土的物理性质及工程分类（PDF,共167）

第一章土土的物物理性质质

及工工程分类类内容提要要本章主要要讨论土土的物质组成成及其定性和定定量描述述的方法。。主要包包括：土的三相相组成和和三相比比例指标标及换算算土的颗粒粒特征粘性土的的界限含含水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土的形成和演演变土的演变（沉沉积与成岩））—堆积下来的土土，在很长的的地质年代中中发生复杂的的物理化学变变化，逐渐压压密、岩化，，最终又形成成岩石（沉积积岩或变质岩岩）。工程上所遇到到的大多数土土都是在第四纪地质年代内所所形成的，年年代在一百万万年以内。风化作用风化作用是由由于自然界各各种因素和外外力的作用使使岩石产生破破碎与分解，，颗粒变小及及化学成分改改变等现象的的地质作用。。风化作用可分分为物理风化、化化学风化和生物风化。这三种风化化作用是同时时进行并且互互相作用的。。物理风化物理风化是岩岩体在各种物物理作用力的的影响下，从从大的块体分分裂为小的石石块甚至土粒粒的过程。产产生物理风化化的原因包括括以下几种：：地质构造力使岩体断裂、、剥落等。温度变化岩体表面与内内部热胀冷缩缩程度不同，，岩体不同矿矿物成分热胀胀冷缩程度不不同导致岩体体发生断裂、、剥落等。冰胀岩体裂隙中水水分结冰时巨巨大的冰胀作作用使裂隙扩扩展，岩体断断裂。碰撞风、水流、波波浪的冲击及及挟带物的撞撞击使岩体遭遭受破坏和剥剥蚀。因寒冷风化破破裂的岩石风蚀穴（宁夏贺兰山山）风蚀蘑菇（河北承德））化学风化化学风化是指指母岩表面和和碎散的颗粒粒受环境因素素（水、空气以及及溶解在水中中的氧气和碳碳酸气等）的作用而改改变其矿物的的化学成分，，形成新的矿矿物（次生矿物）。常见原因因如下：水解作用岩体矿物成分分被分解，与与水进行化学学成分交换，，形成新的矿矿物，新成分分产生膨胀使使岩体胀裂。。水化作用土中某些矿物物成分与水发发生化学反应应，水按一定定的比例加入入矿物的组成成中，改变矿矿物原有的分分子结构，形形成新的矿物物。新生成的含水水矿物强度低低于原来的无无水矿物化学风化氧化作用土土中的的矿物与氧结结合形成新的的矿物。溶解作用岩岩石中某些些矿物成分被被水溶解，以以溶液形式流流失。化学风化的结结果是形成十十分细微的土土颗粒，最主主要的为粘土土颗粒及大量量的可溶性盐盐类。这些微微细颗粒的表表面积很大，，具有吸附水水分子的能力力。海蚀蘑菇（广广西北海）生物风风化生物风风化作作用是是指各各种动动植物物及人人类活活动对对岩石石的破破坏作作用。。分为为两种种基本本形式式：物理生生物风风化生物产产生的的机械械力（（植物物根系系生长长，人人类爆爆破活活动））造成成岩石石破碎碎。化学生生物风风化生物产产生的的化学学成分分（植植物根根系分分泌的的有机机酸、、动植植物死死亡后后遗体体腐烂烂产物物以及及微生生物作作用等等）引引起岩岩石成成分改改变而而使岩岩石腐腐蚀破破坏。。植物根根劈作作用（（北京京房山山）土的沉沉积与与成岩岩作用用沉积土土在固固结成成岩过过程中中主要要有以以下几几种作作用：：压固脱脱水作作用下部沉沉积土土在上上覆沉沉积物物重量量的均均匀压压力下下发生生的排排水固固结现现象。。胶结作作用将松散散的碎碎屑颗颗粒连连结起起来固固结成成岩。。重结晶晶作用用沉积物物中的的非晶晶体物物质，，在溶溶解和和固体体扩散散等作作用下下，能能够脱脱水转转化成成晶体体；沉沉积物物中的的微小小晶体体颗粒粒，在在一定定条件件下能能够长长成粗粗大的的晶粒粒。沉积岩岩新矿矿物的的形成成沉积土土在向向沉积积岩的的转化化过程程中，，形成成与新新环境境相适适应的的新的的稳定定矿物物。孔隙减减少密实度度增大大土与岩岩石的的相互互转化化过程程第一节节土土的三三相组组成土是由由固体体颗粒粒、水水和气气体三三部分分组成成的，，通常称称之为为三相组组成（固相相、液液相和和气相相）。。气相固相液相++土体土颗粒粒孔隙水水孔隙气气体随着三三相物物质的的质量量和体体积的的比例不不同，，土的的性质质也就就不同同。一、土土的固固相土的固固相物物质包包括无机矿矿物颗颗粒和有机质质，是构构成土土的骨骨架的的最基基本的的物质质。无机矿矿物原生矿物次生矿物岩浆在在冷凝凝过程程中形形成的的矿物物，如如石英英、长长石、、云母母等由原生生矿物物经过过风化化作用用后形形成的的新矿矿物，，如粘粘土矿矿物等等原生矿矿物圆状、、浑圆圆状、、棱角角状次生矿矿物针状、、片状状、扁扁平状状次生矿矿物的的水溶溶性次生矿矿物按按其与与水的的作用用可分分为易易溶的的、难溶的的和不不溶的的。次生矿矿物的的水溶溶性对对土的的性质质有重重要影影响。粘土矿矿物粘土矿矿物的的主要要代表表性矿矿物成成分：：高岭石石、伊利石石和蒙脱石石。蒙脱脱石石高岭岭石石伊利利石石粘土矿矿物粘土矿矿物的的性质质：是细小小的扁扁平颗颗粒，，表面面具有有极强强的与与水相相互作作用的的能力力。颗粒愈愈细，，表面面积愈愈大，，亲水水的能能力就就愈强强，对对土的的工程程性质质的影影响就就愈大大。土中的的有机机质主要成成分：：由微生生物作作用产产生的的腐殖殖质矿矿物动植物物残体体（泥泥炭））等有机颗颗粒紧紧紧地地吸附附在无无机矿矿物颗颗粒的的表面面形成成了颗颗粒间间的连连接，，但这这种连连接的的稳定性性较差差。二、土土的液液相土的液液相是是指存存在于于土的的孔隙隙中的的水。。土中的的水是是一种种十分分复杂杂的电电解质质水溶溶液，，它和和亲水水性的的矿物物颗粒粒表面面有着着复杂杂的物物理化化学作作用。。二、土土的液液相土中水水自由水水结合水水强结合合水弱结合合水重力水水毛细水水处于土土颗粒粒表面面水膜膜中的的水，，受到到表面面引力力的控控制而而不服服从静静水力力学规规律，，其冰冰点低低于零零度。。不能能传递递静水水压力力。存在于于土粒粒表面面电场场影响响范围围以外外的土土中水水，受受重力力的控控制而而流动动。可可以传传递静静水压压力，，能溶溶解盐盐类。。存在于于最靠靠近土土颗粒粒表面面处；；密度大大于1g/cm3；有过冷冷现象象；温度高高于100度时可可蒸发发；性质跟跟固体体相似似，具具有极极大的的粘滞滞度、、弹性性和抗抗剪强强度。。强结合合水弱结合合水存在于于距土土颗粒粒表面面较远远处；；位于强强结合合水之之外，，电场场引力力作作用范范围之之内；可以发发生迁迁移；；有粘滞滞性；；自由水水二、土土的液液相自由水水毛细水水重力水水存在于于地下下水位位以下下的透透水土土层中中的水水。在在重力力或压压力差差的作作用下下能在在土中中渗流流，对对土颗颗粒和和结构构物都都有浮力作作用。存在于于地下下水位位以上上透水水层中中的水水。受受表面面张力力的支支配，，能沿沿着土土的细细孔隙隙上升升到一一定的的高度度。NOTE：水是土土的一一个重重要组组成部部分。。根据据实用用观点点，一一般认认为它它不承承受剪剪力，，但能能承受受压力力和一一定的的吸力力；同同时，，水的的压缩缩性很很小，，在通通常所所遇到到的压压力范范围内内，它它的压压缩量量可以以忽略略不计计。三、土土的气气相土的气气相是是指充充填在在的土土孔隙隙中的的气体体，包包括自由气气体（与大大气连连通））和封闭气气体（与大大气不不连通通）两两大类类。自由气气体成分与与空气气相似似，对对土的的工程程性质质影响响不大大；在外力力作用用下很很快从从孔隙隙中挤挤出。。封闭气气体在压力力作用用下可可被压压缩或或溶解解于水水中，，对土土的工工程性性质有有很大大影响响。阻塞渗渗流通通道，，使土土的渗渗透性性减小小；增加土土的弹弹性，，拖延延土的的压缩缩和膨膨胀变变形随随时间间的发发展过过程。。土体各各组成成部分分的作作用气相固相液相++构成土土骨架架，起起决定定作用用重要影影响土体次要作作用为什么么要研研究土土的结结构？？土的物物质组组成和和含量量的比比例并并不能能完全全决定定土的的宏观观的工工程性性质，，决定土土工程程性质质的是是组成成土体体的基基本结结构单单元的的空间间排列列情况况和联联结方方式等等。土的结结构通通常包包含土的微微观结结构和土体的的宏观观结构构两种概概念。。土的结结构土的结结构土的微微观结结构组成土土的基基本结结构单单元的的大小小、形形状、、表面面特征征、比比例关关系，，各结结构单单元和和孔隙隙的空空间排排列状状况及及其结结构联联结特特征等等。通通常需需借助助光学学或电电子显显微镜镜进行行研究究。土的微微观结结构一一般分分为单粒结结构、蜂窝状状结构构、絮状结结构三种基基本类类型。。单粒结结构由粗大大的土土粒在在水或或空气气中下下沉而而形成成。砂土，，碎石石土土颗粒粒之间间是点点与点点的接接触，，土颗颗粒间间几乎乎没有有联结结。随着形形成条条件的的不同同，有有紧密密与疏疏松两两种状状态。。紧密单单粒结结构疏松单单粒结结构单粒结结构的的松密密程度度取决决于矿矿物成成分、、颗粒粒形状状、级级配情情况。。紧密单单粒结结构土粒排排列紧紧密，，在静静、动动荷载载作用用下都都不会会产生生较大大的沉沉降，，稳定定性好好。强度较较大，，压缩缩性较较小，，是较为为良好好的天天然地地基。疏松单单粒结结构土粒排排列疏疏松，，土骨骨架不不稳定定。当受到到振动动或其其他外外力作作用时时，土土颗粒粒易发发生移移动，，使骨骨架结结构趋趋向密密实，，会导导致土土中孔孔隙剧剧烈减减少，，引起起土体体较大大的变变形。。未经处处理一一般不不宜作作为建建筑物物的地地基。。蜂窝结结构是主要要由粉粉粒（（粒径径为0.005-0.075mm）组成成的结结构形形式，，在粉粉土和和粘土土中常常见。。单个土土粒下下沉过过程中中，土土粒间间的分分子引引力大大于土土粒的的重力力，土土粒停停留在在最初初的接接触点点上不不再下下沉，，逐渐渐形成成土粒粒链，，很多多的土土粒链链联结结起来来，便便形成成孔隙隙较大大的蜂蜂窝状状结构构。可承受一一般的水水平静荷荷载。但但是当其其承受较较大的静静荷载或或动荷载载时，其其结构将将破坏，，会导致致严重的的地基沉沉降。絮状结构构对于细小小的粘粒粒（粒径径小于0.005mm），其重重力作用用很小，，能够在在水中长长期悬浮浮，不会会下沉。。悬浮的的土颗粒粒在相互互之间的的吸引力力作用下下，形成成絮状结结构。主要存在在于海相相沉积粘粘土中。。孔隙很大大，强度度低、压压缩性高高、对扰扰动比较较敏感，，土粒间间的联结结强度会会由于压压密和胶胶结作用用而逐渐渐得到加加强。土的三种种微观结结构的比比较土的三种微观观结构中中密实的的单粒结构构土的工程程性质最最好，蜂窝状结结构土为其次次，絮状结构构土的工程程性质最最差。后后两种结结构的土土会因振振动或其其他外界界扰动导导致其天天然结构构被破坏坏，因此此未经处处理不能能作为天天然地基基。土的结构构土的宏观观结构（（土的构构造）土体形成成过程中中产生的的三相物物质成分分以及节节理、裂裂隙等不不连续面面在土体体内的排排列、组组合特征征，可以以直接用用肉眼或或放大镜镜进行观观察。土的构造造特征主主要是层理构造造和裂隙构造造。土的层理理构造土在形成成过程中中，不同同阶段沉沉积的不不同物质质成分沿沿竖向分分层分布布的特征征。土的裂隙隙构造黄土的柱柱状裂隙隙裂隙的存存在破坏坏土体的的完整性性，大大大降低土土体的强强度和稳稳定性，，增大透透水性，，对工程程不利。。第二节土土的颗颗粒特征征天然土是是由大小小不同的的颗粒组组成的，，土粒的的大小称称为粒度。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、粒度度成分及及其表示示方法土的粒度度成分是是指土中中各种不不同粒组组的相对对含量（（以干土土质量的的百分比比表示））它可用来来描述土土中各种种不同粒粒径土粒粒的分布布特征。。常用的粒粒度成分分表示方方法：表格法、累计曲线线法和三角形坐坐标法。土的粒度度成分表表示的表表格法粒径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土的粒度度成分表表示的表表格法可用于土土的工程程分类和和定名土的粒度度成分表表示的累累计曲线线法曲线平缓缓级配良良好曲线陡直直级配不不良土的粒度度成分表表示的累累计曲线线法不连续级配土粒的级级配指标标不均匀系系数曲率系数数（级配配系数））d10、d30、d60——分别相当当于累计计含量为为10％、30％、60％的粒径径。土粒的级级配指标标d10——有效粒径径小于某粒粒径的土土粒质量量累计百百分数为为10%时相应的的粒径d30——中间粒径径小于某粒粒径的土土粒质量量累计百百分数为为30%时相应的的粒径d60——限制粒径径小于某粒粒径的土土粒质量量累计百百分数为为60%时相应的的粒径土的级配配Cu反映大小小不同粒粒组的分分布情况况。Cu越大，表表示土粒粒的分布布范围大大，土的的级配良良好。Cc描述累计计曲线的的整体形形状。土的级配配Cu<5时，称为为匀粒土土，级配配不良；；Cu>10时，称为为级配良良好。若Cu过大，表表示可能能缺失中中间粒径径，属不不连续级级配。综合条件件：当当Cu>5且Cc=1～3时，为级配良良好的土土。工程中用用级配良良好的土土作为路路堤和堤堤坝的填填土用料料时，容容易获得得较大的的密实度度。举例1曲线a：d10＝0.1mm，d30＝0.22mm，d60＝0.39mm；计算得Cu＝3.9，Cc=1.24；土样a为级配不良良的土。举例2级配良好土的粒度成成分表示的的三角形坐坐标法基本原理：：等边三角形形内任意一一点至三个个边的垂直直距离的总总和恒等于于三角形之之高。三角形坐标标法只适用用于划分为为三个粒组组的情况。。土的粒度成成分表示的的三角形坐坐标法m点坐标：粘粒含量28.9％粉粒含量48.7％砂粒含量22.4％三种表示方方法的比较较表格法能清清楚地用来来说明土样样的各粒组组含量，但但对于大量量土样之间间的比较就就显得过于于冗长，且且无直观概概念。累计曲线法法能用一条条曲线表示示一种土的的粒度成分分，而且可可以在一张张图上同时时表示多种种土的粒度度成分，能能直观地比比较其级配配状况。三角形坐标标法能用一一个点表示示一种土的的粒度成分分，而且可可在一张图图上同时表表示多种土土的粒度成成分，便于于进行土料料的级配设设计。根据使用要要求选用合合适的表示示方法。三种表示方方法的比较较三、粒度成成分分析方方法筛分法利用一套不不同孔径的的标准筛把把各种粒径径的土分离离出来。（适用于粗粒粒土，粒径径60~0.075mm）沉降分析法法基本原理：：土粒在悬悬液中沉降降的速度与与粒径的平平方成正比比。（适用于细粒粒土，粒径径<0.075mm）筛分法仪器器设备振筛机标准筛的孔孔径依次为为60mm、40mm、20mm、10mm、5mm、2mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.1mm、0.075mm。试验步骤：：将烘干的均均匀土样放放入标准筛筛，经振筛筛机振动，，将土粒分分离开；称出留在每每个筛上的的土重，求求出留在每每个筛上的的土的质量量百分含量量。相当于在1平方英寸（（6.4516×10-4m2）的面积上上有200个筛孔。105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径径之土质量量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)P%958778665536沉降分析法法试验方法：：将一定质量量（ms）的干土制成成一定体积积（V）的悬液，在在搅拌均匀匀并停止搅搅拌时开始始计时，经经过一定时时间（ti）在液面下某某个深度（Li）测定该深度度处悬液的的密度（ρi）。最大粒径：：小于等于上上述粒径的的土粒质量量：式中：ρs——土粒的密度度（g/cm3）ρw——水的密度（g/cm3）沉降分析法法悬液中粒径径小于等于于di（mm）的土粒质量量占土粒总总质量的累累计百分比比pi（以％表示））为：测定悬液密密度的方法法：比重计法，，移液管法法沉降分析法法比重计是用来测量量液体密度度的仪器。。移液管容积为25毫升用移液管在在一定深度度处吸出一一定量的悬悬液，烘干干后测出干干土的质量量，计算出出土的密度度。NOTE：土粒并不是是球形颗粒粒，用上述述公式计算算得到的并并不是实际际土粒的尺尺寸，而是是与实际土土粒有相同同沉降速度度的理想球球体的直径径，称为水力直径。四、土粒的的形状土粒形状对对于土的密密实度和土土的强度有有重要影响响。棱角状的颗颗粒互相嵌嵌挤咬合形形成比较稳稳定的结构构，土体强强度较高；；磨圆度高高的颗粒之之间容易滑滑动，土体体的稳定性性较差。土粒的形状状与土的矿矿物成分有有关，也与与土的成因因条件及地地质历史有有关。土粒形状的的描述方法法肉眼观察鉴鉴别方法对电子显微微镜扫描照照片采用计计算机图像像处理的方方法用体积系数数和形状系系数描述（（定性评价价）体积系数体积系数Vc：式中：V——土粒体积（mm3）；dm——土粒的最大粒粒径（mm）。Vc愈大，土粒愈愈接近于圆形形。圆球状的Vc＝1；立方体的Vc＝0.37；棱角状土粒的的Vc更小。形状系数形状系数F：式中：A1、B1、C1分别为土的最最大、中间和和最小粒径。。第三节土的的三相比例指指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。计算公式：土的干重度：：土的饱和重度度：有效重度定义：扣除浮浮力以后的固固相重力与土土的总体积之之比（又称为为浮重度）。。计算公式：—水的重度，工工程上取10kN/m3。土的浮密度：：几个密度之间间的关系：孔隙比定义：孔隙的的体积与固相相体积之比，，以小数表示。。计算公式：孔隙比用来评评价天然土层层的密实程度度，或从孔隙隙比的变化推推算土的压密密程度。一般e<0.6的土是密实的的低压缩性土土；e>1.0的土是疏松的的高压缩性土土。孔隙率定义：孔隙的的体积与土的的总体积之比比，用百分数数表示。计算公式：孔隙比与孔隙隙率的换算关关系：饱和度定义：孔隙中中水的体积与与孔隙体积之之比，以百分分数表示。计算公式：饱和度变化范范围：0～100%；饱和度越大，，表明土孔隙隙中充水越多多。土完全干燥时时Sr=0；对于饱和土土，其孔隙全全部被水充填填，Sr=100%。饱和度饱和度是反映映土中孔隙被被水充满程度度的指标，即即反映土体潮潮湿程度的物物理指标。砂土湿度的三三种状态砂土湿度状态稍湿很湿饱和饱和度Sr/%Sr≤5050<Sr≤80Sr>80三相比例指标标的换算三相指标的换换算关系孔隙比三相指标的换换算关系饱和重度三相指标的换换算关系饱和度三相指标的换换算关系干重度三相指标的换换算关系孔隙率三相指标的换换算关系有效重度例题1.1某一施工现场场需要填土，，坑的体积为为2000m3，土方来源于附附近山丘开挖挖。经勘察，，土粒相对密密度为2.70，含水量为15％，孔隙比为为0.6。要求填土的的含水量为17％，干重度为为17.6kN/m3，求：（1）取土场土的的重度、干重重度和饱和度度是多少？（（2）应从取土场场开采多少土土方？（3）碾压时应洒洒多少水？第四节粘性性土的界限含含水量粘性土的状态态与界限含水水量粘性土随着含含水量的不同同呈现如下几几种物理状态态：流动状态可塑状态固体状态半固体状态含水量逐渐减减少，粘滞流流动的特点逐逐渐消失，显显示出塑性，，具有一定的的抗剪强度。。含水量继续减减少,可塑性逐渐消消失，土的体体积随着含水水量的减少而而减小。可以塑成任何何形状而不发发生裂缝，在在外力解除以以后能保持已已有的形状而而不恢复原状状。含水量很大时时，土体呈现现一种粘滞流流动的液体的的状态；抗剪剪强度极低。。含水量很小时时,土的体积不再再随着含水量量的减少而减减小。土呈现现脆性固体的的特征，能承承受较大的剪剪切应力。粘性土的状态态与界限含水水量粘性土含水量量不同时土中中水的存在状状态：固体状态或半固体状态可塑状态流动状态含水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的状态态与界限含水水量与含水量相关关联的粘性土土的宏观物理理状态用稠度的概念进行表表示。粘性土因含水水量的不同表表现出不同的的稀稠、软硬硬状态的性质质称为粘性土土的稠度。土的稠度实际际上反映了土土中不同形态态的水的含量量，也反映了了土颗粒之间间的联结强度度随着含水量量的不同而发发生变化的性性质。粘性土的状态态与界限含水水量土从一种状态态变化到另一一种状态的分分界点的含水水量称为分界界含水量，或或界限含水量量。（Atterberg1911）····固态半固态可塑状态流动状态塑限液限缩限含水量wLwpws0粘性土的状态态与界限含水水量粘性土界限含含水量的测定定方法液限：平衡锥锥式液限仪（（碟式液限仪仪）塑限：搓条法法缩限：收缩皿皿法粘性土的状态态与界限含水水量粘性土液限的的测定平衡锥式液限限仪试验方法：使平衡锥在自自重的作用下下沉入试样，，当达到规定定深度时的含含水量即为液液限。平衡锥质量为为76g，锥角为30°粘性土的状态态与界限含水水量粘性土液限的的测定沉入深度标准准：GBJ7－89建筑地基基础础设计规范GB50021－94岩土工程勘察察规范GB145－90土的工程分类类标准10mm17mm按照两种不同同标准测量得得到的液限值值不同粘性土的状态态与界限含水水量粘性土塑限的的测定搓条法法试验方法：把塑性状态的的土在毛玻璃璃上用手搓条条，在缓慢地地、单方向地地搓动过程中中土样内的水水份渐渐蒸发发，如搓到土土条的直径为为3mm左右时断裂为为若干段，则则此时的含水水量即为塑限限。粘性土的状态态与界限含水水量公路系统的液液限塑限联合合测定法光电式液塑限限联合测定仪仪试验方法：平衡锥质量100g，锥角30°取沉入深度20mm时的含水量为为液限；用低于液限的的不同含水量量的土样测定定沉入深度，，将含水量与与沉入深度的的数据绘制在在双对数坐标标纸上，用直直线外插求得得沉入深度为为5mm时的含水量，，定义此含水水量为塑限。。粘性土的状态态与界限含水水量粘性土缩限的的测定：收缩缩皿法收缩皿：金属属制成，直径径45～50mm，高度20～30mm;试验方法：将将土样的含水水量调配到大大于土的液限限，然后分层层填入收缩皿皿中，刮平表表面，烘干，，测定干试样样的质量和体体积。粘性土的状态态与界限含水水量粘性土缩限的的测定：收缩缩皿法缩限的计算公公式：土样制备时的的含水量湿土样的体积积，等于收缩缩皿的体积干土样的体积积干土样的质量量粘性土的塑性性指数与液性性指数可塑性是粘性性土区别于砂砂土的重要特特征，可塑性的大小小可以用土处处在塑性状态态的含水量的的变化范围来来衡量，从液限到塑限限含水量的变变化范围越大大，土的可塑塑性越好。塑性指数：从从液限到塑限限的含水量的的变化范围，，即土处在可可塑状态的含含水量的变化化范围。塑性指数用不不带%的数值表示。。粘性土的塑性性指数与液性性指数塑性指数的大大小取决于土土体吸附结合合水的能力。。塑性指数越大大，表明土的的颗粒越细，，比表面积越越大，土中的的粘粒或亲水水矿物（如蒙蒙脱石）含量量越高，土处处在可塑状态态的含水量的的变化范围就就越大。塑性指数综合合反映了土的的矿物成分和和颗粒大小对对土体亲水性性质的影响，，在工程上常常作为对粘性性土进行分类类的依据。粘性土的塑性性指数与液性性指数IP粘粒含量蒙脱石高岭石伊利石蒙脱石粘粒含量IP塑性指数与粘粘粒含量的关关系粘性土的塑性性指数与液性性指数土的名称粉质粘土粘土塑性指数10<IP<17IP>17粘性土的塑性性指数与液性性指数液性指数是表表示天然含水水量与界限含含水量之间相相对关系的指指标。液性指数一般般用小数表示示。粘性土的塑性性指数与液性性指数液性指数小于于0，土处于固体体状态或半固固体状态。液性指数在0~1之间，土处于于可塑状态；；液性指数大于于1，土处于流动动状态。液性指数可用用来表示粘性性土的软硬状状态，液性指指数越大，表表示土越软。。····固态半固态可塑状态流动状态塑限液限缩限含水量wLwpws0粘性土的天然然稠度NOTE：液限限和和塑塑限限都都是是用用重重塑塑土土样样测测定定的的，，没没有有反反映映土土体体原原状状结结构构的的影影响响。。保持持原原状状结结构构的的土土即即使使天天然然含含水水量量大大于于液液限限（（液液性性指指数数大大于于1），，但但仍仍具具有有一一定定的的强强度度，，并并不不呈呈现现流流动动的的性性质质（（潜流流状状态态）。。含水水量量大大于于液液限限只只是是意意味味着着：：一一旦旦土土的的天天然然结结构构遭遭到到破破坏坏，，其其强强度度将将立立即即丧丧失失而而呈呈现现出出流流动动的的性性质质。。粘性性土土状状态态划划分分（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流塑第五五节节无无粘粘性性土土的的密密实实度无粘粘性性土土的的密密实实度度无粘粘性性土土一一般般是是指指碎石石土土和砂土土。粉土土属属于于砂砂土土和和粘粘性性土土的的过过渡渡类类型型，，但但是是其其物物质质组组成成、、结结构构及及物物理理力力学学性性质质主主要要接接近近砂砂土土。。无粘粘性性土土的的密密实实度度是是判判定定其其工工程程性性质质的的重重要要指指标标，，它它综综合合反反映映了了无无粘粘性性土土颗粒粒的的矿矿物物组组成成、颗粒粒级级配配、颗粒粒形形状状和和排排列列等因因素素对对其其工工程程性性质质的的影影响响。。无粘粘性性土土的的密密实实度度无粘粘性性土土的的密密实实度度对对其其工工程程性性质质具具有有重重要要的的影影响响。。密实实的的无无粘粘性性土土：：结结构构稳稳定定，，强强度度较较高高，，压压缩缩性性较较低低，，是是良良好好的的建建筑筑物物地地基基；；松散散的的无无粘粘性性土土：：强强度度较较低低、、稳稳定定性性差差，，压压缩缩性性大大，，不不宜宜作作为为建建筑筑物物地地基基。。评价价无无粘粘性性土土密密实实度度的的指指标标：：孔隙隙比比、相对对密密度度、标准准贯贯入入击击数数无粘粘性性土土的的密密实实度度无粘粘性性土土密密实实度度的的评评价价方方法法：：通过过室室内内试试验验测测定定孔孔隙隙比比，，确确定定相相对对密密度度；；标准准贯贯入入试试验验（（原原位位测测试试））；；野外外观观测测方方法法（（用用于于碎碎石石土土））。。无粘粘性性土土的的密密实实度度砂土土的的相相对对密密度度计算算公公式式：：砂土土的的最最大大孔孔隙隙比比，，砂土土处处于于最最疏疏松松状状态态时时的的孔孔隙隙比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。标准贯入入试验的的贯入锤锤击数反反映了土土层的松松密和软软硬程度度。标准贯入入试验设设备标准贯入入器外径50mm内径35mm穿心锤砂土密实实度分类类

（GB50021-2001）N值密实度N≤10松散10<N≤15稍密15<N≤30中密N>30密实无粘性土土的密实实度碎石土密密实度分分类：粉土密实实度分类类：根据孔隙比e进行划分分。根据平均均粒径与与最大粒粒径的情情况，按按照重型动力力触探锤锤击数N63.5，超重型动动力触探