第一章 土的物理力学性质2
土力学内容总结
二、课程的基本要求学完“土力学”后，应达到以下基本要求：①认识土为松散体这一特点，并以此解释土的变形规律、渗透性质、强度特性；②掌握土的物理性质及其基本指标，土的分类，确定土的物理状态和土的定名，以及土的物理性质指标和土的强度和变形的关系；③掌握土中应力分布，地基变形，一维渗透固结理论，库仑——莫尔强度理论；④要求掌握库仑、朗金土压力计算理论及适用范围，以及几种常见情况的土压力计算；⑤掌握土坡稳定的一些基本概念和土坡稳定计算的条分法，了解摩擦圆法和增加土坡稳定的一些措施。
三、课程的基本内容以及重点难点绪论介绍“土力学”的主要内容、任务和工程应用成就。
第一章土的物理力学性质讲授内容：土的生成，土的粒径组成和矿物成分，土中的水和气体，土的三相含量指标，土的物理状态及指标，土的工程分类。
自学内容：土的结构及其联结，土的膨胀、收缩及冻胀。
重点：土的组成，三相含量指标和物理状态指标的计算，土的分类。
上述实验方法和资料整理。
难点：认识土的物理指标和状态指标的变化对土性质的影响。
第二章土的渗透性及水的渗流、第三章土中应力和地基应力分布讲授内容：土中一点的应力状态和应力平衡方程，土的渗透性，饱和土的有效压力和孔隙水压力，在简单受力条件下地基中应力分布，基底的接触应力，刚性基础基底压力简化算法，弹性半无限体内的应力分布。
自学内容：部分饱和土的孔隙压力及有效压力，孔隙压力系数。
重点：土的渗透性和有效压力的概念，饱和土的有效压力和孔隙水压力计算，弹性半无限体内的应力分布计算。
难点：在渗透条件下，土的有效压力和孔隙水压力计算。
第四章土的变形性质及地基沉降计算讲授内容：土的弹性变形性质，土的压缩性，饱和粘土的渗透固结和太沙基一维固结理论，试验方法测定土的变形模量，地基沉降计算，沉降差与倾斜，饱和粘土的沉降过程。
自学内容：太沙基一维固结方程的详细推导和固结度公式的推导。
重点：土的压缩性和压缩性指标，土的固结概念，地基沉降的计算。
土力学第四版课后习题答案
土力学第四版课后习题答案土力学是土木工程专业的一门重要课程，它主要研究土壤的物理力学性质以及土体在外力作用下的变形和破坏规律。
而土力学第四版作为该领域的经典教材，对于学习者来说是一本不可或缺的参考书。
然而，课后习题一直以来都是学生们的难点，因此，本文将为大家提供一些土力学第四版课后习题的答案，希望能够帮助大家更好地掌握土力学的知识。
第一章：土的物理性质1. 什么是土的含水量？土的含水量是指单位质量土壤中所含水分的质量与干土质量之比。
2. 什么是土的相对密度？土的相对密度是指土的实际密度与最大干密度之比。
3. 土的颗粒密度和土的容重有何区别？土的颗粒密度是指土壤颗粒的质量与颗粒体积之比，而土的容重是指土壤的质量与土体体积之比。
第二章：应力与应变1. 什么是应力？应力是指单位面积上的力的作用，常用符号为σ。
2. 什么是应变？应变是指物体由于受到外力作用而发生的形变，常用符号为ε。
3. 土体的应力状态有哪些？土体的应力状态包括三种：一维应力状态、二维应力状态和三维应力状态。
第三章：土的压缩性与固结1. 什么是土的压缩性？土的压缩性是指土体在外力作用下发生体积变化的性质。
2. 什么是固结？固结是指土体在外力作用下体积逐渐减小的过程。
3. 什么是固结指数？固结指数是指土体固结过程中体积变化与初固结压力之比的对数。
第四章：土的剪切强度1. 什么是土的剪切强度？土的剪切强度是指土体在剪切破坏时所能抵抗的最大剪切应力。
2. 什么是塑性土的剪切强度？塑性土的剪切强度是指土体在塑性破坏时所能抵抗的最大剪切应力。
3. 什么是黏聚土的剪切强度？黏聚土的剪切强度是指土体在黏聚破坏时所能抵抗的最大剪切应力。
第五章：土的抗剪强度1. 什么是土的抗剪强度？土的抗剪强度是指土体在受到剪切力作用时所能抵抗的最大剪切应力。
2. 什么是无侧限抗剪强度？无侧限抗剪强度是指在三维应力状态下，土体所能抵抗的最大剪切应力。
3. 什么是有效抗剪强度？有效抗剪强度是指土体在考虑水分影响后所能抵抗的最大剪切应力。
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
土力学与地基基础(一)X 课程 第一章 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填空题：1、土（区别于其它工程材料）主要工程特性是_________、__________和渗透性大。
2、土是由__________风化生成的松散沉积物。
它由__________、__________和气体三相组成的。
3、砂土是指粒径大于__________的颗粒不超过总质量50％，而粒径大于__________的颗粒超过总质量50％的土。
4、土的含水量为土中的__________与__________之比。
5、工程上按__________的大小对粘性土进行分类，将粘性土分为粘土和粉质粘土两大类。
粘性土的软硬状态由__________划分，据其将粘性土分为坚硬、硬塑、可塑、流塑五种不同的状态。
6、作为建筑地基的土，可分为__________、碎石土、__________、粉土、__________和人工填土。
7、工程上常用不均匀系数Cd来反映粒径级配的不均匀程度，把__________的土看作级配均匀，把__________的土看作级配良好。
8、在土的三相比例指标中，三项基本的试验指标是__________、__________和__________，它们分别可以采用__________、__________和比重瓶法。
选择题：1、下列指标可用来评价砂土密实度的是（）。
（A）、含水量（B）、孔隙比（C）、土粒比重（D）、相对密实度2、颗粒级配曲线很陡时说明（）。
（A）、颗粒分布范围较小（B）、颗粒分布范围较大（C）、颗粒形状为扁平状（D）、颗粒形状为针状3、不同状态下同一种土的重度由大到下排列顺序是（）。
（A）、γsat≥γ≥γd＞γ’（B）、γsat≥γ’≥γ＞γd（C）、γd≥γ≥γsat＞γ’（D）、γd≥γ’≥γ＞γsat4、不均匀系数的表达式为（）。
（A）、（B）、（C）、（D）、5、由某土的颗粒级配曲线获得，，则该土的不均匀系数Cu为（）。
（A）50%（B）6（C）、155（D）、10.9356、在土的三相比例指标中，通过土工试验直接测定的是（）。
一级造价《水利计量》第一章(工程地质)要点整理
一级造价《水利计量》第一章（工程地质）要点整理第一节岩(土)体的工程特性一、土体的工程特性1.土的组成：固相(三相主体)、液相、气相黏粒是原岩经化学风化而成，常见的黏土矿物有高岭石、伊利石和蒙脱石，具有可塑性、黏性、膨胀性、收缩性和触变性。
工程上通过室内颗粒级配试验确定各粒组含量，大于0.075mm颗粒采用筛分法，小于0.075mm颗粒采用密度计法。
2.土的结构：与土粒矿物成分、颗粒形状和沉积条件有关。
单粒结构：颗粒较粗的矿物颗粒在自重作用下沉落，特点是土粒间存在一般点与点的接触。
蜂窝结构：较细的土粒在自重作用下沉落时，粒间接触点处的引力大于下沉土粒重量，土粒就被吸引着不再下沉，形成链环状单元，形成孔隙较大的蜂窝结构，常存在于粉土和黏性土中。
絮凝结构：一般存在于黏性土中，具有很大的孔隙。
3.国家标准《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)：1碎石土：粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50％。
2砂土：粒径大于2mm的颗粒质量不超过总质量的50％，粒径大于0.075 mm的颗粒质量超过总质量的50％。
3粉土：粒径大于0.075mm 的颗粒质量不超过总质量的50％，且土的塑性指数小于或等于10。
4黏性土：塑性指数大于10的土属于黏性土。
黏土：Ip>17；粉质黏土：10<Ip≤17二、土的物理力学性质指标1.试验测定指标1土的天然密度(重度)：环刀法；2土的含水率：烘干法；3土粒比重：比重瓶法。
2.换算指标4孔隙比和孔隙率5饱和度6饱和重度与饱和密度7有效重度(浮重度)与有效密度8干重度与干密度：常用作控制人工填土施工质量指标。
◆1.试验测定指标土的含水率：ω＝m w /m sm w ：水的质量；m s ：土粒质量。
土粒比重：土粒质量与同体积4℃时水的质量之比。
◆2.换算指标孔隙比和孔隙率孔隙比：e＝Vv/Vs孔隙率：n＝Vv/V×100％饱和度：土中水的体积与孔隙体积之比，指土孔隙被水充满的程度，以Sr 表示，表示土体的干湿程度。
土力学期末知识点总结
土力学期末知识点总结第一章土的物理性质和工程分类在地基设计中，需要满足地基的强度条件和变形条件这两个条件。
土是由完整坚固岩石经过风化、剥蚀、搬运和沉积而形成的。
根据成因的不同，第四纪沉积物可以分为残积物、坡积物、洪积物、冲积物、海相沉积物、湖沼沉积物、冰川沉积物和风积物。
与其他材料（如钢材）相比，土具有强度低、压缩性大和透水性大的特性。
与一般建筑材料相比，土具有散体性、多相性、成层性和变异性等特性。
土的三相组成包括固体、液体和气体。
它们的比例与土的物理力学性质有关系。
当含水量增加时，土的抗剪强度会降低。
粒度成分是工程上常用来描述土的颗粒组成情况的指标，它是不同粒径颗粒的相对含量。
土中的水可以按静电引力的不同分为结合水和自由水。
结合水包括强结合水和弱结合水，自由水包括重力水和毛细水。
在粒度分析累计曲线法中，小于某粒径土的百分含量y与土粒粒径x的关系为y=0.5x，则该土的曲率系数为1.5，不均匀系数为6，土体级配不好。
土的毛细现象是指土在表面张力作用下，沿着细小孔隙向上或其它方向移动的现象。
它会对工程产生不利的影响，如路基冻害、地下室潮湿和土地的沼泽化等，从而引起地基承载力下降。
土粒间的连接关系包括接触连接、胶结连接、结合水连接和冰连接。
土的结构包括单粒结构、蜂窝结构和絮状结构。
土的构造包括层状构造、分散构造、结核状构造和裂隙构造。
土的基本指标测定方法包括土的密度测定方法（环刀法）、土的含水量测定方法（烘干法）和土的相对密度测定方法（比重瓶法）。
土的三相比例指标包括土的密度、土粒密度、含水量、干密度、饱和密度、浮重度、孔隙比、孔隙率和饱和度。
它们的计算公式分别为ρ=m/v、ρ=ms/vs、ω=mω/ms、ρd=ms/v、ρsat=（mw+ms）/v、γ’=γsat-γw、e=vv/vs、n=vv/v和XXX。
例如，试验土样体积为60cm3，质量为300g，烘干后质量为260g，则该土样的干密度为4.35g/cm3.粘性土的可塑性大小可以用塑性指数来衡量，而液性指数可以用来描述土体的状态。
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。
土力学-第一章土的物理性质2
土耳其 1999.8.17, 7.4级
1964年6月16日日本新瀉7.5级地震
振冲法加固地基 vibroflotation ,vibro-compaction
21
砂土的液化及其原因
砂土的液化：
饱和细砂在突然振动而排水不畅的情况下，土粒受到 孔隙水的反作用力而处于悬浮状态，这时砂土突然转
质量 单元土三相图 体积
Vv (1 w)Gs w e 1 Vs
(1 w)Gs w
气体
wGs w
水
e
e n 1 e
2. 饱和度
n e 1 n
Gs w
土颗粒
1
Vw wGs w / w wGs Sr 100% Vv e e
35
质量
单元土三相图
16
3. 粘性土的结构及其联结
粘性土的结构比粗粒土复杂得多，这主要是由于粘性土结构的 联结十分复杂，并决定着粘性土的结构。
粘性土结构的联结和粘聚力
粘性土结构的联结主要表现在粘粒的黏着和聚合作用。
粘性土结构的联结力 是土粒中存在的内力
内力的总和称为粘聚力
粘聚力
粘性土和粗粒土之间重要的区别标志 确定土体抗剪强度的重要指标
重力，毛细力
点与点、点与面
15
2. 粉土的蜂窝结构 蜂窝结构：
粉土颗粒质量小，当单颗粒下沉时 碰到已沉积的土粒，就可能因粒间 引力而停留在接触点上不再下沉， 从而形成孔隙很大的蜂窝结构。
特点： 土体骨架不稳定，易沉降变形，强 度低，高压缩性，水作用敏感，蠕 变等等。
粉 土：蜂窝结构 honeycomb structure
Va Vv Vw
土力学与地基基础——土的物理性质及分类
第一章 土的物理性质及分类
1—1 概形成的大小悬 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。 2 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。
1—2 土 的 生 成 一 、地质作用的概念 1地球的圈层构造： 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。
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)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。
3．洪积物(Q”) · 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)。
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。
土力学教材
-5-
【例题 1-1】取烘干土 200g（全部通过 10mm 筛），用筛分法求各粒组含量和小
于某种粒径（以筛眼直径表示）土量占总土量的百分数。
解：（1）将筛分结果列于表 1.7
表 1.7 某种土的筛分结果
筛孔直径 筛上土的质量 筛下土的质量（即 筛上土的质量占总 小于该筛孔土的质
（mm） （即粒组含 小于某粒径土的含 土质量的百分数 量占总土质量的百
岩石和土在不同的风化作用下形成不同性质的土。风化作用主要有物理风化、 化学风化和生物风化。
(1)物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度的变化，不均匀的 膨胀与收缩破碎，或者运动过程中因碰撞和摩擦破碎。只改变颗粒的大小和形状， 不改变矿物颗粒的成分称为物理风化。只经过物理风化形成的土是无粘性土，一般 也称为原生矿物。
硅氧四面
铝氢氧八面体
硅氧晶
铝氢氧晶片
片图 1.2 粘土矿物晶片及结 构
(a)
(b)
(e)
(c)
(d)
图 1.3 粘土矿物构造
(a)高岭石的基本构造单元 (b)蒙脱石和伊利石的基
本构造单元 (c)高岭石的晶体构造 (d)蒙脱石的晶体
构造 (e)伊利石的晶体构造
-3-
2）级配曲线法：是一种图示方法，通常用半对数纸绘制，横坐标表示某一粒径， 纵坐标表示小于某一粒径的土粒的百分含量。如图 1.5 所示。级配曲线上：d60 与 d10 的比值称为不均匀系数 Cu ，即：
土的物理性质指标与分类
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物பைடு நூலகம்粒和有机质，是构成土
的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物成 分、颗粒的大小和形状来描述。 （一）成土矿物：原生矿物，次生矿物
原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英 、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
3.土的级配曲线
土1的-物1理颗性粒质指分标析与试分验类 曲线
1-2 土的组成
(四)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；
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
一、土的固相 （二）土粒的大小和土的级配
粒组：把工程性质相近的土粒合并为一组；某粒组的 土粒含量定义为该粒组的土粒质量与干土总质量之比
土的级配：土中各种大小的粒组中土粒的相对含量。
我国GB 50021-94《岩土工程勘察规范》的粒组划分标准可参见
表1-1。 粒 组 名 称
固相：土的颗粒、粒间胶结物； 液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。
土的物理性质指标与分类
1-2 土的组成
当土骨架的孔隙全部被水占满时，这种土称为饱和土； 当土骨架的孔隙仅含空气时，就成为干土； 一般在地下水位以上地面以下一定深度内的土的孔隙中兼 含空气和水，此时的土体属三相系，称为湿土。 根据土的粘性分： 粘性土：颗粒很细； 无粘性土：颗粒较粗，甚至很大。砂、碎石、甚 至堆石（直径几十cm甚至1m）
土质学与土力学第一章土的物理性质及工程分类
土的粒度成分 表1-1
粒组（mm） 10～5 粒度成分（以百分计） 土样a 土样b 25.0 土样c
5～2
2～1 1～0.5
3.1
6.0 14.4
20.0
12.3 8.0
0.5～0.25
0.25～0.10 0.10～0.05 0.05～0.01 0.01～0.005 0.005～0.002 ＜0.002
=0.00114Pa· s w=9.81×103N/m3 s=26×103N/m3
18 d v s w
d 0.001126 v (m) =
Li d i 1.126 (m m) ti
悬液体积为1000cm3，其中所含≤di的土粒重量为Wsi(g)
Wsi 1 i [Wsi (1000 ) wo ] 1000 so
是由试验测定，称为试验指标，
第五节 粘性土的界限含水量
如图1-9所示,粘性土充分加水搅拌后,像泥浆一样,不能成型, 呈“液体状态”.然后使其渐渐干燥,随着含水量降低,水分蒸 发,体积减小,逐渐达到容易成型的“半固体状态”.继续干燥 下去,土颗粒相互接触,体积不再收缩,呈坚硬的“固体状态”. 把与以上各种状态相适应的界限含水量分别称为液限(liquid limit)WL、塑限(plastic limit)Wp和缩限(shrinkage limit)Ws,统称为稠度界限(consistency limit). 所以说： 土从液体状态向塑性体状态过渡的界限含水量称为液限WL。 土由塑性体状态向脆性固体状态过渡的界限含水量称为塑限 Wp。 土的体积随含水量的减少而收缩，但达某一含水量时，土体 积，不再收缩，这个界限含水量称之为缩限Ws。
三角形坐标法是由等边三角形组成，几何上已知三角形内一 点，到三个边的距离之和为一常数，即h1+h2+h3=H,其中， h1——粘土颗粒的含量 h2——砂土颗粒的含量 h3——粉土颗粒的含量 根据该点在三角形的位置，确定土的名称、性质。
土的物理力学性质
土的物理力学性质土的物理力学性质，通常在土力学中加以研究。
土力学是利用力学知识和土工试验技术来研究土的强度、变形及其规律的一门学科。
要了解土的物理力学性质，首先得了解和掌握土的特点，然后才能应用土力学的基本知识去正确地解决水土保持工程建筑中的土工问题。
土的特性表现在下述两方面：1．土的复杂性2．土的易变性在土体中，土的固相构成土的骨架。
骨架土粒的矿物成分、含水量、颗粒大小和结构，影响着土的性质。
上述土的三个组成部分的性质，它们之间量的比例关系，以及它们之间的相互作用，决定了土的物理力学性质。
工程上就是用某些物理量来说明土的物理性质和物理状态。
这些定量的数值，就叫土的物理性质指标。
物理性质指标与土的复杂的工程特性，如渗透性、压缩性和强度等，有着紧密联系，所以研究土的物理性质指标，是解决土工问题的最基本的课题。
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧砂土的密实度湿化膨胀与收缩湿化粘性土的膨胀、收缩与液性指数塑性指数度关系粘性土的稠度界限与强缩限塑限液限粘性土的稠度界限粘性土的稠度土的物理状态指标土的饱和度土的孔隙率和孔隙比计算推导指标土的含水量土粒比重浮容重饱和土容重湿土容重干土容重土的容重实验测定指标土的物理性质指标土的物理力学性质指标用试验方法测得的土的容重、土粒比重和含水量后，即可计算其他基本指标。
为了方便，常用下三相图（图1-1）来简化三相在数量上的关系。
该图是假想将土体内的固相、液相和气相分别集中在一起，然后计算各相间的体积与重量关系。
图中符号意义是：V s －土粒体积；V w －土中水体积；V a －土中空气体积；V v －土中孔隙体积，V v ＝V w + V a V －土的总体积，V ＝V v +V w + V a ；G s －土粒重量；G w －土中水重量；G a －土中空气重量，G a ≈0；G v －土中水、空气重量，G v ＝G w + G a ≈ G w ；G －土的总重量，G ＝G v +G w + G a 。
土壤的性质专题知识讲座
1、概念：
土旳级配：土旳各级土粒组合情况，用其含 量旳百分数表达，称为土旳颗粒级配。
2、表达措施：
土旳级配常以颗粒级配曲线表达。
如图所示，纵坐标表达不不小于（不小于）某 一粒径旳土粒占土样总量旳百分数；横坐标表 达颗粒直径。
级配曲线可反应下列内容：
（1）粒组范围及土旳级配；
（2）颗粒分布情况；
当曲线平缓时，阐明土中大旳及小旳颗粒都有， 颗粒不均匀，即各级粒组搭配良好，称为级配良 好旳土；当曲线较陡时，表达土中颗粒直径范围 较小，颗粒均匀，属于级配不好旳土。
（2）塑限WP：伴随水分旳继续蒸发，自由水进 一步降低，体积进一步收缩，而土仍呈塑性状 态，当孔隙中旳自由水大致蒸发完时，土旳强 度开始迅速提升，并开始失去可塑性而呈半固 体状态，这一分界含水量为土旳塑限WP 。 WP 也称为压延界线。
（3）缩限WC：继续蒸发土中旳水分，土旳体 积仍将随之收缩，但收缩旳量不断降低，直到 停止收缩，相应旳含水量为收缩界线，即缩限 WC 。 WC也称为收缩界线。
一、土旳固体颗粒
土旳骨架是由多种不同尺寸旳土粒构成，自 然界旳土粒大小很不均匀，碎石颗粒旳直径可 达10cm以上，而在平静水中缓慢沉积旳细微 粘土颗粒旳直径只有万分之一mm，不同大小 旳土粒在土中旳相对含量是决定土旳工程性质 旳主要指标之一，所以，首先按土粒旳直径大 小进行归并与分类，将土粒提成若干粒组，每 一粒组具有一定旳土粒直径变化范围，按此范 围将土进行分类。
为各项工程服务，如铁道工程、路桥工程等。
工程机械只有和地面相互作用，才干完毕其 功能，车辆在地面行驶要靠土体支撑，要借助 土旳反力来发挥推动力。
举例：牵引力旳产生。
§1 土壤旳物理机械性质
§1.1 土旳形成与构造
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粗粒土的最大与最小孔隙比
相对密度
Dr
emax e emax emin
(d d min )d max Dr (d max d min )d
粗粒土的密 实度标准
Dr = 0 Dr 1/3 1/3 < Dr 2/3 Dr > 2/3 Dr = 1
最松状态 疏松状态 中密状态 密实状态 最密状态
1-5 土的物理状态指标
土的物理性质指标
(三相间的比例关系) 表 示
土的物理状态
密实度 稠度
粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态
影响
力学特性
密实度：通常指单位体积中固体颗粒含量的多少
物理性质指标：孔隙比e（孔隙率n） 干容重d 简单方便，但只能用于同一种 土，不能反映级配的影响 相对密度：
三个可以直接测定，六个可以换算，一共九个
1、土的密度和重度
m 3 密度 r = g / cm V W 重度 g V
Mg / m
KN / m
3
3
2、含水量（含水率）
W m 100% Ws ms
3、土粒比重
Gs—固体颗粒质量与同体积水(在4℃时)质量之比
ms s GS Vs
粘 土 ： Ip>17的土
• 非活性粘土： A < 0.75 • 正常粘土A = 075 – 1.25 • 活性粘土A > 1.25 粘性土的状态，根据液性指数划分
相对密度指标主要用于人工填土，对天然 砂土层采用原位标准贯入试验法测定
粗粒土的相对密度
粘性土最主要的物理状态特征是它的稠度，稠度 是指土的软硬程度或土对外力引起变形或破坏的 抵抗能力 稠度状态与含水量有关
粘性土
较硬 变软
流动
含水量
粘性土的稠度状态
强结合水
土颗粒
强结合水 弱结合水 强结合水 弱结合水
填土的干密度 Dc 100 % 室内标准击实试验的d max
Ⅰ、Ⅱ级土石坝 Dc>95~98% III~Ⅴ 级土石坝 Dc>92~95%
细粒土的压实标准
击实曲线
• 不存在最优含水量，在完全风干 或饱和状态下易于击实。在潮湿 状态下，存在假凝聚力，加大了 阻力 • 同细粒土不同，粗粒土在击实过 程中可以自由排水 • 粗砂w=4~5%，中砂w=7%时， 干密度最小 ，
粘性土透水性小，击实过 程中含水量几乎不变，要 想击实到饱和状态是不可 能的。
wop
G s w d 1 G s w / Sr
Sr=1
G s w (d )sat 1 Gsw
细粒土的压实性-击实曲线
2.0
• 颗粒破碎（细粒土较少） • 粒间联结力被破坏，颗粒 间孔隙被压缩 • 土粒定向排列
土粒比重范围
4、土的孔隙比e
• 定义： 土中孔隙的体积与土粒的体积之比， 以小数表示 • 表达式：
Vv e Vs
5、土中孔隙率n
• 定义： 土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百 分数表示 • 表达式：
Vv n 100% V
6、土的饱和度Sr • 定义： 土中孔隙水的体积与孔隙体积之比， 以百分数表示 • 表达式：
1 w
孔隙比与比重和干密度的关系
ms s d V 1 e
e
Gs w
d
1
饱和度与含水率、比重和孔隙比的关系
Vw wG s w Sr Vv e e
当土饱和时，即为Sr=100％ 则
w s
e wsat Gs
wsat
饱和含水率
浮密度与比重和孔隙比的关系
ms Vs w s w Gs 1 w V 1 e 1 e
试验方法：对w=cosnst的土，分三层压实；
测定击实后的w、，算定d
土
注意：仅适用于细粒土；
对粗粒土，可用较大尺寸的击实仪
室内击实试验
干密度Wop
2.0 dmax
1.8
1.6 1.4
位于饱和曲线之下
d (d )sat
emax e Dr emax emin
emin = 0.35
emax与emin ：最大与最小孔隙比
emin = 0.20
粗粒土的密实状态
最大孔隙比emax: 将松散的风干土样通过长颈漏 斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的 最小干密度再经换算得到最大孔隙比 最小孔隙比emin : 将松散的风干土样装入金属容 器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再 提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小 孔隙比 理论上的最大与最小孔隙比 在室内的测定有时很困难
研究击实性的目的： 以最小的能量消耗获得最大的压实密度 击实方法： • 室内击实试验 • 现场试验: 夯打、振动、碾压
试验设备：击实筒V=1000cm3；击实锤w=25牛顿 试验条件：土样分层n=3层；落高d=30cm；
击数N=27/层
击实能量
wdNn E 607.5KN m / m 3 V
细粒土的压实性-压实机理
对于同一种土,最优含水
量和最大干密度并不恒 定,而随压密功能变化， 压实功能愈大,最优含水 量愈小，相应的最大干 密度愈高
1.9 干密度d(g/cm3)
1.7
超过最优含水量后，压
实功能的影响随含水量 的增加逐渐减小。击实 曲线均靠近于饱和曲线
1.5
1.3 0 4 8 12 16 20 含水量w(%) 24 28
块石
卵石 碎石 圆砾 角砾
碎石土的密实度根据重型圆锥动力触探锤击数 分为：松散、稍密、中密、密实
土的名称
粒组含量
粒径大于2mm的颗粒占 全质量25 - 50% 粒径大于0.5mm的颗粒 超过全质量50% 粒径大于0.25mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.075mm的 颗粒超过全质量85% 粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量50%
岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土
砾砂 粗砂
中砂
细砂 粉砂
砂土的密实度根据标准贯入实验锤击数分为： 松散、稍密、中密、密实
粉土：粒径大于0.075mm的颗粒含量小于
岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土
全质量50%而塑性指数Ip10的土
粘性土：塑性指数Ip>10的土
粉质粘土：10<Ip17的土
液性指数： I L
wp w
w wp wL wp
wl
液性指数是表征土的含水量与分界含水量之
间相对关系的指标。对重塑土较为合适。
土的稠度状态–液性指数
定义： Ip w L w p
大体上表示土的弱结合水含量
• 反映吸附结合水的能力，即粘性大小 • 大致反映粘土颗粒含量 • 常作为细粒土工程分类的依据 问题：反映的是全部土颗粒吸附结和合的能力，不能 充分反映粘土矿物表面活性的高低 活性指数： A
细粒土的压实性-压实功能
填土施工时应将土料含水量控制在Wop左右，以期用较小 的能量获得最好的密度：
在设计土料时应根据填土的要求和当地土料的天然含水 量，选定合适的含水量，一般要求为：
w wop ( 2 3%)
细粒土的压实标准
工程上常采用压实度Dc，作为填方压 实密度控制的标准：
粗砂 干密度
中砂
含水量w
压实标准：常用相对密度控制
Dr>0.7-0.75
粗粒土的压实性
1-6 土的工程分类
目的： • 便于调查研究； • 便于分析评价； • 便于交流 (基于共同的概念)
依据：最能反映土的物理力学性质的指标
要求：要有一定的逻辑性、系统性， 纲目分明，简单易记，便于运用
1.4 土的物理性质指标 (physical character indexes of soil)
土的三相草图
Vv
V
Va
Vw
气体 孔 隙 水
ma
mw ms
0
mv mw
m
Vs
土颗粒
直接测定指标（可在实验室内直接测定）： 密度（重度）、含水量、土粒比重Gs（土粒密度s）。 换算指标：其它指标均为换算指标 孔隙比、孔隙率、饱和度、干密度、饱和密度、浮密度
土的组成 土的状态 土的结构
建筑地基基础设计规范中地基土的分类
岩石 碎石土 碎石土 砂土 粉土 粘性土 人工填土
名称
漂石
颗粒形状
圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主 圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒组含量
粒径大于200mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于20mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于2mm的颗 粒超过全质量50%
sat与饱和容重γ sat
• 定义： 土中孔隙完全被水充满，土处于饱和 状态时单位体积土的质量或重量 • 表达式： m V
sat
s
v
w
V
sat
Ws Vv w sat g V
9、浮密度 与浮容重 • 定义： 单位体积内土粒质量与同体积水质量 之差 m s Vs w • 表达式：
示意图
土颗粒 土颗粒 自由水
稠度状态
土中水的形态
固态或半固态 强结合水
可塑状态
弱结合水
流动状态 自由水
含水量
稠度界限 塑限wp 强结合水膜最大 液限wl
w
出现相当数量自由水
粘性土的稠度反映土中水的形态
粘性土的稠度状态
不同的粘土，wp、wl 大小不同。对于不同 的粘土，含水量相同，稠度可能不同
IL0 坚硬(半固态) 0<IL0.25 硬塑 0.25 <IL 0.75 可塑 0.75 <IL 1 软塑 IL>1 流塑