土的物理性能及工程分类

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土的物理性能及工程分类

第一节

土的三相组成第二节土的结构与构造第三节土的物理性质指标第四节土的物理状态指标第五节地基岩、土的工程分类固体矿物颗粒（固相）土中气体（气相）土中水（液相）第一节

土的组成一、

土的固体颗粒

土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。

1.土粒的矿物成分（1）原生矿物:石英、长石、云母—砾石和砂（2）次生矿物：蒙脱石、伊利石和高岭石--粘性土（3）有机质次生矿物蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石2.土颗粒的大小与形状基本概念粒组：工程上将各种不同的土颗粒按性质相近的原则划分为若干组，称为粒组。粘粉砂砾卵漂0.0050.075220200巨粒粗粒细粒透水性大小粘性小大土中粒度对土工程性质的影响土的颗粒级配（1）定义自然界的土由多个粒组组成,常用土中各粒组的相对含量（各粒组占土粒总质量的百分数）来表示土粒的大小及组成，称为土的颗粒级配。（2）粒径分析方法：颗粒分析试验筛分法（d>0.075mm的土）密度计法（d<0.075mm的土）筛分法（d>0.075mm的土）密度计法（d<0.075mm的土）（3）颗粒级配的表示方法表示方法：表格法、颗粒累计级配曲线法10-22-0.0750.075-0.005<0.005A09910B066304C445600不均匀系数:曲率系数：不均匀系数:曲率系数：土的颗粒级配指标：不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况，其值越大，表示粒径分布越不均匀，土级配越好。曲率系数反映曲线的整体形状，其值太大或太小，表示可能缺失中间粒径，级配不连续，级配差。工程实践表明，如果只用一个指标评定土的颗粒级配情况是不够的，应该把两项指标结合起来才比较完善。当时称为级配良好的土，若不能同时满足上述两个条件，称为级配不良的土。不均匀系数:曲率系数：二、

土中水（1）结合水强结合水、弱结合水（可塑性）（2）自由水重力水（浮力）、毛细水（沼泽、盐渍）（3）气态水（4）固态水（冻胀和融陷）双电层结合水概念强结合水、弱结合水双电层概念

1.1.3

土中气体

土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位。（1）自由气体：（2）封闭气体：增大土的弹性和压缩性，降低透水性。1.1.4

土的结构单粒结构

蜂窝结构

絮状结构土的结构是指土颗粒的大小、形状、相互排列及其联结关系的综合特征。

砂土以上粉土粘性土a)疏松状态的单粒结构b)紧密状态的单粒结构

1.1.5

土的构造层状构造分散构造裂隙构造课堂小结土的组成及结构构造对土的工程性质有什么影响？思考题1、31.2.1

土的三相比例指标概述土的物理性质直接反映土的松密、软硬等物理状态，也间接反映土的工程性质。土的松密和软硬程度主要取决于土的三相各自在数量上所占的比例。三相指标的定义1.2

土的物理性质指标固相液相气相土颗粒土中水土中气土颗粒水气体气体三相指标－三个基本试验指标土的天然密度或天然重度

公式：

（t/m3、g/cm3)

(KN/m3)测定：环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法等气水土粒mamwmsmVaVwVvVVS三相指标－三个基本试验指标土的含水率（%）

公式：(%)

测定：烘干法、酒精燃烧法微波炉法气水土粒mamwmsmVaVwVvVVS三相指标－三个基本试验指标土粒相对密度ds（土粒比重Gs）

公式：（无量纲）测定：比重瓶法气水土粒mamwmsmVaVwVvVVS三个基本试验指标土的天然密度和天然重度公式：

测定：环刀法、蜡封法、灌砂法、灌水法等土的含水率（%）公式：测定：烘干法、酒精燃烧法土粒相对密度（土粒比重）公式：

测定：比重瓶法

1.2.3

其它指标1、土的干密度

和干重度

（g/cm3或t/m3）

(kN/m3)2、土的饱和密度和饱和重度3、土的有效重度(或浮重度)1.2.3

其它指标4、土的孔隙率n5、土的孔隙比e6、土的饱和度Sr

指标的换算

土的密度、含水量、土粒比重是通过试验测定，其他指标可由这三个指标换算得到。在进行土的三相指标计算时，可利用表中公式直接计算，也可利用土的各指标的三相比例表达式计算：在三相图上假定Vs=1(或V=1)，根据已知条件得到各部分的体积和重力，就可求得其他指标。例1-1

某原状土样经试验测得土的天然重度γ=18.3kN/m3，ds=2.70，ω=20%，求解1：直接利用表中公式计算。解2：设V=1，则土的重力W=V=18.3kN例1-1

某原状土样经试验测得土的天然重度γ=18.3kN/m3，ds=2.70，ω=20%，求则

解得

则

解得求得三相物质的重力和体积后，就可根据定义表达式计算其他指标。课堂小结掌握土的基本物理状态指标及测定会进行土的其他指标的计算思考题4作业1无粘性土——密实度粘性土的物理特征——界限含水率

第四节土的物理状态指标一、

无粘性土的密实度无粘性土颗粒较粗，土粒间无粘结力而呈散粒状态，其密实度对它的工程性质有十分重要的影响。a)疏松状态的单粒结构b)紧密状态的单粒结构

一、

无粘性土的密实度（1）天然孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的颗粒级配因素0.60.750.85松散中密密实稍密1、砂土的密实度（2）相对密实度Dr定义：优点：计入土的级配因素，理论上比较完善。缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin

的测定受人为的影响较大。用相对密度判断土的密实状态密实状态密实中密松散相对密实度Dr1～0.670.67～0.330.33～0（3）标准贯入试验301510松散中密密实稍密标准贯入试验锤击数N密实度标准贯入试验锤击数N密实度N≤10松散15＜N≤30中密10＜N≤15稍密N＞30密实2、碎石土的密实度

《建筑地基基础设计规范》用重型圆锥动力触探锤击数N63.5来划分碎石土的密实度。重型圆锥动力触探试验锤击数N63.5密实度重型圆锥动力触探试验锤击数N63.5密实度N63.5≤5松散10＜N63.5≤20中密5＜N63.5≤10稍密N63.5＞20密实对于平均粒径大于50mm或最大粒径大于100mm的碎石土，根据《规范》要求对于这类土可在现场进行观察，根据骨架颗粒的含量和排列、可挖性和可钻性来鉴别。二、

粘性土的特征指标液限、塑限、缩限塑性指数液性指数灵敏度1、界限含水率：液限、塑限、缩限

一、定义液限WL、塑限Wp、缩限Ws二、测定方法塑限是用搓条法测定液限我国采用平衡锥式液限仪测定液塑限联合测定法WSWpWL液态固态塑态半固态0液塑限联合测定仪测试结果整理将试样调成不同含水率的土样：3-4mm,7-9mm,15-17mm测定圆锥仪在5s时的下沉深度h及相应的含水率。

h=2mm—塑限ωPh=10mm—10mm液限ωLh=17mm—17mm液限ωL3、粘性土的可塑性指标塑性指数IP液性指数ILIL>1.0

0.75<IL≤1

0.25<IL≤0.75

0<IL≤0.25

IL<0

液性指数

流塑

软塑

可塑

硬塑

坚硬

状态

例题1-2已知某粘性土样的天然含水率ω=40.3%，塑限ωP=25.2%，液限ωL=47.7%，判断它所处的状态。解该土样的塑性指数为IP=ωL-ωP=47.7-25.2=22.5

该土样的液性指数为

由于0.25＜IL≤0.75所以该土样处于可塑状态。小结掌握砂土和碎石土密实度的判别了解相对密度的概念及测定熟悉液、塑限的测定掌握塑性指数和液性指数的计算，会准确判断粘性土的状态《建筑地基基础设计规范》将土分为岩石碎石土砂土粉土粘土人工填土特殊土1.5

地基岩土的工程分类一、岩石岩石（基岩）是指颗粒间牢固联结，形成整体或具有节理、裂隙的岩体。

岩石坚硬程度的划分岩体完整程度的划分岩石风化程度的划分未风化、微风化完整的硬质岩石是最优良的地基，强风化和全风化破碎的软质岩石工程性质较差。

岩石坚硬程度的划分坚硬程度类别坚硬岩较硬岩较软岩软岩极软岩饱和单轴抗压强度标准值ƒrk（Mpa）ƒrk＞6060≥ƒrk＞3030≥ƒrk＞1515≥ƒrk＞5ƒrk≤5岩体完整程度的划分完整程度等级完整较完整较破碎破碎极破碎完整性指数＞0.750.75～0.550.55～0.350.35～0.15＜0.15岩石风化程度特征表

风化程度特征未风化结构构造未变，岩质新鲜微风化结构构造、矿物色泽基本未变，部分裂隙面有铁锰质渲染中风化结构和构造较清晰，岩体被节理、裂隙分割成块状，裂隙中填充少量风化物。锤击声脆，且不易击碎；用镐难掘，用岩心钻方可钻进。强风化结构和构造不甚清晰，矿物成分已显著变化；岩体被节理、裂隙分割成碎石状，碎石用手可以折断；用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进全风化结构和构造完全破坏，矿物成分以次生矿物为主，松散易碎；手摇钻易钻进二、碎石土碎石土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过总质量的50％的土，按粒径和颗粒形状可进一步划分为漂石、块石、卵石、碎石、圆砾和角砾。碎石土的密实度可分为松散、稍密、中密和密实。碎石土的强度大，压缩性小、渗透性大，为良好的地基。

碎石土分类

土的名称颗粒形状粒组含量漂石块石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于200mm的颗粒含量超过全重的50%卵石碎石圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于20mm的颗粒含量超过全重的50%圆砾角砾圆形及亚圆形为主棱角形为主粒径大于2mm的颗粒含量超过全重的50%注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。三、砂土砂土为粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重的50％、粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50％的土。砂土按粒组含量可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

砂土的分类

土名粒组含量砾砂粒径大于2mm的颗粒含量占全重的25%-50%粗砂粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重的50%中砂粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重的50%细砂粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的85%粉砂粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重的50%注：分类时应根据粒组含量栏从上到下以最先符合者确定。砂土砂土按其密实度分为密实、中密、稍密和松散。砂土的潮湿程度可按饱和度分为饱和、很湿和稍湿三种状态。常见的砾砂、粗砂、中砂为良好地基，粉、细砂要具体分析，如为饱和疏松状态则为不良地基。四、粉土塑性指数Ip≤10，且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50％的土称为粉土，其性质介于砂土与粘性土之间。粉土的密实度根据孔隙比划分为密实、中密和稍密。粉土的湿度根据含水量划分为稍湿、湿和很湿。密实状态的粉土性质好，强度高，是良好的地基；饱和稍密的粉土地震时易产生液化，为不良地基。

粉土密实度分类

孔隙比e密实度e＜0.750.75≤e≤0.90e＞0.9密实中密稍密

粉土湿度分类

含水量ω湿度ω＜2020≤ω≤30ω＞30稍湿湿很湿

五、粘性土粘性土为塑性指数Ip>10的土，可按塑性指数Ip分为粘土和粉质粘土。粘性土的状态按液性指数分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑五种状态。密实硬塑状态的粘性土为良好地基，疏松流塑状态的粘性土为软弱地基。

土的名称塑性指数Ip粘土粉质粘土Ip＞1710＜Ip≤17六、人工填土人工填土是由于人类活动堆积而成的土。按其成因及堆积物质成分不同可分为以下几种：素填土：主要由碎石、砂土、粉土、粘性土等组成的填土，经分层碾压或夯实的填土统称为压实填土。杂填土：主要为建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。冲填土：用水力冲填法将水底泥砂等沉积物堆积而成的。人工填土具有不均匀性、低密度性、高压缩性和低强度，有时具有湿陷性的特点。七、特殊土软土：是天然含水量大于液限、天然孔隙比大于1.0的饱和粘性土。分为淤泥和淤泥质土。软土地基承载力低、变形大、不均匀变形也大，且变形稳定历时较长。膨胀土：是一种吸水膨胀和失水收缩、具有较大胀缩变形性能，且变形往复的高塑性粘土。建造在膨胀土地基上的建筑物如果不进行地基处理，常会对建筑物造成危害。湿陷性黄土：黄土的浸水湿陷而使建筑物产生不均匀沉陷是造成黄土地区事故的主要原因。

例题：

已知某土样，颗粒分析结果如表所示，标贯击数N=25，饱和度Sr=50%，确定该土样的名称及所处的状态。粒径范围/mm＞22～0.50.5～0.250.25～0.0750.075～0.05＜0.05粒组含量(%)3.51215.526.52616.5解：（1）确定土样名称大于2mm的颗粒占全重的3.5%大于0.5mm的颗粒占全重的15.5%大于0.25mm的颗粒占全重的31%大于0.075mm的颗粒占全重的57.5%由此确定该土为粉砂。（2）确定土的状态饱和度Sr=50%，土的湿度状态为稍湿。标贯击数N=25，15＜N=25≤30，土的密实状态为中密。粒径范围＞22～0.50.5～0.250.25