第一章 土的物理性质及工程分类
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；
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同时满足Cu≥5和Cc=1～3时， 定名为良好级配土
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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）
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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
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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
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§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
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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
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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
第1章土的物理性质-lsj
粒径(mm)
Cu ≥5, Cc = 1 ~ 3, 级配连续性好
曲线 d 60 d10
L M R
0.081 3.98 0.33 0.005 0.063 66 2.41 0.030 0.545
d30 Cu Cc
0.01 0.005
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的物理性质指标
(三相间的比例关系) 表 示
土的物理状态
粗粒土的松密程度 粘性土的软硬状态
影响
力学特性
土的物理状态
ma=0 m mw ms
质量
空气 Air
Va
Vv Vw V
水 Water
固体 Solid
Vs
体积
三相草图
三相草图
ma=0
共有九个参数:
Air
Va
V Vv Vs Va Vw / ms m w ma m Vv V 已知关系五个:
固体
Vs
体积
g
d dg
饱和重度
浮重度
sat w
sat satg
sat d
各种密度容重间的大小关系
常用的物理性质指标间的换算关系：
教科书 P12 表1-5
学习要点：
从物理意义上理解指标间的关系 不鼓励死记硬背 必要时利用三相草图推导
m 187 ρ= = = 1.87 g / cm3 V 100
γ = ρg = 1.87 × = 18.7kN / m 10
3
167 γd = ρd g = × = 16.7kN / m3 10 100
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。
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
土力学总结
土力学第一章土的物理性质及工程分类1.土的特点:碎散性、三相性(固,液,气) 、天然性(自然变异性)或成层性.2.土粒大小是影响土的性质最主要因素.土性取决于颗粒的形状,大小和矿物成分.3.常用的粒度成分的表示方法有表格法、累计曲线法和三角坐标法.1).表格法.表格法是以列表形式直接表达各粒组的百分含量.它用于粒度成分的分类是十分方便的.2)累计曲线法.该方法是比较全面和通用的一种图解法,适应于各种土级配好坏的相对比较.由累计曲线的坡度可以大致判断土粒的均匀程度或级配是否良好.3)三角坐标法.三角坐标法只适用于划分三个组粒的情况.4.研究土中水必须考虑到水的存在状态及其土粒的相互作用;存在于土中的液态水可分为结合水和自由水两大类.结合水是指受电分子吸引力吸附在土粒表面的土中水.自由水是存在于土粒表面电场影响范围以外的水.5.土中气:土中的气体存在于土孔隙中未被水所占据的部位.含气体的土称为非饱和土,非饱和土的工程性质研究已形成土力学的一个热点.6.我们把粘土颗粒在直流电作用下向阳极移动的现象称为电泳;而水分子向阴极移动的现象称为电渗.7.双电层的厚度既取决于颗粒表面的带电性,又取决于溶液中阳离子的价数.8.粘土间的相互作用力:(1)粒间吸引力土粒间吸引力主要来源于分子间的范德华力.(2)土粒间排斥力9.土的结构:是指由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征.10.土的构造:土中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分土层之间的相互关系的特征.11.反映土轻重程度的指标:(1)土的天然密度ρ.ρ=m/V (2)土的干密度ρd =m s/V. (3)土的饱和密度ρsat=m s+Vvρw/V (4)土的浮密度ρ′(5)土粒的相对密度12.反映土松密程度的指标(1)孔隙比e:土中孔隙体积与土粒体积之比(2)孔隙率n :土中孔隙体积与总体积之比,以百分数表示.13.反映土含水程度的指标(1)土的含水率ω:土中水的质量与土颗粒质量之比,称为土的含水率,以百分数计.14.影响压实效果的因素:土类、级配、压实功能和含水率,另外土的毛细管压力以及孔隙压力对土的压实性也有一定影响.第二章土中水的运动规律1.孔隙中的自由水在重力(水位差)作用下,发生运动(从土内孔隙中透过)的现象叫渗透.2.土体具有被水透过的性质称为土的渗透性或透水性.3.渗流引起的渗透破坏问题主要有两大类:一是因渗流力的作用,使土体颗粒流失或局部土体产生移动,导致土体变形甚至失稳,如深基坑中流沙和管涌现象;二是由于渗流作用,使水压力或浮力发生变化,导致土体或结构失稳.4.渗流力:水在土中渗流时,受到土颗粒的阻力T的作用,这个力的作用方向与水流方向相反.5.流沙现象:土颗粒之间的压力等于零,土颗粒将处于悬浮状态而失去稳定.6.流沙现象的防治原则:(1)减小或消除水头差,如采取基坑外的井点降水法降低地下水位或水下挖掘;(2)增长渗流途径,如打板桩;(3)在向上渗流出口处地表用透水材料覆盖压重以平衡渗流力;(4)土层处理,减小土的渗透系数,如冻结法、注浆法等.7.管涌现象:水在砂性土中渗流时,土中的一些细小颗粒在渗流力作用下,可能通过粗颗粒的孔隙被水流带走,这种现象称为管涌.8.防治管涌现象,一般从下列三个方面采取措施:(1)改变几何条件,在渗流逸出部位设反滤层是防止管涌破坏的有效措施;(2)改变水力条件,降低水力梯度,如打板桩等;(3)土层处理,减小土的渗透系数.9.流网是由一组流线和一组等势线相互正交组成的网格.流网具有以下特征:(1)流线与等势线相互正交.(2)流线与等势线构成的各个网格的长宽比为常数.(3)相邻等势线之间的水头损失相等.(4)各个流槽(即各相邻两流线间)的渗流量相等.10.土的毛细现象是指土中水在表面张力作用下,沿着孔隙向上及其他地方移动的现象.这种细微孔隙中的水被称为毛细水.11.影响冻胀的因素:(1)土的因素(2)水的因素(3)温度的因素(4)外载荷的因素第三章土中应力计算1.土中应力按其起因可分为自重应力和附加应力两种.土中应力按其作用原理或传递方式可分为有效应力和孔隙应力两种.2.土体的应力-应变关系:(1)土的连续性假定(2)土的线弹性假定(3)土的各向同性假定3.土中某点的自重应力与附加应力之和为土体总的应力.4.在土力学中,正应力以压为正,拉为负.剪应力以逆时针为正.5.地下水位升降,使地基土中自重应力也相应发生变化.6.基底附加压力是指超出原有地基竖向应力的那部分基底压力,也即是作用在基础底面的压力与基底处建造前土中自重应力之差.7.有效应力原理:计算土中应力的目的是为了研究土体受力后的变形和强度问题.8.土中有效应力是指土中固体颗粒(土粒)接触点传递的粒间应力.9.存在土体中某点的总应力有三种情况,即自重应力附加应力、自重应力与附加应力之和.10.有效应力原理:(1)饱和土中任意点的总应力σ总是等于有效应力加上孔隙水压力;(2)土的有效应力控制了土的变形及强度.第四章土的压缩性与地基沉降计算1.土的三大工程问题:渗流、变形、强度.2.在外力作用下土体体积缩小的特性称为土的压缩性.3.土的压缩通常由三部分组成:(1)固体土颗粒被压缩;(2)土中水及封闭气体被压缩;(3)水和气体从孔隙中排出.4.对饱和土来说,土体的压缩变形主要是孔隙水的排出.5沉降:在建筑物荷载作用下,地基土主要由于压缩而引起基础的竖向位移.6.计算地基沉降时,必须取得土的压缩性指标.土的压缩性指标可以通过室内压缩试验或现场原位试验的方式获得.7.土的变形模量是指土体在无侧限条件下的应力与应变的比值.变形模量是反映土的压缩性的重要指标之一.8.土的弹性模量的定义是土体在无侧限条件下瞬时压缩的应力-应变模量.9.变形顺序:初始沉降、固结沉降、次固结沉降.10.几种沉降计算方法:分层总和法、应力面积法和弹性理论方法.第五章土的抗剪强度1.土的抗剪强度是指土抵抗剪切破坏的极限能力.2.土的c和ф统称为土的抗剪强度指标.3.土的抗剪强度是决定建筑物地基和土工建筑物稳定性的关键因素.4.无粘性土的抗剪强度决定于有效法向应力和内摩擦角.5.应力路径是指在外力作用下,土中某一点的应力变化过程在应力坐标图中的轨迹.它是描述土体在外力作用下应力变化情况或过程的一种方法.第六章土压力与挡土墙1.用来支撑天然或人工斜坡不致坍塌,保持土体稳定性的一种建筑物,俗称挡土墙.2.土压力是设计挡土墙结构物断面及验算其稳定性的主要外载荷.3.根据挡土墙的方向,大小及墙后填土处的应力状态,将土压力分为静止土压力,主动土压力,被动土压力三种.4.影响土压力的最主要因素:墙体位移条件.5.挡土墙的类型:重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚定板及锚杆式挡土墙.第七章地基承载力1.地基承载力是指单位面积上地基所能承受的荷载.2.地基破坏模式可分为整体剪切破坏、局部剪切破坏及冲切破坏三种。
1土的物理性质及分类
土的三相组成
土的三相比例指标
土的结构
粘性土的界限含水量 砂土的密实度 粘性土的物理化学性质 土的工程分类
土的三相组成
总体特征
土是由三相组成的。土体是岩石风化的产物，具有强度低、 压缩性高、渗透性三个特点。
一、土的固体颗粒 土粒的矿物成分
1）原生矿物：母岩经物理风化而成,eg.石英、云母、长石；其成分与母 岩相同，分为单矿物颗粒，多矿物颗粒。 2）次生矿物：母岩经化学风化而成，如eg.高岭石、伊里石、蒙脱石。 其成分与母岩不同，为一种新矿物颗粒。主要是粘土矿物。D<0.005mm 漂石、卵石、圆砾等粗大土粒都是母岩的碎屑，其矿物成分与母岩相 同； 砂粒大部分是母岩中的单矿物颗粒，如如石英、云母、长石。
14.0
16.0
18.0
20.0
22.0
24.0
26.0
系列1 多项式 (系列1)
含水量
土的三相比例指标
土的三相比例指标
三、换算指标
孔隙比e和孔隙率n
度的重要物理性质指标，e或n越大， 土越疏松，反之土越密实。一般e<0.6 的土是密实的低压缩性土，e>1.0的土 VV n 100 % 是疏松的高压缩性土。
由试验成果定义如下指标：
d 60 不均匀系数： C u d10
曲率系数：
Cs
d
2 30
d 60 d10
土的工程分类
不均匀系数 反映大小不同粒组的分布情况 ，小于5的 土为均匀土，级配不良，大于10，级配良好，但过大表 明缺少中间粒径，属不连续级配。 曲率系数反映曲线的整体形状，过大或过小都表明缺乏 中间粒径。 对于砂类土，不均匀系数大于5而曲率系数介于1到3之间 时，级配良好。
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。
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 第一章(1)
测定方法:
Vv V
VS
Va 气 体 0 Vw 水 mw
mw m
土颗粒
Vs
ms
ms
环刀法:适用于细粒土
灌水法:现场测定粗粒土、巨粒土
灌砂法:现场测定粗粒土,最大粒径不超过15mm
核子密度仪:现场快速测定法
2. 含水量
w mw Ww 100% ms Ws
测定方法：
烘干法：适用于粘性土、粉土、砂土
＜2
100～300
＜10
300～1000
＜20
1000～2000
＜40
2000～4000
＜60
4000以上
风干土质量:1000g, 小于0.1mm土总质量百分数:1.8%
2mm筛上土质量:403g 小于2mm的土总质量百分数:59.7%
2mm筛下土质量:597g 细筛分析时所取试样质量:100g
孔径(mm) 累计留筛 小于该孔径 小于该孔径 小于该孔径占总
质量(g)
土质量(g)
百分数(%) 土百分数(%)
10
100
900
90.0
90.0
7
195
805
80.5
80.5
5
280
720
72.0
72.0
2
403
597
59.7
59.7
1
28.3
71.7
71.7
42.8
0.5
60.7
39.3
39.3
23.5
0.25
92.3
7.7
7.7
4.6
0.1
97
3.0
3.0
三、土的特性
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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第一章土的物理性质及工程分类
✧选择题
1、土颗粒的大小及其级配，通常是用粒径级配曲线来表示的。
级配曲线越陡表示。
（A）土粒大小较均匀，级配不好
（B）土粒大小不均匀，级配不良
（C）土粒大小不均匀，级配良好
2、土的九个三相比例指标中为实测指标。
（A）含水量、孔隙比、饱和度（B）密度、含水量、孔隙比
（C）土粒比重、含水量、密度
3、计算自重应力时，对地下水位以下的土层一般采用。
（A）天然重度（B）饱和重度（C）有效重度
4、矩形基础，短边b=2m，长边l=4m ，在长边方向作用一偏心荷载F+G=1000kN 。
试问当pmin=0时，最大压应力为。
（A）120 kN/m2 （B）150 kN/m2 （C）200 kN/m2
5、地下水位突然从基础底面处上升1m时，土中的应力有何变化？
(A) 没有影响(B) 应力减小(C) 应力增加
6、土的强度是特指土的。
（A）抗剪强度（B）抗压强度（C）抗拉强度
7、某土的抗剪强度指标为c、ϕ，该土受剪时将首先沿与小主应力作用面成的面被剪破。
（A）450（B）450 +ϕ/2 （C）450－ϕ/2 （D）450 +ϕ
✧问答题：
1、塑性指数的定义和物理意义是什么？Ip大小与土颗粒粗细有何关系？
2、土的压实性与哪些因素有关？何谓土的最大干密度和最优含水率？
3、土的抗剪强度是怎么产生的？简述土的密度和含水量对土的内摩擦角有何影
响？
4、简述极限平衡状态的概念，并说明什么是土的极限平衡条件？
计算题：
1.一个饱和原状土样，体积为140cm3，质量为238g，土粒比重为
2.70，
求解土样的孔隙比、含水率和干密度。
2.某饱和土的天然重度为18.44kN/m3，天然含水量为36.5%，液限34%，
塑限16%。
确定该土的名称。
3、某基础底面尺寸为20m×10m，其上作用有24000kN竖向荷载，计算：（1）
若为轴心荷载，求基底压力；（2）若合力偏心距ey＝0，ex=0.5m，求基底压力；（3）若偏心距ex≥1.8m 时，基底压力又为多少。
4、某方形基础受中心垂直荷载作用，b=1.5m，d=2.0m，地基为坚硬粘土，
γ=18.2kN/m3，c=30kPa,φ=22°，试分别按p1/4，太沙基公式确定地基的承载力(安全系数取3)。