01第一章土的物理性质与工程分类
第一章土的物理性质和工程分类
土土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物风化作用土是岩石风化的产物，风化包括物理风化和化学风化物理风化：是指由于温度的变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂成岩块、岩屑的过程，岩石发生了量的变化。
化学风化：是指岩体（或岩块、岩屑）与空气、水和各种水溶液相接触,经氧化、碳化和水化作用分解为极细颗粒的过程，岩石发生质的变化。
名称土的三相体系土的气相土中的气体土的液相土中的水土的固相土的固相部分主要是土粒，有时还有粒间胶结物和有机质，他们构成了土的骨架、成土矿物原生矿物、次生矿物原生矿物物理风化的产物，颗粒较粗，矿物成分同风化前的母岩，如石英、长石和云母等。
吸附水的能力弱，性质较稳定，无塑性次生矿物是经化学风化后生成的新矿物，它的成分与母岩完全不同，次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石、伊利石和蒙脱石。
次生矿物颗粒极细，吸附水的能力比较强，有可塑性。
土粒大小在一定程度上反映了土性质的差异，土粒大小通常用粒径表示。
粒组通常把工程性质相近的土粒合并为一组土的级配土中某粒组的土粒含量定义为该粒组中土粒质量与干土质量之比，常以百分数表示土中各粒组的分配。
土的级配的好坏将直接影响到土的性质。
级配良好的土，压实时能达到较高的密实度，因而透水性小，强度高，压缩性低。
反之，级配不良的土，往往压实密度低，或者渗透稳定性差。
粘土矿物的性质与晶片及其组合方式，即晶体结构有关，晶片分为硅片和铝片两种硅片的基本单元铝片的基本单元高岭石和伊利石晶体结构蒙脱石的晶体结构颗粒分析试验筛析法比重计法粒径分布曲线粒组频率曲线不均Array匀系数系数数含义两个有用的指标不均匀系数：曲率系数：式中 d10、d30 和d60代表粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%、30%和60%时所对应的粒径，通常把d10称为有效粒径；d60称为限制粒径。
我国《土的分类标准》（GBJ 145-90）规定：对于纯净的砾、砂，当Cu大于或等于5，且Cc等于1～3时，它的级配是良好的；不能同时满足上述条件时，它的级配是不良的。
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。
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 1.2 土的生成 1.3 土的组成 1.4 土的三相量比例指标 1.5 无粘性土的密实度 1.6 粘性土的稠度 1.7 土的压实原理 1.8 地基土(岩)的工程分类
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、 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。 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。 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。 颗粒、 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。 基本特征:土的物理性质 如轻重、软硬、干湿、松密等。 如轻重、 影响土的物理性质的因素 土的三相组成物质的性质、 影响土的物理性质的因素:土的三相组成物质的性质、 土的物理性质的因素: 物质的性质 相对含量及土的结构构造等---内因 内因。 相对含量及土的结构构造等 内因。 外部环境---外因。 外部环境 外因。 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。 必须掌握这些物理性质、测定方法及指标与指标的换算。
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 地壳运动--地壳的升降运动和水平运动 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， 型的构造隆起和拗陷： 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． 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。 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( 变质作用--在岩浆活动和地壳运动过程中， 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、 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 变质岩。 构造变化的地质作用,生成变质岩 构、构造变化的地质作用,生成变质岩。 (2)外力地质作用 外力地质作用： (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。 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、 气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等 的作用。 的作用。 1)风化作用--外力 包括大气、 风化作用--外力( 生物) 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。 化学变化的作用。
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。
土力学与地基基础第一章
1.5 粘性土的稠度
1.5.1 界限含水量
粘性土的土粒很细，单位体积的颗粒总表面积较大， 土粒表面与水相互作用的能力较强，土粒间存在粘结力。 稠度就是指土的软硬程度，是粘性土最主要的物理状态 特征。当含水量较大时，土粒被自由水所隔开，表现为 浆液状；随着含水量的减少，土浆变稠，逐渐变为可塑 状态，这时土中水主要表现为弱结合水；含水率再减少， 土就变为半固态；当土中主要含强结合水时，土处于固 体状态，如图1.4所示。
图1.5 土的结构
2、土的颗粒级配 对于土粒的大小及其组成情况，通常以土中各个粒组的 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。 (1)土的颗粒级配测定方法 ①筛分法----适用于粒径小于等于60mm而大于0.075mm ②比重瓶法-----适用于粒径小于0.075mm (2)颗粒级配表达方式
(1.11) (1.12) (1.12)
同样条件下，上述几种重度在数值上有如下关系，即
(1.13)
(4)土的孔隙比和孔隙率 土中孔隙体积与土粒体积之比称为孔隙比，用符 号e（小数）表示，用以评价天然土层的密实程度。
(1.14)
土中孔隙体积与土的总体积的比值称为孔隙率，用 符号n表示。
(1.15)
(5)饱和度 土中水的体积与孔隙体积之比称为饱和度，用符 号Sr表示。反映土体的潮湿程度。
图1.10 含水量与干密度关系曲线
1、可以总结出如下的特性： (1)、峰值(ωop＝ ωp +2)； (2)、击实曲线位于理论饱和曲线左侧
(3)、击实曲线的形态 2、 影响击实效果的因素 (1)、含水量的影响 (2)、击实功能的影响 (3)、不同土类和级配的影响 3、压实特性在现场填土中的应用 为了便于工地压实质量的控制，可采用压实系数λ来表示,即
土力学：第1章 土的物理性质和工程分类
d320 d60d10
(1 1b)
式中：d 、d 、d 分别相当于累计百分含量为
10
30
60
10％、30％和60％的粒径；
d10 称为有效粒径；
d60 称为限制粒径；
d 、d 10
30、称d为6平0 均粒径。
3．粒度成分及其表示方法（5）
不均匀系数 Cu 、Cc 反映大小不同粒组的分布情况：
Cu >= 5、Cc =1-3的土级配良好，其余情况为级配不良。
１）横坐标（按对数比例尺）表示某一粒径， ２）纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分
含量。
3．粒度成分及其表示方法（3）
表1-3中的三种土的累计曲线如图1-1所示。
3．粒度成分及其表示方法（4）
在累计曲线上，可确定两个描述土的级配的指标：
• 不均匀系数
Cu
d60 d10
(1 1a)
• 曲率系数
Cs
粒组名称
粒组范围(mm)
粒组名称
粒组范转(mm)
漂石(块石)粒组
>200
砂粒粒组
0.075~2
卵石(碎石粒组)
20~200
粉粒粒组
0.005~0.075
砾石粒粗
2~20
粘粒粒组
<0.005
我国上述规范采用的粒组划分标准见表1-1。《土的
工程分类标准》1．（G土B的J14粒5-9组0）划在分砂粒（粒4组）与粉粒粒组
第一章土的物理性质与工程分类-第一章土的物理性质及工程分
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。
土质学与土力学第1章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§1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 §1.7 土的形成 土的三相组成 土的结构和构造 土的三相比例指标 土的物理状态指标 土的工程分类 土的击实特性§1.1 土的形成土的形成示意图 岩石 地球风化搬运、 搬运、沉积土 地球31 风化物理风化 化学风化 生物风化地表或接近地表条件下，岩石、 在地表或接近地表条件下，岩石、矿 物发生机械破碎的过程。
物发生机械破碎的过程。
主要因素是 岩石的失重和温度变化， 岩石的失重和温度变化，岩石裂隙中 水的结冰等。
水的结冰等。
原生矿物 次生矿物在地表或接近地表条件下， 在地表或接近地表条件下， 岩石、 岩石、矿物发生化学变化并 生成新矿物的过程。
生成新矿物的过程。
主因是 水和氧，前者引起溶解、 水和氧，前者引起溶解、水 化，后者引起氧化等化学反 应。
动植物及微生物 引起的岩石风化。
动植物活动有 机 质物理风化5石灰岩里面 含有二氧化碳的水，渗入石灰岩隙缝中， 里面， 二氧化碳的水 在石灰岩里面，含有二氧化碳的水，渗入石灰岩隙缝中， 会溶解其中的碳酸钙。
这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时， 会溶解其中的碳酸钙。
这溶解了碳酸钙的水，从洞顶上滴下来时， 由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体(称为固化 称为固化)。
由於水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体 称为固化 。
由上而下逐渐增长而成的，称为“钟乳石 钟乳石”。
由上而下逐渐增长而成的，称为 钟乳石 。
化学风化62 搬运 由风力、水流、重力等完成 搬运—由风力 水流、 由风力、 沉积—残积 坡积、 残积、 3 沉积 残积、坡积、冲积等根据形成过程，可将土分为两大类： 根据形成过程，可将土分为两大类：残积土 无搬运母岩表层经风化作用破碎 成岩屑或细小颗粒后， 成岩屑或细小颗粒后， 未经搬运残留在原地的 堆积物运积土 有搬运风化所形成的土颗粒， 风化所形成的土颗粒， 受自然力的作用搬运到 远近不同的地点所沉积 的堆积物坡积土洪积物（层）断面 洪积物河流形成冲击土河床、河漫滩、 河床、河漫滩、阶地（平原河谷）冲击物 平原河谷）风积土风积土： 风积土：由风力带动土粒经过一段搬运距离后沉积下来 的堆积物。
1.土的物理性质及工程分类
设土的总体积 V 1.0cm3
m V 1.67 1.0 1.67 g
m ms 1.67 ms 0.129 ms 1.48 g ms ms mw m ms 1.67 1.48 0.19 g
34
Gs 2.67
1-4 土的三相比例指标
Vw mw w 0.19 1.0 0.19cm3
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，称为结合水。 强结合水：紧靠于颗粒表面的水分子，所受电场的作 用力很大，几乎完全固定排列，丧失液体的特性而 接近于固体，完全不能移动，这层水称为强结合水
弱结合水：指强结合水以外，电场作用范围以内的水
自由水： 是存在于颗粒表面电场影响范围以外的水
1-1 概述
风化（物理、 化学）作用
搬运 沉积
ห้องสมุดไป่ตู้
岩石
岩石破碎 化学成分改变
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
1
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。
（1—3）
23
1-4 土的三相比例指标
1. 试验指标（基本指标） ② 土粒比重（相对密度）Gs ：土粒比重定义为土粒的 质量与同体积 4C时纯水的质量之比，无量纲： ms s Gs （1—4） Vs w w
式中 w 为纯水在 4C 时的密度 ，取：
w 1.0 g cm
中 细 极细
0.5~0.25mm 0.25~0.10mm 0.10~0.05mm
土的物理性质及工程分类
• 矿物成分与母岩不同，称次 生矿物
• 形成十分细微的土颗粒，最 主要为粘性颗粒及可溶盐类
1.1 土的生成
A 风化作用
物理风化 化学风化
生物活动
• 包括植物、动物和人类活 动的作用
• 可加剧物理和化学风化
• 构成土中有机质和营养物 质的生物循环
• 导致腐殖质的形成，改变 土壤的结构
4.颗粒粒度成分的表示方法
4.颗粒粒度成分的表示方法
颗粒分析试验曲线
5.土粒的级配 －级配的概念
• 土的级配： 指土中各粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表示
• 正常级配：土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变 的
• 不连续级配：土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段 • 级配良好：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，
１.结 合 水
结合水是指受土颗粒表面电分子引力作用吸附在土颗粒表面的水， 又 分 为 强 结 合 水 和 弱结 合 水 两 种 。
11
• 排列致密、定向性强 • 密度>1g/cm3 • 冰点处于零下几十度 • 具有固体的特性 • 温度高于100°C时可蒸发
强结合水
• 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
（2）比重计法： 适用于粒径小于0.075mm的土。
（3）颗粒分析的先进方法－激光颗分
4.颗粒粒度成分的表示方法
• （1）颗粒级配曲线法
• 试验结果可绘制在半对数纸上 • 纵坐标：小于某粒径的土粒含量（累积百分含量） • 横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的
粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有重 要影响的颗粒部分清楚地表达出来
• 次生矿物 ：母岩岩屑经化学风化而成。
第一章土的物理性质及工程分类
塑(指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏)后的强度
之比来表示的。St＞4 高灵敏度； 2＜St≤4 中灵敏度；1
＜St≤2 低灵敏度。
St
qu q0
(2) 土的触变性
饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰
动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种
抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。
我国目前以联合法测定液限和塑限
2. 粘性土的稠度界限
V 固态 半固态
可塑态
液态
水
Vs+Va
Vs
颗粒
O
ws
wP
缩限
塑限
w wL
液限
• 液限和塑限的测定方法：
液限（Liquid Limit）： 锥式（瓦氏）液限仪或碟式（卡式）液限 仪或 液、塑限联合测定仪
塑限（Plastic Limit）： 搓条法或液、塑限联合测定仪
（3）土的颗粒级配曲线 ▪ 颗粒级配：指大小土粒的搭配情况，通常用各粒组
的相对含量表示。
▪ 颗粒级配曲线：纵坐标表示小于某粒径的土粒含量 百分比；横坐标表示土粒的粒径（取对数坐标）。
试验结果表述：
不均匀系数
Cu d60 d10
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。
曲线特征
曲线平缓，粒径不均匀，级配好； 曲线陡，粒径均匀，级配不好。
1. 砂土的密实程度
同一种土，可以用孔隙比e来判定土的密实程度
不同的土不可以用孔隙比来判定，而要用相对 密度来判定
相对密实度
Dr
emax e emax emin
最大孔隙比用漏斗法来测定
emaxs d min1最小孔隙比用振动锤击法来测定
第一章土的物理性质指标与工程分类
•常用的方法: 筛分法: 粒径>0.075mm
•
密度计法: 粒径<0.075mm
•
联合测定: 既有粒径>0.075mm，又有粒径
>0.075mm
第一章 土的物理性质指标与工程分类
•（四）颗粒大小分析试验 •1.筛分法 •利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方法取得的 一定质量的干试样放入一次叠好的筛中，置振筛机上 充分振摇后，称出留在各级筛上的土粒的质量，按下 式计算出小于某土粒粒径的土粒含量百分数X（％）
•第一章 土的物理性质指标与工程分 类
•2.重力水
•在重力或水位差作用下能在土中流动的自由水称微重力水。
•具有溶解能力, 能传递静水和动水压力, 对土颗粒有浮力作用。
•当它在土孔隙中流动时, 对所流经的土体施加渗流力（亦称动水压 力、渗透力）, 计算中应考虑其影响。
•第一章 土的物理性质指标与工程分 类
•粒径分布曲线
•（2）粒组频率曲线
•粒组频率曲线
•第一章 土的物理性质指标与工程分 类
•(五)颗粒分析试验曲线的主要用途
•按粒径分布曲线可求得:
•（1）土中各粒组的土粒含量，用于粗粒土的分类和大致评估土的工程 性质；
•（2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的好坏。
•根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数Cu和曲率 系数Cc，它们的定义为:
第一章 土的物理性质指标与工程分类
•一、土的固相 •（二）粘土矿物的晶体结构 •粘土矿物: 由各种硅酸盐矿物分解 形成的水铝硅酸盐矿物。 •其结构可分为晶体和非晶体，以晶 体矿物为主。
•硅片: 基本单元是硅－氧四面体， 底面每个氧离子为2个相邻单元的硅 原子共有组成六边形孔硅片；
第1章土的物理性质及工程分类.doc
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。
第1章 土的物理性质与工程分类
第一节土的生成与特性一、土的生成1．形成作用地壳表层的岩石在阳光、大气、水和生物等因素影响下发生风化作用，使岩石崩解、破碎；经流水、风、冰川等动力搬运作用，在各种自然环境下沉积，形成土体，因此说：“土是岩石风化的产物”。
风化作用包括：1）物理风化是指由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗粒。
土体中的粗颗粒便是物理风化的产物。
2）化学风化是指岩体(或岩块、岩屑)与空气、水和各种水溶液相互作用的过程，这种作用不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石的矿物成分发生变化，形成大量细微颗粒(粘粒)和可溶盐类。
土体中的粘粒便是化学风化的产物。
3）生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化，例如：长在岩石缝隙中的树，因树根伸展使岩石缝隙扩展开裂；人们开采矿山、石材，修铁路、打隧道，劈山修公路等活动形成的土等。
2．土的主要成因类型及其特征由于形成条件、搬运方式和沉积环境不同，自然界的土也就有不同的成因类型，可分为陆相沉积和海相沉积两类。
1）陆相沉积陆地环境下的沉积，包括：（1）残积土（物）岩石经风化作用后残留在原地的碎屑堆积物称为残积土，如图1-1a所示。
残积土没有分选作用和层理构造，与基岩之间没有明显的界限，矿物成分与基岩大致相同。
由于山区原始地形变化很大且岩层风化程度不一，使残积土的厚度在小范围内就有很大变化。
当残积土被风或降水带走一部分细小颗粒后土中存在较大的孔隙。
因此，该种沉积土均匀性很差，作为建筑物地基时，要特别注意其不均匀沉降。
（2）坡积土（物）高处的风化物经雨水、雪水或本身的重力作用搬运后，沉积在较平缓的山坡上的堆积物称为坡积土，如图1-1b所示。
它—般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积土相接，坡积土的厚度变化很大，有时上部厚度不足1m，而下部可达几十米。
坡积土由上而下具有一定的分选性，土质不均匀，还常易发生沿基岩倾斜面的滑动。
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课题: 第一章土的物理性质及工程分类一、教学目的：1.了解土的生成和工程力学性质及其变化规律；2.掌握土的物理性质指标的测定方法和指标间的相互转换；3.熟悉土的抗渗性与工程分类。
二、教学重点：土的组成、土的物理性质指标、物理状态指标。
三、教学难点：指标间的相互转换及应用。
四、教学时数： 6 学时。
五、习题：第一章土的物理性质及工程分类一、土的生成与特性1.土的生成工程领域土的概念：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胶结的强弱，土和石没有明显区分。
土的生成:岩石在各种风化作用下形成的固体矿物、流体水、气体混合物。
不同风化形成不同性质的土，有下列三种：（1）物理风化：只改变颗粒大小，不改变矿物成分。
由物理风化生成土为粗粒土（如块碎石、砾石、砂土），为无粘性土。
（2）化学风化：矿物发生改变，生成新成分—次生矿物。
由化学风化生成土为细粒土，具有粘结力（粘土和粘质粉土），为粘性土。
（3）生物风化：动植物与人类活动对岩体的破坏。
矿物成分没有变化。
2.土的结构和构造（1）土的结构定义：土颗粒间的相互排列和联结形式称为土的结构。
1)种类：●单粒结构：每一个颗粒在自重作用下单独下沉并达到稳态。
●蜂窝结构：单个下沉，碰到已下沉的土颗粒，因土粒间分子引力大于重力不再下沉，形成大孔隙蜂窝状结构。
●絮状结构：微粒极细的粘土颗粒在水中长期悬浮，相互碰撞吸引形成小链环状土集粒。
小链之间相互吸引，形成大链环，称絮状结构。
图1.1 土的结构3）工程性质：密实的单粒结构工程性质最好，蜂窝结构与絮状结构如被扰动破坏天然结构，则强度低、压缩性高，不可用做天然地基。
（2）土的构造1）定义：同一土层中，土颗粒之间的相互关系。
2）种类：●层状结构：由不同颜色或不同粒径的土组成层理，一层一层互相平行。
●分散构造：土粒分布均匀，性质相近，如砂与卵石层为分散构造。
●结核状构造:在细粒土中混有粗颗粒或各种结核，属结核状构造。
●裂隙状构造：土体中有很多不连续的小裂隙。
3）工程性质：分散结构的工程性质最好，结核状取决于细粒土，裂隙状渗透性大，工程性质差。
3.土的工程特性(1)压缩性高当应力数值相同，材料厚度一样时，卵石的压缩性为刚才压缩性的数千倍；饱和细沙的压缩性为C20混凝土的数千倍，足以证明土的压缩性极高。
软塑或流塑状态的粘性土比饱和细沙的压缩性还要高。
(2)强度低土的强度特指抗剪强度，而非抗压强度或抗拉强度。
无粘性土的强度来源于土粒表面滑动的摩擦和颗粒间的咬合摩擦；粘性土的强度出摩擦力外，还有粘聚力，均远小于建筑材料本身的强度。
(3)透水性大土体颗粒间具有许多透水空隙，因此透水性比木材、混凝土都大，尤其是粗颗粒的卵石或砂土，其透水性更大。
4.土的生成与工程特性的关系(1)搬运、沉积条件：冲积层优于风积层。
(2)沉积年代：沉积年代越长，工程性质越好。
(3)自然环境：特殊土地基。
二、土的三相组成土的三相组成是指土由固体矿物、水和气体三部分组成。
1.土的固体颗粒土的固体颗粒是土的三相组成中的主体，是决定土的工程性质的主要成分。
（1）土粒的矿物成分1）原生矿物由岩石经物理风化生成，它的成分与母岩的相同，常见的有石英，包括单矿物颗粒—一个颗粒为单一的矿物，如常见的石英、长石、云母、角闪石与灰石等，砂土即为单矿物颗粒；多矿物颗粒—一个颗粒中包含多种矿物，如巨粒土的漂石、卵石和粗粒土的砾石，往往为多矿物颗粒。
2）次生矿物母岩经化学风化生成的新矿物，它的成分成分与母岩的完全不同。
次矿物主要是粘土矿物，由两种种原子层构成：一种是Si-O四面体构成的硅氧晶片，另一种是Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片。
因为这两种晶片结合的情况不同，粘土矿物可分为下列三种：图1.2 粘土矿物两种原子层蒙脱石—两结构单元之间没有氢键，相互的联结弱，水分子可以进入量晶胞之间。
因此，蒙脱石的亲水性最大，具有强烈的吸水膨胀、失水收缩的特性。
伊利石—又称水云母，部分Si-O四面体中的Si为Al、Fe所取代，损失的原子价由阳离子钾补偿。
因此，晶格层组之间具有结合力，亲水性低于蒙脱石。
高岭石—晶胞之间有氢键，相互结合力较强，晶胞之间的距离不易改变，水分子不能进入。
因此，高岭石的亲水性最小。
腐殖质：土中腐殖质含量多，使土的压缩性增大。
有机质超过3%~5%的不宜作为建筑材料。
（2）土颗粒的大小和形状通过界限粒径（划分粒组的分界尺寸）将土颗粒划分为6个粒组：粘粒（小于0.005㎜）、粉粒（0.005,0.075）、砂粒（0.075，2）、圆砾(角砾)（2，60）、卵石(碎石)/（60，200）、漂石(块石）（大于200mm）。
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大。
表面粗糙抗剪强度越高。
（3）土的颗粒级配粒径级配：土中各粒组的相对含量，占总质量的百分数。
1） 筛分法：适用于砾石类和砂类土，d >0.075mm ，主要设备为一套标准分析筛，孔径分别为20，10，5，2.0，1.0，0.5，0.25，0.075mm 。
取样数量：d ＜20mm ，可取1000~2000g; d ＜10mm ，可取300~1000g; d ＜2mm ，可取100~300g;震筛10~15min 后称取各级筛底盘试样的质量。
2） 密度计法：适用于粉土和粘性土，d ＜0.075mm ，测定悬浊液读数。
粒径级配曲线上：纵坐标10%所对应的粒径称为有效粒径；纵坐标为60%所对应的粒径60d 称为限定粒径；60d 与10d 的比值称为不均匀系数u C ，即6010u d C d = (1.1) 不均匀系数u C 为表示土颗粒组成的重要特征。
当u C 很小时曲线很陡，表示土均匀；当u C 很大时曲线平缓，表示土的级配良好。
曲率系数c C 为表示土颗粒组成的又一特征，c C 按下式计算：2301060c d C d d =⨯ (1.2) 式中30d 为粒径级配曲线上纵坐标为30%所对应的粒径。
砾石和砂土级配u C ≥5且 c C =1~3为级配良好；级配不同时满足这两个要求则为级配不良。
2. 土中水（1）结合水1）强结合水排列致密、定向性强；密度>1g/cm 3；冰点处于零下几十度具有固体的的特性；接近固体，不传递静水压力；温度高于100°C 时可蒸发，粘土只含结合水时呈坚硬状态。
2）弱结合水：位于强结合水之外，电场引力作用围之；密度大；不传递静水压力（不应重力而移动）；有粘滞性。
● 自由水：离土粒较远，位于电场引力围外，排列散乱。
● 重力水：位于地下水位以下，具有浮力作用，可从总水头较高处向较低处流动。
● 毛细水：位于地下水位以上，受毛细作用上升，粉土中空隙小，毛细水上升高。
（2）气态水：水汽，影响不大。
（3）固态水:0℃以下自由水发生冻胀。
3. 土中气体土颗粒中没有被水填充的部分为气体。
（1） 自由气体：与大气连通，压缩逸出，对工程无影响。
（2）封闭气体：与大气隔绝，加载缩小，卸载膨胀，使土的渗透性降低。
三、 土的物理性质指标1. 土的三项基本物理性质指标（此三项均由实验室测定）（1）土的密度ρ和土的重度γ1）物理意义：ρ为单位体积土的重量，3/g cm 。
γ单位体积土所受的重力，即39,810,/g kN m γρρρ==≈。
2）表达式 =m Vρ=土的总质量土的总体积 (1.3) 3）常见值：331.6~2.2/,16~22/g cm kN cm ργ==。
4）测定方法：环刀法（粘性土和粉土），灌水法（卵石、砾石与原状砂）。
（2）土粒比重()s s G d1）物理意义：土中固体矿物的质量与同体积4℃时的纯水质量的比值。
2）表达式： =4(4)(4)ss s s w w m V G ρρρ==固体颗粒的密度纯水℃时的密度℃℃ (1.4） 3）常见值：砂土s G =2.65~2,69，粉土s G =2.70~2.71,粘性土2.72~2.75，数值大小取决于矿物成分。
4） 测定方法：比重瓶法；经验法。
（3）土的含水率ω1）物理意义:土体中水的质量与固体矿物质量的比值，用百分数表示。
2）表达式： =100%w sm m ω=⨯水的质量固体颗粒质量 （1.5） 3）常见值：砂土0%~40%ω=，粘性土20%~60%ω=，0ω≈，粘性土呈坚硬状态。
4）测定方法：烘箱法。
2. 反映土的松密程度的指标（1）土的孔隙比e1）物理意义：土中孔隙体积与固体颗粒体积之比。
2）表达式： =V SV e V =孔隙体积固体颗粒体积 (1.6) 3） 常见值：砂土0.5~1.0e =，粘性土0.5~1.2e =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
（2）土的孔隙度（孔隙率）n1）物理意义：表示孔隙体积含量，土中空隙占总体积的百分比。
2）表达式： =100%V V n V =⨯孔隙体积土体总体积 (1.7) 3）常见值：30%~50%n =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
3. 反映土中含水程度的指标（1）含水率ω(前已述)（2）土的饱和度r S1）物理意义：水在空隙中的充满程度。
2）表达式： =W r V V S V =水的体积孔隙体积 (1.8) 3）常见值：0~1r S =4）确定方法：由S ρω、G 、实测值推算。
5）工程应用：砂土和粉土以饱和度分为稍湿（＜0.5）、很湿（0.5~0.8）、饱和（＞0.8）三类。
4. 特定条件下土的密度（重度）（1）土的干密度d ρ和土的干重度d γ1）物理意义：干密度为单位体积土的质量，3/g cm 。
2）土的干重度为单位体积干土所受的重力，即39.810/d d d d g kN m γρρρ==≈。
3）表达式 =s d m Vρ=固体颗粒质量土的总体积 (1.9) 4） 常见值：331.3~2.0/;13~20/d d g cm kN cm ργ==。
5）工程应用：干密度或干重度越大，表明土体越密实，表明工程质量越好。
6）测定方法：环刀法，放射性同位素测试仪。
（2）土的饱和密度sat γ和土的饱和重度sat ρ1）物理意义：孔隙中全部充满水时单位体积土的质量，3/g cm 。
孔隙中全部充满水时单位体积土所受的重力，即39.810/sat sat sat sat g kN m γρρρ==≈。
2）表达式 +m =s w a w s v w sat m V m V V V ρρρ++==孔隙全部充满水的总质量土的总体积 (1.10) 3） 常见值：331.8~2.3/;18~23/sat d g cm kN cm ργ==。
（3）土的有效重度（浮重度）'γ1）物理意义：地下水位以下土体单位体积土所受的重力扣除浮力。
2）表达式 'sat w γγγ=- (1.11)3）常见值：3'8~13/kN m γ=。