第二章 土的物理性质及工程分类

（1） 吸着水是指附着在土粒表面呈薄膜状的水，受土粒表面引力作用而
不服从静水力学规律，其冰点低于0℃。它比普通水有较大的粘滞性，较小 能动性和不同的密度。
（2）粘土矿物颗粒具有较强的与水相互作用的力，称之为亲水性。这种 亲水性的土粒表面常常带有负电荷，电荷的大小与土粒表面积大小有关。 常用比表面积来表示电荷对土粒性能的影响。
蜂窝结构
2-3
土的结构
一、土的结构 （三）絮状结构 角、边与面接触时净引力最大，因此絮状结构的特 征是土粒之间以角、边与面的接触或边与边的搭接形式 为主。这种结构的土粒呈任意排列，具有较大的孔隙， 其强度低，压缩性高，对扰动比较敏感。
絮状结构
2-3
土的结构
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。
细 粗 中 细 极细
胶粒
60
20
5
2
0.5 0.25
0.005
0.002
2-2
土的组成
（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
0.001
0.10 0.05
1.0 0.5
10 5.0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
土的粒径级配累积曲线
2-2
土的组成
2.密度计法
利用不同大小的土粒在水中的沉降速度不同来确定小 于某粒径的土粒含量的方法。 通过密度计测定土水悬浊液的密度来确定。
2-2
土的组成
3.土的级配曲线
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） 不同类型的土
2-2
土的组成
一、土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，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。
土的三相图
2-4
土的物理性质指标
一、试验直接测定的物理性质指标 （一）土的密度ρ与重度γ 土的密度定义为单位体积土的质量，用ρ表示，单位为 Mg/m3(或g/cm3)。 表达式如下：
m ms mw ma V Vs Vw Va
（1-4）
对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。
2-4
颗粒级配的描述
工程上常用不均匀系 数Cu描述颗粒级配的 不均匀程度
Cu d 60 d10
曲率系数Cc描述颗粒级 配曲线整体形态，表明 某粒组是否缺失情况
2 d 30 Cc d10 d 60
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; d10
称为有效粒径； d60称为限制粒径。
土的物理性质指标
土的重度亦称为容重，定义为单位体积土的重量，用γ 表示，单位为kN/m3。表达式如下：
W m g g V V
式中：W——土的重量，单位为kN；
（1-5）
g——重力加速度。
2-4
土的物理性质指标
（二）土粒比重Gs
2.1 土的形成
形成过程 形成条件
影响
物理力学 性质
土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物
岩石
风化 搬运、沉积
土
地球
地球
2-1
土的形成
化学风化：岩体（或岩块、岩屑）与氧气、二氧化碳等各种气体 、水和各种水溶液等物质相接触，经氧化、碳化和水化作用，使 这些岩石或岩屑逐渐产生化学变化，分解为极细颗粒的过程。
2-2
土的组成
土体
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
2-2
土的组成
土是固体颗粒、水和空气的混合物，常称土 为三相系。 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。
2-2
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。
1-1 颗粒分析试验曲线
2-2
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； （2）某些特性粒径，用于建筑材料的选择和评价土级配的 好坏。
根据某些特征粒径，可得到两个有用的指标，即不均匀系数 Cu和曲率系数Cc，它们的定义为：
残积土 冲积土 无机土 运积土风积土 土 冰碛土 有机土(沼泽土)
残积土：岩石风化后仍留在原地的堆积物。 特点：湿热地带，粘土，深厚，松软，易变； 寒冷地带，岩块或砂，物理风化，稳定。
2-1
土的形成
运积土：岩石风化后经流水、风和冰川以及人类活动等搬运离 开生成地点后再沉积下来的堆积物。又分为冲积土、风积土、冰碛 土和沼泽土等。 冲积土：由水流冲积而成；颗粒分选、浑圆光滑 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 冰碛土：由冰川剥落、搬运形成的堆积物；不成层、从漂石到粘粒 沼泽土：在沼泽地的沉积物；含有机质、压缩性高、强度低
（一）结晶水
结晶水：溶质从溶液里结晶析出时，晶体里结合着一定数目的水分子 ，这样的水分子叫结晶水。 存在矿物结晶中的水，只有在高温（大于105℃）下，才能使之从矿物 中析出，故可将它视作矿物本身的一部分。
2-2
土的组成
二、土的液相 （二）吸着水（与土粒表面结合的水，受粘土矿物表面静电引力和分
子引力作用而被吸附在土粒表面的水。）
（3）比表面积大则电荷作用能力强。 比表面积：每g物质中所有颗粒总外表面积之和。
强吸着水 土粒表面的负电荷吸引着周围极化了的水分子和水溶液中阳离子（如钾、 钠、钙、镁等），靠近土粒表面的地方引力最大，土粒周围的水分子和离子被 吸引在土粒表面附近，排列十分紧密，失去常见水的某些特性，通常把靠近土 颗粒表面的一层水称为强吸着水。 弱吸着水 土粒表面的引力随离开土粒表面的距离增大而迅速降低，距土粒表面稍 远的地方，水分子虽仍为定向排列，但不如强吸着水那么紧密和严格，因此这 层水有可能由水膜较厚处缓慢地迁移到另一土粒上去，这种运动与重力无关。 这层水不能传递静水压力，称之为弱吸着水。 吸着水与土的物理力学性质 土粒为弱吸着水分隔时，由于土粒相互受到土粒表面引力的作用，因而 在土颗粒间表现一定的联接强度。弱吸着水越薄，土粒间距越小，引力越高， 这时联接性就越强，土粒就越不容易发生移动。反之弱吸着水越厚，引力降低， 联接性减弱，就越易于移动。弱吸着水厚度的变化，会使土的物理力学性质发 生改变。
2-2
土的组成
（三）颗粒大小分析试验 1.筛分法 利用一套孔径由大到小的筛子，将按规定方 法取得的一定质量的干试样放入一次叠好的 筛中，置振筛机上充分振摇后，称出留在各 级筛上的土粒的质量，按下式计算出小于某 土粒粒径的土粒含量百分数X（％）
mi X 100 m
式中：mi，m－分别为小于某粒径的土粒质 量及试样总质量
第二章 土的物理性质及工程分类
主讲：杨光
内蒙古农业大学
第二章 土的物理性质指标与工程分类 2-1 土的形成
土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物（人工破碎；堆石坝的 坝壳料；相当于物理风化）。
土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。
根据来源分：有机土和无机土
岩石风化分为物理风化、化学风化和生物风化。 物理风化：岩石经受风、霜、雨、雪的侵蚀，或受波浪的冲击、地 震等引起各种力的作用，温度的变化、冻胀等因素使整体岩石产生 裂隙、崩解碎裂成岩块、岩屑的过程。
漂石（块石）粒 组 卵石（碎石）粒 组 砾石粒组 >200 20~200 2~20 砂粒粒组 粉粒粒组 粘粒粒组 0.075~2 0.005~0.075 <0.005
2-2
土的组成
颗粒大小
•粒组
按粗细进行分组，将粒径接近的归成一类
•界限粒径 0.1
粗粒 细粒
粉粒 0.05
粘粒
d
(mm)
砾石
粗 中
砂粒
1.非封闭气体：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。
2-3
土的结构
一、土的结构
在成土过程中所形成的土粒的空间排列及其联结形式， 与组成土的颗粒大小、颗粒形状、矿物成分和沉积条件有 关
（一）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。
密实状态
疏松状态
2-3
土的结构
一、土的结构
（二）蜂窝状结构
颗粒间点与点接触，由于彼此之间引力大于重力，接触后，不再继续下 沉，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。
2-2
土的组成
一、土的固相