土的物理性质及分类
土力学课件第2章_土的物理性质及分类
2.2.1 土的三相比例关系图
质量
m mw ms
气 水 土粒
体积
Va
Vv
Vw
V
Vs
ms：土粒质量 mw：土中水质量 m：土的总质量
100 %
（7）干密度ρd干容重γd • 定义：单位体积内土粒的质量或重量
• 表达式：
d
ms V
d
ms g V
d
g
• 土烘干，体积要减小，因而土的干密度不 等于烘干土的密度。
• 土的干密度或干容重是评价土密实程度的 指标，干密度或干容重越大表明土越密实， 反之越疏松。常用它来控制填土工程的施 工质量。
干密度与湿密度和含水率的关系
m
V
d
wd
1
d 1 w
d
1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
d
ms V
s
1 e
e dsw 1 d
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Sr
Vw Vv
ws w
e
wd s e
当土饱和时，即为Sr=100％
则
e wsat ds
w
sat
Gs e 1 e
w
Gs 1 1 e
e Gs (1 w)w 1
n 1 d Gs w
St
w d nw
kN/m3 kN/m3 kN/m3 kN/m3
第1章 土的物理性质及分类
筛分法
200g 10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 P % 95 87 78 66 55 36
筛分法就是用一套标准筛子如孔 直径(mm)：20、10、5.0、2.0、 l.0、0.5、0.25、0.1、0.075， 将烘干且分散了的200g有代表性 的试样倒入标准筛内摇振，然后 分别称出留在各筛子上的土重， 并计算出各粒组的相对含量，即 得土的颗粒级配。 沉降分析法：具体有密度计法(也 称比重计法)或移液管法(也称吸管 法)。该两法的理论基础都是依据 Stokes(司笃克斯)定律，即球状的 细颗粒在水中的下沉速度与颗粒 直径的平方成正比
第1章 土的物理性质及工程分类
§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 土的形成与三相组成 土的三相比例指标 无粘性土的密实度 粘性土的物理特征 土的工程分类
土的形成过程
土的三相组成 土的物理状态 土的结构
决定
渗透特性 变形特性 强度特性
土的工程分类：便于研究和应用 土 的 压 实 性：如何获得较好的土
知识要点
1.掌握土体的三相组成及三相比例 指标之间的换算 2.领会无粘性土密实度概念、判别 方法及砂土相对密度的计算 3.掌握粘性土的塑限、液限、塑性 指数和液性指数的概念及其物理状态评价 4.掌握无粘性土和粘性土的分类依据 和分类方法 5.掌握土的工程分类
§1.1 土的形成与三相组成 一、土的形成
固体颗粒 – 颗粒级配
土的三相组成 – 固体颗粒
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用 原生矿物：由岩石经过物理风化形成，其矿物
成分与母岩相同。
例：石英、云母、长石等 特征：矿物成分的性质较稳定，由其组成的土具
有无粘性、透水性较大、压缩性较低的特点
第一章土的物理性质及分类
第⼀章⼟的物理性质及分类第⼀章⼟的物理性质及分类1—1 概述⼟的定义：⼟是连续，坚固的岩⽯在风化作⽤下形成的⼤⼩悬殊的颗粒，经过不同的搬运⽅式，在各种⾃然环境中⽣成的沉积物。
⼟的三相组成：⼟的物质成分包括有作为⼟⾻架的固态矿物颗粒、孔隙中的⽔及其溶解物质以及⽓体。
因此，⼟是由颗粒(固相)、⽔(液相)和⽓(⽓相)所组成的三相体系。
第⼆节⼟的⽣成⼀、地质作⽤的概念地质作⽤--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。
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。
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。
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”。
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。
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．(⼀) 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。
区分矿物可以矿物的形状、颜⾊、光泽、硬度、解理、⽐重等特征为依据。
（⼆）岩⽯岩⽯的主要特征包括矿物成分、结构和构造三⽅⾯。
土的物理性质及工程分类
如有你有帮助，请购买下载，谢谢！第一章:土的物理性质及工程分类土是三相体——固相（土颗粒）、液相（土中水）和气相（土中空气）。
固相：是由难溶于水或不溶于水的各种矿物颗粒和部分有机质所组成。
2.土粒颗粒级配（粒度） 2. 土粒大小及其粒组划分b.土粒颗粒级配（粒度成分）土中各粒组相对含量百分数称为土的粒度或颗粒级配。
粒径大于等于0.075mm 的颗粒可采用筛分法来区分。
粒径小于等于0.075mm 的颗粒需采用水分法来区分。
颗粒级配曲线斜率: 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。
特征粒径: d 50 : 平均粒径；d 60 : 控制粒径；d 10 : 有效粒径；d 30粗细程度： 用d 50 表示。
曲线的陡、缓或不均匀程度：不均匀系数C u = d 60 / d 10 ，Cu ≤5,级配均匀，不好Cu ≥10,，级配良好，连续程度:曲率系数C c = d 302 / (d 60 ×d 10 )。
较大颗粒缺少，Cc 减小；较小颗粒缺少，Cc 增大。
Cc = 1~ 3, 级配连续性好。
粒径级配累积曲线及指标的用途：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：C c = 1 ~ 3，级配连续土；Cc > 3或Cc < 1,级配不连续土。
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C c = 1 ~ 3，级配良好的土；如果 Cu < 5 或 Cc > 3或Cc < 1, 级配不良的土。
土粒的矿物成份——矿物分为原生矿物和次生矿物。
原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物（圆状、浑圆状、棱角状） 次生矿物：原生矿物经化学风化后发生变化而形成。
（针状、片状、扁平状） 粗粒土：原岩直接破碎，基本上是原生矿物，其成份同生成它们的母岩。
土的物理性质及分类
1
sa s 1) w ' 1 e e n 1 e d s Sr e
例题1试证明如下各式：
d s w d 1 e
ds 1 w （2） （1） 1 e
d d s w 1 n （3）
土按颗粒级配的分类
《岩土工程勘察规范》中的分类法： 粒径＞ 2mm的质量超过50%的称为碎石土 粒径＞2mm的质量小于50％而＞ 0.075mm 的质量超过50%的称为砂土 粒径＞ 0.075mm的质量小于50%的定为粉 土或粘性土 碎石土、砂土和粉土又称为无粘性土
土粒粒组的划分
毛细压力增加了土粒间的联结，所以散 粒状的砂土，当含有少量水分时具有假 粘聚力，但是当土饱和时，这种联结作 用即告消失。因此，由于毛细力而 呈现的粘性是暂时性的。
（2）重力水 特点: 重力水是存在于地下水位以下的适水土层中的地下
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。重力水只受重力控制，不受土粒表面吸引力的 影响。
地质作用：导致地壳成分变化和构造变化的作用
岩浆活动 内力地质作用 地壳运动 变质作用 地质作用 气温变化、雨雪、 山洪、河流、湖泊、 海洋、冰川、风、 生物等
外力地质作用
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
矿物的硬度等级
硬度等级 矿物名称 野外简易鉴定方法
1 2
粗粒
砾 粒 砂 粒
粗砾 细砾 粗砂 中砂 细砂
筛
透水性大，压缩性小，无粘 性，有一定毛细性。
分
法
细粒
粉粒 粘粒
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。 透水性极弱，压缩性变化大， 具粘性和可塑性。
土的物理性质及分类
Dr. Han WX
1.土中水
土中水可以处于液态、固态或气态。
土中细粒愈多多，即土的分散度愈大，
土中水对土性影响也愈大。
土中水是成分复杂的电解质水溶液，它与土粒有着复杂的相互作用。土中
水在不同作用力之下而处于不同的状态，根据丰要作用力的不同，工程上对土
中水的分类见表1—2。
H2O的类型： Ⅰ固态水
Ⅱ液态水
土粒下沉速度
v s w gd 2 18
速度又
v L t
密度 s Gs wl Gs w
粒度
14
《土力学》 第1章 土的物理性质及分类
§1.2 土的组成 1.2.2 土粒的大小
Dr. Han WX
2.颗粒组成累计曲线
Effective size D10: 0.02 mm
均匀性系数：Cu
d 60 d10
《土力学》 第1章 土的物理性质及分类
§1.1 概述
土的物质成分包括作为上骨架的固态矿物颗粒、土孔隙中的液态水及其溶 解物质以及土孔隙中的气体。因此，土是由颗粒(固相)、水(液相)和气(气相)
土的组成
土粒 S : Solid
水 W: Liquid 气 A: Air
Soil particle
Water (electrolytes) Air
13
《土力学》 第1章 土的物理性质及分类
§1.2 土的组成 1.2.2 土粒的大小
Dr. Han WX
1.颗分析实验 Experiment
沉降分析法的理论基础是土粒在水中的沉降原理，如 图l-1所示，将定量的土样与水混合倾注量筒中，悬液经 过搅拌，使各种粒径的土粒在悬液中均匀分布，此时悬 液浓度(单位体积悬液内含有的土粒重量)在上下不同深度 处是相等的。但静置后，土粒在悬液中下沉，较粗的颗 粒沉陈较快，图中在深度Li处只含有≤di粒径的土粒，悬 液浓度降低了。如在Li深度处考虑一小区段mn，则mn段 悬液的浓度(ti时)与开始浓度(t＝0)之比，即可求得≤di的 累计百分含量。
土的物理性质及分类
浅海沉积物主要由细粒砂土、粘性土、淤泥和生物化学沉 积物（硅质和石灰质）组成，有层理构造，较滨海沉积物疏 松、含水量高、压缩性大而强度低。
陆坡和深海沉积物主要是有机质软泥，成分均一。
7.风积土
是指在干旱的气候条件下，岩石的风化碎屑物被凤吹 扬，搬运一段距离后，在有利的条件下堆积起来的一 类土。其颗粒磨圆度好，分选性好，土质均匀，孔隙 大，结构松散，具有湿陷性。我过西北黄土就是典型 的风积土。
相对含量（各粒组占土粒总量的百分数）来表示，称 为土的粒度成分（颗粒级配）。
颗分试验：
（1）筛分法：粒径>0.075mm。
（2）沉降分析法：（比重计或移液管法） 粒径 <0.075mm。
颗分曲线：根据颗分试验成果，可以绘制颗粒级配 曲线。
粗筛：60、40、
20、10、5、
土
2mm壤分Fra bibliotek细筛：2、1、
d60 d10 d30 Cu Cc
0.33 0.005 0.063 66 2.41
小于某粒径之土质量百分数（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
曲线愈陡，表示粒径大小相差不 多，土粒较均匀，级配不良； 曲线愈缓，表示粒径大小相差悬 殊，土粒不均匀，级配良好。
岩石
地质成岩作用
土
地质作用的概念：构成天然地基的物质是地壳中的岩 石和土。地壳厚度为30~80km，它的物质、形态和内 部构造是在不断地改造和演变的。导致地壳成分变化 和构造变化的作用，称为地质作用。
地
内力地质作用
质
作
用
2土的物理性质及分类
m ds (1 )
V
1 e
d
ms V
dsw
1e
1
e ds (1 )w 1
e ds w 1 ds (1 )
d
土的三相物理指标换算
sat
ms
VV w
V
(ds e)w
1 e
' ms Vs w ms (V VV )w
例题
标准贯入试验
标准贯入试验(SPT)是动 力触探的一种，它利用 一定的锤击动能（锤重 63.5±0.5kg，落距 76±2cm），贯入阻抗用 贯入器贯入土中30cm的 锤击数N表示，N63.5也 称为标贯击数
建筑地基土的分类
按《建筑地基基础设计规范》GB50072002和《岩土工程勘察规范》GB500212009，建筑地基土可分为碎石土、砂土、 粉土、黏性土及其它特殊类土。
砂质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量不超过 全重10% 黏质粉土：粒径小于0.005mm的颗粒含量超过全 重10%
黏性土是指塑性指数Ip大于10的土。
又可分为粉质黏土和黏土两类。详见P55, 表2-19
特殊土
具有一定的分布区域或工程意义，具有 特殊成分、状态和结构特征的土。
1. 湿陷性土； 2. 红黏土； 3. 软土（淤泥、淤泥质土、泥炭质土等） 4. 混合土； 5. 填土； 6. 多年冻土； 7. 膨胀岩土； 8. 盐渍岩土
碎石土是粒径大于2mm的颗粒含量超
过全重的50%的土。详见P55,表2-16
砂土是指粒径大于2mm的颗粒含量不超
过全重50%、粒径大于0.075mm的颗粒超过 全重50%的土。详见P55,表2-17
土的物理性质及分类
2.1.4 土的结构和构造
1. 单粒结构
2. 蜂窝结构 3. 絮凝结构
2.1.5土的构造：土体在空间构成上不均匀特征的总和。
不同土类和成因类型，构造特征不一样 1. 层状构造 2. 分散构造
3. 裂隙构造
2.1.4 土的结构和构造
（c） 孔隙胶结物（2000倍）
（a） 粒间空隙（500倍） （b）微裂隙（1200倍）
2.1.4 土的结构和构造
粘土矿物的片状结构
粘土矿物的定向排列
粘土矿物中的网状结构
2.2
土的三相比例指标
三相简图法
Three-phase diagram
ma=0
m mw ms
Air Water Soil
Va Vv Vw Vs V
质量mass/quality
体积volume
2.2.1 室内测定的三个基本物理指标
2.1.2 土中水（liquid
1、结合水
强结合水
phase）
弱结 合水
重力水
2、自由水
毛细水
2.1.2 土中水（liquid
毛细水
phase）
毛细水导致岩块产生裂 缝、肿胀现象
2.1.3 土中气体
vapor phase
土中气体按其所处的状态和结构特点可分以下几种类型： 自由气体：与大气连通，对土的性质影响不大 封闭气体：增加土的弹性；阻塞渗流通道
对数 坐标
粒径(mm)
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
小于某粒径土重含量（％）
特征粒径及定义 d60 : 限定粒径;d30 : 中值粒径
100 Particle-size distribution curve d10 : 有效粒径;d50 :平均粒径 90 80 分别相当于小于某粒径土 70 重累计百分含量为60％、 60 50%、30％及10％对应的粒 50 径，d60>d50>d30>d10 40 30 20 度量指标 10 （1）土粒大小的均匀程度： d60 d30 d10 0 Cu = d60 / d10（不均匀系数） lgd (mm)
土的物理性质及工程分类
•0
•塑限ωP
•液限ωL
•ω
•固态或半固态
•可塑状态
•流动状态
• 粘性土由某一种状态过渡到另一状态的界限含水量称为土的 稠度界限。
• 液塑限测定根据《土工试验规程》(SL237-007-1999)规定，采 用液塑限联合测定仪进行测定。
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土的物理性质及工程分类
•说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能力,即与土中 粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数就越高
•液性指数IL是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比
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•说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间的相对关系。 当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动 状态。根据IL值可以直接判定土的软硬状态
•风化（物理、 化学）作用
•岩石破碎
•岩
化学成分
石
改变
•搬运沉
积 •大小、形状和 成分都不相同的 松散颗粒集合体 （土）
•固 相 •土 •液 相 •气 相
•土中颗粒的大小、成分及三相之间的相互 作用和比例关系，反映出土的不同性质。
土的物理性质及工程分类
§2.1 土的组成及其结构与构造
v 一、土的固相
•分类方法：
•1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
• 根据土粒大小、粒组的土粒含量或土的塑性指数把地基土 （岩）分为岩石、碎石土、砂土、粉土和粘性土五大类。
•a.岩石的分类
• 颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石，坚硬 程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
•坚硬程度类别 •坚硬岩 •较硬岩 •较软岩 •软岩 •极软岩
土的物理性质及工程分类
第一章土的物理性质及工程分类第一节土的组成与结构一、土的组成天然状态下的土的组成（一般分为三相）⑴固相：土颗粒--构成土的骨架,决定土的性质--大小、形状、成分、组成、排列⑵液相：水和溶解于水中物质⑶气相：空气及其他气体（1）干土=固体+气体（二相）（2）湿土=固体+液体+气体（三相）（3）饱和土=固体+液体（二相）二、土的固相——矿物颗粒土粒粒径大小及矿物成分不同，对土的物理力学性质有着较大影响。
如当土粒粒径由粗变细时，土的性质可从无粘性变化到有粘性。
（一）土的粒组划分工程上将物理力学性质较为接近的土粒划分为一个粒组，粒组与粒组之间的分界尺寸称为界限粒径。
土颗粒根据粒组范围划分不同的粒组名称：六大粒组：块石（漂石）、碎石（卵石）、角粒（圆粒）、砂粒、粉粒、粘粒界限粒径分别是：200mm、20mm、2mm、0.075mm、0.005mm,见下表。
表1-1 粒组划分标准（GB 50021—94）（二）土的颗粒级配自然界的土通常由大小不同的土粒组成，土中各个粒组重量（或质量）的相对含量百分比称为颗粒级配，土的颗粒级配曲线可通过土的颗粒分析试验测定。
1.颗粒大小分析试验方法（1）筛分法：适用60—0.075mm的粗粒土（2）密度计法：适用小于0.075mm的细粒土2.颗粒级配曲线——半对数坐标系3.级配良好与否的判别1)定性判别（1）坡度渐变——大小连续——连续级配（级配曲线）（2）水平段（台阶）——缺乏某些粒径——不连续级配（1）曲线形状平缓——粒径变化范围大——不均匀——良好（2） 曲线形状较陡——变化范围小——均匀——不良 2) 定量判别：不均匀系数 1060d d C u =103060d d d 分别表示级配曲线上纵坐标为60% 30% 10%时对应粒径 不均匀系数越大，土粒越不均匀，工程上把5<u C 的看作是均匀的，级配不好；把10>u C 大于的土看作是不均匀的，级配良好。
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则Vv e
w w1 1g / cm
ms Gs wVs
3
令： Vs 1m3
V Vs Vv 1 e
sat
ms Vv w (Gs e) w g V 1 e
推求
e?
m Gs (1 w) w V 1 e
e
Gs w
d ?
ms Gs w d V 1 e 1 w
d
1
Gs (1 w) w
1
sat
ms Vv w (Gs e) w V 1 e
ms Vs w ms (V Vv ) w ms Vv w V w (Gs 1) w sat w V V V 1 e Vv e n V 1 e
Vw mw wGs Sr Vv Vv w e
3 【例题2-1】某饱和土体，重度 19.5kN / m ，土粒比重 Gs 2.7 。
（1） 根据题中的已知条件，推导干重度 d 的表达式; （2）根据（1）的结果，计算该土的干重度。 【解】 ms Vv w 3 g sat sat g sat sat 19.5kN / m 由已知条件： V
Vv e
V 1 e
m Gs (1 w)w
w w1
ms Vs Gs w Gs w
ms Gs w
Vs 1
w
mw 100% ms
mw wms wGs w
m mw ms Gs (1 w) w
§2.2 土的物理性质指标
；
sat sat g
有效密度(浮密度) 和有效重度(浮重度) ； g
sat d
sat w
w 10kN / m3
w w1 1g / cm3
§2.2 土的物理性质指标
三、描述土的孔隙体积相对含量的指标
小
结
土的物理 性质指标
室内测定三个基本 物理性质指标： 土的密度 土粒比重 土的含水量
§2.2 土的物理性质指标
土的三个组成相的体积和质 量上的比例关系
其它物理性质指标 孔隙含量 含水程度 密度和重度
三相草图法
Gs、w、
d、sat、 、e、n、Sr
• 特点: 指标概念简单，数量很多 • 要点：名称、概念或定义、符号、表达式、 单位或量纲、常见值或范围、联系与区别
土的物理状态指标
密实度 稠度 反映土的松密和软硬 状态的指标 无黏性土的松密程度 黏性土的软硬状态
§2.3 黏性土的物理状态指标
黏性土的物理特征
黏性土 含水量 较硬 变软 流动
(熟知）
固态→半固态→可塑状态→液体状态（流动状态)
黏性土的稠度 黏性土的可塑性 稠度是指土的软硬程度。反映了土粒之间的连结 强度随着含水量高低而变化的性质。 界限含水量 黏性土在外力的作用下可以任意改变形状而不开 黏性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，称 裂，外力撤去后仍能保持既得的形状的性能。 为土的稠度界限或界限含水量。
§2.2 土的物理性质指标
• 孔隙度(孔隙率)n
土的孔隙体积与土总积之比 ，以百分数表示。 Vv n 100% 表达式 V 根据ρ、Gs与W实测值计算而得，孔隙度与孔隙比相 比，工程应用较少。 物理意义：表示土中孔隙大小的程度。 常见值：黏性土和粉土:(30-60)%；砂土: (25-45)%。
§2.3 黏性土的物理状态指标
3、缩限wS(%) ⑴定义——黏性土呈半固态与固态之间的界 限含水量称为缩限wS。
⑵测定方法
用收缩皿法，用收缩皿或环刀盛满含水量为 液限的试样，放在室内逐渐晾干，至试样的颜色变 淡时，放入烘箱中烘至恒重，测定烘干后收缩体积 和干土重，从而求得缩限。
§2.3 黏性土的物理状态指标
1、液限wL(%) ⑴定义—黏性土由可塑 状态转到流动状态的界限含水 量称为液限wL。 ⑵测定方法
§2.3 黏性土的物理状态指标
锥式液限仪
操作过程： 将黏性土调成均匀的浓糊状，装 满盛土杯，刮平杯口表面，将76克 重圆锥体轻放在试样表面的中心， 使其在自重作用下徐徐沉入试样， 若圆锥体经5秒种恰好沉入10mm深度， 这时杯内土样的含水量就是液限WL值。 为了避免放锥时的人为晃动影响， 可采用电磁放锥的方法。 锥式液限仪
土中固体颗粒的质量与同体积4℃时纯水的质量之比； ms ms / Vs s 或为土粒密度与4℃时纯水的密度之比。 1g / cm3 Gs w1 表达式 m m /V
w1 w1 s w1
土粒密度 测定方法：
ms Vs
①比重瓶法；②经验法
常见值：砂类土 Gs=2.65～2.69；粉类土Gs=2.70～2.71； 黏性土 Gs=2.72～2.76。 有机质 Gs=2.4～2.5；泥炭： Gs=1.5～1.8。
V
常见值：
(0.8 1.3) g / cm3
§2.2 土的物理性质指标
重度
土的重力密度（重量）。 单位（N/m3）或（kN/m3） 土的密度 和土的重度 ； 土的干密度 d 和土的干重度
g
；
d
d d g
土的饱和密度 sat 和饱和重度 sat
蝶式液限仪
§2.3 黏性土的物理状态指标
2、塑限wP(%) ⑴ 定义 —— 黏 性 土 由 半固态转到可塑状态的界限含 水量称为塑限wP ⑵测定方法 搓条法 操作过程：
用双手将天然湿度的土样搓 成小圆球（球径小于10mm）， 放在毛玻璃板上再用手掌慢慢 搓滚成小土条，用力均匀，搓 到土条直径为3mm，出现裂纹， 自然断开，这时土条的含水量 就是塑限wp值。
ms Gs wVs Gs w g d ? g V 1 e 1 e
sat w
(Gs 1) w 1 e
(Gs 1) w 1 e sat w
d
( sat w )Gs Gs 1
土的物理性质指标
三相间的比例关系 质量和体积之间的关系 影响 力学特性
黏性土的物理状态指标 塑性指数IP
⑴ 定义——黏性土与粉土的液限与塑限的差 值（去掉%），称塑性指数，记为IP。 ⑵
物理意义
I p wL wp
土处在可塑状态的含水量变化范围。塑性指数愈大， 土处于可塑状态的含水量范围也愈大。 ⑶
• 土的孔隙比e
土中孔隙体积与固体颗粒体积之比 Vv e 表达式
Vs
根据ρ、Gs与W实测值计算而得，工程应用很广，可以用
来评价天然土层的密实度、进行砂土液化判断等。
常见值： 砂土 e=0.3～0.9； 当砂土e<0.6时，呈密实状态，为良好地基。 黏性土 e=0.4～1.2；当黏性土e>1.0时，为软弱地基。
§2.3 黏性土的物理状态指标
蝶式液限仪 操作过程： 将黏性土调成均匀的 浓糊状，装入碟内，刮平 表面，做成试样中心约 10mm厚的土饼，用开槽器 在土中开槽，槽底宽度为 2mm ， 然 后 将 碟 子 抬 高 10mm，使碟自由下落，连 续下落25次后，如果土槽 合拢长度为13mm，这时试 样的含水量为液限。
§2.2 土的物理性质指标
四、三相指标的换算
Gs、w、
d、sat、 、e、n、Sr
步骤： 首先绘出三相草图；
明确所求指标的表达式或定义；
作假设以减少未知量，求解。
例如 设： Vs 1
Vv e
§2.2 土的物理性质指标
V 1 e
ms / Vs Gs w1
mw wGs w
搓好的泥条
§2.3 黏性土的物理状态指标
液、塑限联合测定法 制备3个不同含水 量的 试 样， 测定圆锥 仪在5秒时的下沉深度， 测定此时的含水量 ， 在双对数坐标纸上绘 出圆锥下沉深度和含 水量的关系直线 。深 度 10mm ， 对 应 的 含 水 量为液限，2mm对应的 含水量为塑限。
入土深度与含水量的关系
可假设任一参数为1
三个独立变量， 干土或饱和土二 个独立变量
实验室 测定
其它指标： 三相草图法计算
为了确定三相草图诸量中的三个量，通常进 行三个基本的物理性质试验：
土的密度试验 土粒比重试验 土的含水量试验
§2.2 土的物理性质指标
一、土的基本物理性质指标
• 土粒比重Gs（土粒相对密度）
• 土的物理性质指标（土的三相比例指标）
表示土的三相组成各部分的质量和体积之间的比例关系的指标
九个物理量: m ma V Vv Vw ms m w Vs Va
m ms mw
VV Va Vw
V Va Vw Vs
土的三相草图
w 1g / cm3
§2.2 土的物理性质指标 九个物理量: m ma V Vv Vw ms m w Vs Va
§2.2 土的物理性质指标
二、特殊条件下土的密度
• 干密度 d
土单位体积中土粒的质量或土的孔隙中完全 表达式 d s 没有水时的密度。 V 测定方法
m
①大环刀法 ； ②放射性同位素法
工程应用 在工程上常把干密度作为评定土体紧密程度的标 准。通常用作填方工程如土坝、路基和人工压实地基 等土体压实质量的控制标准。 常见值： ρd=（1.3～1.8）g/cm3
§2.2 土的物理性质指标
• 饱和密度 sat
土的孔隙完全被水充满时的密度 m s Vv w 表达式 sat
V
w w1 1g / cm