长安大学公路学院土质土力学-3土的物理性质及工程分类讲义
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土质土力学03土的物理性质
环刀
3 土的物理性质
（3）饱和密度(重度)
sat
m Vv w s V
ma(0) mw m ms
sat sat g
A w W S
体积
Va Vw
Vv
V
Vs
volume
质量 mass
3 土的物理性质
（4）干密度（重度）
ms V
ma(0) mw m ms
d
A a W S
d sat
当土在天然状态下为干燥时，测得的密
度为干密度，饱和时（土处于地下水位 面附近及以下）为饱和密度。
3 土的物理性质
(6) 土的有效重度（浮重度） 当土浸没在水中时，其颗粒会受到浮力的作用，土体所受的 重力应扣除浮力。计算地下水位以下土层的自重应力时应当 考虑浮力的影响，此时采用有效重度计算。 有效重度是扣除浮力以后的颗粒所受重力与土的总体积之比， 用’表示，有效重度又称为浮重度（浮容重）。有效重度 除于重力加速度称为土的有效密度（浮密度），用’表示。 计算式为： m s g Vs w ' sat w V ms Vs w ' sat w sat 1
V
土的有效重度的影响因素与土的密度相同。
3 土的物理性质
2．土的含水性 土的含水性是指土的含水情况，说 明土的干湿程度。 可用土中含水的质量来表示，也可 用水充填孔隙的程度表示。
3 土的物理性质
(1) 土的天然含 水量（含水率）
ma(0) mw
mw 100% ms
用百分数表示 实测指标（烘干 法）
3 土的物理性质
土的工程性质主要指土的物理性质
土力学与地基基础(3、土的物理性质)
土的三相比例指标换算公式（续）
例题：
一块原状土样，经试验测得土的天然密度ρ＝1.67t／m3， 含水量ω＝12.9％，土粒相对密度ds=2.67。求孔隙比e、孔 隙率n和饱和度Ｓr。 （1） e
d s (1 ) w
2.67(1 0.129) 1 1 0.805 1.67
（2）三个基本物理指标
①土的天然密度ρ 定义：土单位体积的质量称为土的密度(单位为g／cm３或 t／m３)，即： m V
测定方法：采用“环刀法”测定。用一个圆环刀(刀刃向 下) 放臵于削平的原状土样面上，垂直边压边削至土样伸出环刀 口为止，削去两端余土，使与环刀口面齐平，称出环刀内土 的质量，求得它与环刀容积之比值即为土的密度。 天然状态下土的密度变化范围很大，一般为ρ＝1.6～ 2.2g／cm3。 规范中一般使用“重度”，单位kN/m3。
IL可以用来表示粘性土
所处的软硬状态；
IL不能反映原状土的结
构状态；
用IL判断扰动土的软硬
状态是合适的。原状
土要比扰动土坚硬。
（3）粘性土的灵敏度和触变性
灵敏度St：用来衡量粘性土结构性对强度的影响的指标。
qu St qu
1.0<St≤2.0 低灵敏 2.0<St≤4.０ 中等灵敏 St>4.0 高灵敏
（2）三个基本物理指标（续）
③土粒相对密度（比重）ds 土的固体颗粒质量与同体积4℃时纯水的质量之比，称 为土粒相对密度(又称为比重)，即：
式中：ρs－土粒密度(g／cm3)； ρw1－纯水在4℃时的密度(单位体积的质量)，等于 lg／cm3或1t／m3。 土粒相对密度可在实验室采用“比重瓶法”测定。土的 比 重值变化不大，其经验值为：砂土2.65～2.69、粉土2.70～ 2.71、粉质粘土2.72～2.73、粘土2.74～2.76；有机质土 2.4～2.5、泥炭土1.5～1.8。(详见教材表2.5)
《土力学与地基基础》第3章 土的物理性质和工程分类
累积重量的百分比，绘制如下图所示的颗粒级配累积曲线。
横坐标（对数坐标）为土的粒径d（mm）， 纵坐标为小于某粒径含量百分比（%）。（课本第36页）
颗粒级配曲线的用途： （1）对粗粒土进行分类（详见课本第50页）
碎石土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
砂土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
自由水： （课本第37页）
按其移动所受作用力的不同，可以分为：
（1）重力水：是在重力或压力差作用下，能自由流动的自
由水。 一般指地下水位以下的透水层中的地下水，它对土粒有
浮力作用，直接影响土的应力状态，因此，基坑（槽）开挖 要采取降（排）水措施，建筑物的地下室需要进行防渗处理 。
自由水： （课本第37页）
w mw 100 % m ms 100 %
ms
ms
单位：%
测定方法：烘干法。
天然土样称重后，置于 烘箱内烘干，再称干土 重。
（课本第40-41页）
测定方法：烘干法。天然土样称重后，置于烘箱内 烘干，再称干土重。
粗集料
细集料
含水率公式：w m水 100% （课本第41页）
m土颗粒
公式各部分计算过程：（课本没有，补充内容）
（2）毛细水：是受到水与空气交
界面处表面张力作用的自由水。 存在于地下水位以上的透水层
中，对建筑物底层的防潮有重要影 响。土粒由于毛细水压力互相靠近 而压紧，土因而具有微弱的黏聚力 ，称为毛细压力。
亲水性 表面张力 憎水性 表面张力
表面张力
毛细压力能使潮湿砂土开挖一定高度，但失水干 燥后就会松散坍塌。
V Vs Vv
天然密度反映土的紧密程度，密度越大表示土的颗粒 越多，即越紧密。
横坐标（对数坐标）为土的粒径d（mm）， 纵坐标为小于某粒径含量百分比（%）。（课本第36页）
颗粒级配曲线的用途： （1）对粗粒土进行分类（详见课本第50页）
碎石土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
砂土：（课本第50页）
根据颗粒粒径和含量来划分
自由水： （课本第37页）
按其移动所受作用力的不同，可以分为：
（1）重力水：是在重力或压力差作用下，能自由流动的自
由水。 一般指地下水位以下的透水层中的地下水，它对土粒有
浮力作用，直接影响土的应力状态，因此，基坑（槽）开挖 要采取降（排）水措施，建筑物的地下室需要进行防渗处理 。
自由水： （课本第37页）
w mw 100 % m ms 100 %
ms
ms
单位：%
测定方法：烘干法。
天然土样称重后，置于 烘箱内烘干，再称干土 重。
（课本第40-41页）
测定方法：烘干法。天然土样称重后，置于烘箱内 烘干，再称干土重。
粗集料
细集料
含水率公式：w m水 100% （课本第41页）
m土颗粒
公式各部分计算过程：（课本没有，补充内容）
（2）毛细水：是受到水与空气交
界面处表面张力作用的自由水。 存在于地下水位以上的透水层
中，对建筑物底层的防潮有重要影 响。土粒由于毛细水压力互相靠近 而压紧，土因而具有微弱的黏聚力 ，称为毛细压力。
亲水性 表面张力 憎水性 表面张力
表面张力
毛细压力能使潮湿砂土开挖一定高度，但失水干 燥后就会松散坍塌。
V Vs Vv
天然密度反映土的紧密程度，密度越大表示土的颗粒 越多，即越紧密。
土的物理性质及工程分类
第1章土的物理性质及工程分类1.1 土的形成岩土体是地壳的物质组成。
岩体是地壳表层圈层，经建造和改造而形成的具一定组分和结构的地质体。
它赋存于一定的地质环境之中，并随着地质环境的演化和地质作用的持续，仍在不断的变化着。
土体是岩石风化的产物，是一种松散的颗粒堆积物。
由于岩土材料组成的复杂性，其性质在许多方面不同于其它材料，具有其特有的多变性及复杂性。
以下就岩土的特性分别简述之。
1.2 土的组成1.1.1 土的结构与特性土是一种松散的颗粒堆积物。
它是由固体颗粒、液体和气体三部份组成。
土的固体颗粒一般由矿物质组成，有时含有胶结物和有机物，这一部分构成土的骨架。
土的液体部分是指水和溶解于水中的矿物质。
空气和其它气体构成土的气体部分。
土骨架间的孔隙相互连通，被液体和气体充满。
土的三相组成决定了土的物理力学性质。
1）土的固体颗粒土骨架对土的物理力学性质起决定性的作用。
分析研究土的状态，就要研究固体颗粒的状态指标，即粒径的大小及其级配、固体颗粒的矿物成分、固体颗粒的形状。
（1）固体颗粒的大小与粒径级配土中固体颗粒的大小及其含量，决定了土的物理力学性质。
颗粒的大小通常用粒径表示。
实际工程中常按粒径大小分组，粒径在某一范围之内的分为一组，称为粒组。
粒组不同其性质也不同。
常用的粒组有：砾石粒、砂粒、粉粒、粘粒、胶粒。
以砾石和砂粒为主要组成成分的土称为粗粒土。
以粉粒、粘粒和胶粒为主的土，称为细粒土。
土的工程分类见本章第三节。
各粒组的具体划分和粒径范围见表1-1。
土中各粒组的相对含量称土的粒径级配。
土粒含量的具体含义是指一个粒组中的土粒质量与干土总质量之比，一般用百分比表示。
土的粒径级配直接影响土的性质，如土的密实度、土的透水性、土的强度、土的压缩性等。
要确定各粒组的相对含量，需要将各粒组分离开，再分别称重。
这就是工程中常用的颗粒分析方法，实验室常用的有筛分法和密度计法。
筛分法适用粒径大于0.075mm的土。
利用一套孔径大小不同的标准筛子，将称过质量的干土过筛，充分筛选，将留在各级筛上的土粒分别称重，然后计算小于某粒径的土粒含量。
土力学：土的物理性质及分类
2.7 土的分类
2020/3/3
2
2.1 概述
1、物理性质指标：
三相间的比例指标（轻重、松密、干湿程度）。土为 三相体，三相间的比例对土的工程性质具有重要影响。
2、物理状态与特征
无粘性土的松密与粘性土的稠度——土粒大小是影 响土性质最主要的因素。
3、土的工程分类
2020/3/3
3
2.2 土的三相比例指标
m (g / cm3 )
V
（环刀法 ）
2020/3/3
ma=0 mw
m ms
质量
气 水 土粒
Va Vw Vv V Vs
体积
5
2、导出指标
干密度：
d
ms V
(g / cm3 )
ma=0 mw
饱和密度：
sa t
ms
Vv w
V
(g / cm3 )
m
有效密度或浮密度： ms Vs w (g / cm3 )
某饱和土体，土粒相对密度为 ds 2.7 ， 19.5kN / m3 。 试求（1）推
导干重度的表达式；（2）计算干重度。
已知条件分析： Sr 1.0 ds 2.7 sat 19.5kN / m3 (sat 1.95 g / cm3 )
解法1： (1) 绘三相图
IL<0 IL=0 – 1
坚硬状态 可塑状态 流态
0.00 – 0.25硬塑 0.25 - 0.75 可塑 0.75 – 1.00软塑
wL 与 wp 都是采用重塑土测IL>定1，因而液性指数并不能完全反映结构
性粘土的物理状态。
3、天然稠度
取原状土样测试（联合测定），反映路基的干湿状态 。
土力学-物理性质及分类
沉降
不均匀沉降会导致建筑物开裂、倾 斜等问题。为了减小沉降，可以采 取加强基础、设置沉降缝等方法。
地震液化
地震液化会导致土壤失去承载力， 影响建筑物安全。为了解决地震液 化问题，可以采取振实、排水、换 填等方法。
05
结论
土力学物理性质及分类的重要性
土力学物理性质及分类是工程设计和施工的重 要依据，能够提供土的强度、变形和渗透等特 性，从而确保工程的安全性和稳定性。
了解土的物理性质和分类有助于预测土的行为， 为工程提供科学依据，避免因对土的性质了解 不足而导致的工程事故。
土的物理性质和分类对于地质工程、环境工程、 岩土工程等领域的研究和应用具有重要意义， 能够为相关领域提供基础数据和理论支持。
对未来研究的展望
随着科技的发展和研究的深入，未来对土的物理性质和分类的研究将更加精细和全面，有望揭示更多 土的内在规律和特性。
颗粒组成
土是由固体颗粒、水和空气组成的混合物。固体颗粒的成分和大小对土的性质 有重要影响。根据颗粒的大小和成分，土可以分为砂土、壤土和粘土等类型。
结构
土的结构是指固体颗粒之间的排列和相互关系。土的结构对土的强度、压缩性 和渗透性等性质有显著影响。
土的含水量
含水量
指土中水的质量与土的固体颗粒 质量的比值，通常以百分比表示 。含水量对土的力学性质和工程 性质有重要影响。
03
土的分类
按颗粒大小分类
粗粒土
粒径在2～0.1mm 之间的颗粒占优势 的土。
极细粒土
粒径在0.01～ 0.005mm之间的颗 粒占优势的土。
巨粒土
大于2mm的颗粒占 优势的土。
细粒土
粒径在0.1～ 0.01mm之间的颗 粒占优势的土。
《土质学与土力学》复习资料-土质学与土力学
V1.干密度:?d: 土的固相质量 ms 与土的总体积V 之比，：打m s (g/cm 3)。
第一章土的物理性质及工程分类土是岩石经过物理风化、 化学风化、生物风化作用后的产物， 是由各种大小不同的土粒按各种比例 组成的集合体。
土粒之间的孔隙中包含着水和气体，是一种三相体系。
第一节土的三相组成无机矿物颗粒 原生矿物：岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英、长石、云母等 固体颗粒次生矿物：原生矿物风化作用的风化矿物 AI 2O 3、Fe 2O 3、次生SiO 2、（固相）$ 「（化学风化）粘土矿物以及碳酸盐等有机质：由于微生物作用，土中产生的复杂的腐殖质矿物，还有动植物残体等有机物, （生物风化）如泥炭等。
结合水 水弱结合水液相）自由水 气体 与大气联通：与空气相似，受到外力作用时排出，对土的工程性质没多大影响。
（气相）与大气不连通：密闭气体，压力大被压缩或溶解于水中，压力小时气泡恢复原状或重游 离，对土的工程性质有很大影响。
（含气体的土成为非饱和土，非饱和土的工程性质研究已成为土力学的一个新分支） 第二节土的颗粒特征1 .描述土粒大小及各种颗粒的相对含量的常用方法： 对粒径＞0.075mm 的土粒，筛分法；粒径＜0.075mm的土粒，沉降分析法。
沉降分析法是根据土粒在悬液中沉降的速度与粒径的平方成正比的 Stokes 公式来确定各粒组相对含量的方法。
2 .土粒大小划分：块-碎-砾-砂-粉-粘粉：砂粉，粘粉；粘：粉粘，粘土）粘土粒径＜0.002mm ，为很细小的扁平颗粒，表面具有极强的和水相互作用的能力。
第三节土的三相比例指标土的三相五只在体积和质量上的比例关系称为三相比例指标。
三相比例指标反映了土的干燥与潮 湿、疏松与紧密，是评价土的工程性质的最基本的物理性质指标， 也是工程地质勘查报告中不可缺少的基本内容。
土样体积：V 二 V s V w V a （ V V = V w V a ）土样质量：m = m s m w三相比例指标分为两种：试验指标，换算指标 一、 试验指标包括土的密度、土粒密度、含水量m31 .土的密度：单位体积土的质量，-（g / cm ）。
土质学和土力学课件
透水性很大，无粘性，毛细水上升高 度不超 过粒径大小
易透水，当混入云母等杂质时透水性 减小，而压缩性增加；无粘性，遇水不膨 胀，干燥时松散，毛细水上升高度不大， 随粒径变小而增大
粉粒 粘粒
粗 细
0.05～0.01 0.01～0.005
透水性小，湿时稍有粘性，遇水膨胀 小，干时稍有收缩，毛细水上升高度较大 较快，极易出现冻胀现象
土中水
土中水处于不同位置和温度条件下，可具 有不同旳物理状态——固态、液态、气态。液 态水是土中孔隙水旳主要存在状态，因其受土 粒表面双电层影响程度旳不同可分为结合水、 毛细水、重力水。后两者也称为非结合水（自
由水）。
水的类型
主要作用力
结合水
物理化学力
毛细水 非结合水
重力水
表面张力和重力 重力
1．结合水
土力学与土质学
(第1章）
第1章 土旳物理性质和工程分类
学习要求：
了解土旳成因和三相构成，掌握土旳物理性 质和物理状态指标旳定义、物理概念、计算公式 和单位。要求熟练地掌握物理指标旳三相换算。 了解地基土旳工程分类根据与精拟定名。
基本内容：
1.1 土旳形成与特征 1.2 土旳三相构成 1.3 土旳物理性质指标 1.4 土旳物理状态指标 1.5 土旳工程分类
化学风化——指岩石碎屑与空气、水和多种水溶液相接触， 经氧化、碳化和水化作用，变化原来矿物成份，形成新 旳矿物（次生矿物）。生成旳土为细粒土，粘性土。
生物风化——由动物、植物和人类对岩体旳破坏称~。
土旳构造和构造
1.定义： 指土颗粒旳大小、形状、表面特征， 相互排列及其联结关系旳综合特征。
2.分类：
水溶盐
●有有机高质岭石、伊利石和蒙脱石
土力学地基基础土的物理性质及工程分类
第20页/共64页
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
第21页/共64页
第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
第22页/共64页
第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
第34页/共64页
土的物理性质指标汇总
第23页/共64页
1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
3 土中气体
土的固体颗粒之间存在孔隙，没有 被水填充的部分为土的气体组成。土中 气体主要分为两类： （1）自由气体：与大气相通，土层受压 时会逸出，一般对工程无影响。 （2）封闭气泡：与大气隔绝，一般存在 于黏土中，土层受压时，封闭气泡缩小， 卸荷时气泡又膨胀，形成有弹性的“橡 皮土”，使土体压实困难，渗透性降低。
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第三节 土的物理性质指标
土的三相分布草图：固相集中于下部， 液相居中部，气相集中于上部，以适当比 例画成的一个草图，左侧标出各相的质量， 右侧注明各相的体积。如下图所示：
第22页/共64页
第三节 土的物理性质指标
1 土的三项基本物理性质指标 2 反映土的松密程度的指标 3 反映土中含水程度的指标 4 特定条件下土的密度（重度）
第33页/共64页
4 特定条件下土的密度（重度）
（3）土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ①物理意义
土的有效重度（浮重度）ϒ ’ ：地下水位以 下，土体单位体积所受的重力，再扣除浮力的 部分。 ②表达式
式中ϒw为水的重度，可取10kN/m3。 ③常见值
ϒ’ =8~13kN/m3。
第34页/共64页
土的物理性质指标汇总
第23页/共64页
1 土的三项基本物理性质指标
（1）土的密度ρ和土的重度ϒ ①物理意义
土的密度ρ：单位体积土的质量，g/cm3。 土的重度ϒ：单位体积土所受的重力，即ϒ = ρg = 9.8ρ ≈ 10 ρ，kN/m3。 ②表达式
③常见值 ρ =1.6~2.2 g/cm3， ϒ=16~22kN/m3。
土的结构一般分为下列三种 ①单粒结构：粗粒土（卵石、砂土等）在沉积 过程中，每个颗粒在自重作用下单独下沉达到 稳定状态。 ②蜂窝结构：土颗粒较细（粒径小于0.02mm） 时，在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由 于土粒之间的分子引力大于土粒自重，使得下 沉的土粒被吸引而不再下沉。一粒粒依次被吸 引，形成很大孔隙的蜂窝状结构。
土力学第二章：土的物理性质及工程分类全解
第2章 土的物理性质及工程分类 2.2 土的三相组成
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 巨粒(>200mm)
土颗粒
粗粒(0.075-200mm)
卵石或碎石颗粒 (20200mm)
圆砾或角砾颗粒 (2-20mm) 砂 (0.075-2mm)
细粒(<0.075mm)
粉粒(0.005-0.075mm)
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ①温差风化：由于温差 变化，岩石在热胀冷缩 过程中逐渐破碎的过程， 常发生在温差较大的干 旱气候地区。
2.1 土的生成与特性
第2章 土的物理性质及工程分类
2.1.1土的生成
（1）物理风化 ② 冰劈作用：充填于岩 石裂隙中的水结冰体积 膨胀而使岩石裂解的过 程。 水结成冰时其体积可增 大9.2％。冰体将对裂缝 壁产生2000kg／cm2的 巨大压力。
1.0 ,0.5, 0.25,
0.075
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (1) 筛分法：适用于0.075mm≤d≤60mm
2.2 土的三相组成
筛析机
第2章 土的物理性质及工程分类
2.2.1土的固体颗粒
3.土的粒径级配 (2) 比重计法:适用于d＜0.075mm
粒径<0.25mm: 粒径<0.075mm:
1-155 0 0151 000 1% 0 500
1-15 5 0 015 100 3 0 04% 500
<2.0
<1.0
<0.5
<0.25
<0.075
90%
60%
土力学——土的性质及工程分类
（一）土粒比重（土粒相对密度）ds（或Gs） 实测指标 （二）土的密度 （三）含水量 (%)
48
（一）孔隙比e （二）孔隙率n （三）饱和度Sr 计算指标 （四）土的干密度ρd （五）土的饱和密度ρsat （六）土的有效密度ρ′
（1）坡积土——残积土受重力和短期水流（如雨 水和雪水）的作用，被搬运到山坡或坡脚处沉积 起来的堆积物。此堆积物体内土颗粒粗细不均匀， 性质差异较大（图l－2）。 （2）洪积土——残积土和坡积土受洪水冲刷，被 搬运到山麓处沉积的堆积物。具有一定的分选性 。搬运距离近的沉积物其沉积颗粒较粗，力学性 质较好；而搬运距离远的沉积物其沉积颗粒较细 ，力学性质较差（图1－3）。
第二节 土的三相组成 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的三 相体系。固体部分即固体颗粒，一般由矿物质所 组成，有时含有有机质。这一部分构成土的骨架 ，称为土骨架。土骨架间布满相互贯通的孔隙， 这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和土；有时 一部分被水占据，另一部分被气体占据，称为非 饱和土；有时也可能完全充满气体，称为干土。 水和溶于水的物质构成土的液体部分，空气及其 他一些气体构成土的气体部分。这三部分本身的 性质以及它们之间的比例关系和相互作用决定了 土的物理力学性质。
基本概念: ※土颗粒的大小及其组成情况，通常以土中 土颗粒各个粒组的相对含量（各粒组占土粒 总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。
26
根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制 颗粒级配累积曲线（横坐标为粒径，用对数 坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含量， 用常数坐标表示）。 颗粒级配曲线的坡度可以大致反映土的 均匀程度。 曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗 粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬 殊，土颗粒不均匀，级配良好。
双电层结构及电位变化示意图 41
48
（一）孔隙比e （二）孔隙率n （三）饱和度Sr 计算指标 （四）土的干密度ρd （五）土的饱和密度ρsat （六）土的有效密度ρ′
（1）坡积土——残积土受重力和短期水流（如雨 水和雪水）的作用，被搬运到山坡或坡脚处沉积 起来的堆积物。此堆积物体内土颗粒粗细不均匀， 性质差异较大（图l－2）。 （2）洪积土——残积土和坡积土受洪水冲刷，被 搬运到山麓处沉积的堆积物。具有一定的分选性 。搬运距离近的沉积物其沉积颗粒较粗，力学性 质较好；而搬运距离远的沉积物其沉积颗粒较细 ，力学性质较差（图1－3）。
第二节 土的三相组成 土是由固体颗粒、水和气体三部分组成的三 相体系。固体部分即固体颗粒，一般由矿物质所 组成，有时含有有机质。这一部分构成土的骨架 ，称为土骨架。土骨架间布满相互贯通的孔隙， 这些孔隙有时完全被水充满，称为饱和土；有时 一部分被水占据，另一部分被气体占据，称为非 饱和土；有时也可能完全充满气体，称为干土。 水和溶于水的物质构成土的液体部分，空气及其 他一些气体构成土的气体部分。这三部分本身的 性质以及它们之间的比例关系和相互作用决定了 土的物理力学性质。
基本概念: ※土颗粒的大小及其组成情况，通常以土中 土颗粒各个粒组的相对含量（各粒组占土粒 总量的百分数）来表示，称为土的颗粒级配。
26
根据颗粒大小分析试验结果，可以绘制 颗粒级配累积曲线（横坐标为粒径，用对数 坐标表示；纵坐标为小于某粒径的土重含量， 用常数坐标表示）。 颗粒级配曲线的坡度可以大致反映土的 均匀程度。 曲线陡，表示粒径大小相差不多，土颗 粒比较均匀；曲线缓，表示粒径大小相差悬 殊，土颗粒不均匀，级配良好。
双电层结构及电位变化示意图 41
土力学-土的物理性质及工程分类
§2.1.4 土的生成与工程特性的关系
各类土的生成条件不同，其工程特性往往相差悬殊。 1、 搬运、沉积条件 通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土； 2、 沉积年代 通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。 3、 沉积的自然地理环境 我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊
，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。
粘粒
0.005mm≤粒径d
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大、工程性质好。
土力学
§土2的.2物理土性的质三及相工组程分成类
§2.2.1 土的固体颗粒
3、土的粒径级配 自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒组混 合而成。土的颗粒有粗有细，土中土粒的大小及其组成,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。 粒径级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土的 分类定名的标准。
d3 0 2
cc
d1 0 d6 0
(2.2)
一般按经验把Cu≤5的土看作是均粒土，属级配不良；Cu>10的 土属级配良好。此外，要满足级配良好的要求，除土粒大小必须不 均匀外，还要求符合Cc=1～3的条件。否则土粒大小不连续，出现 缺粒段，仍不能称为级配良好。
工程上同时满足Cu>5且Cc=1～3的土为级配良好的土。
分散构造的工程性质最好； 结核状构造工程性质的好坏取决于细粒土部分； 裂隙状构造中，裂隙破坏了土的整体性，使强度降低，渗透性 增大，工程性质差。
土力学
§土2的.1物理土性的质生及成工与程分特类性
§2.1.3 土的工程特性
土与其它连续介质的建材相比，具有下列三个显著的工程特性： 1、 压缩性高
反映材料压缩性高低的指标弹性模量（土称变形模量）。
各类土的生成条件不同，其工程特性往往相差悬殊。 1、 搬运、沉积条件 通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土； 2、 沉积年代 通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。 3、 沉积的自然地理环境 我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊
，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。
粘粒
0.005mm≤粒径d
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大、工程性质好。
土力学
§土2的.2物理土性的质三及相工组程分成类
§2.2.1 土的固体颗粒
3、土的粒径级配 自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒组混 合而成。土的颗粒有粗有细，土中土粒的大小及其组成,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。 粒径级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土的 分类定名的标准。
d3 0 2
cc
d1 0 d6 0
(2.2)
一般按经验把Cu≤5的土看作是均粒土，属级配不良；Cu>10的 土属级配良好。此外，要满足级配良好的要求，除土粒大小必须不 均匀外，还要求符合Cc=1～3的条件。否则土粒大小不连续，出现 缺粒段，仍不能称为级配良好。
工程上同时满足Cu>5且Cc=1～3的土为级配良好的土。
分散构造的工程性质最好； 结核状构造工程性质的好坏取决于细粒土部分； 裂隙状构造中，裂隙破坏了土的整体性，使强度降低，渗透性 增大，工程性质差。
土力学
§土2的.1物理土性的质生及成工与程分特类性
§2.1.3 土的工程特性
土与其它连续介质的建材相比，具有下列三个显著的工程特性： 1、 压缩性高
反映材料压缩性高低的指标弹性模量（土称变形模量）。
第二章土的物理性质及工程分类
②次生矿物
固相 构成
风化 程度
颗粒 大小
特点及对工程性质、力学性质 的可能影响
高度的分散性,呈细粒状,它的
次生 矿物（蒙 脱石、伊 利石、高
岭石）
化学 风化
细小，呈片 状 ,是粘性 土固相的主 要成分。
含量的变化对粘性土性质十分 敏感,巨大的比表面使其具有 很强的与水相互作用的能力, 它的结晶结构的不同,会带来 其工程性质的显著差异。
1 、粒度：指土粒的大小，通常用粒径d表示，单位mm。 注：当d越小时，粘性越好；反之，当d越大时，粘性越差。 2 、粒组：界于一定粒度范围内的土粒。 3、界限粒径：划分粒组的分界尺寸。 注：工程上根据界限粒径200、60、2、0.075和0.005mm把土粒
分为：漂石（块石）颗粒、卵石（碎石）颗粒、园砾（角砾） 颗粒、砂粒、粉粒及粘粘六大类。
Teacher Yang Ping
第二节 土的三相组成
①在天然状态下，土呈三相系，即由固体颗粒、水和 空气三相所组成。
②饱和土和干土都是二相土。 注：当孔隙全部为水填充时，称为饱和土。反之，当
孔隙中没有水，全部为气体填充时，称为干土。
Teacher Yang Ping
一、土中固体颗粒（简称土粒） ㈠、基本概念
四、孔隙比e
1.概念：土中孔隙体积与土粒体积之比。
2.计算公式：
e Vv Vs
注：孔隙比反映了土的密实度，e<0.6时，土是密实的
低压缩性土；e>1时，土是疏松的高压缩性土。同一类
土的孔隙比越大，土的压缩性和透水性越大，而其强
度就越小。
Teacher Yang Ping
五、孔隙率n 1.概念：土中孔隙体积与土体体积之比，用百分数表示。 2.计算公式：
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表示土中含水程度的指标
含水量 饱和度
w(%) m w ms
ma=0 Air mw Water m
Va VwVv V
定义: 土中水的体积与孔隙体积的比值
ms
Solid Vs
表达中充满水的程度
质量
体积
Sr=0 : 干土 Sr=1 : 饱和土
土的三相比例指标
表示土的密度和容重的指标
土的物理性质 及工程分类
土的三相比例指标
土的三相比例指标
(松密程度、干湿程度)
定义
土的三个组成相的体积和 质量上的比例关系
表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度 粘性土的软硬程度
影响
力学特性
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
基本方法:
三相草图法
土的三相比例指标
ma=0
有时也称土的天然密度 定义: 单位体积土的质量 表达式: m m s m w
V Vs Vw Va
单位: kg/m3 或 g/cm3 一般范围: 1.60~2.20 g/cm3
ma=0 Air
mw m
Water
Va VwVv V
ms Solid Vs
质量
体积
相关指标:
土的容重
三相草图有助于直观 理解物性指标的概念
wVv V
质量
饱和容重
sat satg
Va VwVv V
Vs
体积
浮容重
sat w
有效容重
土的三相比例指标
▪ 各种密度容重之间的大小关系：
天然密度 干密度 饱和密度
m V
d
ms V
sat d
s at
ms
wVv V
天然容重 干容重 饱和容重 浮容重
g
d dg sat satg sat w
sat d
土的三相比例指标
▪ 三相指标间的换算
e
假定土的颗粒体积Vs=1， 并假定 ρw1= ρw， 则孔隙 Vv=e， 总体积 V=1+e，
颗粒质量 ms=VsGs ρw1=VsGs ρw，
ms
水的质量 mw=wms=wGs ρw，
总质量 m=Gs（1+w） ρw，
于是根据定义有
质量
m
mw
air Water
ms
Solid
土的三相图
Va
Vv
Vw
V
试验 指标
Vs
换算
指标
土的三相比例指标
共有九个参数: V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m
已知关系五个:
三相草图
m ms mw ma ma 0 m w w Vw
V Vs Va Vw Vv Va Vw
测试方法：环刀法
g 单位: kN/m3
工程上更常用, 用于计算土的自重应力
土的三相比例指标
土粒比重
定义: 土粒的密度与4˚C时纯蒸馏水的密度的比值
表达式:
Gs
s w
单位: 无量纲
w: 4˚C时纯蒸馏水的密度
ma=0 Air
mw m
Water
s: 土粒的密度，单位体积土粒的质量
s
ms Vs
ms Solid
V
sat
w
mw wGs w
St
Vs Vv
w
e
w
e
wGs e
1+e
wGs
e
Air
0
Vv Water
wGsρw
ms
Solid
Gsρw
质量 n Vw e
Vs 1 e
体积
土的三相比例指标
例题：已知土的试验指标，重度为17.0kN/m3，土里比重2.72，含水 率10.0%，求孔隙比e，饱和度St，干重度γd 方法一
ma=0 Air
mw m
Water
Va VwVv V
物性指标是比例关系: 可假设任一参数为1
ms
Solid Vs
质量
体积
剩下三个独立变量
三相草图法 是一种简单而实用的方法
实验室测定
其它指标
对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量
土的三相比例指标
▪ 试验指标：土的密度、土颗粒密度、土的含水量
土的密度
天然密度
m ms mw V Vs Vw Va
单位: kg/m3 或 g/cm3
天然容重 g 单位: kN/m3
干密度 定义: 土被完全烘干时的密度, 等于 ma=0 Air
单位体积内土粒的质量
表达式:
d
ms V
mw m
Water
干容重
d dg
ms Solid
饱和密度
s at
ms
土名
砂土 砂质粉土 黏质粉土 粉质黏土 黏土
土粒密度（g/cm3） 2.65~2.69
2.7
2.71 2.72~2.73 2.74~2.76
土的三相比例指标
土的含水量
ma=0 Air
定义:
土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示
m
mw
Water
Va VwVv V
表达式:
w(%) m w ms
m ms ms
e Gs 1 w w 1 2.72 110.0 9.81 1 0.727
土粒比重一般数值
质量
土名
砂土 砂质粉土 黏质粉土 粉质黏土
Va VwVv V
Vs
体积 黏土
土粒密度
2.65~2.69 2.7
2.71 2.72~2.73 2.74~2.76
w: =1.0 g/cm3
土粒比重在数值上等于土粒的密度
土的三相比例指标
土粒密度
ma=0 Air
定义:土粒的密度，单位体积土粒的质量 m mw
表达式:
s
ms Vs
ms
Water Solid
Va Vw Vv V
Vs
单位: kg/m3 或 g/cm3
质量
体积
测定方法：土粒密度可由比重瓶法测定。土粒密度主要取决于土矿 物成分，与土的孔隙大小和含水多少无关
数值：不同土类的土粒密度变化范围不大,有经验的地区可按经验值 选用。随着土中有机质含量增加，土粒密度减小.
ms
质量
Solid Vs
体积
注意: 其实是含水比, 可达到或超过100％
测试方法: 烘干法
土的三相比例指标
▪ 其它常用的物理性质指标
表示土中孔隙含量的指标
孔隙比 表达式: e Vv
Vs
定义: 土中孔隙体积与固体颗 粒体积之比, 无量纲
在某种程度上反映 土的松密
孔隙率 (孔隙度)
定义: 土中孔隙体积与总体 积之比, 用百分数表示
1+e
wGs
Air Water
0 Vv
wGsρw
Gsρw
Solid
体积
Gs（1+w）ρw
土的三相比例指标
Gs（1+w）ρw
▪ 三相指标间的换算
m Gs 1 w w
V
1 e
d
ms V
Gs w
1 e
1 e
e
Gs
w d
1
Gs
1 w w
1
sat
ms
Vs w V
Gs e w
1 e
ms g Vs w
表达式: n(%) Vv V
关系: n e 1e
e n 1n
砂类土：28-35% 粘性土：30-50%
有的可达60-70%
三相草图可用于确定 物性指标之间的关系
Air
Water
Va VwVv V
Solid Vs
体积
Air Water
Vv= e V=1+e
Solid Vs=
1
体积
土的三相比例指标