第一章：土的物理性质及工程分类

1、土的物理性质及工程分类

1.1

土的成因与特性1.2土的三相组成1.3

土的物理性质指标1.4

土的物理状态指标1.5

土的压实机理1.6地基岩土的工程分类1.7土的野外鉴别1.1土的成因与特性1.1.1土的成因土：由地壳岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积，形成由固体矿物、液态水和气体组成的一种集合体。（土是岩石风化的产物）风化：地表或接近地表的岩石在大气、水和生物活动等因素的影响下，使岩石遭受物理的化学的的变化。1物理风化：2化学风化：3生物风化：1.1.2土的结构是指土粒单元的大小、形状、表面特征、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征。2、分

类单粒结构蜂窝结构絮状结构由较粗的砾石、砂粒在重力作用下沉积而成（无粘性性土）。由粉粒（粒径0.005-0.075mm）在水中沉积而成，孔隙较大。由粘粒（粒径小于0.005mm）在水中处于悬浮状态凝聚成海绵絮状的集合体。1、定

义1.1.3土层构造土的构造：在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的相互关系的特征。1层状构造2分散构造3裂隙构造固体矿物颗粒（固相）土中气体（气相）土中水（液相）

1.2

土的三相组成1.2.1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（2）次生矿物（3）有机质次生矿物蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石土按有机质含量分类无极土有机质土泥炭质土泥炭2.土的粒组划分粒组：按性质相近的原则划分粘粒粉粒砂粒圆粒碎石块石0.0050.075260200巨粒粗粒细粒3.土的颗粒级配（1）定义

工程中常用土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数来表示土中各粒组搭配情况，称为土的颗粒级配。（2）粒径分析方法筛分法（60mm>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10-22-0.050.05-0.005<0.005A09910B066304C445600由曲线的坡度可判断土的均匀程度

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d60d50d10d30特征粒径:

d50

:平均粒径d60:限制粒径d10

:有效粒径d30

;中值粒径不均匀程度：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

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Cc=1-3,级配连续性好粒径级配判定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。1.2.2

土中水（1）结合水强结合水、弱结合水（2）自由水重力水、毛细水（3）气态水（4）固态水双电层结合水概念强结合水、弱结合水双电层概念1.2.3

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1.3

土的物理性质指标固相液相气相土颗粒土中水土中气构成土骨架，起决定作用重要影响次要作用1、三相草图WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积已知关系五个:共有九个参数:

VVvVs

Va

Vω

/msmωmam剩下三个独立变量物性指标是比例关系:可假设任一参数为1实验室测定其它指标2、室内测定的三个物理性质指标—基本物理指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的密度单位:

kg/m3

或g/cm3一般范围:

1.60—2.20

g/cm3土单位体积的质量有时也称土的天然密度表达式:相关指标:土的容重（重度）γ=ρg单位:kN/m3

环刀法测得土粒比重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2.65

有机质、泥炭土较小=1.0g/cm3土粒比重在数值上等于土粒的密度土粒的质量与同体积的4˚C时纯水的质量的比值表达式:比重瓶法测得WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土的含水量土中水的质量与土粒质量之比,用百分数表示注:

1.含水量

可达到或超过100％

2.根据现行《岩土工程术语标准》改为含水率。

3.对于含有机质超过干土质量5%的土，烘干温度65~70℃。表达式:用烘干法测得孔隙比３.其它常用的物理性质指标—导出指标土中孔隙体积与固体颗粒体积之比,无量纲表达式:WaterAirSoilVaVwVsVvV体积关系:孔隙率

土中孔隙体积与总体积之比,用百分数表示表达式:n,e反映土的密实程度。e<0.6,低压缩性土；e>1.0,高压缩性土。饱和度表达式: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Ssat=0:

干土Ssat=1:

饱和土干密度干重度WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积单位体积内土颗粒的质量干密度作为检测人工填土密实程度的指标。饱和密度饱和重度土孔隙中充满水时，单位体积土的质量。有效重度（浮重度）有效密度（浮密度）单位体积中土颗粒的有效质量。各种密度容重之间的大小关系：天然密度干密度饱和密度有效密度4

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。例题1-11.4

土的物理状态指标

土的物理性质指标(三相间的比例关系)。可以用来表示土的物理状态，包括：无粘性土的松密程度和粘性土的软硬状态，从而影响了土的力学特性。一、无粘性土的密实度划分标准（1）孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.85松散中密密实稍密（2）相对密度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。砂土的密实状态指标判别标准：Dr=1,最密状态

Dr=0,最松状态

0≤

Dr≤0.33,疏松状态

0.33<Dr≤0.67,中密状态

1>Dr>0.67,密实状态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（3）标准贯入试验击数N（未经修正）为标准301510松散中密密实稍密（4）碎石土的密实度圆锥动力触探轻型重型超重型二、粘性土的物理特征1、稠度状态与界限含水量固态或半固态塑态

流态

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塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态强结合水膜最大出现自由水缩限——吸附结合水的能力；粘性大小；大致反映粘土颗粒含量

（1）塑性指数常作为细粒土工程分类的依据2、粘性土的可塑性及指标不同的粘土，ωp、ωl

大小不同对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同（2）液性指数定义：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硬塑可塑软塑粘性土在某含水量范围内，用外力塑成任何形状而不发生裂纹，外力移去后仍能保持既得形状。----可塑性三、反映粘性土结构性的指标1.粘性土的结构性概念原状土具有结构性，具有相同的含水量和密度，经过粉碎/重塑后，变为重塑土，强度降低。2.粘性土的灵敏度St

=原状土的无侧限抗压强度重塑土的无侧限抗压强度相同含水量、密度▼含水量不变，密度不变，因重塑而强度降低，又因静置而逐渐强化，强度逐渐恢复的现象，称为触变性。▼土的触变性是土结构中联结形态发生变化引起的，是土结构随时间变化的宏观表现。▼目前尚没有合理的描述土触变性的方法和指标。3.粘性土的触变性

作业P28，习题1-2，1-4P14例题1-1，VS=1CM3,V=1CM3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§1.5土的压实性一、室内击实试验

试验设备

击实筒V=1000cm3；击实锤w=2.5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ω=cosnst的土；分三层压实；测定击实后的ω、ρ，算定ρd土1.击实曲线特点：①具有峰值，即最大干密度与最优含水量②位于饱和曲线之下

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、细粒土的压实性粘性土K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。若2.压实机理：颗粒被击碎，土粒定向排列;土粒破碎，粒间联结力被破坏而发生孔隙体积减小;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;增加水的相对含量当ωωop,ρdρdmax当ω<ωop,ρd<

ρdmax当ω>ωop,ρd<

ρdmax

3.影响因素a.击实功能b.土粒级配

c.含水率

4.压实标准a.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，通常取

b.工程上常采用压实度Dc控制（作为填方密度控制标准）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.压实特点粗砂

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▼施工过程中要么风干，要么就充分洒水，使土料饱和目的：依据：建