烘箱电子天平土的含水量土样盒土的含水量试验步骤：取代表性土样样若干，放入入土样盒，称称盒与湿土的的总质量。将土样置于烘烘箱内，在105～110℃的恒温下烘干干。（烘干时间：粘粘土和粉土不不少于8小时，砂土不不少于6小时。）取出土样，冷冷却后称量土土样盒与干土土的总质量。。天然含水量天然状态下土土层的含水量量称为天然含含水量，其变变化范围很大大，与土的种类、埋藏条件及其所处的自然地理环境境等有关。一般干的粗砂砂土，其天然然含水量值接接近于零；饱饱和砂土，天天然含水量可可达40%；坚硬的粘性性土的天然含含水量约小于于30%；饱和状态的的软粘性土（（如淤泥）的的天然含水量量可达60%或更大。含水量的变化化对粘性土和和粉土等细粒粒土的工程性性质有很大影影响，对砂土土的工程性质质稍有影响，，对碎石土的的工程性质没没有影响。一般说来，同同一类土的含含水量越大，，土越湿、越越软，强度就就越低，作为为地基时的承承载力越低。。天然含水量干密度定义：土的固固体质量与土土的总体积之之比。计算公式：土的干密度越越大，土越密密实，强度就就越高，水稳稳定性越好。。干密度常用作作填土密实度度的施工控制制指标。单位体积内土土粒的质量饱和密度定义：当土的的孔隙中全部部为水所充满满，土处于饱和状态时的密度，即即全部充满孔孔隙的水的质质量与固相质质量之和与土土的总体积之之比。计算公公式：：土的干干重度度：土的饱饱和重重度：：有效重重度定义：：扣除除浮力力以后后的固固相重重力与与土的的总体体积之之比（（又称称为浮浮重度度）。。计算公公式：：—水的重重度，，工程程上取取10kN/m3。土的浮浮密度度：几个密密度之之间的的关系系：孔隙比比定义：：孔隙隙的体体积与与固相相体积积之比比，以小数数表示示。计算公公式：：孔隙比比用来来评价价天然然土层层的密密实程程度，，或从从孔隙隙比的的变化化推算算土的的压密密程度度。一般e<0.6的土是是密实实的低低压缩缩性土土；e>1.0的土是是疏松松的高高压缩缩性土土。孔隙率率定义：：孔隙隙的体体积与与土的的总体体积之之比，，用百百分数数表示示。计算公公式：：孔隙比比与孔孔隙率率的换换算关关系：：饱和度度定义：：孔隙隙中水水的体体积与与孔隙隙体积积之比比，以以百分分数表表示。。计算公公式：：饱和度度变化化范围围：0～100%；饱和度度越大大，表表明土土孔隙隙中充充水越越多。。土完全全干燥燥时Sr=0；对于于饱和和土，，其孔孔隙全全部被被水充充填，，Sr=100%。饱和度度饱和度度是反反映土土中孔孔隙被被水充充满程程度的的指标标，即即反映映土体体潮湿湿程度度的物物理指指标。。砂土湿湿度的的三种种状态态砂土湿度状态稍湿很湿饱和饱和度Sr/%Sr≤5050<Sr≤80Sr>80三相比比例指指标的的换算算三相指指标的的换算算关系系孔隙比比三相指指标的的换算算关系系饱和重重度三相指指标的的换算算关系系饱和度度三相指指标的的换算算关系系干重度三相指指标的的换算算关系系孔隙率率三相指指标的的换算算关系系有效重重度例题题1.1某一施施工现现场需需要填填土，，坑的的体积积为2000m3，土方来来源于于附近近山丘丘开挖挖。经经勘察察，土土粒相相对密密度为为2.70，含水水量为为15％，孔孔隙比比为0.6。要求求填土土的含含水量量为17％，干干重度度为17.6kN/m3，求：（1）取土土场土土的重重度、、干重重度和和饱和和度是是多少少？（（2）应从从取土土场开开采多多少土土方？？（3）碾压压时应应洒多多少水水？第四节节粘粘性土土的界界限含含水量量粘性土土的状状态与与界限限含水水量粘性土土随着着含水水量的的不同同呈现现如下下几种种物理理状态态：流动状状态可塑状状态固体状状态半固体体状态态含水量量逐渐渐减少少，粘粘滞流流动的的特点点逐渐渐消失失，显显示出出塑性性，具具有一一定的的抗剪剪强度度。含水量量继续续减少少,可塑性性逐渐渐消失失，土土的体体积随随着含含水量量的减减少而而减小小。可以塑塑成任任何形形状而而不发发生裂裂缝，，在外外力解解除以以后能能保持持已有有的形形状而而不恢恢复原原状。。含水量量很大大时，，土体体呈现现一种种粘滞滞流动动的液液体的的状态态；抗抗剪强强度极极低。。含水量量很小小时,土的体体积不不再随随着含含水量量的减减少而而减小小。土土呈现现脆性性固体体的特特征，，能承承受较较大的的剪切切应力力。粘性土土的状状态与与界限限含水水量粘性土土含水水量不不同时时土中中水的的存在在状态态：固体状状态或或半固体体状态态可塑状状态流动状状态含水量量土颗粒强结合水弱结合水土颗粒强结合水土颗粒自由水弱结合水强结合水粘性土土的状状态与与界限限含水水量与含水水量相相关联联的粘粘性土土的宏宏观物物理状状态用用稠度的概念念进行行表示示。粘性土土因含含水量量的不不同表表现出出不同同的稀稀稠、、软硬硬状态态的性性质称称为粘粘性土土的稠稠度。。土的稠稠度实实际上上反映映了土土中不不同形形态的的水的的含量量，也也反映映了土土颗粒粒之间间的联联结强强度随随着含含水量量的不不同而而发生生变化化的性性质。。粘性土土的状状态与与界限限含水水量土从一一种状状态变变化到到另一一种状状态的的分界界点的的含水水量称称为分分界含含水量量，或或界限限含水水量。。（Atterberg1911）····固态半固态态可塑状状态流动状状态塑限液限缩限含水量量wLwpws0粘性土土的状状态与与界限限含水水量粘性土土界限限含水水量的的测定定方法法液限：：平衡衡锥式式液限限仪（（碟式式液限限仪））塑限：：搓条条法缩限：：收缩缩皿法法粘性土土的状状态与与界限限含水水量粘性土土液限限的测测定平衡锥锥式液液限仪仪试验方方法：：使平衡衡锥在在自重重的作作用下下沉入入试样样，当当达到到规定定深度度时的的含水水量即即为液液限。。平衡锥锥质量量为76g，锥角角为30°°粘性土土的状状态与与界限限含水水量粘性土土液限限的测测定沉入深深度标标准：：GBJ7－89建筑地地基基基础设设计规规范GB50021－94岩土工工程勘勘察规规范GB145－90土的工程程分类标标准10mm17mm按照两种种不同标标准测量量得到的的液限值值不同粘性土的的状态与与界限含含水量粘性土塑塑限的测测定搓条条法法试验方法法：把塑性状状态的土土在毛玻玻璃上用用手搓条条，在缓缓慢地、、单方向向地搓动动过程中中土样内内的水份份渐渐蒸蒸发，如如搓到土土条的直直径为3mm左右时断断裂为若若干段，，则此时时的含水水量即为为塑限。。粘性土的的状态与与界限含含水量公路系统统的液限限塑限联联合测定定法光电式液液塑限联联合测定定仪试验方法法：平衡锥质质量100g，锥角30°取沉入深深度20mm时的含水水量为液液限；用低于液液限的不不同含水水量的土土样测定定沉入深深度，将将含水量量与沉入入深度的的数据绘绘制在双双对数坐坐标纸上上，用直直线外插插求得沉沉入深度度为5mm时的含水水量，定定义此含含水量为为塑限。。粘性土的的状态与与界限含含水量粘性土缩缩限的测测定：收收缩皿法法收缩皿：：金属制制成，直直径45～50mm，高度20～30mm;试验方法法：将土土样的含含水量调调配到大大于土的的液限，，然后分分层填入入收缩皿皿中，刮刮平表面面，烘干干，测定定干试样样的质量量和体积积。粘性土的的状态与与界限含含水量粘性土缩缩限的测测定：收收缩皿法法缩限的计计算公式式：土样制备备时的含含水量湿土样的的体积，，等于收收缩皿的的体积干土样的的体积干土样的的质量粘性土的的塑性指指数与液液性指数数可塑性是是粘性土土区别于于砂土的的重要特特征，可塑性的的大小可可以用土土处在塑塑性状态态的含水水量的变变化范围围来衡量量，从液限到到塑限含含水量的的变化范范围越大大，土的的可塑性性越好。。塑性指数数：从液液限到塑塑限的含含水量的的变化范范围，即即土处在在可塑状状态的含含水量的的变化范范围。塑性指数数用不带带%的数值表表示。粘性土的的塑性指指数与液液性指数数塑性指数数的大小小取决于于土体吸吸附结合合水的能能力。塑性指数数越大，，表明土土的颗粒粒越细，，比表面面积越大大，土中中的粘粒粒或亲水水矿物（（如蒙脱脱石）含含量越高高，土处处在可塑塑状态的的含水量量的变化化范围就就越大。。塑性指数数综合反反映了土土的矿物物成分和和颗粒大大小对土土体亲水水性质的的影响，，在工程程上常作作为对粘粘性土进进行分类类的依据据。粘性土的的塑性指指数与液液性指数数IP粘粒含量蒙脱石高岭石伊利石蒙脱石粘粒含量IP塑性指数数与粘粒粒含量的的关系粘性土的的塑性指指数与液液性指数数土的名称粉质粘土粘土塑性指数10<IP<17IP>17粘性土的的塑性指指数与液液性指数数液性指数数是表示示天然含含水量与与界限含含水量之之间相对对关系的的指标。。液性指数数一般用用小数表表示。粘性土的的塑性指指数与液液性指数数液性指数数小于0，土处于于固体状状态或半半固体状状态。液性指数数在0~1之间，土土处于可可塑状态态；液性指数数大于1，土处于于流动状状态。液性指数数可用来来表示粘粘性土的的软硬状状态，液液性指数数越大，，表示土土越软。。····固态半固态可塑状态态流动状态态塑限液限缩限含水量wLwpws0粘性土的的天然稠稠度NOTE：液限和塑塑限都是是用重塑塑土样测测定的，，没有反反映土体体原状结结构的影影响。保持原状状结构的的土即使使天然含含水量大大于液限限（液性性指数大大于1），但仍仍具有一一定的强强度，并并不呈现现流动的的性质（（潜流状态态）。含水量大大于液限限只是意意味着：：一旦土土的天然然结构遭遭到破坏坏，其强强度将立立即丧失失而呈现现出流动动的性质质。粘性土状状态划分分（GB50021－2001、JTGD63－2007）IL值状态IL≤0坚硬0<IL≤0.25硬塑0.25<IL≤0.75可塑0.75<IL≤1软塑IL>1流塑第五节无无粘性性土的密密实度无粘性土土的密实实度无粘性土土一般是是指碎石土和砂土。粉土属于于砂土和和粘性土土的过渡渡类型，，但是其其物质组组成、结结构及物物理力学学性质主主要接近近砂土。。无粘性土土的密实实度是判判定其工工程性质质的重要要指标，，它综合合反映了了无粘性性土颗粒的矿矿物组成成、颗粒级配配、颗粒形状状和排列列等因素对对其工程程性质的的影响。。无粘性土土的密实实度无粘性土土的密实实度对其其工程性性质具有有重要的的影响。。密实的无无粘性土土：结构构稳定，，强度较较高，压压缩性较较低，是是良好的的建筑物物地基；；松散的无无粘性土土：强度度较低、、稳定性性差，压压缩性大大，不宜宜作为建建筑物地地基。评价无粘粘性土密密实度的的指标：：孔隙比、相对密度度、标准贯入入击数无粘性土土的密实实度无粘性土土密实度度的评价价方法：：通过室内内试验测测定孔隙隙比，确确定相对对密度；；标准贯入入试验（（原位测测试）；；野外观测测方法（（用于于碎石土土）。无粘性土土的密实实度砂土的相相对密度度计算公式式：砂土的最最大孔隙隙比，砂土处于于最疏松松状态时时的孔隙隙比砂土的最最小孔隙隙比，砂土处于于最紧密密状态时时的孔隙隙比砂土的天天然孔隙隙比同时考虑虑了孔隙隙比和颗颗粒级配配的影响响无粘性土土的密实实度砂土的相相对密度度计算公式式：当砂土的的天然孔孔隙比接接近于最最小孔隙隙比时，，相对密密度接近近于1，表明砂砂土接近近于最密密实的状状态；当砂土的的天然孔孔隙比接接近于最最大孔隙隙比时，，相对密密度接近近于0，表明砂砂土接近近于最松松散的状状态。砂土密实实度划分分标准相对密度Dr密实度1～0.67密实0.67～0.33中密0.33～0松散无粘性土土的密实实度砂土相对对密度的的试验测测定：通过室内内试验测测定砂土土的最大大和最小小干密度度，由此此计算砂砂土的最最小和最最大孔隙隙比，从从而确定定砂土的的相对密密度。砂土最小小干密度度试验：：松散落砂砂法砂土最大大干密度度试验：：振动锤击击法无粘性土土的密实实度松散落砂砂法令砂土以以尽可能能松散的的状态落落入量筒筒，以获获得其最最松散的的状态，，从而求求得砂土土的最小小干密度度。无粘性土土的密实实度振动锤击击法将砂土试试样分3次装入金金属圆筒筒，用振振动叉敲敲击圆筒筒两侧，，同时用用击锤锤锤击试样样表面，，以获得得试样最最致密的的状态，，从而求求得砂土土的最大大干密度度。振动叉击锤锤无粘性土土的密实实度无粘性土土密实度度分类：：在工程实实践中通通常采用用标准贯入入试验来划分砂砂土的密密实度。。用规定的的锤重（（63.5kg）和落距距（76cm）把标准准贯入器器打入土土中，记记录贯入入一定深深度（30cm）所需的的锤击数数N值。标准贯入入