地基-土的物理性质及工程分类

第一章土的物理性质及工程分类§1.1土的组成与土的结构构造§1.2土的物理性质指标§1.3土的物理状态指标§1.4土(岩)的工程分类主要内容土的物理性质概述岩石风化（物理、化学）作用岩石破碎化学成分改变搬运沉积大小、形状和成分都不相同的松散颗粒集合体（土）

土固相液相气相土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互作用和比例关系，反映出土的不同性质

土的三相组成固相：包括多种矿物成分组成土的骨架，骨架间的空隙为液相和气相填满，这些空隙是相互连通的，形成多孔介质。液相：主要是水(溶解有少量的可溶盐类)。

气相：主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等生物循环物理风化化学风化量变无粘性土原生矿物质变粘性土次生矿物动植物的活动一.风化有机质§1.1土的形成岩石和土的粗颗粒受各种气候因素的影响产生胀缩而发生裂缝,或在运动过程中因碰撞和摩擦而破碎母岩表面和碎散的颗粒受环境因素的作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物§1土的物性与分类二.搬运与沉积残积土无搬运运积土有搬运土质较好残积土强风化弱风化微风化母岩体颗粒表面粗糙多棱角粗细不均无层理母岩表层经风化作用破碎成岩屑或细小颗粒后，未经搬运残留在原地的堆积物风化所形成的土颗粒，受自然力的作用搬运到远近不同的地点所沉积的堆积物§1.1土的形成§1土的物性与分类2.搬运与沉积运积土有搬运风：风积土重力:坡积土

流水:洪积土冲积土湖泊沼泽沉积土海相沉积物冰川:冰积土土粒粗细不同，性质不均匀有分选性，近粗远细浑圆度分选性明显，土层交迭含有机物淤泥，土性差颗粒细，表层松软，土性差土粒粗细变化较大，性质不均匀颗粒均匀，层厚而不具层理§1.1土的形成§1土的物性与分类不同成因类型的第四纪沉积物，各具有一定的分布规律和工程地质特征，以下分别介绍其中主要的几种成因类型。

(一)残积物、坡积物和洪积物

1．残积物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，而另一部分则被风和降水所带走。

2．坡积物坡积物是雨雪水流的地质作用将高处岩石风化产物缓慢地洗刷剥蚀、顺着斜坡向下逐渐移动、沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。

3．洪积物(Q”)·

由暴雨或大量融雪骤然集聚而成的暂时性山洪急流，具有很大的剥蚀和搬运能力。它冲刷地表，挟带着大量碎屑物质堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成洪积物(图1—4)。由相邻沟谷口的洪积扇组成洪积扇群<图l—5)。如果逐渐扩大以至连接起来，则形成洪积冲积平原的地貌单元。洪积物常呈现不规则交错的层理构造，如具有夹层、尖灭或透镜体等产状(图1—6)。

(二)冲积物(Q)冲积物是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。1平原河谷冲积物平原河谷除河床外，大多数都有河漫滩及阶地等地貌单元(图1—7)。2．山区河谷冲积层在山区，河谷两岸陡削，大多仅有河谷阶地(图1-8)。(三)其它沉积物除了上述四种成因类型的沉积物外，还有海洋沉积物(Q”)、湖泊沉积物(Q‘)、冰川沉积物(Q”)及风积物(Q”‘)等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．§1.2土的三相组成气相固相液相++构成土骨架，起决定作用重要影响土体次要作用§1土的物性与分类土的三相组成固体+气体

固体＋液体＋气体

固体＋液体

干土

湿土

饱和土

干粘土较硬干砂松散

粘土多为可塑状态

饱和粉细砂受震动可能产生液化

一.固体颗粒物理状态力学特性粒径级配§1.2土的三相组成矿物成分颗粒形状§1土的物性与分类1.粒径级配一.固体颗粒颗粒大小各粒径成分在土中占的比例狭义的粒径级配影响土性质的主因§1.2土的三相组成§1土的物性与分类颗粒大小粒组

按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类界限粒径:划分粒组的分界尺寸一.固体颗粒§1.2土的三相组成§1土的物性与分类d(mm)d(mm)砾石砂粒粉粒粘粒胶粒6020.050.0050.0020.250.5520粗

中

细粗

中

细

极细0.1粗粒细粒土粒粒组的划分粒组名称粒径范围一般特征漂石或块石颗粒＞200透水性很大，无粘性，无毛细水

卵石戎碎石颗粒200～60圆砾或角砾颗粒粗中细60～2020～55～2透水性很大，无粘性，毛细水上升高度不超过粒径大小砂粒粗中细2～0.50.5～0.250.25～0.075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，毛细水上升高度不大，随粒径变小而增大

粉粒0.075～0.005透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀小，干时稍有收缩，毛细水上升高度较大较快，极易出现冻胀现象

粘粒

＜0.005透水性很小，湿时有粘性、可塑性，遇水膨胀大，干时收缩显著，毛细水上升高度大，但速度较慢

粒径级配确定方法

1、筛分法用于粒径>0.075mm的粗粒土

2、沉降分析法：用于粒径<0.075mm的细粒土——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法

粒径级配累积曲线一.固体颗粒§1.2土的三相组成§1土的物性与分类筛分法用一套孔径不同的筛子，按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数比重计法利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小于某粒径的土粒含量105.02.01.00.50.250.1200g101618242238721009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数P（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)P%958778665536土的粒径级配累积曲线水分法粒径(mm)0.050.010.005百分数P(%)2613.510一.固体颗粒§1.2土的三相组成§1土的物性与分类1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d50d10d30d60d10d30CuCc0.330.0050.063662.41特征粒径:

d50

:平均粒径d60:控制粒径d10

:有效粒径d30

不均匀程度：Cu=d60/d10

连续程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系数—不均匀系数Cu

≥5,级配不均匀粗细程度：用d50

表示

一.固体颗粒§1.2土的三相组成§1土的物性与分类1009080706050403020100小于某粒径之土质量百分数（％）105.01.00.50.100.050.010.0050.001粒径(mm)土的粒径级配累积曲线d60d10d30曲线d60d10d30CuCcL0.330.0050.081663.98M0.0632.41R0.0300.545斜率:

某粒径范围内颗粒的含量

陡—相应粒组质量集中

缓--相应粒组含量少

平台--相应粒组缺乏连续程度:

Cc=d302

/(d60×d10)

—曲率系数较大颗粒缺少Cc

减小较小颗粒缺少Cc

增大Cc=1~3,级配连续性好一.固体颗粒§1.2土的三相组成§1土的物性与分类颗粒级配的描述工程上常用不均匀系数Cu描述颗粒级配的不均匀程度d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量为10%、30%和60%时所对应的粒径Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工程上把Cu＜5的土视为级配不良的土；Cu＞10的土视为级配良好的土

曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整体形态，表明某粒组是否缺失情况

对于砾类土或砂类土，同时满足Cu≥5和Cc=1～3时，定名为良好级配砂或良好级配砾粒径级配粒径级配累积曲线及指标的用途：1）粒组含量用于土的分类定名；2）不均匀系数Cu用于判定土的不均匀程度：Cu≥5,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,级配不良的土一.固体颗粒§1.2土的三相组成§1土的物性与分类2.土粒的矿物成分矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物成分与母岩相同次生矿物：岩石经化学风化后所形成的新的矿物，其成分与母岩不相同

例：石英、云母、长石等特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点例：粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石等特征：性质较不稳定，具有较强的亲水性，遇水易膨胀的特点原生矿物

岩石经物理风化后，破碎成土粒，风化破碎前母岩中的矿物成分仍然保留着，这种矿物称为原生矿物，如石英、长石、云母等。原生矿物的抗风化能力强，性质比较稳定，粗的卵砾组与砂粒组土粒一般都是原生矿物或矿物组合。

次生矿物

原生矿物在一定的气候条件下，经化学风化作用后，使其颗粒变小，呈胶粒或准胶粒，同时矿物的晶体结构被破坏，化学成分也发生迁移或重新组合，形成新的矿物，这种矿物称为次生矿物。粘粒组的矿物成分主要有粘土矿物、氧化物、氢氧化物和各种难溶岩类，它们都是次生矿物。

粘土矿物

粘土矿物如蒙脱石、伊利石、高岭石等，是一组复合的层状硅酸盐矿物，主要由原生硅酸盐矿物经化学风化而形成。它们具有高分散性、高亲水性、较强的吸附性及离子置换性能。粘土矿物

组成粘土矿物的颗粒极细，多呈片状，比表面积很大，与水作用具有活跃的物理－化学特性。当土中含有粘土矿物时，其工程地质性质对水的敏感性明显增强，如亲水性、透水性、可塑性、膨胀性等都有较大变化。因此，矿物组成，尤其是粘土矿物，对土的工程地质性质有很大的影响。

3.颗粒形状原生矿物

圆状、浑圆状、棱角状次生矿物

针状、片状、扁平状一.固体颗粒§1.2土的三相组成§1土的物性与分类结晶水矿物内部的水

结合水吸附在土颗粒表面的水自由水电场引力作用范围之外的水土中冰由自由水冻成，冻胀融陷二.土中水（液相）§1.2土的三相组成§1土的物性与分类结合水排列致密、定向性强密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度具有固体的特性温度高于100°C时可蒸发强结合水位于强结合水之外，电场引力作用范围之内外力作用下可以移动不因重力而移动，有粘滞性弱结合水二.土中水§1.2土的三相组成§1土的物性与分类自由水重力水毛细水在重力作用下可在土中自由流动存在于固气之间在重力与表面张力作用下可在土粒间空隙中自由移动二.土中水§1.2土的三相组成§1土的物性与分类=

湿润角空气固体水lT=界面张力d=

毛管直径Td=2rua-uwua-uw=压力差二.土中水§1.2土的三相组成§1土的物性与分类毛细水毛细现象毛细管hc土中毛细现象上升高度:πr2hcγw=2πrTcosα毛细水分布在土粒内部相互贯通的孔隙可以看成许多形状不一、直径互异、彼此连通的毛细管毛细升高与孔径成反比粘土粉土砂土砾石分析对象:

水柱二.土中水§1.2土的三相组成§1土的物性与分类对砂土强度的影响:毛细边角水,假凝聚力

毛细压力2πrTcosα+ucπr2=0毛细压力非饱和土中毛细张力影响分析对象:水膜二.土中水§1.2土的三相组成§1土的物性与分类二、土中的水

土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。土中水除了一部分以结晶水的形式吸附于固体颗粒的晶格内部外，还存在结合水和自由水1.结合水强结合水：紧靠于颗粒表面、所受电场的作用力很大、几乎完全固定排列、丧失液体的特性而接近于固体

弱结合水：紧靠强结合水的外围形成的结合水膜，所受的电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱2.自由水存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能传递水压力，冰点为0℃，有溶解能力

以两种形式存在：毛细水、重力水三、土中气体

土中气体存在于土孔隙中未被水占据的部分，分为与大气连通的非封闭气体和与大气不连通的封闭气体1.非封闭气体：受外荷作用时被挤出土体外，对土的性质影响不大

2.封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大和延长土体受力后变形达到稳定的历时

四、土的结构

在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式，与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有关

1.单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中在自重作用下沉落形成的单粒结构，其特点是土粒间存在点与点的接触。根据形成条件不同，可分为疏松状态和密实状态

密实状态疏松状态2.蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下沉，形成链环单位,很多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结构3.絮状结构：细微粘粒大都呈针状或片状，质量极轻，在水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面的弱结合水厚度减薄，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔隙较大的絮状结构蜂窝结构絮状结构五、土的构造土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要特征是土的成层性、分散性和裂隙性,即层理构造、分散构造和裂隙构造，三者都造成了土的不均匀性

1.层理构造：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,而沿竖向呈现出成层特征

2.分散构造：土层颗粒分布均匀，性质相近，常见于厚度较大的粗粒土，如砂与卵石层。3.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物

§1.3土的物理性质指标土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标(松密程度、干湿程度、轻重程度)力学特性直接影响表示§1土的物性与分类？一.物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上的比例关系§1.3土的物理状态松密程度干湿程度轻重程度特点:指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义基本方法:三相草图法§1土的物性与分类1.

三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm一.物理性质指标质量体积§1.3土的物理状态§1土的物性与分类三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积已知关系五个:共有九个参数:

VVvVs

Va

Vw

/msmwmam剩下三个独立变量三相草图法物性指标是比例关系:可假设任一参数为1对于饱和土,Va=0剩下两个独立变量实验室测定其它指标是一种简单而实用的方法一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类2.室内测定的三个物理性质指标WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积－土的密度、土粒的比重、土的含水量土的密度土的容重γ=ρg工程上更常用,用于计算土的自重应力单位:kg/m3

或g/cm3单位:kN/m3

一般范围:1.60—2.20

g/cm3定义:单位体积土的质量有时也称土的天然密度表达式:相关指标:三相草图有助于直观理解物性指标的概念一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土粒比重s:土粒的密度，单位体积土粒的质量单位:无量纲土粒比重一般范围:

粘性土2.70—2.75砂土2.654˚C时纯蒸馏水的密度=1.0g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度定义:土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值表达式:一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的含水量定义:土中水的质量与土粒质量之比,

用百分数表示注意:

其实是含水比,可达到或超过100％表达式:一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类表示土中孔隙含量的指标孔隙比孔隙率(孔隙度)３.其它常用的物理性质指标关系:在某种程度上反映土的松密砂类土：28-35%粘性土：30-50%有的可达60-70%定义:土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,无量纲表达式:WaterAirSolidVaVwVsVvV体积定义:土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示表达式:Vs=1Vv=eV=1+eWaterAirSolid体积三相草图可用于确定物性指标之间的关系一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类表示土中含水程度的指标含水量饱和度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积表达式:定义:土中水的体积与孔隙体积的比值饱和度表示孔隙中充满水的程度Sr=0:干土Sr=1:饱和土一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类表示土的密度和容重的指标天然密度干密度饱和密度天然容重干容重浮容重浮密度有效容重饱和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位:kg/m3

或g/cm3单位:kN/m3

定义:

土被完全烘干时的密度,等于单位体积内土粒的质量表达式:一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类各种密度容重之间的大小关系：天然密度干密度饱和密度天然容重干容重浮容重饱和容重WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类五、例题分析【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度Gs为2.66，求该土样的含水量ω、密度ρ、重度

、干重度d

、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度

【解答】小结物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上的比例关系松密程度干湿程度轻重程度特点:指标概念简单，数量很多要点：名称、概念或定义、符号、表达式、单位或量纲、常见值或范围、联系与区别定义基本方法:三相草图法室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量三相草图有助于直观理解物性指标的概念其它常用的物理性质指标表示土中孔隙含量的指标表示土中含水程度的指标表示土的密度和容重的指标三相草图可用于确定物性指标之间的关系三相草图法是求取物理性质指标的简单而有效的方法一.物理性质指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性研究击实性的目的：

以最小的能量消耗获得最大的压实密度

击实方法：室内击实试验现场试验:夯打、振动、碾压土的压实性§1土的物性与分类土的压实性一、土的击实试验在试验室内通过击实试验研究土的压实性。击实试验有轻型和重型两种。击实筒护筒击锤导筒轻型击实试验适用于粒径小于5mm的土，击实筒容积为947cm3，击锤质量为2.5kg。把制备成一定含水量的土料分三层装入击实筒，每层土料用击锤均匀锤击25下，击锤落高为30.5cm

重型击实试验适用于粒径小于40mm的土，击实筒容积为2104cm3，击锤质量为4.5kg，击锤落高为45.7cm

。分五层击实，每层56击。根据击实后土样的密度和实测含水量计算相应的干密度一.室内击实试验

试验设备

击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿

试验条件

土样分层n=3层；落高d=30cm；击数N=27/层

击实能量

试验方法

对土分三层压实；测定击实后的ω、ρ，算定ρd

注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪土§1.6土的压实性§1土的物性与分类二.细粒土的压实性1.击实曲线2.理论分析3.影响因素4.压实标准§1.6土的压实性§1土的物性与分类1.击实曲线特点：①具有峰值②位于饱和曲线之下

粘性土渗透系数很小，压实过程中含水量几乎不变，要想击实到饱和状态是不可能的。0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)饱和曲线dmax=1.86wop=12.1二.细粒土的压实性

最大干密度最优含水量§1.6土的压实性§1土的物性与分类2.理论分析

压实机理：颗粒被击碎，土粒定向排列;粒团破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;空气被挤出或被压缩等水膜润滑作用效果最佳;尚没有形成封闭气泡，气体易于排出;颗粒表面水膜很薄，相对移动困难

水膜润滑作用不明显;封闭气泡难以排出;增加水的相对含量

ωωop,ρdρdmaxω<ωop

,ρd<

ρdmaxω>ωop

,ρd<

ρdmax

0481216202428含水量w(%)2.01.81.61.4干密度d(g/cm3)饱和曲线dmax=1.86wop=12.1二.细粒土的压实性

§1.6土的压实性§1土的物性与分类二、填土的击实特性影响土压实性的因素很多，主要有含水量、击实功能、土的种类和级配等1.含水量的影响ρdmaxωρd0ωop当含水率较低时，击实后的干密度随含水量的增加而增大。而当干密度增大到某一值后，含水量的继续增加反招致干密度的减小。干密度的这一最大值称为该击数下的最大干密度，与它对应的含水量称为最优含水量

说明：当击数一定时，只有在某一含水量下才获得最佳的击实效果

2.击实功能的影响说明：填料的含水率过高或过低都是不利的。含水率过低，填土遇水后容易引起湿陷；过高又将恶化填土的其他力学性质。因此，在实际施工中填土的含水率控制得当与否，不仅涉及到经济效益，而且影响到工程质量ω0ρd击数403020饱和线1.土料的最大干密度和最优含水量不是常数。最大干密度随击数的增加而逐渐增大,最优含水量逐渐减小。然而，这种变化速率是递减的。同时，光凭增加击实功能来提高土的最大干密度是有限的

2.当含水量较低时击数的影响较显著。当含水量较高时，含水量与干密度关系曲线趋近于饱和线，这时提高击实功能是无效的3.土类和级配的影响击实试验表明，在相同击实功能下，粘性土粘粒含量愈高或塑性指数愈大，压实愈困难，最大干密度愈小，最优含水量愈大无粘性土的击实曲线和粘性土击实曲线不同，在含水量较大时得到较高的干密度，因此在无粘性土实际填筑中，通常要不断洒水使其在较高的含水量下压实ωρd0无粘性土的击实曲线说明：土的级配对土的压实性影响很大。级配良好的土，易于压实，级配不良的土，不易压实，因为级配良好的土有足够的细粒去充填较粗粒形成的孔隙，因而能获得较高的干密度3.影响因素a.击实功能b.土的级配

c.击实方式夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适

E二.细粒土的压实性

§1.6土的压实性§1土的物性与分类4.压实标准粘性土存在最优含水量ωop，在填土施工中应该将土料的含水量控制在ωop左右，以期得到ρdmax。在ωop的干侧：常具有凝聚结构。土质比较均匀，强度较高，较脆硬，不易压密；但浸水时易产生附加沉降。在ωop的湿侧：常具有分散结构。土体可塑性大，适应变形的能力强；但强度较低，具有各向异性。在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水量，选定合适的含水量，一般要求为：

b.工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）Ⅰ、Ⅱ级土石坝

Dc>95~98%

Ⅲ~Ⅴ级土石坝

Dc>92~95%

二.细粒土的压实性

§1.6土的压实性§1土的物性与分类①不存在最优含水量；②在完全风干和饱和两种状态下易于击实；③潮湿状态下ρd明显降低。

三.粗粒土的压实性

1.击实曲线特点20%粗砂

ω

=4~5%中砂

ω=7%；时，干密度最小

2.理论分析对粗粒土，击实过程中可以自由排水，不存在细粒土中出现的现象。在潮湿状态下，存在着假凝聚力，加大了阻力。3.压实标准常用相对密度控制Dr>0.7~0.75

施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和§1.6土的压实性§1土的物性与分类二.土的物理状态指标土的物理状态粗粒土的松密程度粘性土的软硬程度土的物理性质指标(三相间的比例关系)力学特性影响表示§1.3土的物理状态§1土的物性与分类emax与emin

：最大与最小孔隙比1.粗粒土的密实状态二.物理状态指标密实度如何衡量?单位体积中固体颗粒含量的多少或孔隙含量的多少优点：简单方便缺点：不能反映级配的影响只能用于同一种土对策相对密度干容重d或孔隙比e或孔隙率nemin

=0.35emin

=0.20§1.3土的物理状态§1土的物性与分类emax:最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比emin:最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比emax与emin

：最大与最小孔隙比注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难二.物理状态指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类用标准贯入锤击数N63.5试验

划分砂土密实度三、例题分析【例】某砂土试样,试验测定土粒相对密度Gs=2.7,含水量ω=9.43%,天然密度ρ=1.66/cm3。已知砂样最密实状态时称得干砂质量ms1=1.62kg,最疏松状态时称得干砂质量ms2=1.45kg。求此砂土的相对密度Dr,并判断砂土所处的密实状态【解答】砂土在天然状态下的孔隙比砂土最小孔隙比砂土最大孔隙比相对密实度∈（1/3,2/3]中密状态粗粒土的密实状态指标

判别标准：

Dr

=1

,最密状态

Dr

=0

,最松状态

Dr≤1/3,

疏松状态1/3<

Dr≤

2/3,中密状态

Dr>2/3

,密实状态相对密度二.物理状态指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类2.粘性土的软硬状态也称稠度状态稠度状态与含水量有关粘性土含水量较硬变软流动二.物理状态指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类塑限wp液限wl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态固态或半固态塑态

流态

强结合水膜最大出现自由水强结合水弱结合水自由水稠度状态含水量土中水的形态w二.物理状态指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类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吸附弱结合水的能力塑性指数二、粘性土的稠度

1.粘性土的稠度状态稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征

0固态或半固态可塑状态流动状态ω塑限ωP液限ωL粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的稠度界限液塑限测定根据《土工试验规程》(SL237-007-1999)规定，采用液塑限联合测定仪进行测定。液塑限联合测定仪下沉深度为17mm所对应的含水量为液限;下沉深度为2mm处所对应的含水量为塑限2.粘性土的塑性指数和液性指数塑性指数IP是液限和塑限的差值(省去%)，即土处在可塑状态的含水量变化范围说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高

说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态

液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比

状态液性指数坚硬硬塑可塑软塑流塑IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1相对稠度问题：仅适用于重塑土即使含水量相同，稠度可能不同液性指数对不同的粘土，wp、wl

大小不同定义：wpwwlIL<0IL=0–1IL>1坚硬状态可塑状态流态0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑软塑二.物理状态指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类对同一种粘土，含水量可反映其稠度问题：——吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小塑性指数常作为细粒土工程分类的依据缺点不能充分反映粘土颗粒含量

不同的粘土矿物结合水的能力不同活性指数p0.002:粒径小于0.002mm颗粒的质量占总土总质量的百分比A<0.75A=075–1.25A>1.25非活性粘土正常粘土活性粘土二.物理状态指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类粗粒土的密实状态指标:

相对密度Dr

小结粘性土的稠度状态指标:

液性指数IL引入定义判别标准稠度界限稠度状态含水量土中水的形态塑性指数液性指数引入定义判别标准二.物理状态指标§1.3土的物理状态§1土的物性与分类粗粒土与粘性土为何采用不同的物理状态指标？反映土的细观特点与力学特性有更直接的联系便于量测四.反映粘性土结构性的指标相同含水量、密度1.粘性土的灵敏度—St

=原状土结构性相同含水量密度、组成粉碎重塑重塑土强度降低St11-22-44-88-16>16粘性土不灵敏低灵敏中等灵敏灵敏很灵敏流动原状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度§1.4土的结构§1土的物性与分类§1.4土（岩）的工程分类一、分类的目的和原则土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别，目的在于通过通用的鉴别标准，便于在不同土类间作有价值的比较、评价、积累以及学术与经验的交流分类原则：1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要测定方法简单，使用方便2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类工程用土的不同特性岩土的工程分类土分为：岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土和特殊土岩石的坚硬程度根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分为坚硬岩、较硬岩、较软岩、软岩和极软岩。当缺乏饱和单轴抗压强度资料或不能进行该试验时，可在现场通过观察定性划分。岩石按风化程度分为未风化、微风化、弱风化、强风化和全风化。岩石的分类

碎石土的分类

砂土的分类

根据粒组含量，砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂。

§1土的物性与分类§1.1土的形成物理风化化学风化量变无粘性土原生矿物质变粘性土次生矿物残积土无搬运运积土有搬运土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物重力:坡积土流水:洪积土、冲积土、湖相土、海相土冰川:冰积土风力：风积土§1.2土的三相组成§1土的物性与分类

土有三个组成部分：固相、液相和气相1.固体颗粒2.土中水3.土中气体粒径级配矿物成分颗粒形状结合水(强结合水、弱结合水)自由水(重力水、毛细水)自由气体封闭气体§1.3土的物理状态物理性质指标土的三个组成相的体积和质量上的比例关系松密程度干湿程度轻重程度定义基本方法:三相草图法室内测定的三个物理性质指标土的密度、土粒的比重、土的含水量其它常用的物理性质指标表示土中孔隙含量的指标表示土中含水程度的指标表示土的密度和容重的指标粗粒土的密实状态指标:

相对密度Dr

粘性土的稠度状态指标:

液性指数IL引入定义判别标准稠度界限稠度状态含水量土中水的形态塑性指数液性指数引入定义判别标准土的物理状态粗粒土的松密状态粘性土的软硬状态表示§1土的物性与分类§1.4土的结构§1土的物性与分类土颗粒或粒团的空间排列和相互联结土粒间的作用力粘性土的结构性指标土的结构粗粒土的结构细粒土的结构§1.5土的工程分类§1土的物性与分类目的：依据：便于研究、交流及应用能反映土的物理力学性质－土的组成土的状态土的结构碎石土砂土粉土粘性土§1.6土的压实性一.室内击实试验二.细粒土的压实性三.粗粒土的压实性1.击实曲线2.理论分析3.影响因素4.压实标准1.击实曲线2.理论分析3.压实标准§1土的物性与分类课后思考题一、填空题1.若某土样的颗粒级配曲线较缓，则不均匀系数数值较

，其夯实后密实度较

。2.级配良好的砂土是指不均匀系数Cu≥

且曲率系数Cc为

的土。3.利用

曲线可确定不均匀系数Cu；为了获得较大密实度，应选择Cu值较

的土作为填方工程的土料。1.大、大2.5、1～33.级配、大4.能传递静水压力的土中水是

水和

水。5.影响压实效果的土中气是与大气

的气体，对工程性质影响不大的土中气是与大气

的气体。6.对于粒径小于0.075mm的颗粒分析应采用

法，对于粒径大于0.075mm的颗粒分析应采用

法。7.粘性土越坚硬，其液性指数数值越

，粘性土的粘粒含量越高，其塑性指数数值越

。8.小于某粒径土的质量占土总质量10%的粒径，称为

粒径，小于某粒径土的质量占土总质量60%的粒径，称为

粒径。4.毛细、重力5.隔绝、连通6.沉降分析、筛分7.小、大8.有效、限制9.处于半固态的粘性土，其界限含水量分别是

、

。10.根据塑性指数，粘性土被分为

土及

土。11.淤泥是指孔隙比大于

且天然含水量大于

的土。12.无粘性土根据土的

进行工程分类，碎石土是指粒径大于2mm的颗粒超过总质量

的土。13.冻胀融陷现象在

性冻土中易发生，其主要原因是土中水分向冻结区

的结果。9.缩限、塑限10.粘、粉质粘11.1.5、wL12.颗粒级配、50％13.季节、迁移积聚14.粘性土的灵敏度越高，受后其强度降低就越

，所以在施工中应注意保护基槽，尽量减少对坑底土的

扰动。15.通常可以通过砂土的

密实度或标准贯入锤击试验的

判定无粘性土的密实程度。14.大、结构15.相对、锤击数二、名词解释1.土的结构2.土的构造3.结合水4.强结合水5.颗粒级配6.液性指数7.可塑状态8.相对密实度9.土的湿陷性10.土的天然稠度11.触变性二、名词解释1.土的结构：土粒或土粒集合体的大小、形状、相互排列与联结等综合特征。2.土的构造：在同一土层剖面中，颗粒或颗粒集合体相互间的特征。3.结合水：受电分子引力吸附于土粒表面的土中水。4.强结合水：紧靠土粒表面的结合水膜。5.颗粒级配：土中各个粒组的相对含量。6.液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。7.可塑状态：当粘性土含水量在某一范围时，可用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当外力移去后仍能保持既得的形状，这种状态称为可塑状态。8.相对密实度：砂土的最大孔隙比和天然孔隙比的差值与最大孔隙比和最小孔隙比的差值之比。9.土的湿陷性：在一定压力作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加下陷的特性。10.土的天然稠度：原状土样测定的液限和天然含水量的差值与塑性指数之比。11.触变性：饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，当扰动停止后，抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质。选择题1.下列土中，最容易发生冻胀融陷现象的季节性冻土是：（A）碎石土（B）砂土（C）粉土（D）粘土您的选项（）2.当粘性土含水量减小，土体积不再减小，土样所处的状态是：（A）固体状态（B）可塑状态（C）流动状态（D）半固体状态您的选项（）1.正确答案：（C）提示：冻胀现象通常发生在细粒土中，特别是粉质土具有较显著的毛细现象，具有较通畅的水源补给通道，且土粒的矿物成分亲水性强，能使大量水迁移和积聚。相反，粘土因其毛细孔隙很小，对水分迁移阻力很大，所以冻胀性较粉质土小。2.正确答案：（A）提示：当粘性土由半固体状态转入固体状态，其体积不再随含水量减小而变化。3.同一土样的饱和重度sat、干重度d、天然重度、有效重度′大小存在的关系是：（A）sat>d>>′（B）sat>>d>′（C）sat>>′>d（D）sat>′>>d您的选项（）4.已知某砂土的最大、最小孔隙比分别为0.7、0.3，若天然孔隙比为0.5，该砂土的相对密实度Dr为：（A）4.0（B）0.75（C）0.25（D）0.5您的选项（）3.正确答案：（B）提示：土的天然重度为土在天然状态下，单位体积的重力，土的干重度为土单位体积的土颗粒重力，土的饱和重度为土孔隙全部充满水时单位体积的重力，土的有效重度为处于地下水位以下的土，扣除水的浮力后，单位体积的重力。4.正确答案：（D）提示：无粘性土的相对密实度Dr＝（emax－e）/（emax－emin），式中：emax、emin分别为无粘性土的最大（最松散状态）、最小（最密实状态）孔隙比，e为无粘性土的天然孔隙比。5.判别粘性土软硬状态的指标是：液限塑限塑性指数液性指数您的选项（）6亲水性最弱的粘土矿物是：蒙脱石伊利石高岭石方解石您的选项（）5.正确答案：（D）提示：液性指数IL＝（w－wP）/（wL－wP），式中：wP为塑限，wL为液限，w为天然含水量。W数值越大，其液性指数IL数值越大，表明土体越软，IL数值越小，表明土体越坚硬。6.正确答案：（C）提示：粘土矿物主要有蒙脱石、高岭石、伊利石，亲水性是指其吸水膨胀、失水收缩的特性，三种主要粘土矿物中，亲水性最强的是蒙脱石，最弱的是高岭石，伊利石居中。7.土的三相比例指标中需通过实验直接测定的指标为：含水量、孔隙比、饱和度密度、含水量、孔隙率土粒比重、含水量、密度密度、含水量、孔隙比您的选项（）8.细粒土进行工程分类的依据是：塑限液限粒度成分塑性指数您的选项（）7.正确答案：（C）提示：土的三相比例指标中可直接测定的指标被称为基本指标，包括土粒