土力学完整课件---1第1章 土的物理性质及工程分类
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土力学第一章
Cu愈大，表示土粒愈不均 匀。工程上把Cu＜5的土视 为级配不良的土；
2021/8/2
同时满足Cu≥5和Cc=1～3时， 定名为良好级配土
6
颗粒粒径级配曲线
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(对数坐标）
2021/8/2
7
2.土粒的矿物成分
矿物成分取决于母岩的矿物成分和风化作用
m s
m s
测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒
精燃烧法
2021/8/2
17
m ms mw Vs Vw Va
VV
三、换算指标
质量m 气 水
土粒
体积V 1.孔隙比e和孔隙率n 孔隙比e ：土中孔隙体积与 土粒体积之比
e Vv Vs
孔隙率n ：土中孔隙体积与总体积之比，以百 分数表示
n Vv 100% V
2021/8/2
14
§1.2 土的物理性质指标
一、土的三相图
质量m
体积V
气
Vw Va Vv
mw
水
二、直接测定指标 1.土的密度ρ：单位体积土的质
量 m ms mw
V Vs VwVa
m
Vs V
ms
土粒
特殊情况下土的密度ρd, ρsat,
ρ’
实验方法：环刀法
2021/8/2
15
工程中常用重度来表示单位体积土的重力
质量极轻，粘粒互相接近，凝聚成絮状物下沉，形成孔
隙较大的絮状结构
2021/8/2
13
五、土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关 系。
1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积的
物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出成层 特征
土力学与地基基础第一章
表1.3 砂土密实度的评定
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
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
土力学课件--第一章土的物理性质和工程分类
2~0.5 0.5~0.25 0.25~0.1 0.1~0.05
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， 但随粒径变小而增大
粉粒
粗 细
0.05~0.01
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
0.01~0.005 快，极易出现冻胀现象
5 2 0.5 0.25
0.05 0.005 0.002
8/5/2019
土力学课件
§1.2 土的三相组成
（三）颗粒大小分析试验 测定土中各粒组颗粒质量所占该土总质量的百分数，确定粒径分布范围的试 验称为土的颗粒大小分析试验。
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
8/5/2019
土力学课件
§1.2 土的三相组成
8/5/2019
图 土的颗粒土级力配学曲课件线
§1.2 土的三相组成
二、土的液相 （一）结合水
强结合水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高，且不能传递压力。 弱结合水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在孔隙水中自由流动 ，但它可以因电场引力的作用从水膜厚的地方向水膜薄的地方转移。由于 它的存在，使土具有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水 性变小。
8/5/2019
土力学课件
第1章 土的物理性质及工程分类
本章主要内容
• 1.1 土的生成
• 1.2 土的三相组成
• 1.3 土的结构、构造
• 1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
• 1.5 无粘性土的特性
土力学1-土的物理性质及分类ppt课件
2.土的饱和密度ρsat
——土的孔隙中全部为水充满时的密度
m
mw
空气 水
体积
Va Vv
Vw V
sat
ms
Vv w
V
ms
土粒
Vs
3.土的有效密度（或浮密度）ρ′
——扣除浮力以后的固相质量与土的总体积之比。
ms
Vs w
V
s＞sat＞＞d＞ '
' sat 12 w
《土力学》 第1章 土的组成和物理性质
(
4 w
C
)
s 4C
w
m mw ms
水 土粒
• 单 位: 无量纲
• 一般范围：粘性土 2.70~2.75， 砂土 2.65
体积
Va Vv
Vw V
Vs
注意：
4wC =1.0 g/cm3
土粒比重在数值上等于土粒的密度
8
测定方法：比重瓶法
《土力学》 第1章 土的组成和物理性质
m0
ms
m1
m2
空瓶质量 烘干土的质量 瓶+水的质量 瓶+土+水的质量
m1+ms——瓶+水（满）的质量+干土的质量； m1+ms-m2——与土粒体积相同的水的质量。
9
3. 土的含水率W
《土力学》 第1章 土的组成和物理性质
质量
ma=0 m mw
ms
体积 • 定义：土中水的质量与土粒质
量之比，用百分数表示
空气
Va Vv
• 表达式：
水
Vw V
w(%) mw m ms
14
《土力学》
第1章 土的组成和物理性质
土力学-第一章(1)PPT课件
1.在填土工程中注意控制土的含水量，在土较干 或较湿时都不容易将土击实到最密实状态。 2.含水量过高或过低对填土工程都是不利的。
（二）击实功能的影响： 同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密 也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到 的最大干密度也大，最优含水率小
.
52
（三）土类和级配的影响
同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指 数越大，越难于压实。
.
4
2.土的粒径分组 粒度:颗粒粒径的大小; 粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。
《铁路桥涵地基和基础设计规范》 （TB1002.5-99）对粒组的划分见表1—1。
圆粒 卵石 漂石
黏土粒 粉粒 砂粒 角粒 碎石 块石 粒径
0.005 0.05 2
20 200 单位：mm
.
5
(二)用筛析法作土的颗粒大小分析
强度、节理
级配、形状
塑性指数 或塑性图
46
二、特殊土
红黏土：易引起不均匀沉降
湿陷性黄土：遇水易引起湿陷
特殊土
软土：压缩性高承载力与强度低 膨胀土：遇水膨胀，失水收缩
冻土：冻胀融沉
三、特殊土的野外鉴别方法
.
47
三、特殊土的野外鉴别方法
.
48
第六节 土的压实性
一、概述
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度 的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足 够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中 常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀 性。填土的密实度常以其干密度来表示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验 进行的。
孔隙中充满水时为饱和土，为二 相体系；
（二）击实功能的影响： 同一种土，压实功能小，则能达到的最大干密 也小，最优含水率大；压实功能大，则能达到 的最大干密度也大，最优含水率小
.
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（三）土类和级配的影响
同样的含水率情况下，粘性土的粘粒含量越高或塑性指 数越大，越难于压实。
.
4
2.土的粒径分组 粒度:颗粒粒径的大小; 粒组:把粒度相近的颗粒合为一组。
《铁路桥涵地基和基础设计规范》 （TB1002.5-99）对粒组的划分见表1—1。
圆粒 卵石 漂石
黏土粒 粉粒 砂粒 角粒 碎石 块石 粒径
0.005 0.05 2
20 200 单位：mm
.
5
(二)用筛析法作土的颗粒大小分析
强度、节理
级配、形状
塑性指数 或塑性图
46
二、特殊土
红黏土：易引起不均匀沉降
湿陷性黄土：遇水易引起湿陷
特殊土
软土：压缩性高承载力与强度低 膨胀土：遇水膨胀，失水收缩
冻土：冻胀融沉
三、特殊土的野外鉴别方法
.
47
三、特殊土的野外鉴别方法
.
48
第六节 土的压实性
一、概述
土的压实性指在一定的含水率下，以人工或 机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度 的性质。 土工建筑物，如土坝、土堤及道路填方是用 土作为建筑材料填筑而成，为了保证填土有足 够的强度，较小的压缩性和透水性。在施工中 常常需要压密填料，以提高土的密实度和均匀 性。填土的密实度常以其干密度来表示。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验 进行的。
孔隙中充满水时为饱和土，为二 相体系；
土力学-1.土的物理性质及工程分类-1.5 砂土的密实度
土 土愈松散。 力 学
e Vv Vs
南 华
2.相对密实度Dr
砂土在最松 砂土在天然状 散状态时的 态下孔隙比
e Vv Vs
大
孔隙比学Βιβλιοθήκη 资Dremax e emax emin
砂土在最密实状 态时的孔隙比
环
安 当Dr=0时， e=emax，表示土处于最疏松状态;
学 当Dr=1.0时， e=emin，表示土体处于最密实状态
院
Dr≤1/3
疏松状态
土
1/3＜Dr≤2/3
中密状态
力 学
2/3＜Dr≤1
密实状态
南 华
二、按动力触探确定砂土的密实度
大
天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击
学 资
数N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆
环 锥动力触探的锤击数N63.5 进行评定(GB50007-2002)
安
学
密实度
南
§1.5 砂土的密实度
华 一、相对密实度
大
学
土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据
资 环
土颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧 密到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度与其工程 性质有着密切关系
安 学
1.孔隙比e
院
孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。对于同一种土，
当孔隙比小于某一限度时，处于密实状态。孔隙比愈大，
松散
稍密
中密
密实
院
按N评定砂石密实度 N≤10 10＜N≤15 15＜N≤30 N＞30
土 按N63.5评定碎石土密实度 N63.5≤5 5＜N63.5≤10 10＜N63.5≤20 N63.5＞20 力 学
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。
土力学-第一章
土的结构类型
• 示意图
单粒结构—松
• 排列形式 • 矿物成分
点与点、点与面 原生矿物
单粒结构—密
粗 粒 土
30 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.4土的结构
土的结构类型
• 示意图
细 粒 土 • 形成环境
颗粒级配 颗粒级配曲线及指标的用途：
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。
重力水
地下水位（浸润线）以下饱和土中； 在重力作用下可在土中自由流动。
（gravitation water）
自由水
（free water）
• 存在于固气之间
毛细水
• 在重力与表面张力作用下
可在土粒间孔隙中自由移动 （capillary water）
26 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学
§1 土的物性及分类 §1.1土的三相组成和结构 1.1.3土的液相
粒径(mm)
∵d60A = d60B= 0.28，d10A=0.15 d10B =0.02 ∴CuA=1.87 <CuB=14
16 岩土工程研究所
郭莹主讲
土力学经典课件第一部分土的物理性质及分类
土的比重是多少第一部分土的物理性质及分类一、计算题1-1-1已知土粒相对密度、含水量、天然密度。
计算孔隙比e、饱和密度、有效密度、干密度、孔隙率n、饱和度。
1-1-2某烘干土样质量为200g, 其颗粒分析结果如表1-1所列。
试绘制颗粒级配曲线，求特征粒径，并确定不均匀系数以及评价级配均匀情况。
表1-1粒径（mm）10-55-22-11-0.50.5-0.250.25-0.10.1-0.050.05-0.010.01-0.005<0.005粒组含量（g）101618242220257201-1-3一地基土样，含水量=18%，干密度=1。
60g/cm3,相对密度 ds=3.10,液限=29.1%，塑限=17.3%。
求（1）该土的孔隙比e、孔隙率n、饱和度。
（2）塑性指数、液性指数，并确定土的名称及状态。
1-1-4从某土层中取原状土做试验，测得土样体积为50，湿土样质量为98g，烘干后质量为77。
5g，土粒相对密度2.65。
计算土的天然密度、干密度、饱和密度、有效密度、天然含水量、孔隙比e、孔隙率n、饱和度。
1-1-5某地基土为砂土，取风干后土样500g，筛分试验结果如表1-2所列。
试确定砂土名称。
筛孔直径（mm）2020.50.250.075<0.075总计留在每层筛上土重（g）407019050500大于某粒径的颗粒占全重的百分率（%）82252901001-1-6已知土样相对密度为2。
7，孔隙率为50%，含水量为20%，若将10该土体加水至完全饱和，需要加多少水？1-1-7一体积为50的原状土样，其湿土质量为0.1kg，烘干后质量为0.07kg，土粒相对密度为2.7，土的液限=50%，塑限=30%。
求（1）土的塑性指数、液性指数，并确定该土的名称和状态。
（2）若将土样压实使其干密度达到1.7t/，此时土样孔隙比减少多少？1-1-8已知某中砂层在地下水位以下的饱和重度=20.8，相对密度ds=2.73。
土力学课件讲解
（单位kPa）
4、 分层土中的自重应力:
z深度处土的自重应力为：各土层自重应
力之和 。
cz
n
i zi
i 1
对于不透水层自重应力:
γ1h1 + γ2h2+ γ3h3+ γ/h4+ γωh4
h1 γ1 A
γ1h1
h2
h3
不透
水层 h4
γ2 B γ3 C γ3/ D
γ1h1 + γ2h2 γ1h1 + γ2h2+ γ3h3 γ1h1 + γ2h2+ γ3h3+ γ/h4
水力梯度（坡降） 2. Darcy定律 法国工程师Darcy，1856
层流状态下
渗透系数
层流:相邻两个水分子 运动轨迹相互平行.
2.当动水力方向与重力方向相反时:减少粒间 压力,对工程不利. GD
/
当悬GD≥浮γ状/态时，,土随粒水间流压动力，为这零种，现细象土称粒为处流于砂 现象。
产生流砂的条件：
ξ2 基底压力
一、基底压力概念：基础传递给地基的压力。
（方向向下）↓
基底反力：地基反作用给基础的反作用力。
（方向向上）↑
p
二:基底压力的简化计算法： 1.轴心荷载下的基底压力
作用在基础上的荷载，其合力 通过基础底面形心、基底压力 为均匀分布 ：
F G p
A 说明公式:
2.偏心荷载作用下基底压力：
四、土中的水
土中的水
固 态 冻土
液态
自由水
结合水 气 态 对土的性质没影响
重力水 毛细水 强结合水 弱结合水 粘性土的性质
一、土的三相组成简图
为了研究方便，我们把本来交错分布的三相土分 别集中起来，按体积和质量的 比例画出来的图.
4、 分层土中的自重应力:
z深度处土的自重应力为：各土层自重应
力之和 。
cz
n
i zi
i 1
对于不透水层自重应力:
γ1h1 + γ2h2+ γ3h3+ γ/h4+ γωh4
h1 γ1 A
γ1h1
h2
h3
不透
水层 h4
γ2 B γ3 C γ3/ D
γ1h1 + γ2h2 γ1h1 + γ2h2+ γ3h3 γ1h1 + γ2h2+ γ3h3+ γ/h4
水力梯度（坡降） 2. Darcy定律 法国工程师Darcy，1856
层流状态下
渗透系数
层流:相邻两个水分子 运动轨迹相互平行.
2.当动水力方向与重力方向相反时:减少粒间 压力,对工程不利. GD
/
当悬GD≥浮γ状/态时，,土随粒水间流压动力，为这零种，现细象土称粒为处流于砂 现象。
产生流砂的条件：
ξ2 基底压力
一、基底压力概念：基础传递给地基的压力。
（方向向下）↓
基底反力：地基反作用给基础的反作用力。
（方向向上）↑
p
二:基底压力的简化计算法： 1.轴心荷载下的基底压力
作用在基础上的荷载，其合力 通过基础底面形心、基底压力 为均匀分布 ：
F G p
A 说明公式:
2.偏心荷载作用下基底压力：
四、土中的水
土中的水
固 态 冻土
液态
自由水
结合水 气 态 对土的性质没影响
重力水 毛细水 强结合水 弱结合水 粘性土的性质
一、土的三相组成简图
为了研究方便，我们把本来交错分布的三相土分 别集中起来，按体积和质量的 比例画出来的图.
土力学课件-土的物理性质与工程分类
1、碎石類土
碎石類土是粒徑大於2mm的顆粒含量超過50%的土
土
土的名稱 漂石
力
塊石
碎 卵石
石
学 土 碎石 圓礫
角礫
顆粒級配及形狀
圓形及亞圓形為主 粒徑大於200mm的顆粒超過總
棱角形為主
品質的50%
圓形及亞圓形為主 棱角形為主
粒徑大於20mm的顆粒超過總 品質的50%
圓形及亞圓形為主 棱角形為主
粒徑大於2mm的顆粒超過總品 質的50%
二、土質分類簡介
土 • 在實際工程應用中規定，土中粒徑d>0.075mm （有的規範用0.1mm）的土粒品質大於全部土 粒品質的50%時稱為粗粒土， 小於50%時稱為
力 細粒土。
• 粗粒土可以按粒徑級配進一步細分。
学 • 細粒土多用塑性指數Ip或液限wL加塑性指數Ip進 行細分。
（一）水利部分類（僅介紹塑性圖的應用）
➢ 例塑土題限，：w處p從=於1某什8%地 麼，基狀天取態然原？含狀水土量樣w，=4測0%得，土問的地液基限土w是L=什47麼%，
解：
1. 求塑性指數： I p wL wp 47 18 29
2. 求液性指數：
IL
w wp wL wp
40 18 47 18
0.759
3. Ip >17，該地基土為粘土； 4. 查表3-4， 1.0>IL>0.75，得土處於軟塑狀態。
力 学
一、粘性土的稠度狀態
土 • 粘性土因含水多少而表現出的稀稠軟硬程度，稱為稠度。 • 因含水多少而呈現出的不同的物理狀態稱為粘性土的稠 度狀態。
• 固態：含水量相對較少，粒間主要為強結合水連結，連
力 結牢固，土質堅硬，力學強度高，不能揉塑變形，形狀 大小固定。
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二、土的构造
土的构造是指土体中各结构单元之间的关系。主要 特征是土的成层性和裂隙性,即层理构造和裂隙构造， 二者都造成了土的不均匀性
1.层理构造：土粒在沉积过程中,由于不同阶段沉积
的物质成分、颗粒大小或颜色不同,而沿竖向呈现出 成层特征
2.裂隙构造：土体被许多不连续的小裂隙所分割,在
裂隙中常充填有各种盐类的沉淀物
sat
ms Vv w V
ms
d 浮重度γ ：土淹没在自由水面以下时, 土粒的质量 单位体积土体中土粒的有效重量.
干密度ρ ：单位体积土体中
w Vs w s V
d
ms V
与密度指标对应的还有三个重度指标,总共有4个重度指标: 土的重度，饱和重度sat，干重度d，浮重度 (kN/m3)
土粒级配情况可用级配曲线表示 颗粒粒径级配曲线: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(对数坐标） (所谓对数坐标，就是确定点位时其坐标值为粒径的对数， 但标注仍为粒径值。）
从级配曲线的形状可以定性判断土粒级配情况
颗粒级配情况的定量描述
工程上常用不均匀系数Cu描述 颗粒级配的不均匀程度 曲率系数Cc描述颗粒级配曲线整 体形态，表明某粒组是否缺失情 d 况 Cu 60 d10
Vw mw wGs Vv Vv w e
换算关系式：
e Gs w
d
1
Gs (1 w) w
sat
(Gs 1) w sat w 1 e
ms Vv w (Gs e) w V 1 e
n
Sr
五、例题分析
一、土的结构
土颗粒之间的相互排列和粒间联结特征，称为土的结构。
粗粒土一般为此结构。 特点：一颗颗。
单粒结构
土 的 结 构
蜂窝结构
粉土一般为此结构。 特点：一窝窝。
絮状结构
黏土一般为此结构。 特点：一团团。
第2次课
密实状态
疏松状态 单粒结构 蜂窝结构
蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之 间引力大于重力，接触后，形成链环单位,很 多链环联结起来，形成孔隙较大的蜂窝状结 构
原生矿物 石英、长石、云母等
矿
次生矿物 主要是黏土矿物，包括三种类型
高岭石、伊里石、蒙脱石
物
黏土矿物:
由硅片和铝片构成的晶包组合而成
黏土矿物
高 岭 石
伊 利 石
蒙 脱 石
高岭石
伊里石
蒙脱石
亲水性：土粒与水相互作用的能力。 比表面积：单位质量颗粒的总表面积（m2/g)
高岭石：颗粒较大（边长0.5~1.0μm，厚0.05 μm）， 比表面积~10m2/g，亲水性差 伊里石：颗粒大小居中（边长~0.5μm，厚0.01 μm），比表面积~100m2/g，亲水性居中 蒙脱石：颗粒最小（边长~0.05μm，厚0.001 μm）， 比表面积可达700m2/g，亲水性强
在地表或接近地表条件下，岩石、矿 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，岩石裂隙中 水的结冰等。
原生矿物 次生矿物
在地表或接近地表条件下， 岩石、矿物发生化学变化并 生成新矿物的过程。主因是 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。
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为
187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度Gs 为2.66，求该土样的含水率w、密度ρ、重度 、干重度 d 、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度
一、土的三相组成 气
水 土粒
气相
液相
次要作用
固相
重要影响
构成土骨架，起决定作用
第2节课
固体+气体
干土
无天然干土
固体＋液体 ＋气体
湿土
天然土都是湿土
固体＋液体
饱和土
孔隙中充满水
二、土的固相
矿物成分
颗粒形状 、 大小 粒径级配
物理状态 力学特性
•粒组
按粗细进行分组，将性质相近土粒归成一组
•界限粒径：使土性发生质变的粒径
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
风化
搬运、沉积
岩石
地球
土 地球
黏 土
黏 土
3
1 风化
物理风化 化学风化
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
原生 矿物 矿 次生 矿物 不可溶的 可溶的 腐植质 泥炭
黏土矿物 等
物 有机质
难溶盐 中溶盐 易溶盐
3.毛细水
分布在土粒内部相互贯通 的孔隙可以看成许多形状 不一、直径互异、彼此连 通的毛细管
分析对象: 水柱
πr2hcγw=2πrTcosα
• 上升高度:
2T cos hc r
毛细升高与孔径成反比
土中毛细现象
黏土 粉土 砂土
毛细压力
若弯液面处毛细水压力为uc,分析弯液面水膜静力平衡 条件，竖向合力为零（大气压），即
2πrTcosα+ucπr2 = 0
• 假定α= 0, 毛细压力
uc w hc
毛细水悬挂在土粒骨 架上，增加了颗粒间 的接触压力。
对砂土强度的影响:毛细边角 水, 假凝聚力
4.重力水:仅受重力作用的水,在重力作用下能自由流动.
土 中 气 体
气体来源
(1)空气 (2)生物化学作用 (3)化学反应
的体积与孔隙体积之比， 以百分数表示 饱和度描述土中孔隙被水充满的程度。干土Sr=0,饱和土 Sr=100%。砂土根据饱和度分为三种状态:
Sr≤50%稍湿； 50％＜Sr≤80%很湿； 80％＜Sr≤100%饱和
Vs
质量m 气 mw m
水
土粒
体积V 3.不同状态下土的密度和重度 饱和密度ρsat ：土体中孔隙被水 充满时单位体积土体的质量 Vw Va VV Vs
气体分类
(1)封闭气体 (2)与大气连通的气体
1.与大连通的气体：受外荷作用时被挤出土体外，
对土的性质影响不大
2.封闭气体：受外荷作用，不能逸出，被压缩或
溶解于水中，压力减小时能有所复原，对土的性 质有较大的影响，使土的渗透性减小，弹性增大 和延长土体受力后变形达到稳定的历时
§1.3 土的结构和构造
§1.4
土的三相比例指标
一、土的三相图
质量m 气
mw m
二、直接测定指标
体积V
Vw Va
水 土粒
1.土的密度ρ：单位体积土体的质 量 ms mw m V Vs Vw Va
Vv V
工程中常用重度来表示单位体 积土的重力-土的重度
g
重力加速度，近似 取9.81m/s2
3.土的含水率w：土中水的质
量与土粒质量之比，以百分数 表示
w mw m ms 100 % 100 % ms ms
ms
土的含水率是标志土含水程度的一个重要物理指标。天 然土层含水率变化范围较大，与土的种类、埋藏条件及 其所处的自然地理环境等有关。 测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法
2 d 30 Cc d10 d 60
土 的 含 量 （ % ）
小 于 某 60 粒 径
30 10
d60 d30 d10
土的粒径级配累计曲线
d10、d30、d60小于某粒径的土粒含量 为10%、 30%和60%时所对应的粒径
Cu愈大，表示土粒愈不均匀。工 程上把Cu＜5的土视为级配不良 的土； Cu＞10的土视为级配良 好的土
单粒结构：粗矿物颗粒在水或空气中 在自重作用下沉落形成的单粒结构， 其特点是土粒间存在点与点的接触。 根据形成条件不同，可分为疏松状态
和密实状态
絮状结构
絮状结构：细微黏粒大都呈针状或片状，质量极轻，在 水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面 的弱结合水膜厚度减薄，黏粒互相接近，凝聚成絮状物 下沉，形成孔隙较大的絮状结构
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。没有层理。细砂或粉粒；黄土
冰积土
由冰川剥落、搬运形成的堆积物。
西藏乃钦康桑雪山上的卡若拉冰川
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总之，根据成因，土可 分为以下类型：
土的主要成因类型
残积土 坡积土 洪积土 湖积土 冲积土 冰积土 风积土 海洋沉积土 火山沉积土
§1.2 土的三相组成
Vs
三、换算指标
质量m 体积V Vw Va VV
1.孔隙比e和孔隙率n
孔隙比e ：土中孔隙体积与土
粒体积之比
e Vv Vs
气
mw m 水
ms
土粒
孔隙率n ：土中孔隙体积与总
体积之比，以百分数表示
Vv 100% V V S r w 100 % Vv n
2.土的饱和度Sr ：土中水
基本单元：硅-氧四面体
硅片的结构
基本单元：氢氧化铝八面体
铝片的结构
黏粒的带电性质
研究表明：
黏土颗粒的表面有大量电荷，且净电荷通常为负电荷
水分子
黏土颗粒
阳离子
颗粒形状
原生矿物: 圆状、浑圆
状、棱角状
次生矿物 针状、片状、