第一章土的物理性质和工程分类解析
第一章土的物理性质和工程分类
土土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物风化作用土是岩石风化的产物，风化包括物理风化和化学风化物理风化：是指由于温度的变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂成岩块、岩屑的过程，岩石发生了量的变化。
化学风化：是指岩体（或岩块、岩屑）与空气、水和各种水溶液相接触,经氧化、碳化和水化作用分解为极细颗粒的过程，岩石发生质的变化。
名称土的三相体系土的气相土中的气体土的液相土中的水土的固相土的固相部分主要是土粒，有时还有粒间胶结物和有机质，他们构成了土的骨架、成土矿物原生矿物、次生矿物原生矿物物理风化的产物，颗粒较粗，矿物成分同风化前的母岩，如石英、长石和云母等。
吸附水的能力弱，性质较稳定，无塑性次生矿物是经化学风化后生成的新矿物，它的成分与母岩完全不同，次生矿物主要是粘土矿物，即高岭石、伊利石和蒙脱石。
次生矿物颗粒极细，吸附水的能力比较强，有可塑性。
土粒大小在一定程度上反映了土性质的差异，土粒大小通常用粒径表示。
粒组通常把工程性质相近的土粒合并为一组土的级配土中某粒组的土粒含量定义为该粒组中土粒质量与干土质量之比，常以百分数表示土中各粒组的分配。
土的级配的好坏将直接影响到土的性质。
级配良好的土，压实时能达到较高的密实度，因而透水性小，强度高，压缩性低。
反之，级配不良的土，往往压实密度低，或者渗透稳定性差。
粘土矿物的性质与晶片及其组合方式，即晶体结构有关，晶片分为硅片和铝片两种硅片的基本单元铝片的基本单元高岭石和伊利石晶体结构蒙脱石的晶体结构颗粒分析试验筛析法比重计法粒径分布曲线粒组频率曲线不均Array匀系数系数数含义两个有用的指标不均匀系数：曲率系数：式中 d10、d30 和d60代表粒径分布曲线上小于某粒径的土粒含量分别为10%、30%和60%时所对应的粒径，通常把d10称为有效粒径；d60称为限制粒径。
我国《土的分类标准》（GBJ 145-90）规定：对于纯净的砾、砂，当Cu大于或等于5，且Cc等于1～3时，它的级配是良好的；不能同时满足上述条件时，它的级配是不良的。
第1章 土的物理性质与工程分类
第一节土的生成与特性一、土的生成1．形成作用地壳表层的岩石在阳光、大气、水和生物等因素影响下发生风化作用，使岩石崩解、破碎；经流水、风、冰川等动力搬运作用，在各种自然环境下沉积，形成土体，因此说：“土是岩石风化的产物”。
风化作用包括：1）物理风化是指由于温度变化、水的冻胀、波浪冲击、地震等引起的物理力使岩体崩解、碎裂的过程，这种作用使岩体逐渐变成细小的颗粒。
土体中的粗颗粒便是物理风化的产物。
2）化学风化是指岩体(或岩块、岩屑)与空气、水和各种水溶液相互作用的过程，这种作用不仅使岩石颗粒变细，更重要的是使岩石的矿物成分发生变化，形成大量细微颗粒(粘粒)和可溶盐类。
土体中的粘粒便是化学风化的产物。
3）生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏称生物风化，例如：长在岩石缝隙中的树，因树根伸展使岩石缝隙扩展开裂；人们开采矿山、石材，修铁路、打隧道，劈山修公路等活动形成的土等。
2．土的主要成因类型及其特征由于形成条件、搬运方式和沉积环境不同，自然界的土也就有不同的成因类型，可分为陆相沉积和海相沉积两类。
1）陆相沉积陆地环境下的沉积，包括：（1）残积土（物）岩石经风化作用后残留在原地的碎屑堆积物称为残积土，如图1-1a所示。
残积土没有分选作用和层理构造，与基岩之间没有明显的界限，矿物成分与基岩大致相同。
由于山区原始地形变化很大且岩层风化程度不一，使残积土的厚度在小范围内就有很大变化。
当残积土被风或降水带走一部分细小颗粒后土中存在较大的孔隙。
因此，该种沉积土均匀性很差，作为建筑物地基时，要特别注意其不均匀沉降。
（2）坡积土（物）高处的风化物经雨水、雪水或本身的重力作用搬运后，沉积在较平缓的山坡上的堆积物称为坡积土，如图1-1b所示。
它—般分布在坡腰上或坡脚下，其上部与残积土相接，坡积土的厚度变化很大，有时上部厚度不足1m，而下部可达几十米。
坡积土由上而下具有一定的分选性，土质不均匀，还常易发生沿基岩倾斜面的滑动。
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。
第一章土的物理性质及工程分类
1.1 土的概念与基本特征 1.2 土的生成 1.3 土的组成 1.4 土的三相量比例指标 1.5 无粘性土的密实度 1.6 粘性土的稠度 1.7 土的压实原理 1.8 地基土(岩)的工程分类
1.1 土的概念与基本特征
土的概念:土是岩石经过风化、剥蚀、搬运、 土的概念:土是岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积等地 质作用形成松散的堆积物或沉淀物。 质作用形成松散的堆积物或沉淀物。土是各种矿物颗 粒的集合体。 粒的集合体。不同的土其矿物成分和颗粒大小存在着 很大差异,颗粒 水和气体的相对比例也不相同。 颗粒、 很大差异 颗粒、水和气体的相对比例也不相同。 基本特征:土的物理性质,如轻重 软硬、干湿、松密等。 基本特征:土的物理性质 如轻重、软硬、干湿、松密等。 如轻重、 影响土的物理性质的因素 土的三相组成物质的性质、 影响土的物理性质的因素:土的三相组成物质的性质、 土的物理性质的因素: 物质的性质 相对含量及土的结构构造等---内因 内因。 相对含量及土的结构构造等 内因。 外部环境---外因。 外部环境 外因。 外因 必须掌握这些物理性质、测定方法及指标与指标的换算。 必须掌握这些物理性质、测定方法及指标与指标的换算。
2)地壳运动 地壳的升降运动和水平运动。升降运动表现为地壳 地壳运动--地壳的升降运动和水平运动 地壳运动 地壳的升降运动和水平运动。升降运动表现为地壳 的上拱和下拗， 型的构造隆起和拗陷： 的上拱和下拗，形成大 型的构造隆起和拗陷：水平运动表现为地 壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱和断裂． 壳岩层的水平移动，使岩层产生各种形态的褶皱和断裂．地壳运 动的结果，形成了各种类型的地质构造和地球表面的基本形态。 动的结果，形成了各种类型的地质构造和地球表面的基本形态。 3)变质作用--在岩浆活动和地壳运动过程中 原岩( 变质作用--在岩浆活动和地壳运动过程中， 3)变质作用--在岩浆活动和地壳运动过程中，原岩(原来生成的 各种岩石)在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生成分、 各种岩石)在高温、高压下及挥发性物质的渗入下，发生成分、结 变质岩。 构造变化的地质作用,生成变质岩 构、构造变化的地质作用,生成变质岩。 (2)外力地质作用 外力地质作用： (2)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。 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、 气温变化、雨雪、山洪、河流、湖泊、海洋、冰川、风、生物等 的作用。 的作用。 1)风化作用--外力 包括大气、 风化作用--外力( 生物) 1)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。 化学变化的作用。
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1章土的物理性质及工程分类.doc
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。
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
第1章_土的物理性质及工程分类
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
絮状结构
絮状结构：细微黏粒大都呈针状或片状，质量极轻，在 水中处于悬浮状态。当悬液介质发生变化时，土粒表面 的弱结合水膜厚度减薄，黏粒互相接近，凝聚成絮状物 下沉，形成孔隙较大的絮状结构
§1.3 土的结构和构造
一、土的结构
土颗粒之间的相互排列和粒间联结特征，称为土的结构。
粗粒土一般为此结构。 特点：一颗颗。
单粒结构
土 的 结 构
蜂窝结构
粉土一般为此结构。 特点：一窝窝。
絮状结构
黏土一般为此结构。 特点：一团团。
第2次课
粗粒土
粉土
黏土
密实状态
疏松状态 单粒结构 蜂窝结构
蜂窝结构：颗粒间点与点接触，由于彼此之 间引力大于重力，接触后，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
换算关系式：
e Gs w
d
1
Gs (1 w) w
sat
ms Vv w (Gs e) w V 1 e
n
sat
(Gs 1) w w 1 e
Sr
五、例题分析
【例】某土样经试验测得体积为100cm3，湿土质量为
187g，烘干后，干土质量为167g。若土粒的相对密度Gs 为2.66，求该土样的含水率w、密度ρ、重度 、干重度 d 、孔隙比e、饱和重度sat和有效重度 、饱和度Sr
§1.2 土的三相组成
一、土的三相组成 气相
液相
气 水 土粒
次要作用
土的物理性质和工程分类解析课件
m V
d
wd
1
d (1 w)
或
d
1 w
（1-22）
第22页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（三）孔隙比与土粒相对密度和干密度的关系
设＝土m体s 内/ V土s得粒土的粒体的积质为量1，ms则为按ρs。于e是，，VVvs孔按隙ρ的d的体定积义V可v为得e：；由ρs
d
ms V
度ds=2.66，土样含水量w1=45%，将该土样置于烘箱中烘了一段时间之后，测得 土样的体积V2=95cm3，w2=35%，问土样烘干前后的密度、干密度、孔隙比、饱和度各
为多少？
【题1-3】某一块试样在天然状态下的体积为60cm3，称得其质量为108g，将其烘干后 称得质量为96.43g，根据试验得到的土粒比重ds为2.7，试求试样的湿密度、干密度、饱和
• 土体的构造一般可以分为以下四类：
(1) 层状构造 (2) 分散构造
(3) 裂隙状构造 (4) 结核状构造
第9页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
从右图可以容易得到以下关系：
Vv = Vw + Va V = Vs + Vv = Vs + Vw + Va m = ms + mw
Sr
Vw Vv
100%
（1.4.12）
第16页，共29页。
§1.4 土的三相物理性质指标的测定及计算
（四）干密度ρd与干重度γd 土的干密度：单位体积内土粒的质量，表达式：
d
ms V
（1.4.13）
土的干重度：单位体积内土粒的重量，表达式为：
d
Ws V
ms g V
《土力学》第一、二章土的物理性质及工程分类
3、描述土的孔隙体积相对含量的指标 （1）、土的孔隙比 ）、土的孔隙比 ）、土的孔隙率 （2）、土的孔隙率 ）、土的饱和度 （3）、土的饱和度 二、指标的换算
1. 4 无黏性土的密实度
一、 砂土的相对密实度 二、无黏性土密实度划分的其他方法
1. 5 黏性土的物理特征
一、黏性土的可塑性及界限含水量 黏性土的状态随含水量的增大而变软: 黏性土的状态随含水量的增大而变软:
一、 渗流力 二、 渗砂或流土现象
当 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 且方向向上，就会出现土粒悬浮，随水流动现象。 这种现象称为渗砂或流土。 这种现象称为渗砂或流土。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。 开始出现流砂或流土时的水力梯度称为临界水力梯度。
三、管涌现象和潜蚀作用
在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失， 在渗透水流作用下，土中细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流失，导致孔 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 隙扩大，渗流速度加快，这种现象称为管涌。管涌是一种潜蚀作用， 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 可导致土体内部强度下降，造成土体失稳。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。 在工程中可通过设置隔水层、反滤层或止水帷幕预防流砂或管涌现象。
二、黏性土的可塑性指标
1、塑性指数 Ip = wL – wp 2、液性指数 IL =
三、黏性土的结构性和触变性
黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： 黏性土的结构性是指天然结构受扰动而改变的特性。以灵敏度衡量： ：低灵敏土 灵敏度： 灵敏度： ：中灵敏土 ：高灵敏土 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 黏性土经扰动后强度降低，扰动停止后强度又随时间而逐渐恢复。 这种胶体化学性质称为土的触变性。 这种胶体化学性质称为土的触变性。
土的物理性质及及工程分类
土的物理性质及及工程分类土是由固体颗粒（又称固相）、水和气体所组成，故称为三相系，土中颗粒的大小、成分及三相之间的比例关系，反映出土的不同性质。
第一节土的生成与特性一、土的生成土是地球表层岩石经过风化（主要有三种：1、物理风化岩石经风霜雨雪的侵蚀，温度和湿度的变化，不均匀膨胀和收缩，使岩石产生裂隙，崩解为碎块。
这种风化作用，只改变颗粒的大小和形状，不改变矿物成分。
2、化学风化岩石碎屑与水、氧气、二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生一种新的成分----次生矿物，土的颗粒变得很细，具有黏结性。
3、生物风化由动物、植物和人类活动对岩体的破坏。
其矿物成分没有变化。
）、剥蚀、搬运、沉积，形成的固体矿物颗粒、水和气体的集合体。
不同的风化作用，形成不同性质的土。
二、土的结构和构造土的结构和构造,即物质成分间的联结特点、空间分布和变化规律反映了土物质的存在形式。
土的结构指的是微观结构，而土的构造是指整个土层空间构成上特征的总和。
（1）土的结构土的结构是指土颗粒的大小、形状、表面特征、相互排列及其联结关系的综合特征。
一般有三种基本类型：单粒结构、蜂窝结构和絮状结构。
1、单粒结构单粒结构是无黏性土的基本组成形式，由较粗的砾石、砂粒在重力作用下沉积形成。
2、蜂窝结构当土粒较细在水中单独下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒之间的分子引力大于颗粒自重，则下沉土粒被吸引不再下沉，形成具有很大孔隙的蜂窝结构。
3、絮状结构细粒土（小于0.005mm）在水中长期处于悬浮状态，掺入某些电解质，凝聚成类似（2）土的构造1、层状2、分散、3、裂隙4、结核状三、土的常用指标土的物理性指标：含水率、比重、湿密度、干密度、饱和密度、浮密度、孔隙比、饱和度这九个指标。
其中前三个为试验指标，后六个为计算指标。
土的物理状态指标：液限、塑限、缩限、塑性指数、液性指数和砂的相对密度等。
前五个指标描述的对象是细粒土，其中前四个指标是土样经过扰动后试验获得的。
第一章土的物理性质及工程分类
塑(指在含水量不变条件下使土的结构彻底破坏)后的强度
之比来表示的。St＞4 高灵敏度； 2＜St≤4 中灵敏度；1
＜St≤2 低灵敏度。
St
qu q0
(2) 土的触变性
饱和粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰
动停止后，土的强度又随时间而逐渐增长。粘性土的这种
抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。
我国目前以联合法测定液限和塑限
2. 粘性土的稠度界限
V 固态 半固态
可塑态
液态
水
Vs+Va
Vs
颗粒
O
ws
wP
缩限
塑限
w wL
液限
• 液限和塑限的测定方法：
液限（Liquid Limit）： 锥式（瓦氏）液限仪或碟式（卡式）液限 仪或 液、塑限联合测定仪
塑限（Plastic Limit）： 搓条法或液、塑限联合测定仪
（3）土的颗粒级配曲线 ▪ 颗粒级配：指大小土粒的搭配情况，通常用各粒组
的相对含量表示。
▪ 颗粒级配曲线：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（取对数坐标）。
试验结果表述：
不均匀系数
Cu d60 d10
Cu越大，曲线越平缓，粒径分布越不均匀。
曲线特征
曲线平缓，粒径不均匀，级配好； 曲线陡，粒径均匀，级配不好。
1. 砂土的密实程度
同一种土，可以用孔隙比e来判定土的密实程度
不同的土不可以用孔隙比来判定，而要用相对 密度来判定
相对密实度
Dr
emax e emax emin
最大孔隙比用漏斗法来测定
emaxs d min1最小孔隙比用振动锤击法来测定
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 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。
1.土粒颗粒级配（粒度） a.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。
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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。
0.005 10
0.001
0.10 090 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）
（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）
(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
从右图可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
§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
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： 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
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： 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）
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。
§1.2 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）
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：
§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
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：