第一章土的物理性质及工程分类

第一章土的物理性质与工程分类第一节土的成因及其构造第二节土的物理性质指标第三节土的物理状态指标第四节土的工程分类及野外鉴别方法一、土的生成岩石风化，剥蚀水、风的搬运或就地沉积土物理风化：生成砂、砾等粗颗粒土。化学风化：生成粘性土。生物风化土的沉积类型：残积土、坡积土、洪积土、冲积土等。特殊土：软土、黄土、红粘土、冻土等。

第一节土的成因及其构造物理风化化学风化基岩残积土坡积土洪积土冲积土风积土（黄土高原风成学说）雅丹地貌（风蚀作用形成）二、土的三相组成土是由土粒（固相）、水（液相）、空气（气相）组成的三相体系；

孔隙中充满水时为饱和土，为二相体系；完全无水时土为干土，也是二相体系。1、固体颗粒(1)颗粒的矿物成分和颗粒分组1）土的矿物成分a、原生矿物物理风化产物，石英、长石、云母等。颗粒粗，为砂、砾组主要成分。b、次生矿物化学风化产物，颗粒细，为粘粒组的主要成分。颗粒细，比表面积大，活性大，亲水性强。2)土的粒径分组粒度:颗粒粒径的大小;粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。0.0050.05220200

单位：mm黏土粒

粉粒

砂粒

圆粒角粒

卵石碎石

漂石块石粒径细粒（粉粒：0.005＜d≤0.075；粘粒：d≤0.005）

粒组划分：工程上将物理力学性质相近的颗粒划分为一组，便于研究。巨粒（漂石、块石：d＞200；卵石、碎石：60＜d≤200）粗粒（砾粒、粗粒：20＜d≤60，

细粒2＜d≤20；砂粒：0.075＜d≤2）透水性大，无粘性。透水性大，无粘性。易透水，无粘性，松散。透水性小，稍有粘性。透水性很小，有粘性，可塑。

（2）土工分析方法筛分法（0.075~60）密度计法(≤0.075的粉粒，粘粒)筛分法的孔径和仪器1)粗筛：孔径为60、40、20、10、5、2mm。2)细筛：孔径为2、1、0．5、0．25、0.075mm。（3）土的颗粒级配曲线颗粒级配：指大小土粒的搭配情况，通常用各粒组的相对含量表示。颗粒级配曲线：纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比；横坐标表示土粒的粒径（取对数坐标）。试验结果表述：

不均匀系数Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。级配均匀的土曲线平缓，粒径不均匀，级配好；曲线陡，粒径均匀，级配不好。曲线特征级配良好的土土中的水固态自由水气态液态结合水重力水毛细水强结合水弱结合水2、土中的水粘性土的性质土中水：固态水、气态水、液态水（1）结合水强结合水：紧靠土粒表面（受电场作用力很大）近于固体特征。弱结合水：强结合水外，受电场作用减小，呈粘滞状态，对粘性土物理力学性质影响大。土中水：固态水、气态水、液态水（2）自由水（不受电场吸引）重力水：地下水位以下土孔隙中，服从重力规律，传递水压力，对土粒有浮力。毛细水：存在于地下水位以上土孔隙中（表面张力作用产生，细粒土明显），注意防冻、防潮。毛细管水上升高度的影响因素孔隙大小和形状粒径尺寸水的表面张力吸着水示意图潜水承压水上层滞水含水层地下水埋藏方式简介：

地下水位面天然地面补给源不透水层喷泉

3、土中气体

自由气体：与大气相通时可排出；

封闭气体：可使土产生压缩性和弹性。三、土的结构与构造（1）

单粒结构1、土的结构：土中颗粒及其集合物的堆积方式和相互联结方式。生成时重力起主要作用，颗粒之间以机械作用为主。粗粒土：单粒结构疏松状态（左图）在荷载作用下，会使土粒移向更稳定的位置而更加密实，同时产生较大的变形

密实状态（右图）比较稳定粉土：蜂窝结构土粒下沉过程中，接触点引力大于下沉土粒重量形成链环状单元，很多这样的链环状单元联接起来，便形成孔隙较大的蜂窝状结构，蜂窝状结构常在粉土、粘土类中遇到（2）蜂窝结构微小的粘粒，重量极轻，靠其自重在水中下沉，极为缓慢，土粒表面常带有同号电荷，因而悬浮在水中作分子热运动，不能相互碰撞结成粒团下沉。在悬液介质发生变化时，土表面的弱吸着水厚度减薄，运动着的粘粒相互聚合，以面对边或者面对角的接触，并凝结成（3）絮状结构特点：孔隙很大，强度低、压缩性高、对扰动比较敏感，土粒间的联接强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强。2、土的构造（1）层状构造土粒在沉积过程中，由于不同的地质作用和沉积环境条件，大体相同的物质成分和土粒大小在水平方向沉积成一定厚度，呈现出成层特征。（2）裂隙构造裂隙构造是指土层中存在的各种裂隙，裂隙中往往有盐类的沉淀。（3）结核构造在细粒土中明显掺有大颗粒或聚集的铁质、钙质等结合体、贝壳等杂物称为结核构造。3、土的特性（1）

土有较大的压缩性。（2）

土颗粒之间具有相对移动性。（3）土具有较大的透水性。土的三个特性对应土力学三个定律：1.压缩性——压密定律2.移动性——库仑定律3.透水性——达西定律土的三个特性：第二节土的物理性质指标土颗粒水气体孔隙一、土的三相图V1、土的饱和密度和饱和重度二.土的主要物理指标2、土的浮密度和重度1+e土颗粒土颗粒水e1msmwm3、土的干密度和干重度在建筑工程中，常以干重度作为土的密实程度的指标5.天然土的密度土的重度测定方法:环刀法:适用于细粒土灌水法:现场测定粗粒土、巨粒土灌砂法:现场测定粗粒土,最大粒径不超过15mm核子密度仪:现场快速测定法土颗粒水气体mVVWmW4.土粒相对密度（比密度）：6.土的天然含水量测定方法：烘干法：适用于粘性土、粉土、砂土红外线法：适用于少量试样试验酒精燃烧法：适用于少量试样快速测定铁锅炒干法：适用于卵石或砂夹卵石单元土三相图土颗粒水气体7、孔隙比e孔隙比：部分与部分比值，可大于等于1孔隙率：部分与整体比值，不可能大于18、孔隙率n9、饱和度饱和度用于判定无粘性土的潮湿程度三、土的三相物理性质指标的关系（书P12表1—2）第三节土的物理状态指标土的物理状态：无粘性土：密实程度：松、密粘性土：软硬程度（稠度）：软、硬一、粗粒土（无黏性土）的物理状态指标无粘性土的密实度与其工程性质有着密切的关系，呈密实状态时，强度较大，可作为良好的天然地基，呈松散状态时，则是不良地基。对于同一种无粘性土，当其孔隙比小于某一限度时，处于密实状态，随着孔隙比的增大，则处于中密、稍密直到松散状态。相对密实度不同的土不可以用孔隙比来判定，而要用相对密度来判定最大孔隙比用漏斗法来测定最小孔隙比用振动锤击法来测定1.砂土的密实程度同一种土，可以用孔隙比e来判定土的密实程度根据值可把砂土的密实度状态划分为下列三种：密实的中密的松散的

标准贯入试验（StandardPenetrationTest）

标准贯入数N63.5锤重：63.5kg

落距：760mm

打入深度：300mm具体工程中可根据标准贯入试验锤击数N来评定砂土的密实度：

书P13表1-32、碎石土的密实度碎石土的颗粒较粗，试验时不易取得原状土样，根据重型圆锥动力触探锤击数N63.5可将碎石土的密实度划分为松散、稍密、中密和密实P14表1-4。也可根据野外鉴别方法确定其密实度P14表1-5

二、粘性土的物理特征

1、

粘性土的界限含水量粘性土由于其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态

粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，叫做界限含水量。

我国目前以联合法测定液限和塑限

颗粒水VsVs+Va固态wLwPws缩限塑限液限半固态可塑态液态wVO2.粘性土的稠度界限

液限和塑限的测定方法：液限（LiquidLimit）：锥式（瓦氏）液限仪或碟式（卡式）液限仪或液、塑限联合测定仪塑限（PlasticLimit）：搓条法或液、塑限联合测定仪

（1）塑性指数：综合反映粘性土的特性以及各类重要因素的影响，因此可用于土的分类及其性质的评估。反映粘性土可塑性的大小。液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）成为塑性指数（2）液性指数反映粘性土软硬程度（稠度，潮湿程度）。固态或半固态可塑状态液态

3、粘性土的灵敏度和触变性

(1)天然状态下的粘性土、通常都具有一定的结构性，当受到外来因素的扰动时，土粒间的胶结物质以及土粒，离子、水分子所组成的平衡体系受到破坏，土的强度降低和压缩性增大．土的结构性对强度的这种影响，一般用灵敏度来衡量。土的灵敏度是以原状土的强度与同一土经重塑(指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏)后的强度之比来表示的。St＞4

高灵敏度；2＜St≤4

中灵敏度；1＜St≤2

低灵敏度。

(2)土的触变性饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。第四节土的工程分类及野外鉴别方法一、土的工程分类按《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB1002.5-99）对土、石的工程分类。

一、土（岩）的工程分类

岩土

岩石碎石土

粉土特殊土

砂土强度、节理级配、形状

粘性土塑性指数或塑性图（一）岩石岩石是指土粒间具有牢固连接，呈整体或具节理和裂隙的岩块。岩石按坚硬程度、软化性、抗风化能力进行分类。岩石按坚硬程度分类岩石类别饱和单轴极限抗压强度硬质岩石极硬岩大于60硬质岩30以上至60软质岩石软质岩5以上至30极软岩5以下（二）碎石类土碎石类土是指粒径大于2mm的颗粒含量超过全部质量50%的非粘性土。土的名称颗粒形状颗粒级配漂石土浑圆或圆棱状为主粒径大于200mm超过全质量50%块石土尖棱状为主卵石土浑圆或圆棱状为主粒径大于20mm超过全质量50%碎石土尖棱状为主圆砾土浑圆或圆棱状为主粒径大于2mm超过全质量50%角砾土尖棱状为主注意：粒径由上到下以先符合者定名（三）砂类土砂类土是指干燥时呈松散状态，粒径大于2mm的颗粒含量不超过全部质量的50%，塑性指数不大于3的土。土的名称土的颗粒级配砾砂粒径大于2mm颗粒占全部质量25%～50%粗砂粒径大于0.5mm颗粒超过全部质量50%中砂粒径大于0.25mm颗粒超过全部质量50%细砂粒径大于0.075mm颗粒超过全部质量85%粉砂粒径大于0.075mm颗粒少于全部质量50%(四)黏性土1.黏性土按工程地质特征分类(1)老黏性土(2)一般黏性土(3)新近沉积的黏性土2.黏性土按塑性指数分类：粘土和粉质粘土。表1-143.黏性土按液性指数分类：坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑。表1-15塑性图由美国卡萨格兰德（Cassagrande）于1947年提出，现为世界通用的一种细粒土的分类方法。左图是以76g