土的物理性质及工程分类

土的物理性质及工程分类第一页，共五十三页，编辑于2023年，星期二主要内容土的组成土的物理性质指标土的物理状态指标土的工程分类第二页，共五十三页，编辑于2023年，星期二本章目的:对土的特点进行详细解释和定量描述

本章特点:

看起来零散，实践内容较多重点内容:土的物理性质及物理状态指标第三页，共五十三页，编辑于2023年，星期二土岩石风化、搬运、沉积地质成岩作用土的组成、结构和物理力学性质过程、条件土的生成第四页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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第五页，共五十三页，编辑于2023年，星期二土的形成渗透特性变形特性强度特性土的三相组成土的物理状态土的结构土的工程分类土的压实性决定影响如何获得较好的土便于研究和应用第六页，共五十三页，编辑于2023年，星期二一.土的固体颗粒二.土中水三.土中气体四.土的结构五.土的构造第一节土的组成第七页，共五十三页，编辑于2023年，星期二土中气体气相次要作用固体颗粒固相构成土体骨架

起决定作用土中水液相重要影响土体的三相构成饱和土：土体孔隙完全被水充满干土：土体孔隙完全被气充满非饱和土：孔隙中水和气均存在第一节土的组成第八页，共五十三页，编辑于2023年，星期二

固体颗粒物理状态力学特性粒径级配矿物成分颗粒形状一.土的固体颗粒（固相）第九页，共五十三页，编辑于2023年，星期二1.粒径级配颗粒大小各粒径成分在土中占的比例粒径级配影响土性的主因第十页，共五十三页，编辑于2023年，星期二粒度：土粒的大小粒组：粒度相近，性质相同的一组土粒界限粒径：划分粒组的分界尺寸颗粒大小粘粒粉粒砂粒圆砾角砾碎石卵石块石漂石0.0050.075260200粒组的划分第十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期二粒径级配确定方法

筛分法：适用于粗粒土(>0.1

mm)

水分法：适用于细粒土(<0.1

mm)——各粒组的相对含量，用质量百分数来表示表述方法

粒径级配累积曲线第十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期二筛分法（d>0.075mm的土）第十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期二密度计法（d<0.075mm的土）第十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期二20105.02.01.00.50.250.075200g101618242238721009080706050403020100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第十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期二1009080706050403020100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d60d50d10d30d60d10d30Ku0.330.0050.06366特征粒径:

d50

:平均粒径d60:限制粒径d10

:有效粒径d30

不均匀程度：Ku=d60/d10

—不均匀系数Ku

>10,级配良好粗细程度：用d50

表示

第十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期二胶体可溶盐粘土矿物固体成分矿物质有机质原生矿物-石英、长石、云母等次生矿物具有和原生矿物很不相同的特性对粘土性质的影响很大2.矿物成分第十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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）第十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期二-强结合水：排列致密，密度>1g/cm3

冰点处于零下几十度完全不能移动，具有固体的特性温度略高于100°C时可蒸发-弱结合水：受电场引力作用，为粘滞水膜外力作用下可以移动不因重力而流动，有粘滞性粘土颗粒-----------------++++引力d水分子阳离子强结合水弱结合水自由水土中水–结合水结合水：受颗粒表面电场作用力吸引而包围在颗粒四周，不传递静水压力，不能任意流动的水第十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期二毛细水：由于土体孔隙的毛细作用升至自由水面以上的水。毛细水承受表面张力和重力的作用重力水：自由水面以下的孔隙自由水，在重力作用下可在土中自由流动土中水–自由水自由水：不受颗粒电场引力作用的孔隙水hc毛细水重力水第二十页，共五十三页，编辑于2023年，星期二自由气体：与大气连通连通的气体

对土的性质影响不大封闭气体：被土颗粒和水封闭的气体

其体积与压力有关。会增加土的弹性；阻塞渗流通道，降低渗透性三.土中气体（气相）第二十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期二

土有三个组成部分：固相、液相和气相

小结1.固体颗粒2.土中水3.土中气体粒径级配矿物成分结合水(强结合水、弱结合水)自由水(重力水、毛细水)自由气体封闭气体第二十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期二土颗粒之间的相互排列和联结形式

单粒结构

蜂窝结构

絮状结构无粘性土结构粘性土结构四.土的结构第二十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期二同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征土的构造层状构造分散构造结核状构造裂隙状构造土层由不同颜色，不同粒径的土组成层理，平原地区的层理通常为水平层理。层状构造是细粒土的一个重要特征。土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂，卵石层为分散构造。在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，如含礓石的粉质粘土，含砾石的冰碛土等。其工程性质取决于细粒土部分。土体中有很多不连续的小裂隙，有的硬塑与坚硬状态的粘土为此种构造。裂隙强度低，渗透性高，工程性质差。五.土的构造第二十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期二（1）压缩性高（2）强度低（3）透水性大常用材料弹性模量钢筋：E1=2.1*106MPaC20砼：E2=0.26*106MPa卵石：E3=(40~50)MPa饱和细砂：E3=(8~16)MPa(特指抗剪强度，非抗拉或抗压强度)六.土的工程特性第二十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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)力学特性影响表示某粉土孔隙比0.8含水率10%时承载力特征值为200KPa，当孔隙比为1.6含水率为70%时承载力不足50KPa第二节土的物理性质指标第二十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期二三相指标（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(9个)要点：名称、概念或定义、符号、表达式、定义基本方法:三相草图法第二十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期二1.三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积第二十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期二2.三个基本指标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重度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:第二十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期二环刀法第三十页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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:

2.65—2.754˚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:也称土粒相对密度第三十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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:第三十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期二第三十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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: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体积第三十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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:饱和土第三十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期二表示土的密度和重度的指标天然密度干密度饱和密度天然重度干重度浮重度浮密度有效重度饱和重度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:第三十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期二各种密度重度之间的大小关系：天然密度干密度饱和密度天然重度干重度有效重度饱和重度WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积第三十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期二常用的物理性质指标间的换算关系要点从物理意义上理解指标间的关系不鼓励死记硬背必要时利用三相草图推导第三十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期二三相草图WaterAirSolidVaVwVsVvVma=0mwmsm质量体积已知关系五个:共有九个参数:

VVvVsVaVw

/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第三十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期二土的物理状态粘性土的软硬程度粗粒土的松密程度土的物理性质指标(三相间的比例关系)力学特性影响表示第三节土的物理状态指标第四十页，共五十三页，编辑于2023年，星期二（1）孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素一.砂土的物理状态指标——密实度第四十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期二e增大最紧密最松散天然（2）相对密度Dr第四十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期二（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。0.330.671松散中密密实第四十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期二（3）标准贯入试验击数N为标准中密密实301510松散稍密第四十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期二

粘性土的物理状态也称稠度稠度状态与含水量有关粘性土含水量较硬变软流动二.粘性土的物理状态指标第四十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期二塑限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第四十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期二——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不同的粘土矿物结合水的能力不同液性指数IL<0IL=0–1IL>1坚硬状态可塑状态流态0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑软塑用于判别粘性土所处的物理状态wpwwl第四十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期二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现场：贯入锤击数第四十八页，共五十三页，