土质学与土力学

3、絮凝状结构：土粒或聚粒以边——边、边 ——面方式相联结在一起的结构形式（又称蜂窝状 结构）。这种结构具大孔隙，在外力作用下有较大 的变形。
4、土的结构性与灵敏度
土的性质由于其结构的破坏而改变的特性称为 qu 土的结构性。土的结构性用灵敏度表示：
St q0
灵敏度 St
低灵敏土 St=1~2
中等灵敏土 St=2~4
灵敏土 St=4~8
特别灵敏土 St=8~16
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第四节 土的三相比例指标
土的三相（固相、液相、气相）组成物质在重量和体积
上的比例关系，反映出土的一些物理性质，如干湿、紧密等， 也可以间接地评价土的工程性质，可用三相图来表示土的物 质组成。 在三相图中，各相组成部分在重量和体积方面的关系如
Cu<5 Cu>10
土粒均匀，其级配不良 级配良好
3、三角坐标法
三角坐标可以表示三种粒组的含量，一般把土 粒分成砂粒、粉粒、粘粒三类。 利用几何上，等边三角形内任一点到三角形三 个边的垂直距离之和为一常数（图1-3）。
，
令：
h1 h 2 h 3 H 1 0 0 %
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1、单粒结构：主要为碎石类土、砂类土等大颗粒土的 结构形式。
2、聚粒结构：若干个片状土粒以面——面方式聚合在 一起，形成较大的叠片状集合体。 据研究认为：较小的粘土颗粒为片状的，表面带负电荷，
边角断口处带正电荷。
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2、累计曲线法（累计级配曲线）：这种方法 比较完善，通常在半对数坐标系中绘制（图1-2）。
不均匀系数：C u
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d 60 d 10
C 和曲率系数：
s

d 30 d 10 d 60
2
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第二节 土的颗粒特征
一、土的粒度成分
土的性质与土粒大小有着很大的关系，我们可以做一个 比较试验：
砂土 + 水 ——→ 不成团（无塑性）；
粘土 + 水 ——→ 成团（具塑性），亲水性。
土粒的大小称为粒度，也称粒径。在实际应用时将土按 粒径大小相近分为若干个组，称为粒组。同一粒组的土粒大 小相近、性质相似。 工程上常用不同粒径颗粒的相对含量来描述土的颗粒组 成，称为粒度成分。常用的颗粒分析方法有筛分法、沉降法。
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第一节 土的三相组成
固体 土颗粒 土 三相体 液体 水溶液 三相的相对含量关系对 气体 空气等 土的性质影响较大
饱和度划分
Sr
稍湿的
0 S r 0 .5
潮湿（很湿）的
0 .5 S r 0 .8
饱和的
0 .8 S r 1 .0
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二、三相指标的换算
>200
20—200 20—10
砾 石
中 细 粗 中 砂 粒 细 极 细 粉 粒 粘 粒
20—5 5—2 2—0.5 0.5—0.25 0.25—0.074 — 0.074—0.002
<0.002
10—5 5—2 2—0.5 0.5—0.25 0.25—0.1 0.1—0.075 0.075—0.005
流塑状态
I L 1 .0
IP
IL 0
三、界限含水量的测定
1、液限含水量的测定方法：用平衡锥式液限 仪（图1-12）。
欧美等国家采用的是碟式液限仪（图1-13）。
2、塑限含水量的测定方法：用搓条法。
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土质学与土学
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第一章 土的物理性质及工程分类
土的形成过程： 地壳的各种岩石（母岩）→风化→剥蚀→ 搬运→沉积→“土”。
土是一种松散体，是多孔材料，由固体颗 粒、液体水及气体组成，我们称之为三相体。 组成土的三相在空间的排列、分布及三相 间的比例关系对土的性质起重要的影响作用。
IL
P L P
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粘性土的状态 坚硬、半坚硬状态
硬塑状态
0 I L 0 .5
可 塑 状 态 软塑状态
0 .5 I L 1 .0
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5、饱和容重：指土孔隙中全部被水充满时土的容重。 即土在完全饱和状态下的容重。 6、浮容重（或称浸水容重）：指土浸没在水中受浮力 作用时的容重。即扣除浮力后的有效容重。 7、孔隙比：指土中孔隙体积与固体颗粒体积之比。是 反映土紧密程度的重要指标。常用来评价土的密实程度。 8、孔隙率（度）：指土中孔隙体积与土总体积之比的 百分数。也是反映紧密程度的一个指标。 9、饱和度：指土中孔隙水的体积与孔隙体积之比。
◎毛细水——除受重力作用外，还受水表面张力作用引
起的毛细力作用。毛细水的上升高度与毛细管的直径有关。
◎重力水——只受重力作用，一般在地下水位以下的水
为重力水，它在压力差作用下在土中渗流。
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第三节 土的结构
土的结构——土粒或土粒集合体的大小、形状、相互排
列与联结等综合特征叫土的结构。
肉眼能看得见的称宏观结构，借助光学显微镜、电子显 微镜等才能观察到的称微观结构。土的结构形式有：
2、次生矿物——风化过程中形成的新矿物，如Fe2O3 、
Al2O3 、次生SiO2 、粘土矿物、碳酸盐等，为化学风化的产 物。其中有些矿物可溶于水。 3、有机质——有微生物参与、动植物残骸体等，如泥 炭等。有机质能与水强烈作用，对土的工程性质很不利。
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一、土的固相
主要为无机矿物颗粒和有机质，它们组成土的骨架，对
土的性质影响最大。
1、原生矿物——岩浆岩中的矿物被保留下来，如石英、 长石、云母等。一般为抗风化能力较强的矿物。
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3、土的含水量：指土中水重与固体颗粒重之 比，常用百分数表示（%）。含水量反映土的干湿 程度，变化很大，干砂接近零，饱和粘土可达百分 之几百。 含水量在实验室用烘干法测定。在野外可用酒 精烧干法、炒干法等。 4、土的干容重：指土的固体颗粒重力与土的 总体积之比，即土在干燥状态下的容重。 干容重反映土的密实度，常用来作为填土压实 的控制指标。在填土压实时一般要求>16kN/m3。
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第五节 粘性土的界限含水量及其测定
一、粘性土的界限含水量
界限含水量：粘性土由一种状态转换到另一种
状态时分界点的含水量。
1、液限含水量——粘性土由流动状态转变为
可塑状态时的界限含水量，简称液限。 2、塑限含水量——粘性土由可塑状态转变为 半固体状态时的界限含水量，简称塑限。
第六节 砂土的密实度
1、相对密度法
砂土的相对密度，是指天然状态下砂土孔隙比 与其在最松散状态和最紧密状态下孔隙比的相对关 系，由下式计算： e e
Dr
m ax
e m a x e m in
<0.005
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二、粒度成分的表示方法
土的粒度成分是指土中不同粒组土的相对百分 含量，也称级配。它描述土中各粒组的分布特性， 对于土作为建筑材料，级配是一个重要的指标。对 粗粒土是确定名称的依据。粒度成分的表示方法： 1、表格法：以列表的形式直接表达各粒组的 百分含量。
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粒 组 名 称
《公路土工试验规程》 《岩土工程勘察规范》 JTJ051—93 GB50021—2001
漂石（块石）
卵石（碎石） 粗
>200
200—60 60—20
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二、塑性指数和液性指数
1、塑性指数——为液限与塑限的差值，不带 百分号。
塑性指数是衡量粘性土处于可塑状态时含水量 的变化范围，即粘性土塑性的大小。也可定性地表 示粘性土中粘土颗粒含量的多少，粘土颗粒越多、 越细，就越大。常用给粘性土进一步分类定名。 2、液性指数（也称相对稠度）——反映粘性 土的干湿软硬状态，比含水量更直观。
下： 土总重量：W=Ws+Ww+Wa 空气重量：Wa≈0 土总体积：V=Vs+Vw+Va
孔隙体积：VV=Vw+Va
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一、土的三相比例指标
1、土的容重：是指单位体积内土的重力。一 般土的容重为16~22（kN/m3）。 土容重的测定方法：在实验室内用环刀法测定。 2、土粒容重（或土粒密度）：是指土固体颗 粒单位体积的重力（或重量）。一般土粒容重（密 度）的变化范围不大，主要与土的矿物成分有关， 在工程实践中通常可根据经验数值选用。 土粒容重（密度）在实验室用比重瓶法测定。
三、土的气相
主要为充填于土体孔隙中的气体，一般 为空气，但其中、的含量多一些，另外还有 沼气、等气体。 1、与大气相通的气体：对土的工程性 质影响不大； 2、封闭气体：有弹性，影响土的压密 与当面逶。
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运用三相图可以很方便地进行指标的换算。换 算时一般设VV=1（也可设V=1或Vs=1），再由各项 指标的定义逐一推导求得。
下面以Vs=1为例作推导。 教材上在换算时设V=1，然后进行换算的，大 家可以比较一下，自己选择认为较方便的方法使用。 ◎例题介绍
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二、土的液相
1、结合水——依靠土颗粒表面静电引力吸附的水膜。
◎强结合水——紧靠土颗粒表面，引力大、密度高、性
质特别。
◎弱结合水——强结合水外面的薄膜水，不能传递静水
压力。
2、自由水——结合水外正常的水，只重重力作用，能 传递静水压力。