第一章土的物理性质及工程分类.2
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 第1章 土的性质及工程分类
岩石经过风化作用而剥落、搬运、沉积形成的矿 物集合体。
3.风化的类型
○ 物理风化
定义：由于温度变化和岩石裂隙中水的冻结以及盐类的结 晶引起的岩石表面逐渐破碎崩解的过程。
结果：主要使岩石机械破碎。风化的产物（原生矿物）与 原母岩矿物成分、化学性质相同。
○ 化学风化
定义：岩石在水溶液、大气以及有机体的化学作用或生物 作用下所引起的破坏过程。
土的构造的最主要特征就是层理(状)结构或成层性。
◇分散构造：土层中土粒分布均匀，性质相近。 ◇裂隙构造：土体中有很多不连续的小裂隙。这种土的强度低、渗透性大。
分散构造
裂隙构造
1.5 土的物理性质(三相)指标
土的物理性质指标：表示土的三相之间比例关系的指标。
指标的分类：
1.基本试验指标：必须通过试验才能确定的指标。
计算公式： mw 100% Ww 100%
ms
Ws
（％） （1 - 16)
试验测定方法：烘干法。
先称一定质量的土m，放在100～1050C下烘干至恒重，则此时的质量即为土粒 的质量ms，土中水的质量mw=m-ms。代入上式即可。
二、反映土单位体积质量(重量)的指标
1.土的干密度ρd
+
+
+ + __
_ _
_
_
__
+ _
_
+ _
___
_ __
_
+_ __
_
_
粘土颗粒
强结合水
O2
105o
H+
H+
水分子 极性
粘粒
弱结合水
自由水
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
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。
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
土力学(河海大学第二版)所有章节完整课后习题答案
土力学(河海大学第二版)所有章节完整答案第一章 土的物理性质指标与工程分类1-1 解：(1) A 试样100.083d mm = 300.317d mm = 600.928d mm =60100.92811.180.083u d C d === 22301060()0.317 1.610.0830.928c d C d d ===⨯ (1) B 试样100.0015d mm = 300.003d mm = 600.0066d mm =60100.0066 4.40.0015u d C d === 22301060()0.0030.910.00150.0066c d C d d ===⨯ 1-2 解：已知：m =15.3g S m =10.6g S G =2.70饱和 ∴r S =1又知：wSm m m =-= 15.3-10.6=4.7g(1) 含水量 w Sm mω==4.710.6=0.443=44.3% (2) 孔隙比 0.443 2.71.201.0Sre G Sω⨯===(3) 孔隙率1.20.54554.5%11 1.2e e η====++ (4) 饱和密度及其重度32.7 1.21.77/11 1.2Ssat w G e g cm e ρρ++===++ 31.771017.7/sat sat g kN m γρ=⨯=⨯=(5) 浮密度及其重度3' 1.77 1.00.77/sat w g cm ρρρ=-=-= 3''0.77107.7/g kN m γρ=⨯=⨯= (6) 干密度及其重度32.7 1.01.23/11 1.2S w d G g cm e γρ⨯===++31.231012.3/d d g kN m γρ=⨯=⨯= 1-3 解：31.601.51/110.06d g cm ρρω===++ ∴ 2.70 1.01110.791.51s s w d d G e ρρρρ⨯=-=-=-= ∴ 0.7929.3%2.70sat s e G ω===1.60100150.91110.06s m V m g ρωω⨯====+++∴ (29.3%6%)150.935.2w s m m g ω∆=∆=-⨯=1-4 解：w Sm mω=w Sm m m =-sSm m mω=-∴ 1000940110.06s m m g ω===++0.16ω∆=∴ 0.16940150w s m m g ω∆=∆=⨯=1-5 解：(1)31.771.61/110.098d g cm w ρρ===++∴ 0 2.7 1.01110.681.61s s w d d G e ρρρρ⨯=-=-=-= (2) 00.6825.2%2.7sat s e G ω=== (3) max 0max min 0.940.680.540.940.46r e e D e e --===--1/32/3r D <<∴ 该砂土层处于中密状态。
土力学2
d、表2给出国内常用的粒组划分方法。
（见课本表1-2-2）
表2 粒组的划分
（2）颗粒级配和颗粒分析试验 我们知道，土体常常是由多种不同粒组的混 合物。往往以砾石和砂粒为主要成分的土成为粗 粒土，也称为无粘性土。以粉粒、粘粒和胶粒为 主的土，称为细粒土，也称为粘性土。显然，土 的性质取决于不同粒组的相对含量。为了确定各 粒组的相对含量，需用试验的方法将粒组区分开 来，这种试验方法统称为颗粒分析试验。其试验 方法有筛分法和沉降法两种。分界粒径为0.075.
锥式液限仪（中国）；
碟式液限仪（欧美，详见ASTM试验规程）。
碟式液限仪
平衡锥式液限仪
液限测定演示：
17mm
液限测定演示：
17mm
液限测定演示：
塑限的测定： 搓条法测定。3mm土条。 缩限的测定：
收缩皿法测定。
注意：
液限和塑限也可用光电式液塑限联合测定仪测定；
试验的具体程序和步骤详见《土工试验方法标准》；
四、土的气相
第三节 土的物理性质指标
土是三相混合而成，而三相组成部分的性质与数量 以及它们之间的相互作用，决定着土的物理力学性质。 土力学中使用各相之间在体积上和质量上的比例关 系，作为反映土的物理性质的指标。这类指标统称为 土的三相比例指标，也称为土的物理性质指标。 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。 也是工程勘察报告中不可缺少的内容。
[解]：IP=wL-wP=28.3-16.7=11.6 IL=
w wP = IP
19.3-16.7 =0.224 11.6
土的物理性质及工程分类2
分类原则：
1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要 测定方法简单，使用方便 2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类 工程用土的不同特性
二、分类体系与方法 分类体系：
1.工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基 工程。研究对象为扰动土，例如：《土的分类标准》 (GBJ145-90)工程用土的分类和《公路土工试验规程》 (JTJ051-93)土的工程分类 2.建筑工程系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土， 例如：《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)地 基土分类方法
密实
中密
稍密
松散
优点：简单方便 缺点：无法反映土的级配因素
（2）相对密度Dr 定义：
Dr
emax e ( d min ) d max d emax emin ( d max d min ) d
优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin 的测定受人为的影响较大。
d d max
Dc 值越接近1，则表示对压实质量要求越高。对高速公 路主要受力层，要求Dc 值达0.95；对I、II级土石坝，Dc 值 应达0.950.98。
理论饱和曲线
Vw wG s w Sr Vv e e
w s
定义：土处于饱和状态下的干密度ρd与含水量w的关系 曲线。由Sr = 100%，e = wGs，可得理论饱和曲线方 程为：
ms 167 g 1.8710 18.7kN / m3
m 187 1.87 g / cm 3 V 100
167 d d g 10 16.7kN / m3 100 G (1 ) 2.66(1 0.1198 ) e s 1 1 0.593 1.87 Gs 0.1198 2.66 Sr 53.7% sat w 20.4 10 10.4kN / m3
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。
钱建固土质与土力学第1-2章 土的物理性质及工程分类
颗粒粒径级配曲线
Percentage in mass finer（％） 10 5.0 1.0 0.5 0.10 0.05 0.01 0.005 0.001
纵坐标－小于某粒径
的土粒质量含量百分
比
100 90
横坐标－土粒的粒径 (对数坐标）
80 70 60
50
40
d50 : average
30 20
土粒相对密度变化范围不大：细粒土（粘性土）一般2.70～2.75； 砂土一般为2.65左右。土中有机质含量增加，土粒相对密度减小
测定方法：比重瓶法 P12
15
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
m ms mw Vs Vw Va
V
质量m 气 水
土粒
体积V
wmw10% 0 mms10% 0
V
sa
tms
Vvw
V
5.干密度ρd ：单位体积中固体
颗粒部分的质量
d
ms V
描述土的质量密度指标共有4个：ρ、ρsat、ρd、ρ (kg/m3)
相应的重度指标也有4个：、sat、d、 (kN/m3)
• 不传递静水压力
弱结合水
• 位于强结合水之外，电场引
力作用范围之内
• 外力作用下可以移动
d
• 不因重力而移动，有粘性，
• 不传递静水压力
6
2.自由水
存在于土粒电场影响范围以外，性质和普通水无异，能 传递水压力，冰点为0℃，有溶解能力
两种存在形式：毛细水、重力水
• 上升高度:
hc
2T cos r
毛细水
ms
ms
测定方法：烘干法
注意: 可达到或超过100％
土的物理性质和工程分类
定义：粒径d＞2 mm的颗粒含量不超过全重 50％，且d ＞0.075 mm的颗粒含量超过全重 50％的土
分类依据：粒径级配、各粒组含量
定名
表2.5 砂土的分类
土的名称
粒组含量
砾砂 粗砂 中砂 细砂 粉砂
粒径d＞2 mm的颗粒占总质量的25％～50％ 粒径d＞0.5 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.25 mm的颗粒超过总质量的50％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的85％ 粒径d＞0.075 mm的颗粒超过总质量的50％
碎石土
定义：土的粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重50 ％的土
分类依据：粒组含量和颗粒形状
定名
土的名称 漂石 块石 卵石 碎石 圆砾 角砾
表2.4 碎石土的分类
颗粒形状
粒组含量
圆形及亚圆形为主 粒径d＞200 mm的颗粒含量超过全重的50
棱角形为主
％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞20 mm的颗粒含量超过全重的50％
圆形及亚圆形为主
棱角形为主
粒径d＞2 mm的颗粒含量超过全重的50％
工程性质
密实碎石土：骨架颗粒含量＞70％，交错排列，连 续接触
中密碎石土：骨架颗粒含量＝60％～70％，交错排 列，大部分接触
稍密碎石土：骨架颗粒含量＝55％～60％，排列混 乱，大部分不接触
松散碎石土：骨架颗粒含量＜55％，排列十分混乱， 绝大部分不接触
土的固体颗粒
土粒的矿物成分
原生矿物：单矿物颗粒；多矿物颗粒 次生矿物
蒙脱石 伊利石 高岭石 腐殖质
土的固体颗粒
土颗粒的大小与形状
土颗粒粒组
粒组名称
巨 漂石、块石 粒 组 卵石、碎石
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§1.3.2 粘性土的稠度
粘性土的稠度状态：即粘性土的软硬程度。 因土粒与水作用强，故水对其工程性质影响大。
界限含水量（由试验测得） 粘性土由一种状态转变到另一种状态的 分界含水量
缩限ws 固态 塑限wp （测） 可塑状态 液限wL（测） 流动状态
含水量
半固态
天然密度
m V ms sat d V m w Vv sat s V m Vsρ w s ρ V
ma=0
Air
Water
Va
Vw Vs Vv V
干密度
饱和密度
d m
mw
ms
Solid
浮密度 天然重度
干重度 饱和重度 浮重度
质量
体积
g
①
单位: 或 g/cm3 一般范围: 1.60—2.20 g/cm3 相关指标: kg/m3
质量
三相草图有助于直观 理解物性指标的概念 工程上更常用, 用于计算土的自重应力
体积
土的容重
γ=ρg
单位: kN/m3
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环刀法重度测定
环刀
透水石
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坚硬状态 可塑状态 流 态 w
0.00 – 0.25 硬塑 0.25 - 0.75 可塑 0.75 – 1.00 软塑
w
p
w
wL
问题：仅适用于重塑土
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塑性指数
Ip w l wp
——吸附弱结合水的能力；大致反映粘土颗粒含量、粘性大小
常作为细粒土工程分类的依据
土力学与地基基础
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相对密度 Dr
emax e emax emin
Dr
(d d min)d max (d max d min)d
粗粒土的密实状态指标
判别标准： Dr = 0
Dr≤ 1/3 1/3 < Dr≤ 2/3 Dr > 2/3 Dr = 1
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1.2 土的物理性质指标
1.2.1 物理性质指标 1.2.2 物理性质指标之间的换算
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§1.2.1
松密程度 干湿程度 轻重程度 定义
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
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
m m ms w(%) w 100% ms ms
ma=0 m mw ms
Air Water Solid
Va Vw Vs Vv V
③
常见值: 沙土：0％～40％ 粘性土：20％ ～60％
质量
体积
注意: 其实是含水比, 可达到或超过100％
测定方法：烘干法
土力学与地基基础
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基本方法:
三相草图法
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1. 三相草图
ma=0 m
Air Water Solid
Va
Vv Vw
Vs V
mw
ms
质量
体积
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三相草图
ma=0
mw m 共有九个参数:
Air
Water Solid
Va
Vw Vv V
V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m 已知关系五个:
m ms m w ma ma 0 m w w Vw
V Vs Va Vw Vv Va Vw
ms
Vs
物性指标是比例关系:
质量
体积
可假设任一参数为1
其它指标
实验室测定
三个独立变量
对于饱和土, Va=0 剩下两个独立变量
三相草图法 是一种简单而实用的方法
土力学与地基基础
emax: 最大孔隙比；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 emin: 最小孔隙比；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
注意：室内测得理论上的最大与最小孔隙比有时很困难
粘性土的稠度反映土中水的形态
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对同一种粘土，含水量可反映其稠度
问题： 对不同的粘土，wp、wL 大小不同 即使含水量相同，稠度可能不同
相对稠度
液性指数
定义： I L
w wp wl wp
状态
坚硬状态 可 塑
IL<0 IL=0 – 1 IL 流态 >1
基本方法:
三相草图法
三相草图有助于直观 理解物性指标的概念 三相草图可用于确定 物性指标之间的关系 三相草图法是求取物 理性质指标的简单而 有效的方法
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土的物理性质指
粗粒土的松密程度 粘性土的软硬程度 影响
力学特 性
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对 策
优点：简单方便 缺点：不能反映级配的影响 只能用于同一种土
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2）相对密度法
emax e Dr emax emin
emin = 0.35
emax与emin ：最大与最小孔隙 比
emin = 0.20
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emax与emin ：最大与最小孔隙比
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强结合水 强结合水 弱结合水 土颗粒 强结合水
弱结合水
土颗粒
土颗粒
自由水
稠度状态 土中水的形态 含水量 稠度界限
固态或半固态 强结合水
塑态 弱结合水
流态 自由水
w
塑限wp
强结合水膜最大
液限wl 出现自由水
Ip w l wp
吸附弱结合 水的能力 塑性指数
饱和密度
d d g
sat ms w Vv ⑧ V
质量
体积
饱和重度
浮密度 浮重度
sat sat g
ρ m s Vsρ w V
⑨
sat w
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有效重度
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ρ ms mw m V Vs Vw Va
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2.室内测定的三个物理性质指标
－土的密度、土粒的比重、土的含水量
土的密度
测定方法
环刀法 灌水法 m
ma=0
mw ms
Air
Water
Va
Vw Vs Vv V
有时也称土的天然密度 定义: 单位体积土的质 量 ms mw 表达式: ρ m
V
Solid
Vs Vw Va
Va Vw
Vv V
Vs
质量
体积
粘性土 2.70 ～ 2.75 砂 土 2.65～2.69
4 C =1.0 g/cm3 w
具体见教材P10表1-2
土粒比重在数值上等于土粒的密度
土力学与地基基础
测定方法：比重瓶法
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土的含水量（率）
定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示 表达式:
最松状态 疏松状态 中密状态 密实状态 最密状态
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3）标准贯入试验法
天然砂土的密实度，可按原位标准贯入试验的锤击数 N进行评定。天然碎石土的密实度，可按原位重型圆锥 动力触探的锤击数N63.5进行评定(GB50007-2002)
密实度 按N评定砂石密实度
松散 N≤10
稍密 10＜N≤15
中密 15＜N≤30
密实 N＞30
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
土力学与地基基础
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锤重：63.5kN
落距：760mm 触探杆 重型圆锥
标准惯入器 地面
30cm
被探测土层
动力触探试验
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1.3 土的物理状态指标
1.3.1 无黏性土的密实状态 1.3.2 黏性土的稠度
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§1.3.1
密实度
无黏性土的密实状态
如何衡量?
单位体积中固体颗粒含量的多少 或孔隙含量的多少 干容重 d 或孔隙比 e或孔隙率 n
1）孔隙比法 e ＞0.95 松散 e＜0.6 密实 不宜作天然地基 是良好的天然地基
不同的粘土矿物结合水的能力不同 缺点 不能充分反映粘土颗粒含量 非活性粘土 A < 0.75 A = 075 – 1.25 正常粘土 活性粘土 A > 1.25
活性指数
A
Ip p 0.002
体积
Air Water Solid
Vv= e V=1+e Vs= 1
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
关系: n
e 1 e
n e 1 n
体积
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表示土中含水程度的指标
含水量 饱和度
VV e n V 1 e