第一章土的物理性质和工程分类解析

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。 特征：
物理风化：量变过程，形成的土颗粒较粗； 化学风化：质变过程，形成的土颗粒很细。 对一般的土而言，通常既经历过物理风化，又有化学风 化，只不过哪种占优势而已。
§ 1.1 土的生成 一、土的概念
土： 覆盖在地表上的碎散矿物集合体。 岩石：构成地壳的基本物质，是一种或多种矿物的聚合体。 统称为大自然的产物
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
风化、搬运、堆积
岩石 压密、岩化 土
岩石风化分为物理风化、化学风化和生物风化。
§1.1 土的生成
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。
§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 密度计法：粒径<0.075mm 根据粗颗粒下沉速度快，细 颗粒下沉速度慢的原理，可以把颗粒按下沉速度进行粗 细分组。 联合测定：既有粒径< 0.075mm，又有粒径 >0.075mm
(1) 层状构造 (2) 分散构造 (3) 裂隙状构造 (4) 结核状构造
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
从右图பைடு நூலகம்以容易得到以下关系：
Vv = Vw + Va
V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va
m = ms + mw
土的三相图
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
一、试验直接测定的物理性质指标
m ms mw ma V Vs Vw Va
（1.4.5）
对于粘性土，土的密度常用环刀法测定。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
二、间接换算得物理性质指标 （一）土的孔隙比e 定义：土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示， 其表达式为： Vv e （1.4.10） Vs （二）土的孔隙率n 定义：土中孔隙的体积与土的总体积之比，或单位体积内 孔隙的体积，以百分数表示，其表达式为：
0.005 10
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
§1.2 土的三相组成
结合水：受分子引力作用吸附在土粒表面的土中水。 自由水：离开土颗粒表面较远，不受土颗粒电分子引力 作用，且可自由移动的水称为自由水。 （分为毛细管水和重力水）
§1.2 土的三相组成
小于某粒径之土质量百分数P（％）
200g
10 5.0 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1
10 16 18 24 22 38 72 水分法
P % 95 87 78 66 55 36
粒径(mm)
粒径(mm) 百分数P(%)
0.05 26
0.01 13.5
0.01 0.005
土粒或土粒集合体在空间的排列和互相联结形式称为土 的结构.
单粒结构：由颗粒大的土粒在水或空气中下沉堆积而成 ，是碎石土和砂土的结构特征。 峰窝结构：由粉粒或细沙粒组成的土的结构形式。 絮状结构：由粘粒（<0.005mm）集合体组成的结构形 式。
§1.3 土的结构、构造
• 土体的构造一般可以分为以下四类：
（一）土粒相对密度（土粒比重）ds
土粒相对密度定义为土粒的质量（或重量）与同体积4℃时纯水的 质量（或重量）之比（无因次），其表达式为：
或
ms Vs s s ds mw Vs w w
（1.4.1）
ms d sVs w
w——4℃时纯水的密度，1.0g/cm3
（1.4.2）
mw d sVs w
测定含水率常用的方法是烘干法，先称出天然土的质量， 然后放在烘箱中，在100℃～105℃常温下烘干，称得干 土质量，按上式可算得。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（三）土的天然密度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：
式中： s ——土粒的密度，即土粒单位体积的质量；
土粒相对密度在数值上等于土粒的密度
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
土粒相对密度常用比重瓶法测定，事先将比重瓶注满纯水 ，称瓶加水的质量。然后把烘干土若干克装入该空比重瓶 内，再加纯水至满，称瓶加土加水的质量，按下式计算土 粒相对密度：
ms ds m1 ms m2
§1.2 土的三相组成
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。
§1.2 土的三相组成
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）
不同类型的土
§1.2 土的三相组成
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。
式中： m1——瓶+水的质量； m2——瓶+土+水的质量； ms——烘干土的质量；
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（二）土的天然含水量w
土的天然含水量，定义为土中水的质量与土粒的质量之比 ，以百分数表示，其表达式为：
mw 100% ms 将式（1.4.2）代入（1.4.3）中得
（1.4.3）