土的物理性质及分类内容丰富

第一章土的物理性质及分类

概述

土的生成

土的组成

土的三相比例指标

无粘性土的密实度

粘性土的物理特征

土的渗透性

地基土（岩）的分类

一词在不同的学科领域有其不同的涵义。就土木工程领域而言，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物。土与岩石的区分仅在于颗粒间胶结的强弱。土地质作用：导致地壳成分变化和构造变化的作用地质作用内力地质作用外力地质作用岩浆活动地壳运动变质作用气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等土的生成地质作用矿物与岩石

造岩矿物：

石英方解石正长石斜长石角闪石辉石等硬度等级矿物名称野外简易鉴定方法1滑石用软铅笔划时留下条痕，用指甲容易刻划2石膏用指甲可刻划3方解石用黄钢板刻划可留下条痕，用小刀很容易刻划4萤石小刀可刻划5磷灰石用削铅笔刀刻划时刻留下明显痕迹，能刻划玻璃6正长石小刀可勉强留下看得见的划痕，能刻划玻璃7石英用小刀不能刻划8黄玉能割开玻璃，难于刻划石英9刚玉能刻划石英10金刚石能刻划石英矿物的硬度等级岩石三大类岩石的代表：岩浆岩沉积岩变质岩岩浆岩沉积岩变质岩地质年代的概念

地质年代:是指地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的时代段落。地质年代相对地质年代（太古代、元古代、中生代和新生代）绝对地质年代第四纪沉积积物（层））残积物：是残留在原原地未被搬搬运曲那一一部分原岩岩风化剥蚀蚀后的产物物，而另一一部分则被被风和降水水所带走。。坡积物：是雨雪水流流的地质作作用将高处处岩石风化化产物缓慢慢地洗刷剥剥蚀、顺着着斜坡向下下逐惭移动动、沉积在在较平缓的的山坡上而而形成的沉沉积物。冲积物：是河流流水水的地质作作用将两岸岸基岩及其其上部覆盖盖的坡积、、洪积物质质剥蚀后搬搬运、沉积积在河流坡坡降平缓地地带形成的的沉积物。。平原河谷冲冲积物山区河谷冲冲积物土的组成土是由固相，液相相，气相组成的三相相分散系。。气相——主要是空气气，水蒸气气，有时还还有沼气等等。固相——包括多种矿矿物成分组组成土的骨骨架，骨架架间的空隙隙为液相和和气相填满满，这些空空隙是相互互连通的形形成多孔介介质。液相——主要是水(溶解有少量量的可溶盐盐类)。由岩石经物物理风化生生成的颗粒粒通常是由由一种或几几种原生矿矿物所组成成，它的成成成分与母岩岩的相同，，常见的有有石英，长长石和云母母。颗粒一般较较粗，多呈呈浑圆形，，块状或板板状。吸附水的能能力弱，性性质比较稳稳，无塑性性。由原生矿物物经化学风风化生成的的新矿物，，它的成分分成分与母母岩的完全全不同。次次矿物主要是是粘土矿物物，即高岭岭石，伊利利石和蒙脱脱石。颗粒极细，，且多呈片片状。性质活泼，，有较强的的吸附水能能力（尤其其是由蒙脱脱石组成的的颗粒），，具塑性。。土是岩石风风化的产物物。因此土土粒的矿物物组成将取取决于成土土母岩的矿物物组成及其后后的风化作用。成土矿物物可分为两两大类。原生矿物次生矿物一：土的固固相可溶性次生生矿物。最最常见的有有岩盐，钾钾盐，石膏膏，方解石石，硫酸盐盐类还对金金属和混凝凝土有一定定的腐蚀作作用动植物分解解后的残骸骸，分解彻彻底的称为为腐殖质/腐殖质的颗颗粒极细，，粒径小于于0.1μm，呈凝胶状状，带有电电荷，具有有极强的吸吸附性。水溶盐有机质土的颗粒级级配土是由大小小不同的土土粒组成的的。土粒的的粒径由粗粗到细逐渐渐变化时，，土的性质质相应地发发生变化。。界限粒径——划分粒组的的分界尺寸寸。土的颗粒级级配——土中各粒组组的相对百百分含量，，通常用各各粒组占土土粒总质量量（干土质质量）的百百分数表示示，也称为土的粒度成成分。粗粒土指以砾石和和砂粒为主主的土，又又称为无粘粘性土。细粒土指以粉粒、、粘粒和胶胶粒为主的的土，又称称为粘性土土。土按颗粒级级配的分类类《岩土工程勘勘察规范》中的分类法法：粒径＞2mm的质量超过过50%的称为碎石土粒径＞2mm的质量小于于50％而＞0.075mm的质量超过过50%的称为砂土粒径＞0.075mm的质量小于于50%的定为粉土或粘性性土碎石土、砂砂土和粉土土又称为无粘性土粒组统称粒组名称粒径d范围（mm）分析方法主要特征巨粒漂石（块石）粒d>200直接测定透水性很大，压缩性极小，颗粒间无粘结，无毛细性。卵石（碎石）粒60<d≤200粗粒砾粒粗砾20<d≤60筛

分

法透水性大，压缩性小，无粘性，有一定毛细性。细砾2<d≤20砂粒粗砂0.5<d≤2中砂0.25<d≤0.5细砂0.075<d≤0.25细粒粉粒0.005<d≤0.075静水沉降原理透水性小，压缩性中等，毛细上升高度大，微粘性。粘粒d≤0.005透水性极弱，压缩性变化大，具粘性和可塑性。土粒粒组的的划分颗粒级配累累积曲线——土粒质量累累计百分数数为10%时，相应的的粒径称为为有效粒径d10。小于某粒粒径的土粒粒质量累计计百分数为为30%时的粒径用用d30表示。当小小于某粒径径的土粒质质量累计百百分数为60%时，该粒径径称为限定粒径d60。利用颗粒级级配累积曲曲线可以确确定土粒的的级配指标标，如d60与d10的比值Cu称不均匀系数数:不均匀系数数Cu反映大小不同粒粒组的分布布情况。Cu越大表示土土粒大小的的分布范围围越大，其其级配越良良好。曲率率系数Cc描写累积曲曲线的分布布范围，反映曲线线的整体形形状。曲率系数Cc:颗粒级配的测定筛分法（适用于砾砾石类和砂砂类土，d>0.075mm）水分法（适用于粉粉土和粘性性土，d<0.075mm）（虹吸比重瓶瓶法、移液液管法、比比重计法）21.00.50.250.150.075200g10161824223872P%958778665536水分法曲线平缓，，粒径大小小相差悬殊殊，土粒不不均匀。对对于级配良良好的土，，土的密实实度较好，，地基土的的强度和稳稳定性较好好，透水性性和压缩性性较小。级配良好二、土的液液相土中水处于于不同位置置和温度条条件下，可可具有不同同的物理状状态—固态，液态态、气态。液态水是土土中孔隙水水的主要存存在状态，，可分为结合水，毛毛细水，重重力水。

水的类型主要作用力

结合水物理化学力

非结合水毛细水

表面张力重力重力水

重力特点:1.土颗粒表面面带有一定定的电荷，，由于静电电作用力，，形成双电电层，双电电层的厚薄薄也反映了了结合水的的厚薄。2.密度较大，，粘滞度高高，流动性性差，冰点点低，比热热较大，介介电常数较较低。这种种差异随距距离增加而而减弱。(一)结合水结合水强结合水:排列致密、、定向性强强密度>1g/cm3冰点处于零零下几十度度具有固体的的的特性温度高于100°C时可蒸发弱结合水:位于强结合合水之外，，电场引力力作用范围围之内外力作用下下可以移动动不因重力而而移动，有有粘滞性（二）非结结合水定义:在双电层影影响以外的的水为自由由液态水，，它主要受受重力作用用的控制，，土粒表面面吸引力居居次要地位位，这部分分水称为非非结合水，，它包括毛毛细水和重重力水。(1)毛细水特点:1.毛细水是受到水与与空气交界界面处表面面张力作用用的自由水。2.毛细水按其与地下下水面是否否联系可分分为毛细悬悬挂水(与地下水无无直接联系系)和毛细水上上升水与地地下水相连连两种。3.毛细水是受毛细管管作用控制制的水，毛毛管直径愈愈细上升高度愈高。。在常温下下毛细上升升高度hc与毛管半径径r有以下关系：：hc=15/r当r=0.1μm时，hc=150mm，这与砂土土(粒径为0.5~lmm)中的情况大大致相当。。粘土的孔孔隙直径约约为0.1μm，按上式计计算毛细上上升高度将将达150m。4.毛细区域内的水水压力与一一般静水压压力的概念念相同，它它与水头高高度非常hc成正比。负负号表示拉拉力。自由由水位以下下为压力，，自由水位位以上，毛毛细区域内内为拉力。。颗粒骨架架承受水的的反作用力力，因此自自由水位以以下。上骨骨架受浮托托力，减小小颗粒间的的压力。自自由水位以以上，毛细细区域内，，颗粒间受受压力，毛毛细压力呈呈倒三角形形分布。弯弯液面处最最大，自由由水面处为为零。（2）重力水特点:重力水是存存在于地下下水位以下下的适水土土层中的地地下水。它它是在重力力或压力差差作用下运运动的自由由水，对土土粒有浮力力作用。重重力水只受受重力控制制，不受土土粒表面吸吸引力的影影响。毛细压力增增加了土粒粒间的联结结，所以散散粒状的砂砂土，当含含有少量水水分时具有有假粘聚力力，但是当当土饱和时时，这种联联结作用即即告消失。。因此，由由于毛细力力而呈现的粘性是暂暂时性的。（3）固态水特点:1.水结冰后体积膨膨胀，同时由于于水分迁移和补补给，在土层中会形成冰冰层或透镜体。。2.固态水在土中起起着暂时的胶结结作用，提高土土的力学强度，降低透水水性。3.温度升高后，冰冰层解冻为液态态水，使土的强强度急剧降低，压缩性增增大，土的性质质显著恶化，如如处于地下水以上的某些些公路路面在开开春后的翻浆现现象就是一例。（三）土的气相相分类:1.吸附于土颗粒表表面的气体2.溶解于水中的气气体3.四周为颗粒和水水所封闭的气体体以及自由气体体特点:通常认为自由气气体与大气连通通，对土的性质质无大影响。密闭气体的的体积与压力有有关，压力增加加，则体积缩小，压力减减小，则体积胀胀大。因此，密密闭气体的存在增加了土土的弹性，同时时还可阻塞土中中的渗流通道，减小上的的渗透性。物理风化仅使岩岩石产生量的变变化岩石物理分化化学分化土化学风化仅使岩岩石产生质的变变化粘土颗粒性质土粒的粒径由粗粗到细逐渐变化化时，土的性质质相应地发生变变化原生矿物经化学学风化生成的新新矿物，它的成成分成分与母岩岩的完全不同。。颗粒极细，性性质活泼，有较较强的吸附水能能力，具塑性。。颗粒通常是由一一种或几种原生生矿物所组成，，它的成分成分分与母岩的相同同，颗粒一般较较粗，吸附水的的能力弱，性质质比较稳，无塑塑性。原生矿物次生矿物土粒的大小及其其组成土的三相比例指指标WaterAirSoilVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积土粒比重(比重瓶法)：ρs：土粒密度（g/cm3)ρwl：纯水在4摄氏度时的密度度土的含水量(烘干法)：土中水的质量与与土粒质量之比比土的天然密度(环刀法)：土单位体积的质质量土的干密度：土单位体积中固固体颗粒部分的的质量土的饱和密度：：土孔隙中充满水水时的单位体积积质量土的有效密度：地下水位以下，，单位土体积中中土粒的质量扣扣除同体积水的的质量后，即为为单位土体积中中土粒的有效质质量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各种密度容重之之间的大小关系系土的孔隙比：土中孔隙体积与与土粒体积之比比土的孔隙率：土中孔隙所占体体积与总体积之之比土的饱和度：土中被水充满的的孔隙体积与孔孔隙总体积之比比例题1试证明如下各式式：（2）（1）（3）（4）证明:(1)(2)(3)(4)例题2试证明：土体处处在饱和状态时时，含水量与干干容重之间存在在着如下关系：：证明:因为土处于饱和和状态且例题3一击实试验：击击实筒体积1000cm3，测得湿土质量量为1.95kg，取一质量为17.48g的湿土，烘干后后质量为15.03g，计算含水量和和干重度度。解：天然重度含水量例题4一体积为50cm3的土样，湿土质质量0.09kg，烘干后质量为为0.068kg，土粒相对密度度，，求求其孔隙比，，若将土样压缩缩，使其干密度度达到1.61t/m3，土样孔隙比将将减少多少？解：孔隙比减小值土样的天然密度度土样的含水量无粘性土的密实实度定义：指单位体积中固固体颗粒的含量量。特点：1.土颗粒含量多，，土就密实；2.土颗粒含量少，，土就疏松。相对密度：反映无粘性土土的密实状态态假定第一种砂砂是理想的均均匀圆球，不不均匀系数Cu=1.0。这种砂最密密实时的排列列见图a。这时的孔隙隙比e=0.35，如果砂粒的的比重G=2.65，则最密时的的干密度：第二种砂同样样是理想的圆圆球。但其级级配中除大的的圆球外，还还有小的圆球球可以充填于于孔隙中，即即不均匀系数数Cu>=1.0,如图b。显然，这种种砂最密时的的孔隙比e<0.35。就是说这两两种砂若都具具有同样的孔孔隙比e=0.35时,对于第一种砂砂，已处于最最密实的状态态，而对于第第二种砂则不不是最密实。。密实度判别标标准：疏松中密密实粘性土的物理理特征一、粘性土的的三种状态1、固态或半固态态------土中含水量很很低时，水都都被颗粒表面面的电荷紧紧紧吸着于颗粒粒表面，成为为强结合水。。强结合水的的性质接近于于固态，土表表现为固态或半固态态。2、可塑状态--------含水量增加，，被吸附在颗颗粒周围的水水膜加厚，土土粒周围除强强结合水外还还有弱结合水水，弱结合水水不能传递静静水压力，不不能自由流动动，但受力时时可以变形，，土体受外力力作用可以被被捏成任意形形状而不破裂裂，外力取消消后仍然保持持改变后的形形状。这种状状态称为可塑状态。3、流动状态-------当含水量继续续增加，土中中除结合水外外，已有相当当数量的水处处于电场引力力影响范围以以外，成为自自内水。这时时土粒之间被被自由水所隔隔开，土体不不能原受任何何剪应力，而而呈流动状态。可见，从物理理概念分析，，土的稠度实实际上是反应应土中水的形形态。土的特征含水水量-----土从某种状态态进入另外一一种状态的分分界含水量。。液性界限(WL)简称液限-----土从塑性状态态转变为液性性状态时的含含水量。塑性界限(WP)简称塑限------土从半固体状状态转变为塑塑性状态时的的含水量。塑性指数：液限和塑限的的差值，即土土处在可塑状状态的含水量量变化范围液性指数：粘性土的天然然含水量和塑塑限的差值与与塑性指数之之比液性指数Ip状态坚硬硬塑可塑软塑流塑粘性土（细粒粒土）的状态态分类液性指数反映映土的软硬状状态土的灵敏度：：原状土的强度度与同一土经经重塑后的强强度之比土的触变性：：粘性土的抗剪剪强度随时间间恢复的胶体体化学性质饱和粘性土的的灵敏度：土的渗透性土的渗透性：：一般是指水流流通过土中孔孔隙难易程度度的性质。层流紊流地下水在土中中孔隙或微小小裂隙中以不不大的速度连连续渗透地下水在岩石石的裂隙或空空洞中流动，，速度较大地下水运动的的两种形式：：达西定律V---水在土中的渗渗透速度，cm/s,单位时间内流流过一单位土土截面的水量量i---水力梯度，K---土的渗透系数数，cm/s用于粘土的达达西定律表示曲线b在i轴上的截距地基土（岩））的分类岩石的工程分分类坚硬程度风化程度硬质岩石软质岩石微风化中等风化强风化岩石坚硬程度分类类别强度（MPa）代表性岩石硬质岩石≥30花岗岩、闪长岩、玄武岩、石灰岩、石英砂岩、硅质砾岩、花岗片麻岩、石英岩等软质岩石＜30页岩、粘土岩、绿泥石片岩、云母片岩等岩石风化程度的划分风化程度坚硬程度划分硬质岩石软质岩石风化特征微风化

岩质新鲜,表面有风化迹象，锤击声清脆，并感觉锤有弹跳，裂隙少，岩块大于50cm，用镐很难挖掘，岩芯呈圆柱状。

岩石的结构、构造清楚。岩体层理清晰。裂隙较发育，岩块为20～50cm，裂隙中有风化物质填充。锤击沿片理或页理裂开。用镐较难挖掘。岩芯分裂，但可拼成圆柱状。中等风化

岩石的结构、构造清楚。岩体层理清晰。锤击声脆，微有弹跳感。裂隙较发育，岩块为20～50cm，用镐难挖掘。岩芯分裂，但可拼成圆柱状。

岩石的结构、构造及岩体层理尚能辨认。裂隙很发育，岩块为2～20cm，碎块用手可折断。用镐易挖掘。岩芯破碎，不能拼成圆柱状。强风化

岩石的结构、构造及岩体层理都不甚清晰。矿物成分已显著变化，有次生物矿。锤击为空壳声，碎块用手易折断，裂隙发育，岩块为2～20cm，用镐可以挖掘。岩芯破碎，不能拼成圆柱状。

岩石结构、构造不清楚。岩体层理不清晰。岩质已成疏松的土状，用镐易挖掘，岩芯成碎屑状，可用手摇钻钻进。碎石类土：粒径大于2mm的颗粒含量超超过全重50％的土。分为为漂石或块石石、卵石或碎碎石、圆砾或或角砾。碎石类土的划分表1-18土的名称颗粒形状颗粒级配漂石圆形及亚圆形为主粒径大于200mm的颗粒超过全重的50%块石棱角形为主卵石圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%碎石棱角形为主圆砾圆形及亚圆形为主粒径大于20mm的颗粒超过全重的50%角砾棱角形为主砂类土：粒径大于2mm的颗粒含量不不超过全重50％、粒径大于于0.075mm的颗粒超过全全重50％的土。。按粒组组含量分分为砾砂砂、粗砂砂、中砂砂、细砂砂和粉砂砂。粉土：粒径大于于0.075mm的颗粒含含量不超超过全重重50％、塑性性指数小小于或等等于10的土。必