第一章土的物理性质及工程分类

13三月2024第一章土的物理性质及工程分类

1.1土的概念与基本特征土的概念:土是岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等地质作用形成松散的堆积物或沉淀物。土是各种矿物颗粒的集合体。不同的土其矿物成分和颗粒大小存在着很大差异,颗粒、水和气体的相对比例也不相同。基本特征:土的物理性质,如轻重、软硬、干湿、松密等。影响土的物理性质的因素:土的三相组成物质的性质、相对含量及土的结构构造等---内因。外部环境---外因。必须掌握这些物理性质、测定方法及指标与指标的换算。外圈层：大气圈、水圈、生物圈；内圈层：地壳、地幔、地核。构成天然地基的物质是地壳内的岩石和土。地壳的一般厚度为30一80km。2地质作用--导致地壳成分变化和构造变化的作用。根据地质作用的能量来源的不同，可分为内力地质作用和外力地质作用(1)内力地质作用:由于地球自转产生的旋转能和放射性元素蜕变产生的热能等，引起地壳物质成分、内部构造以及地表形态发生变化的地质作用。如岩浆作用、地壳运动(构造运动)和变质作用。1)岩浆作用--存在于地壳以下深处高温、高压的复杂硅酸盐熔融体(岩浆)，沿着地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地表且冷凝后生成为岩浆岩的地质作用。地质作用的概念:1地球的圈层构造：一.地质作用1.2土的生成

2)地壳运动--地壳的升降运动和水平运动。升降运动表现为地壳的上拱和下拗，形成大型的构造隆起和拗陷：水平运动表现为地壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱和断裂．地壳运动的结果，形成了各种类型的地质构造和地球表面的基本形态。3)变质作用--在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩(原来生成的各种岩石)在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生成分、结构、构造变化的地质作用,生成变质岩。(2)外力地质作用：由于太阳辐射能和地球重力位能所引起的地质作用。它包括气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等的作用。1)风化作用--外力(包括大气、水、生物)对原岩发生机械破碎和化学变化的作用。2）风化、剥蚀、搬运及沉积--外力地质作用过程中的风化、剥蚀、搬运及沉积，是彼此密切联系的。风化作用为剥蚀作用创造了条件，而风化、剥蚀、搬运又为沉积作用提供了物质的来源。剥蚀作用与沉积作用在一定时间和空间范围内，以某一方面的作用为主导，例如，河流上游地区以剥蚀为主，下游地区以沉积为主，山地以剥蚀占优势，平原以沉积占优势．沉积岩和土的生成--原岩风化产物（碎屑物质），在雨雪水流、山洪急流、河流、湖浪、海浪、冰川或风等外力作用下，被剥蚀，搬运到大陆低洼处或海洋底部沉积下来，在漫长的地质年代里，沉积的物质逐渐加厚，在覆盖压力和含有碳酸钙、二氧化硅、氧化铁等胶结物的作用下，使起初沉积的松软碎屑物质逐渐压密、脱水、胶结、硬化生成新的岩石，称为沉积岩。未经成岩作用所生成的所谓沉积物，也就是通常所说的“土”。二.矿物与岩石的概念:

岩石--一种或多种矿物的集合体。

矿物--地壳中天然生成的自然元素或化合物，它具有一定的物理性质、化学成份和形态．目前已发现的矿物有三千多种，但常见的造岩矿物仅三十多种。

造岩矿物---组成岩石的矿物称为造岩矿物。矿物按生成条件可分为原生矿物和次生矿物两大类。岩石的性质（1）强度大；（2）压缩性低；（3）透水性差。是良好的天然地基。

岩石按生成原因分为岩浆岩、沉积岩及变质岩三大类。

岩浆岩是由地壳下面的岩浆沿地壳薄弱地带上升侵入地壳或喷出地面冷凝而成的。

变质岩则是地壳的先成岩石在高温高压下和化学性活泼的物质作用下，改变了原来岩石的成分、结构和构造而形成的一种新的次生岩石。

沉积岩则是由岩石碎屑、溶液析出物或有机物于常温、常压下在陆地或海洋中堆积形成的次生岩石（如砂岩、页岩、砾岩等）。石的生成及其分类沉积岩变质岩岩浆岩三、风化作用：

风化作用是一种使岩石产生物理和化学变化的破坏作用。风化作用按其性质及影响因素不同，可分为物理风化、化学风化。1.物理风化作用：是指岩石由于温度、水、波浪冲击等产生物理因素引起的机械破坏作用。温度是物理风化的主要因素。物理风化产物为原生矿物,如石英、长石和云母等。砂、砾石和其他粗颗粒土即无粘性土就是物理风化的产物。2.化学风化：是指岩石在水及各种水溶液的作用下，经氧化、炭化和水化作用，以及在生物活动作用下所引起的破坏作用。化学风化产物为次生矿物,如蒙脱石，伊利石和高岭石等,通常称为粘性土。风化作用1．物理风化：由于地表岩石温度变化产生温度应力和裂隙水的冻胀以及盐类结晶膨胀而使岩石被碎崩解为碎块或岩屑，其化学成份尚未发生变化，这种过程称为物理风化作用。当气温升高时，岩石膨胀产生压应力，当气温降低时，岩石收缩产生拉应力，二者频繁交替，使岩石表层产生众多裂隙最终崩解。另一方面水冻胀时产生体积膨胀或盐类结晶膨胀加速了岩石崩解过程。土中的碎石，砾石、砂等粗颗粒便是岩石物理风化的产物。

2．化学风化作用：在水、大气以及有机体的化学作用或生物化学作用下而使岩石的化学成份发生水化、氧化、还原、碳酸化溶解等过程，称为化学风化。化学风化作用不仅破坏了岩石的结构，而且使化学成份改变，形成新的矿物。粘土颗粒便是岩石经化学风化后的产物。3．生物风化作用：是指生物活动过程中对岩石产生的破坏作用。如树根生长时施加周围岩石的压力可超过岩石的强度，使岩石产生裂纹而破坏。活动在地表浅层的动物如老鼠、蚯蚓等也可使岩石被碎成土。开山、挖隧道等作用产生的土等。剥蚀风化后的岩石产物在冰川、风、水和重力作用下，从母岩分离的现象称为剥蚀。搬运岩石碎块或岩屑从母岩分离后到达新的平衡位置，称为搬运。1．搬运方式（1）风；（2）流水；（3）冰川；（4）雪崩；（5）自然起伏地形形成高差，在自重作用下由高处向低处；（6）人工填运。伴随现象（1）磨园；（2）进一步的破碎或开裂，这是由于相互碰撞、磨擦或冰冻作用的结果；（3）分选现象：在搬运过程中，存在着分选现象，同一粒组范围的颗粒集聚在同一地区，大颗粒的岩石碎块搬运距离一般较近，而细小的碎粒可被搬运到较远的地方沉积下来。沉积岩石碎块和岩屑经，经搬运后在某地带堆积下来，称为沉积。1、残积土：原岩经风化作用而残留在原地的碎屑物称为残积土。残积物中残留矿物成分在很大程度上与下卧基岩一致，这是区别于其它的主要特征。2、坡积土：高处岩石的风化物在雨、雪水流和本身自重作用下搬运而成的山坡堆积物。3.洪积土：由山洪急流冲刷地表夹带大量岩块、土粒堆积于山谷冲沟出口或山前倾斜平原而形成沉积物。4.冲积土：是河流流水将两岸的基岩上部覆盖物质剥蚀后，经搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。其特点是呈现明显的层理构造。5.其他沉积土四、几种主要类型的土1．残积土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．坡积土坡积土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。1．残积土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．坡积土坡积土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．洪积土·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)。

4.冲积土冲积土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)。

5.其它沉积土除了上述四种成囚类型的沉积物外，还有海洋沉积土、湖泊沉积土、冰川沉积土及风积土等，它们是分别由海洋，湖泊、冰川及风等的地质作用形成的．

次生矿物蒙脱石伊利石高岭石蒙脱石第四纪沉积物（土）：地表岩石经风化、剥蚀、搬运，沉积下来的年代不长，未经压紧，并呈松散状态的沉积物。建筑场地一般涉及的都是第四纪沉积物。第四纪沉积物分以下几种类型：一、残积物：岩石风化剥蚀后的产物仍残留在原地未被搬运，这种沉积物称为残积物，如下图所示。在残积物和基岩之间，通常存在一个风化带。残积物与强风化带之间并无明显区别，二者的界线实际上很难区分。残积物与风化层的主要区别在于：残积物是经风化剥蚀和水流将细小的颗粒带走后残留下来的较粗颗粒的堆积物。而风化带虽经风化，但未经剥蚀和搬运。残积物特征：（1）颗粒不可能磨圆或分选，多为棱角状粗颗粒土;（2）没有层里构造（因没有经过搬运和沉积）；（3）其矿物成份与下卧基岩一致，这是鉴定残积物的主要依据。（4）孔隙度大，均质性差，作为建筑物地基易发生不均匀沉降。坡积物：高处风化、剥蚀后的岩石产物，在自重、风或流水作用下，顺山坡向下移动，最后沉积在较平缓的山坡上而形成的沉积物。坡积物特征：（1）一般分布在坡腰或坡角下；（2）有不同程度的磨圆或分选现象；（3）土质不均匀，厚度变化大，在斜坡上厚度较薄，而在山坡下部较厚；（4）由于一般堆积在倾斜的山坡上，常易发生滑动；在这类地基上修建建筑物易产生滑坡。洪积物：由于暴雨或融雪形成的临时性洪水，具有极强的搬运能力，将携带大量泥砂和石块，最后堆积在山谷的出口或山前平原而形成的沉积物。洪积物的堆积面积大小不一，从几平方米到数十平方公里，在许多大山与平原交界处，各条沟的洪积物不断发展，相连成片可形成洪积平原。洪积物特征：（1）具有磨圆分选现象，离山越远，颗粒越细；（2）分布范围多为扇形，如下图所示；（3）由于山洪是周期性发生的，每次大小不尽相同，堆积下来的物质也不一样。因此，洪积物常呈不规则的交替层理构造，并且有夹层，尖夹等产状。（4）作为建筑物的地基，一般认为是较理想的。尤其离山前较近的洪积物，具有较高的强度，是良好的天然地基。离山较远的地区，洪积物颗粒较细，成分均匀，地下水位较深，也属于良好的地基。但有时在上述两地段的中间地带，常因地下水溢出地表而形成沼泽地，作为地基时应慎重。冲击物：是河流流水将两岸岩石及上部覆盖物剥蚀后，搬运沉积在河流坡降平缓地带形成的沉积物。冲击物在地表分布很广，主要类型有：1、平原河谷冲击物（见下图）（1）河床沉积物；（2）河慢滩沉积物；（3）河流阶地沉积物；（4）古河道沉积物。2、山区河谷冲击物：山区河流速度大，多为漂石、卵石与圆砾，厚度一般10～15m3、山前平原冲击物：山前平原冲击物具有分带性，近山一带为粗粒物质组成，向平原低地逐渐变为砂土和粘土。4、三角洲沉积物：在河流入海或入湖口处，所搬运的大量细小颗粒土沉积下来，形成面积宽广，厚度较大（百米以上）的三角洲沉积物，一般以砂、粉质粘土和粉土为主。这些物质经过河流的长途搬运后，一般具有良好的分选性和颗粒磨圆度，斜层理也较发育。在三角洲地带，地下水位很高，水系密布，该区域内沉积物形成饱和砂土及软粘土，承载能力很低，压缩性很高，作为建筑物地基应特别慎重。海相沉积物海洋按海水深度不同划分为四个区域，滨海地区是指涨潮时淹没、落潮时落出的地带；浅海地区称为大陆架，水深0～200m，宽度100～200km；陆坡地区水深200～1000m，宽度200～300km；当水深超过1000m时，为深海地区。不同地区的沉积物不同。（1）滨海沉积物：主要由卵石、圆砾和砂等组成，具有基本水平或缓倾斜的层理构造，其强度较高，在砂层中常有波浪作用留下的痕迹。（2）浅海沉积物：主要由细颗粒砂土，粘性土和淤泥组成，具有层理构造，含水量大，强度低，压缩性大。（3）陆坡和深海沉积物：主要是有机淤泥。湖泊沉积物1、湖相沉积物湖浪冲蚀湖岸而形成的碎屑物质在湖内或湖心沉积下来而形成湖相沉积物。在靠近湖岸地段沉积下来的多是粗颗粒的卵石、圆砾和砂土。远岸或湖心沉积下来的则是细砂或粘土，因此，近岸地区土的强度较高，而湖心最差。2、沼泽沉积物湖泊逐渐淤塞和陆地沼泽化，将演变成沼泽而形成沼泽沉积物（沼泽土），主要由半腐烂的植物残体（活炭）组成，含水量极高，可达百分之百，压缩性很大，承载力极低，不宜作为建筑物的天然地基。七、冰川沉积物八、风积物土体中由土的颗粒形成骨架，骨架之间存在孔隙，孔隙中存在着液态水和空气。不同地区的土体，其三相构成的比例是不同的，即便同一地点的土体，其三相组成也随环境的变化而变化。如天气的晴雨、季节的变化、温度的高低、地下水位的升降等，都会引起土体三相比例的变化。若土中孔隙全部被水充满时为饱和土；孔隙全部被气体充满时称为干土；土中孔隙同时有水和气体存在时为非饱和土。土体的三相比例不同，土的状态和工程性质也不相同。如：如干粘土坚硬、强度大，湿粘土显可塑性、强度低。由此可见，土的三相对其物理力学性质有重大影响，所以首先应研究土的三相组成。土是由岩石风化生成的松散沉积物。通常土是三项系物质。即由固体的矿物颗粒（固相）和水（液相）和气体（气相）组成。1.3土的组成

固体矿物颗粒（固相）土中气体（气相）

土中水（液相）土的生成土是由岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积等过程后的产物，土的来源是岩石。地球表面30～80km范围是地壳，地壳原来是坚硬的岩石。*完整岩石风化和剥蚀不同粒度的固体颗粒搬运和沉积土（第四纪沉积物）成岩作用岩石。所以，在地壳变动的亿万年历史长河中，岩石和土可能交替地反复形成，周期性的破碎和集合。二、土的特性在土力学中，将土作为一种工程材料来研究。与其它材料相比，土有如下特性：1．散体性（压缩性大、强度低、透水性大）：颗粒之间无粘结或弱粘结，存在大量孔隙，可以透水、透气。2．多相性：土往往是由固体颗粒、水和气体组成的三相体系，三相之间质和量的变化直接影响它的工程性质。3．成层性：土粒在沉积过程中，不同阶段沉积物成分、颗粒大小及颜色等不同，而使竖向呈现成层的特征。4.变异性：土是在自然界漫长的地质历史时期演化形成的多矿物组合体，性质复杂，不均匀，且随时间还在不断变化。一．土的固体颗粒（固相）1.土粒的矿物组成：土是岩石风化的产物。因此，土的矿物成分主要取决于原岩及风化作用。不同的矿物成分对土的性质有不同的影响。其中细粒土的矿物成分尤为重要。

原生矿物,如石英、长石和云母等。次生矿物,如蒙脱石，伊利石和高岭石等,通常称为粘性土。有机物质。常见的粘土矿物有：蒙脱石，伊利石和高岭石。它们的联结力是由弱到强，但与水反应的能力则由强到弱，即蒙脱石与水反应最强（最亲水）。

岩石经风化作用形成大小不同的固体颗粒。它的矿物成分，颗粒大小，形状与级配是影响土的物理性质的主要因素。土粒的矿物组成：原生矿物：由岩石经物理风化生成的，颗粒成分与母岩的相同，常见的有石英、长石和云母，颗粒较粗，多呈浑圆形状，吸附水的能力弱，无塑性。次生矿物由原生矿物经化学风化生成的新矿物，它的成分与母岩的完全不同，有高岭石、伊利石和蒙脱石粘土矿物，颗粒极细，且多呈片状，性质活泼，吸附水能力强，具塑性。

水溶盐：可溶性次生矿物。常见的有岩盐、钾盐、石膏、方解石，硫酸盐类还对金属和混凝土有一定的腐蚀作用。

有机质：动植物分解后的残骸，称为腐殖质。其颗粒极细，粒径小于0.1m，呈凝胶状，带有电荷，具极强的吸附性。2.土的颗粒级配

在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒组成的。土粒的大小称为粒度。在工程上常把大小相近的土粒合并为一组，称为粒组。颗粒间的分界线是人为确的定。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化，例如土的性质随着粒径的变细可由无粘性变化到有粘性。将土中各种不同粒径的土粒，按适当的粒径范围，分为若干粒组，各个粒组随着分界尺寸的不同而呈现出一定质的变化。划分粒组的分界尺寸称为界限粒径。

表l-1提供的是一种常用的土粒粒组的划分方法。表中根据界限粒径200mm、20mm、2mm、0.075和0.005mm把土粒分为六大粒组：漂石(块石)颗粒、卵石(碎石)颗粒、圆砾(角砾)颗粒、砂粒、粉粒及粘粒。土颗粒的大小与形状---粒组基本概念粒度、粒组粘粒粉粒砂粒圆粒碎石块石0.0050.075260200巨粒粗粒细粒土的颗粒级配：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，称为土的粒径级配。粒径分析方法:筛分法（d>0.075mm的土）密度计法(比重计法)（d<0.075mm的土）根据颗粒大小分析试验成果，可以绘制如图1—10所示的颗粒级配累积曲线由曲线的坡度可判断土的均匀程度;有效粒径；限定粒径。筛分法拿一套孔径不同的标准筛，其孔径分别为200、20、2、0.5、0.25、0.075mm，按孔径大小自上而下迭放着，并放上底盘。筛分前，首先将土样烘干，使之松散，称取土样总重量。然后将土样倒入最上面的一只筛中，经过振动，各个筛及底盘中均留有或多或少的土样，称取留在各个筛孔上的土重，除以土样总重，可得各粒组土粒的相对含量。筛分法（d>0.075mm的土）密度计法（d<0.075mm的土）颗粒分析试验结果，绘制图的粒径级配曲线。用半对数坐标绘制。纵坐标表示小于某粒径的土重占总土重的百分数，横坐标用对数坐标表示土的粒径。

不均匀系数：

不均匀系数反映大小不同粒组的分布情况，越大表示土粒大小的分布范围越大，其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度．评价标准：当Cu<5时，称为均粒土，其级配不好；当Cu>10时称为级配良好的土；当Cu＝5～10且Cc=1～3时，土级配良好，否则不好。颗粒级配可在一定程度上反映土的某些性质。定量分析方法:常以不均匀系数表示颗粒不均匀程度.式中：d60：限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，相应的粒径称为限定粒径。d10：有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为有效粒径。

式中：d60：限定粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为60%时，相应的粒径称为d60。d10：有效粒径。当小于某粒径的土粒质量累计百分数为10%时，相应的粒径称为d10。d30：当小于某粒径的土粒质量累计百分数为30%时的粒径用d30表示。不均匀系数Cｕ反映大小不同粒组的分布情况。Cｕ越大表示土粒大小的分布范围越大、其级配越良好，作为填方工程的土料时，则比较容易获得较大的密实度。曲率系数Cc描写累积曲线的分布范围，反映曲线的整体形状。曲线平缓，粒径大小相差悬殊，土粒不均匀。颗粒级配可以在一定程度上反映土的某些性质。对于级配良好（Cｕ>10，且Cc=1~3）的土，较粗颗粒间的孔隙被较细的颗粒所填充，因而土的密实度较好，相应的地基土的强度和稳定性也较好．透水性和压缩性也较小，可用作堤坝或其它土建工程的填方土料。

1.3.2土中的水在自然条件下，土中总是含水的。

土中水有不同形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的水，还有矿物颗粒晶格的结晶水。水蒸汽一般对土的影响不大（包括在气体中）。结晶水是土颗粒的组成部分，不能自由移动，只有在高温下才能脱离晶格，对土的性质影响也不大（包括在土颗粒中）。至于固态的冰，只有当土中的温度低于00C时，土中水结冰成为固态。当土中水结冰时，发生冻胀现象，当融化时又产生融陷现象，使建筑物产生不均匀沉降。在北方寒冷地区，“冻胀”和“融陷”对建筑物或多或少地产生影响，但在南方，冻结深度很小。不会产生影响，对土性影响最大的还是液态水。

土粒与水的相互作用土粒表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，由于水分子是极性分子，在电场作用下将定向排列，土粒与水分子的吸引力称为电分子引力（静电引力），电分子引力随距土粒距离增加而减小，如图所示。在靠近土粒表面处，电分子引力最强，把水分子牢固地吸附在颗粒表面而形成吸附层（固定层）。在吸附层外，静电引力比较小，水分子的活动性要比吸附层大一些，形成扩散层。在扩散层之外，水分子几乎不受静电引力作用，因此，其排列是杂乱无章的。吸附层和扩散层与土粒表面负电荷统称为双电层。土中水的分类

存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类：1．结合水结合水是指受电分子吸引力吸附于土粒表面的土中水。这种电分子吸引力高达几千到几万个大气压，使水分子和土粒表面牢固地粘结在一起。由于土粒(矿物颗粒)表面一般带有负电荷，围绕土粒形成电场，在土粒电场范围内的水分子和水溶液中的阳离子(如Na’、Ca”、A1”等)一起吸附在土粒表面。因为水分子是极性分子(氢原子端显正电荷，氧原子端显负电荷)，它被土粒表面电荷或水溶液中离子电荷的吸引而定向排列(图1—13)。

(1)强结合水强结合水（吸着水）：靠近土粒表面吸附层中的水。其特征：a、电分子引力最大，可达1000个大气压；b、厚度为几个水分子厚；c、冰点很低，最低为-78°C，不冻结；d、不能自由流动，在1050C时才能蒸发；e、性质接近固体，不能传递静水压力，具有极大的粘滞性、弹性和抗剪强度。

(2)弱结合水弱结合水紧靠于强结合水的外围形成一层结合水膜。弱结合水（薄膜水）：处于扩散层中的水。其特征：a、受电分子引力较小，呈粘滞状态，厚度稍大些；b、不能自由流动，不能传递静水压力；c、有从厚水膜向薄水膜移动的特性。随着与土粒表面的距离增大，电分子引力逐渐减少，弱结合水逐渐过渡为自由水。

2自由水自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水。它的性质和普通水一样，能传递静水压力，冰点为0℃，有溶解能力。其特征：a、无抗剪强度，能传递静水压力；b、在重力作用下在土孔隙中可由高处向低处流动；c、具有溶岩能力。自由水可分为重力水和毛细水。自由水按其移动所受作用力的不同，可以分为重力水和毛细水。

(1)重力水重力水是存在于地下水位以下的透水层中的地下水，它是在重力或压力差作用下运动的自由水，对土粒有浮力作用。(2)毛细水毛细水是受到水与空气交界面处表面张力作用的自由水．毛细水存在于地下水位以上的透水土层中。毛细水按其与地下水面是否联系可分为毛细悬挂水(与地下水无直接联系)和毛细上升水(与地下水相连)两种。当土孔隙中局部存在毛细水时，毛细水的弯液面和土粒接触处的表面引力反作用于土粒上，使土粒之间由于这种毛细压力而挤紧(图1—14)，土因而具有微弱的粘聚力，称为毛细粘聚力。

1.3.3土中气土中孔隙中没有被水占据的部分都是气体，可分为：1、自由气体：是指与大气连通的土孔隙中的气体，在土受压缩时逸出，对工程无影响。这种含气体的土称为非饱和土。2、封闭气泡：指与大气隔，存在于粘性土层中的气体。土中气泡多时增加了土的压缩性，但同时减少了土的渗透性，对土的工程性质影响较大。在受到外力作用时，随着压力的增大，这种气泡可被压缩或溶解于水中；压力减小时，气泡可恢复原状或重新游离出来。在泥和泥炭土中，由于微生物的活动和分解作用，土中产生一些可燃气体(如硫化氢、甲烷等)，使土层不易在自重作用下压密而形成高压缩性的软土层。1.3.4土的结构

土的结构是指由土颗粒的大小、形状、相互排列及其连结关系等因素形成的综合特征。一般分为单粒结构、蜂窝结构和絮状结构三种基本类型。

单粒结构为砂土和碎石土的主要结构形式，其特点是土粒间存在点与点的接触。松的单粒结构骨架不稳定，易变形，当受到震动或其它外力作用时，土粒易发生移动，土中孔隙减少，引起土的较大变形，未经处理不宜作地基。密实的单粒结构土粒排列紧密结构稳定，强度较大，压缩性较小，是良好的天然地基。蜂窝结构主要由粉粒（粒径为0.05mm~0.005mm）组成的结构形式，在水中因自重作用而下沉，碰到别的正在下沉或已沉积的土粒，由于土粒间的分子引力大于下沉土粒的重力，则下沉土粒被吸引，不再下沉，逐渐形成链环状单元。很多这样的链环联结起来，便形成较大孔隙的蜂窝结构絮状结构又称絮凝结构，细微的粘粒（粒径小于0.005mm）大都呈针状或片状，形成絮状结构（见P14图1-10）。蜂窝结构和絮状结构的土，其土粒间的联结强度会由于压密和胶结作用而逐渐得到加强，这种强度称为结构强度。1.3.5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称为土的构造，土的构造最主要特征就是成层性即层理构造。土的构造的另一特征是土的裂隙性。

1．层状构造土层由不同的颜色或不同的粒径的土组成层理，一层层互相平行，反映不同年代不同搬运条件形成的土层。2．分散构造是指颗粒在其搬运和沉积过程中，经过分选的卵石、砾石、砂等因沉积厚度较大而不显层理的一种构造。3．裂隙构造裂隙构造是因土体被各种成因形成的不连续的小裂隙切割而形成的，在裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物。不少坚硬和硬塑状态的粘性土具有此种构造。1.4土的三相比例指标及其换算

土的三相比例指标：土的三相成分在体积和质量间的比例关系的一些物理量称为土的物理性质指标，即土的三相比例指标。图中：ma------土中气体的质量（可忽略，即ma=0）

mw------土中水的质量

ms-------土中固体颗粒的质量

m-------土的总质量Va-------土中气体所占体积Vw-------土中水所占体积Vs-------土中固体颗粒所占体积Vv-------土中孔隙部分体积，Vv=Vw+VaV-----土的总体积，V=Vv+Vs=Va+Vw+Vs1.4.2由试验直接测定的指标1、土的密度与重度土在天然状态下，单位土体积的(湿土)质量称为土的湿密度，或天然密度或简称密度,记为ρ则：ρ=m/v(t/m3、g/cm3)单位体积土受到的重力称为土的天然重度，或湿重度，简称为重度。又称为重力密度，记为γ，则：

γ

=ρ.g(kN/m3)2、土粒的相对密度ds:单位土粒的密度ρs与同体积40C水的密度ρW的比值称为土粒相对密度，也就是土的固体颗粒质量与同体积4oc时纯水的质量之比。即：ds=ρs/ρw=ms/（vs.ρw）测定方法：土的密度用“环刀法”测定，将环刀放在原状土样上面，边压边削去环刀外围的土，直至土样压满环刀容积为止，称得环刀内土样质量，与环刀容积之比既为土的密度。比重瓶法比重试验一、本试验方法适用于粒径小于5mm的土。二、比重瓶法比重试验所用的主要仪器设备，应符合下列规定：1.比重瓶：容积100m1和50ml，分长颈和短颈两种。

2.恒温水槽：精度应为±1oC。

3.砂浴：应能调节温度。

4.天平：称量200g，感量0.001g。

5.温度计：刻度为0～50oC，分度值为0.5oC。三、比重瓶的校正，应按下列步骤进行；1.将比重瓶洗净、烘干。称比重瓶质量，精确至0.001g。

2.将煮沸经冷却的纯水注入比重瓶。对长颈比重瓶注水至刻度处，对短颈比重瓶应注满纯水，塞紧瓶塞，多余水分自瓶塞毛细管中溢出。将比重瓶放入恒温水槽直至瓶内水温稳定。取出比重瓶，擦干外壁，称瓶、水总质量，精确至0.001g。并测定恒温水槽内水温，精确至0.5oC。

3.调节数个恒温水槽内的温度，温度差宜为5oC，，测定不同温度下的比重瓶、水总质量。每个温度时均应进行两次平行测定。两次测定的差值不得大于0.002g，取两次测值的平均值。绘制温度与瓶、水总质量关系曲线。

四、比重瓶法比重试验，按下列步骤进行：1.将比重瓶烘干。称烘干试样15g（当用50ml的比重瓶时称烘干试样10g）装入比重瓶，称瓶和试样总质量，精确至0.001g。

2.向比重瓶内注入半瓶纯水或中性液体，摇动比重瓶，并放在砂浴上煮沸。悬液煮沸时间为：砂性土不应少于30min；粘性土不应少于1h。沸腾后应调节砂浴温度，比重瓶内悬液不得溢出。对砂性土宜用真空抽气法；对含有可溶盐、有机质和亲水性胶体的土用中性液体代替纯水时，应用真空抽气法排气。真空压力表读数宜为100kPa，抽气时间不宜小于lh。

3.将煮沸经冷却的纯水或中性液体注入装有试样的比重瓶。当用长颈瓶时注纯水至刻度处；当用短颈瓶时应将纯水注满，塞紧瓶塞，多余水分可自瓶塞毛细管中溢出。将比重瓶置于恒温水槽内至温度稳定，且瓶内上部悬液澄清。取出比重瓶，擦干瓶外壁，称比重瓶、水、试样总质量，精确至0.001g；并应测定瓶内水的温度，精确至0.5oC。

4.从温度与瓶、水总质量关系曲线中查得各试验温度下的比重瓶、水总质量。

五、土粒的比重，应按下式计算：

式中mbw为比重瓶、水总质量，g；mbws为比重瓶、水、土总质量，g；GIt为ToC时纯水或中性液体的比重。水的比重可查物理手册；中性液体的比重应实测，称量应精确至0.001g。六、比重瓶法比重试验，应进行两次平行测定，两次测定的差值不得大于0.02，取两次测值的平均值。七、比重瓶法比重试验的记录，包括工程编号、试样编号、比重瓶编号、干土质量、瓶、水总质量，瓶、水、试样总质量和悬液温度。

3、土的含水量w：在天然状态下土中水的质量与土粒质量之比的百分数称为土的含水量。即：w=mw/ms×100%以上三个指标ρ、ds、w可直接用试验方法测定，称为基本指标。其他指标可据此导出，故又称下面的指标为导出指标测定方法：一般采用“烘干法”测定，取一小块原状土（湿土），称取其质量，记为m1。然后置于烘箱内，烘箱内温度一般控制100～1050C，烘至恒重，再称土样质量，记为m2（干土的重量）。则，土的含水量为：W=×100%式中：m1---原状土样的湿土质量；

m2-----烘干后土样的干土质量（即为土颗粒质量ms）。快速测定W的方法：酒精燃烘法，红外线法，铁锅炒干法。1．土的孔隙比土中孔隙的体积vv与土颗粒的体积vs之比称为孔隙比。用小数表示：

e=vv/vs

2.孔隙率把土中孔隙体积与土的总体积的百分比称为孔隙率，记为：n=vv/v×100%3.土的饱和度sr:土中水的体积与孔隙的体积之比称为饱和度。用小数表示：即：Sr=vw/

vv。饱和度说明土中的孔隙被水充填的程度。Sr=0表示土中无水为干土；Sr=1.0表示土的孔隙充满了水，为饱和土。1.4.3换算指标(2)土的干密度与干重度。（ρd

or

γ

d）单位土体积中固体颗粒的质量称为土的干密度，即：ρd=ms/v

(t/m3org/cm3)单位体积中固体颗粒受到的重力称为土的干重度。即：γ

d=ρd.g(kN/m3)(1)土粒密度ρS单位颗粒体积内颗粒的质量称为土粒密度，即：ρd=ms/vs(t/m3

org/cm3)4.不同情况下土的密度与重度(3)土的饱和密度与饱和重度（ρsat

or

γ

sat）土中孔隙完全充满水的土称为饱和土。土体空隙被水充满时,单位体积饱和土的质量称为土的饱和密度即：ρsat=(ms+vv.ρw)/v(t/m3org/cm3)单位体积饱和土所受到的重力称为土的饱和重度．γ

sat=ρsatg=(ms+vv.pw)g/v（kN/m3）(4)土的有效(浮)密度与有效(浮)重度：处在水面(地下水位)以下的土，其土粒受浮力作用时,单位体积中土粒质量(与同体积水的质量之差)即为单位土体积中土粒的有效质量，称为土的有效密度（也称浮密度）。即：ρ′=（ms-vsρw）/v(t/m3org/cm3)处在水面(地下水位)以下的土，土粒受水的浮力作用时。把土粒受到的重力扣除水的浮力后的重度称为土的有效重度。γ′=ρ′g=(ms-vsρw)g/v=γ

sat-

γ

w（kN/m3）7．土的孔隙比土中孔隙的体积vv与土颗粒的体积vs之比称为孔隙比。用小数表示：e=vv/vs

8.孔隙率把土中孔隙体积与土的总体积的百分比称为孔隙率，记为：n=vv/v×100%9.土的饱和度sr:土中水的体积与孔隙的体积之比称为饱和度。即：Sr=vw/

vv。饱和度说明土中的孔隙被水充填的程度。Sr=0表示土中无水为干土；Sr=1.0表示土的孔隙充满了水，为饱和土。三．指标的换算：九个指标的定义式如下：γ=(KN/m3)rd=(KN/m3)γ′=ρs×g=（ms-Vsρw）g/V=rsat-rW(KN/m3)rsat=ρsat×g=(ms+Vvρw)g/V(KN/m3)ds=(ρs/ρw)

═

(无名数)e=(无名数)W=(百分数)n=(百分数)Sr=(百分数)以上九个定义式必须掌握，同时请记忆以下六个常用换算公式

V=Vv+Vs=Va+Vw+Vsm=ms+mw设Vs=1，则：ms=dsw=，即wds=m-dm=(1+w)ds(或w=mw/ms

mw=w×ms=wds即：m=(1+w)ds)由e=VV/VS得：VV=e即：V=1+er=rd

=rsat=r’=n=Sr=

还可以推出很多关系，比如：

r=（1+w）rd=…

（1+w)dsdswds1+e

体积三相简图质量

例题1-1.已知：某原状土样，测得土的天然密度ρ=1.7t/m3,含水量w=22.2%,土颗粒相对密度ds=2.72。试求:土的孔隙比e、孔隙率n、饱和度sr、干重度Υd、饱和重度Υsat、有效重度Υ’。

解：（法一填图法）设Vs=1,则ms=ds=2.72,mw=wms=wds=0.604n=VV/V=49%,rsat=(ms+VVρ)g/V=18.78KN/m30.6142.723.3241.960.961.00m=ms+mw=3.324ρ=m/V则V=m/ρ=1.96VV=V-VS=0.96如图示。e=VV/VS=0.96Sr==62.9%rd=mS×g/V=13.88KN/m3,

r’=rsat-rW=8.78KN/m3

解法二：由相应的公式计算:r=ρg=17KN/m3,r=

则e=-1=0.96=49%=62.9%=13.88KN/m3=18.72KN/m3n=rd=rsat=r’=Sr==8.78KN/m3例题1-2.已知：ds=2.68ρ=1.91t/m3w=29%求：rd、e、n、Sr解：r=e=-1=0.81rd==14.8KNn==45%Sr==96%

例题1-3.已知某原状土样，V=0.0125m3,在w=21%时，m=0.025t,ds=2.65

求：重度、干重度、有效重度、饱和重度、孔隙比、孔隙率及饱和度。解：r==20KN/m3=0.603=37.6%=16.53KN/m3=10.29KN/m3=20.29KN/m3=92.3%n=r’=Sr=e=rd=rsat=例题1-4.已知某土样ds=2.67,Sr=37%,e=0.95,欲使Sr达90%，问在1m3的土中应加多少水？解：ρ=

Sr=ρ=

Δρ=ρ2-ρ1==0.258t例题1-5.某干砂试样，密度为1.69t/m3,土粒相对密度ds=2.7,若使砂样体积不变,饱和度增加到40%,求此时砂土的重度及含水量。

解：ρd=1.69t/m3,

rd=ρd×g=16.9KN/m3

rd=则e==0.598Sr=

w==8.86%

r=(1+w)rd=18.4KN/m3例题1-6.已知：从固结仪中取出饱和土样总质量1525克，烘干后质量为1053克，土粒相对密度ds=2.7,试计算土样的含水量、孔隙比、重度、孔隙率、有效重度及干重度。解：w=

=

=45%

即：e=wds=0.45×2.7=1.22

r=

=17.64KN/m3

r’=

=7.66KN/m3

rd=

=12.2KN/m3

n=

=54.95%

例题1-7.已知：某饱和土样切满于环刀，测得总质量为72.49克,烘干后质量为61.28克,已知环刀质量32.54克,该土样颗粒相对密度ds=2.74,试求:土的天然含水量、孔隙比、重度、干重度及有效重度。

解：（法一）即：e=wds=1.07

例题1-8.已知：某原状土样，测得体积V=100cm3，湿土质量为186克，烘干后土的质量为147克，土粒相对密度ds=2.7,求：该土样的含水量w、重度r、干重度rd、及孔隙比e。

解：

例题1-9.某完全饱和土样,测得w=27%,r=20KN/m3,试求:e、ds各为多少？

解：

则：ds=2.74

e=wds=0.74例题1-10.某土样的含水量为8%，密度为1.65克/cm3,相对密度ds=2.75,若孔隙比不变,土样完全饱和,问在100cm3的土样中应加多少水？解:△ρ=ρsat-ρ=1.97-1.65=0.32即：100cm3的土中需加32克水。例题1-11.已知某土样,颗粒体积等于孔隙体积,求孔隙比为多少？若土粒相对密度为ds=2.7,求其干重度是多少？若孔隙中为水所充满,求其饱和重度和含水量？解: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。土的物理状态指标

1.5无粘性土的密实度：用孔隙比评价土的密实度：用孔隙比e作为划分密实度的标准，e值越小，土越密实。用孔隙比确定砂土的密实度标准如下：砂土的密实度密实度土名密实中密稍密松散砾砂、粗、中砂e＜0.60.6≤e＜0.750.75≤e＜0.85e≥0.85细砂、粉砂e＜0.70.7≤e＜0.850.85≤e＜0.95e≥0.95对于砂、卵石、砾石等无粘性土，属单粒结构，最主要的物理特性指标就是密实度。表明密实度的方法有三种：（1）孔隙比e优点：简单方便缺点：无法反映土的级配因素0.60.750.95松散中密密实稍密2、用相对密度Dr评价土的密实度：0<Dr≤0.33松散状态；0.33<Dr≤0.67中密状态；0.67<Dr≤1密实状态。式中：e——天然孔隙比；emax——最疏松状态下的孔隙比，即最大孔隙比；emin——最密实状态下的孔隙比，即最小孔隙比。Dr＝0～1。Dr值越大，土越密实。则：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。标准贯入试验评价砂土的密实度：砂土根据标准贯入试验的锤数N分为：松散、稍密、中密、密实四种即：N≤1010＜N≤1515＜N≤30N＞30松散稍密中密密实301510松散中密密实稍密用标准贯入试验捶击数N63.5作为划分砂土密实度的标准标准贯入试验是一种现场原位测试方法，是将标准贯入器打入土中一定距离（30cm）所需落锤次数（标贯击数），记为N63.5，该值反映了土的密实度的大小。该值越大，土越密实

1.5.2碎石土的密实度(评价方法)

根据《规范》要求,用重型动力触探锤击数来划分碎石土的密实度为松散、稍密、中密、密实四种(表1-4)N≤55＜N≤1010＜N≤20N＞20松散稍密中密密实对于漂石、块石及粒径大于200mm的颗粒含量较多的碎石土,可根据《规范》要求,按野外鉴别方法划分为松散、稍密、中密、密实四种(表1-5)1.6粘性土的稠度(物理特征)粘性土的物理特征：液限、塑限、缩限塑性指数液性指数灵敏度粘性土：是指具有可塑状态性质的土，它们在外力的作用下，可塑成任何形状而不开裂，当外力去掉后，仍可保持原形状不变，土的这种性质称为可塑性。粘性土的稠度:是指粘性土在某一含水量下对外力引起的变形或破坏所具有的抵抗能力叫作粘性土的稠度。1.6.1粘性的界限含水量含水量的大小对粘性土的工程性质要产生极大的影响，随着含水量的增加，粘性土的强度要降低，压缩性要提高。粘性土随着含水量的增加，将由固态→半固态→可塑状态→流动状态，如下图所示。含强结合水含强结合水及部分弱结合水含结合水及少部分自由水含大量自由水流动状态：当粘土中水较多、土粒完全被水隔开时，土成泥浆状，可流动。这时土的抗剪强度极低。可塑状态：在外力作用下可塑成任何形状而不发生裂缝，当外力移去后能保持既得形状，不回弹也不坍塌，粘性土的这种特性称为可塑性，相应的状态为可塑状态。此时土有很小的抗剪强度。半固态：当含水量继续减少时，土体因水份减少而发生体积收缩，称为半固态。固态：当含水量进一步减少，但其体积不再收缩时，粘土处于固态。处于半固态和固态的粘性土，具有较大的抗剪强度，在外力作用下不再有可塑性，而是呈脆性。处于固态的土，基本上只含强结合水；处于半固态的土，含强结合水及部分弱结合水；处于塑性状态的粘性土含有结合水和少部分自由水；处于流动状态的粘性土含有大量的自由水。土由流动状态变成可塑状态的界限含水量称为液(流)限含水量,简称液限，用WL表示；土由可塑状态变化到半固态的界限含称为塑限，用WP表示；土由半固态到固态的界限含水量称为缩限，用WS表示。塑限WP和液限WL在国际上称为阿太堡界限，来源于土壤学，后来应用于土木工程。界限含水量:粘性土体由一种状态变为另一种状态时的分界含水量称为界限含水量。界限含水量分为:缩限含水量、塑限含水量、液(流)限含水量、粘限含水量、浮限含水量五种。界限含水量的测定方法1.塑限WP的测定用“搓条法”测定，将调配好的试样，用手先搓成直径小于10mm的小园球，然后用手撑放在毛玻璃板上搓成小土条，若土条搓至直径为3mm时正好断裂或出现较多裂缝，这时土样的含水量就是塑限。若土条搓至直径3mm时仍未断裂，说明试样含水量高于塑限；如土条过早断裂，说明土样含水量低于塑限。在这种情况下，都需重新调配试样直到合格为止。然后，将合格的试样称取15g，用”烘干法”测定含水量，即得塑限WP。2．液限WL的测定我国用锥式液限仪来测定，如图所示。

将调成浓糊状的试样装满盛土杯，刮平杯口面，手握手柄将76g园锥体轻放于试样之上，使其在自重作用下缓慢下沉。如经过5s圆锥沉入深度恰好为10mm时，该试祥的含水量即为液限wL值。若锥体入土深度大于10mm，说明土样的含水量高于液限；若锥体入土深度小于10mm，说明土样的含水量低于液限。需重新调配试样，直到合格为止。对于合格的试样，利用烘干法测定其含水量，即为液限wL。在欧美等国家多采用碟式液限仪。76g300，高25mm3．液、塑限联合测定法（公路系统）用锥式液限仪进行试验时，圆锥的入土深度与土样的含水量有关。试验表明，二者在双对数坐标上为直线关系，如下图所示。试验时，调配成三种含水量不同的试样，分别用锥式液限仪来测定入土深度，这样便在双对数座标上得到三个点，通过这三点，画一条直线。相应于入土深度10mm时的含水量为液限WL，相应于入土深度为2mm时的含水量为塑限WP。Ip＞17为粘土;10＜Ip≤17为粉质粘土;Ip≤10为粉土1.6.2粘性土的塑性指数塑性指数：液限WL与塑限WP的差值，即IP=WL－WP习惯用不带％的数值表示。塑性指数的大小，反映了土处于可塑状态的含水量变化范围。IP值越大，土处于可塑状态的含水量范围也越大。而土处于可塑状态时，土中水是结合水和小部分自由水。因此，IP的大小与土中结合水的含量有明显的关系，也就是与土颗粒大小有关，土粒越细，粘粒越多，其比表面积越大，结合水含量越高，IP值也就越大。此外，塑性指数的大小也与矿物成份和土中水的化学成份有关，可看成是土的一个综合性指标。对于塑性指数相似的粘性土，一般均表现出相似的物理力学性质。因此，常用塑性指数作为粘性土分类的标准。2.液性指数IL:它是粘性土的天然含水量和塑限之差与塑性指数的比值，记为IL则：1.6.2粘性土的液性指数（稠度）式中：W----土的天然含水量。由上式可见：当W<WP时，IL<0，土处于固态和半固态。当WP≤W≤WL时，0≤IL≤1，土处于可塑状态。当W>WL时，IL>1，土处于流动状态。由此可见，液性指数IL的大小反映了粘性土的软硬程度。IL越大，土越软。规范根据液性指数将粘性土划分为下列状态:IL≤00＜IL≤0.250.25＜IL≤0.750.75＜IL≤1IL＞1坚硬硬塑可塑软塑流塑根据液性指数IL的大小，《建筑地基基础设计规范》将粘性土划分为五种软硬状态，划分标准见下表。IL>1.0

0.75<IL≤1

0.25<IL≤0.75

0<IL≤0.25

IL≤0

液性指数

流塑

软塑

可塑

硬塑

坚硬

状态

1.6.4粘性土的灵敏度天然状态下的粘性土，由于地质历史作用常具有一定的结构性。当土体受到外力扰动作用，其结构遭受破坏时，土的强度降低，压缩性增高。工程上常用灵敏度St来衡量粘性土结构性对强度的影响。灵敏度式中：qu——原状土无侧限抗压强度，kPa；qu′——重塑土无侧限抗压强度，kPa。根据灵敏度的大小，粘性土分为土的灵敏度愈高，其结构性愈强，受扰动后土的强度降低就愈明显。因此，在基础工程施工中必须注意保护基槽，尽量减少对土结构的扰动。1.7土的压实原理修建公路，有一半以上的路段为填方路段，人工填土作为路基必须处理，一般采用压路机碾压法。对于建筑工程，当人工填土作为建筑物地基时，也必须处理，一般利用人工夯实的方法进行分层夯实，以提高填土的强度，增加密实度和降低透水性，降低压缩量。对于过干的土进行夯打时，由于土中水主要是强结合水，土粒周围的水膜很薄，颗粒间具有很大的分子吸引力，阻止颗粒间的移动，击实比较困难。当含水量继续增加时，土中含强结合水及弱结合水，水膜变厚，土粒间联结力减弱而使土粒便于移动，击实效果较好；当水含量继续增大时，土中出现了自由水，击实时，孔隙中过多的水分不易立即排出，势必阻止土粒间的靠扰，产生软弹现象（俗称橡皮土），击实效果反而下降。所以，要使土的击实效果最好，含水量必定有一个最佳值，即最优含水量。1.7.1粘性土的击实特性最优含水量：在一定夯击或压实能量下，填土达到最大干密度时，相应的含水量为最优含水量,用WOP表示。相应的干密度为最大干密度用ρdmax表示。最优含水量W0P的测定(室内击实试验)用击实仪测定，如下图所示。图中击锤重24.5N，锤底直径50mm，落距460mm，击实筒的容积为1000cm3，内装土样。导筒起导向作用，将土样放于击实筒内，用手拿起击锤，松手后击锤在自重作用下下落，可将土样击实。试验时，对同一种土，配成若干份含水量不同的试样，对每一份先取1/3倒入击实筒内，进行击实。对于砂土一般20击，粘土30击。然后再取1/3倒入击实筒，再进行击实，最后将另外1/3倒入击实筒，进行击实，也就是分三层夯实，达到规定击数后，测定土样的含水量和干密度。含水量一般用烘干法测定，而土样的干密度可按下式计算，即式中：m------击实筒的土样质量，g；

A0-----击实筒内面积，cm2；

h------击实后试样高度，cm；

W-----含水量，用烘干法测定。根据对不同含水量试样进行试验的结果，绘制击实曲线，即含水量与干密度关系的曲线，如图所示，曲线处于峰值的含水量就是最优含水量W0P，相应的干密度为ρdmax.从击实曲线可以看出，当填土中的含水量低于最优含水量时，随着含水量的增加，干密度也随之加大，表明击实效果逐步提高。当含水量高于最优含水量后，随着含水量的增加，击实效果反而下降。因此，用人工填土作为地基时，首先应调整其含水量为最优含水量，然后再夯实或碾压，才能获得最高的密实度。1.7.1无粘性土的击实特性最优含水量经验值:有时，在缺少击实仪条件下，可根据测得的塑限估计最优含水量。

作为建筑物地基的土(岩)可分为岩石、碎石土、砂土、粉土、粘性土和人工填土六大类。1.8.1岩石的工程分类岩石是指颗粒间牢固粘结，呈整体或具有节理裂隙的岩体。（1）按岩石的生成原因分为岩浆岩、沉积岩及变质岩三大类。(2）岩石的坚固性按岩块的饱和单轴抗压强度frk可分为：坚硬岩石、较硬岩石、较软岩石、软岩和极软岩石5种。其划分标准为：frk＞60MPa

30＜frk≤6015＜frk≤305＜frk≤15frk≤5坚硬岩石较硬岩石较软岩石软岩极软岩石（2）按岩石的风化程度，分为未风化、微风化、中风化、强风化和全风化。（见P26表1-9）。（3）按岩石的完整程度，分为完整、较完整、较破碎、破碎、极破碎（见P26表1-10）。(4)按岩石的质量等级分,（见P271-12）。1.8地基土(岩)的工程分类土是自然地质历史的产物，它的成份、结构和性质是是千变万化的，其工程性质也是千差万别的。因此，有必要对土进行科学的分类，即把工程性质近似的土划分为一类。1.8.2碎石土的工程分类碎石土指粒径大于2㎜的颗粒超过总质量的50%的土。根据粒组含量及颗粒形状可分为漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾（见P27表1-13）。1.8.3砂土的工程分类砂土是指粒径大于2㎜的颗粒含量不超过质量的50%，而粒径大于0.075㎜的含量大于50%的土。根据各粒径含量砂土可分为砾砂、粗砂、中砂、细砂和粉砂五种，具体划分标准为：（见P27表1-13）。砾砂：粒径大于2㎜的颗粒占总质量的25%-50%粗砂：粒径大于0.5㎜的超过总质量的50%中砂：粒径大于0.25㎜的颗粒含量占总质量的50%以上细砂：粒径大于0.075㎜的颗粒含量超过总质量的85%粉砂：粒径大于0.075㎜的颗粒含量超过总质量的50%砂土的密实度可按标准贯入锤击数N63.5分为：密实、中密、稍密和松散四种。（见P19表1-3）。即：N≤1010＜N≤1515＜N≤30N＞30松散稍密中密密实砂土湿度按饱和度划分为饱和、很湿和稍湿三种，即（见P28表1-15）。Sr＜50%稍湿，50%＜Sr≤80%很湿，Sr＞80%饱和。砂土的密实度1.8.4粘性土的工程分类粘性土是指塑性指数Ip大于10的土。根据塑性指数Ip可分为粉质粘土（10＜Ip≤17）和粘土（Ip＞17）。（见表1-6）。粘性土的软硬状态根据液性指数IL分为（见表1-7）。：00.250.751坚硬硬塑为可塑软塑流塑《岩土工程勘察规范》按土的沉积年代又将粘性土分为：老粘性土、一般粘性土和新近沉积的粘性土。1.8.5粉土的工程分类塑性指数小于或等于10且粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%的土称为粉土。其性质介于粘性土与砂土之间。其中粘质粉土和砂质粉土按表白—16划分。1.人工填土：由人类活动堆填形成的各类土称为人工填土。根据其物质组成和成因,可分为素填土、杂填土、冲填土和压实填土。①素填土：由碎石、砂土、粉土、粘性土等组成的填土，不含杂质或含杂质很少。②杂填土：含有大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾等杂物的填土。③冲填土：由水力冲填泥砂形成的填土。④压实填土1.8.6几种常遇到的特殊土2.软土1、淤泥及淤泥质土：这种土在静水或缓慢的流水环境中沉积，经生物化学作用生成。天然含水量大于液限，e＞1.5的土称为淤泥。而w＞wL且1.0＜e≤1.5为淤泥质土3.黄土：是一种含大量的碳酸盐类、且常能以肉眼观察到大孔隙的黄色粉状土。这类黄土称为湿陷性黄土。湿陷性黄土根据上覆土自重压力下是否发生湿陷变形，又分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土。湿陷系数大余0.015的土称为湿陷性土。（4）膨胀土：是指土中含有大量的亲水性粘土矿物成分（如蒙脱石、伊利石等），在环境温度及湿度变化影响下，可产生强烈胀缩变形的土。由于膨胀土通常强度较高，压缩性较低，易被误认为是良好的地基。但遇水后，就呈现出较大的吸水膨胀和失水收缩的能力，往往导致建筑物和地坪开裂、变形而破坏。5、红粘土和次生红粘土：在北纬33以南，碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用，形成棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土或次生红粘土。红粘土：液限ωL>50％，裂隙发育，具有明显收缩性的棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土，一般分布于北纬33度以南地区。次生红粘土：经搬运但仍保留红粘土特征，且液限ωL>45％的土，称为次生红粘土。此外，还有多年冻土及盐渍土等。例题1-12.某土层的天然含水量w=47%,液限wL=41,塑限wp=18%，试确定土的名称并判断土的状态。解：IP=WL-WP=41-18=23,IP=23>17,该土为粘土，IL=1.26>1.0该土处于流塑状态即：该土为流塑状态的粘土。例题1-13.某砂土,取烘干土样质量500g,筛分结果如下表所示。测得土的天然密度ρ=1.72t/m3,ds=2.67,w=14.2%,试确定砂土的名称及其物理状态。

筛分试验结果d(mm)2020.50.250.075底盘总计每层筛上的质量0407015019050500大余某粒径含量%08225290100解:由计算结果可见:粒径大于0.25mm的颗粒占全部质量的52%,大于50%,按表1-19由上至下首先满足的为中砂,因此该土样为中砂。在0.75—0.85之间,固该砂为稍密的。处于稍湿状态。即：该土为稍湿、稍密的中砂。例题1-14.某原状土样，体积为50cm3，湿土的质量92克，烘干后质量为70克，ds=2.7液限wl=32.5%,塑限wp=17.2%。试求:土的名称及物理状态。若使土的干密度达到1.65t/m3，其孔隙比减少多少？该土为软塑状态的粉质粘土。ρd=

压密后孔隙比减少了e1-e2=0.29解：IP=wl-wp=32.5-17.2=15.3，该土为粉质粘土例题1-15.从某地基中取两个饱和土样，其物理性质指标如下：土样wds塑限Wp液限WlA27%2.7120%35%B35%2.7521%39%试判断下面结论是否正确：①A的天然重度大于B，②A比B软，③A的孔隙比大于B。解：

则

可见：eA＜eB，即：结论③不正确。

ΥA=19.9KN/m3,ΥB=18.9KN/m3结论①正确IL=（w-wp）/(wl-wp)ILA=0.47,ILB=0.78ILA<ILB,即:A比B硬,所以,结论②不正确。