1.3土的物理状态指标及工程分类
土力学与基础工程-第二章
1
2
无粘性土的密实度
无粘性土的密实度指的是碎石土和砂土的疏密程度。 密实的无粘性土由于压缩性小，抗剪强度高，承载力大，可作为建筑物的良好地基。但如处于疏松状态，尤其是细砂和粉砂，其承载力就有可能很低，因为疏松的单粒结构是不稳定的，在外力作用下很容易产生变形，且强度也低，很难作天然地基。 密实度的评价方法有三种： 室内测试孔隙比确定相对密实度的方法 利用标准贯入试验等原位测试方法 野外观测方法 （用于碎石土）
1.2 土的物理性质指标－天然密度
土的含水量：土中水的质量与土粒质量之比，一般用w表示，以百分数计，即：
01
含水量反映土中水的含量多少，其变化范围很大。土的含水量对粘性土、粉土的影响较大，对砂土稍有影响，对碎石土没有影响。一般说来，同一类土，当其含水量增大时，强度就降低。试验室内一般用“烘干法”确定。
土中水
自由水
结合水
强结合水
弱结合水
重力水
毛细水
结合水：受电分子吸引力作用吸附于土粒表面的土中水。
自由水：存在于土粒表面电场影响范围以外的土中水。
结晶水
结晶水：土粒矿物内部的水。
土中水和气
弱结合水
2.2.2 土中水和气
强结合水-具有极大的粘滞度、弹性和抗剪强度、不能传递静水压力。性质跟固体相似。 自由水-可以传递静水压力 、能溶解盐类。
颗粒堆积物
土： 狭义：土是指岩石风化后的产物，即指覆盖在地表上碎散的、没有胶结或胶结很弱的颗粒堆积物。 广义：土则是将整体岩石也视为土
岩石
地球
地球
搬运、沉积
1 土的形成
1.1 土的形成与组成
构成土骨架，起决定作用1.1 土的形成与组成 Nhomakorabea气相
01.注册岩土--土力学重点知识笔记整理 -第一章
第一章土的物理性质和工程分类1.1 土的形成1、工程上遇到的大多数土都是在第四纪地质历史时期内所形成的。
第四纪地质年代的土又可划分为更新世、全新世两类。
其中第四纪全新世（Q4）中晚期沉积的土，亦即在人类文化期以来所沉积的土称为新近代沉积土，一般为欠固结土（未完全固结的土，会有持续的沉降），强度较低。
表1 土的生成年代2、土的分类：第四纪土由于其搬运和堆积方式不同，又可分为残积土（通常为粗粒土）、运积土（通常为细粒土）两大类；3、残积土：残积土是指母岩表层经风化作用破碎成为岩屑或细小矿物颗粒后未经搬运，残留在原地的堆积物。
他的特征是颗粒粗细不均、表面粗糙、多棱角、无层理。
4、运积土：是指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。
其特点是颗粒经过滚动和相互摩擦，颗粒因摩擦作用而变圆滑，具有一定的浑圆度。
5、根据搬运的动力不同，运积土又可分为如下几类：坡积土、洪积土、冲积土、湖泊沼泽沉积土、海相沉积土、冰碛土、风积土。
6、风化作用包括：物理风化（原生矿物）、化学风化（次生矿物）、生物风化。
7、物理风化：岩石和土的粗颗粒受机械破坏积各自气候因素影响的作用，产生的矿物称为原生矿物（土颗粒/土块的大小发生变化，成分未发生变化）。
8、化学风化：岩石和土受环境作用而改变其矿物的化学成分，形成新的矿物，也称次生矿物。
9、土的主要特点：碎散性、三相性、自然变形性（性质复杂、不均匀、各向异性且随时间变化）。
1.2土的三相组成1、土颗粒骨架构成的三要素：颗粒级配、矿物成分、颗粒的形状和比表面积。
2、土的粒组分类：表1-2土的粒组分类备注：1、摘自水利行业标准《土工试验规程》（SL237-1999）2、属于粒径范围指该范围粒径占总颗粒50%以上；3、粒径级配分析方法：主要有：筛分法、水分法（比重计法）。
粗粒组应采用筛分法，细粒组应采用水分法；4、级配曲线：d10--有效粒径、d30--用于描述级配曲线的特征粒径、d50--平均粒径、d60--控制粒径（或限制粒径）；5、不均匀系数Cu：Cu=d60/d10，（表征土颗粒的均匀性）（1）Cu=d60/d10，Cu越大、d60与d10的差距越大→土体越不均匀、级配曲线越平缓→故一般级配良好的土要求Cu≤5；→Cu≥5的土称为不均匀土，反之称为均匀土。
土力学--物理性质及分类
固相 + 液相 + 气相
构成土骨架，起决定作用
重要影响
次要作用
6
一. 固体颗粒
粒径级配
矿物成分
颗粒形状
物理状态 力学特性
7
1. 粒径级配
颗粒大小 影响土性 的主因
各粒径成分 在土中占的 比例 狭义的粒径级配
8
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
(mm)
细粒
29
砂土
土的名称 砾砂 粒组含量 粒径大于2mm的颗粒 占全质量25 - 50% 粒径大于0.5mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.25mm的颗 粒超过全质量50% 粒径大于0.075mm的 颗粒超过全质量85% 粒径大于0.075mm的颗 粒超过全质量50%
粗砂
中砂 细砂
粉砂
30
粉土
粒径大于0.075mm的颗粒 含量小于全质量50%而塑 性指数Ip≤10的土
塑性指数Ip>10的土 10<Ip≤17的土 Ip>17的土 粉质粘土 粘土
粘性土
非活性粘土 A < 0.75 A = 075 – 1.25 正常粘土 活性粘土 A > 1.25
31
土的压实性
压实：指通过夯打、振动、碾压等，使土体变得密 实、以提高土的强度、减小土的压缩性和渗透性
压实性：指土在一定压实能量作用下密度增长的特性
wdNn E 607.5KN m / m 3 V
测定击实后的ω、ρ，算定ρd
• 试验方法 对ω=cosnst的土；分三层压实；
• 注意：仅适用于细粒土；对粗粒土，可用较大尺 寸的击实仪
土的物理性质指标与工程分类
土的物理性质指标与工程分类土壤是地球上生物生存和人类农业生产的重要基础，具有多种物理性质指标和工程分类。
下面将对这些指标和分类进行详细阐述。
土壤的物理性质指标主要包括质地、结构、孔隙度、密实度、比表面积、水分性质等。
首先是土壤的质地。
质地是指土壤中各种粒子的组成比例，一般包括沙、粉砂、粉砂、粉土和黏土等颗粒。
不同质地的土壤具有不同的通透性、保水性和保肥性。
其次是土壤的结构。
结构是指土壤中颗粒之间的排列和连接方式。
常见的土壤结构包括团聚体结构、块状结构和砂状结构等。
结构良好的土壤通透性强、保水性好，便于根系伸展和气体交换。
孔隙度是土壤中的空隙占总体积的比例。
孔隙度分为总孔隙度、毛管孔隙度和大隙隙度等不同类型。
孔隙度决定了土壤的通气性、透水性和保水性。
密实度是指土壤颗粒的紧密程度，也称为容重。
密实度通常以湿容比和干容比来表示。
密实度影响土壤的通透性、保水性和根系的适宜生长。
比表面积是指单位质量土壤颗粒的表面积。
比表面积的大小影响土壤负离子交换、吸附性能和微生物活动。
水分性质是指土壤的保水性和透水性。
土壤的含水量、毛细管水持力和渗透速率等指标可以衡量土壤的保水性和透水性，影响土壤的水分循环和水分利用效率。
土壤的工程分类主要包括黏性土、砂性土和淤泥土等。
黏性土是一类具有较高黏性和可塑性的土壤，例如粘土和壤土等。
黏性土常见于河流沉积物、湖沼底质和一些盆地地区，其工程性质主要取决于水分含量和结构。
砂性土是一类颗粒较大、容重较低的土壤，例如砂和砾石等。
砂性土主要存在于河床、滩涂和海岸线等地区，其工程性质主要取决于孔隙度和排水性。
淤泥土是一类富含有机质的细粒土壤，例如湖泊和河口地区的泥沙沉积物。
淤泥土的工程性质主要受到有机质含量、液限和塑限等因素的影响。
此外，还有其他一些土壤工程分类，如粉砂土、粉土和黏土等，它们具有不同的物理性质和工程应用特点。
总之，土壤的物理性质指标和工程分类是研究土壤科学和应用工程中的重要内容。
地基基础土的物理性质及工程分类
单粒结构：粗颗粒土
蜂窝结构：细颗粒土（d=0.002~0.02mm)
絮状结构：海积粘土(d<0.005mm)
单粒结构
蜂窝结构
絮状结构
土的构造：
土体中各结构单元之间的关系。
分散构造 层理构造
裂隙构造
1.2 土的物理性质指标
三相图（体积-质量关系） 基本指标（3个）
粉土：粒径d>0.075mm的颗粒 含量不超过全重的50％，且塑 性指数≤10的土。
粘性土：塑性指数大于10的土。
人工填土：由人类活动堆填形 成的各类土。
根据其组成和成因分为四类：
素填土：由碎石土、砂土、粉土、粘性 土等组成的填土。 压实填土：经过压实或夯实的素填土。
杂填土：含有建筑垃圾、工业废料、 生活垃圾等杂物的填土。 冲填土：由水力冲填泥砂形成的填土。
生物风化：动植物和人类活动对岩体的 破坏作用。
土的特点
多相（固、液、气三相组成） 多孔（属非连续介质） 松散（密实度可以发生变化）
区域性（软土、黄土、膨胀土、红粘土等）
压缩性大，压缩变形历时长 强度低 透水性大
土的工程性质
物理性质 水理性质 变形性质 强度性质 化学性质
研究土性的基本方法
室内试验 原位测试 工程经验 理论分析
毛细水：位于地下水位以上，受水气界面表面张力作 用而上升。 重力水：位于地下水位以下，在自重及外力作用下可流动。
另：气态水或固态水
毛细水示意图：
土中气（气相）
非封闭气体：也称自由气体，与大气连通。
封闭气体：
对土工程性质的影响：
1、渗透性减小； 2、弹性增大；压缩性增大； 3、变形历时增加。
土力学与地基基础第一章解析
气相——空气。 ，统
1.2.1 土的固体颗粒
土的固体颗粒即为土的固相。矿物颗粒是岩石经风化 作用后形成的碎粒，粗大的土粒呈块状或粒状，细小的土 粒呈片状或粉状。土粒的大小、形状、矿物成分以及大小 搭配情况对土的物理力学情况有明显影响。 1、粒组的划分
土颗粒的大小通常用粒径表示，工程上将各种不同的 土粒按其粒径范围划分为若干粒组。 表1.1根据界限粒径200mm、20mm、2mm、0.075mm、 0.005mm把土粒分为六大粒组：漂石（块石）、卵石（碎 石）、圆粒（角粒）、砂粒、粉粒和粘粒。
(2)弱结合水 弱结合水是指强结合水以外，电场作用范围以内 的的水。也受到颗粒表面电荷所吸引成定向排列于颗 粒四周，但是电场作用力随着与颗粒距离增大而减弱。 特性： 弱结合水可以从一个土粒的周围转移到另一个 土粒的周围，弱结合水可以发生变形，但不因为重力 作用而流动。弱结合水的存在是粘性土在某一含水量 范围内表现出可塑性的根本原因。 2 、自由水 自由水是指结合水膜之外的水，其性质和普通水 相同。可以分为毛细水和重力水两类。 水冻结
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
(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。
《土力学》重点、难点及主要知识点
《土力学》重点、难点及主要知识点一、课程重点、难点1、土的物理性质及工程分类1.1概述、1.2土的组成、1.3土的三相比例指标、1.4无粘性土的密实度、1.5粘性土的物理性质、1.6土的击实性、1.7土的工程分类。
掌握重点：土的物理性质指标、无粘性土和粘性土的物理性质、土的击实性、土的工程分类原则难点：土的物理状态。
2、土的渗透性与渗流2.1概述、2.2土的渗透性、2.3土中二维渗流及流网简介、2.4渗透力与渗透破坏掌握重点：土的渗透规律、二维渗流及流网、渗透力与渗透破坏难点：土的渗透变形。
3、土的压缩性和固结理论3.1土的压缩特性、3.2土的固结状态、3.3有效应力原理、3.4太沙基一维固结理论。
掌握重点：土的压缩性，有效应力原理难点：有效应力原理、一维固结理论4、土中应力和地基沉降计算4.1地基中的自重应力、4.2地基中的附加应力、4.3常用沉降计算方法、4.4地基沉降随时间变化规律的分析掌握重点：地基自重应力及附加应力的计算方法、不同变形阶段应力历史的沉降计算方法、地基最终沉降量计算方法、地基沉降随时间变化规律。
难点：角点法计算附加应力，分层总和法计算地基沉降量。
5、土的抗剪强度5.1土的抗剪强度理论和极限平衡条件、5.2土的剪切试验、5.3三轴压缩试验中孔隙压力系数、5.4饱和粘性土的抗剪强度、5.5应力路径在强度问题中的应用、5.6无粘性土的抗剪强度掌握重点：库仑定律的物理意义、极限平衡条件式、直剪试验测定土的抗剪强度指标、不同排水条件下测定土的抗剪强度指标的方法、剪切试验的其它方法、剪切试验方法的选用、砂土的振动液化、应力路径的概念难点：极度限平衡条件式、抗剪强度指标的选用、应力路径6、土压力6.1土压力类型和静止土压力计算、6.2朗肯土压力理论、6.3库仑土压力理论、6.4几种常见情况下土压力计算。
掌握重点：静止土压力、主动土压力、被动土压力的形成条件、朗肯和库伦土压力理论难点：有超载、成层土、有地下水情况的土压力计算7、地基极限承载力7.1地基变形和破坏类型、7.2地基的临塑荷载及临界荷载、7.3地基承载力的确定掌握重点：握地基承载力确定方法、地基变形和破坏的类型、地基临塑荷载及临界荷载确定地基承载力、根据试验方法确定地基承载力。
土力学-1.土的物理性质及工程分类-1.3 土的三相比例指标
完全被水充满时的土的密度
学
资
土粒
sat
ms
Vv
V
环浮密度ρ ：土单位体积内土 安 粒质量与同体积水的质量之差
学
院
ms Vs
V
干密度ρd ：单位体积中固
体颗粒部分的质量
d
ms V
土的三相比例指标中的质量密度指标共有4个，土的密度
土 ρ，饱和密度ρsat，干密度ρd，浮密度ρ (kg/m3),相应的重 力 度指标也有4个，土的重度，饱和重度sat，干重度d，浮 学 重度 (kN/m3)
m ms
g
100 % 187 167 11.98% 167
1.87 10 18.7kN / m3 d
m 187 1.87g / cm3
V 100
d
g
167 100
10
16.7kN
/
m3
e Gs (1 ) 1 2.66(1 0.1198 ) 1 0.593
院
e Gs w 1 Gs (1 ) w 1
d
土
sat
ms
VV w
V
(Gs e)w
1 e
d
ms V
Gs w
1 e
1
n VV e V 1e
力 学
sat
(Gs 1)w
1 e
Sr
Vw VV
mw
VV W
Gs
e
南 五、例题分析
土的物理性质及工程分类2
分类原则：
1.分类要简明，既要能综合反映土的主要工程性质，又要 测定方法简单，使用方便 2.土的分类体系所采用的指标要在一定程度上反映不同类 工程用土的不同特性
二、分类体系与方法 分类体系：
1.工程材料系统分类体系 侧重把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基 工程。研究对象为扰动土，例如：《土的分类标准》 (GBJ145-90)工程用土的分类和《公路土工试验规程》 (JTJ051-93)土的工程分类 2.建筑工程系统分类体系 侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土， 例如：《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)地 基土分类方法
密实
中密
稍密
松散
优点：简单方便 缺点：无法反映土的级配因素
（2）相对密度Dr 定义：
Dr
emax e ( d min ) d max d emax emin ( d max d min ) d
优点：计入土的级配因素，理论上比较 完善。 缺点：天然孔隙比难以获取，且emax,emin 的测定受人为的影响较大。
d d max
Dc 值越接近1，则表示对压实质量要求越高。对高速公 路主要受力层，要求Dc 值达0.95；对I、II级土石坝，Dc 值 应达0.950.98。
理论饱和曲线
Vw wG s w Sr Vv e e
w s
定义：土处于饱和状态下的干密度ρd与含水量w的关系 曲线。由Sr = 100%，e = wGs，可得理论饱和曲线方 程为：
ms 167 g 1.8710 18.7kN / m3
m 187 1.87 g / cm 3 V 100
167 d d g 10 16.7kN / m3 100 G (1 ) 2.66(1 0.1198 ) e s 1 1 0.593 1.87 Gs 0.1198 2.66 Sr 53.7% sat w 20.4 10 10.4kN / m3
土的物理状态及工程分类击实性
土的密实度指单位体积土中固体颗粒的含量。根据土 颗粒含量的多少，天然状态下的砂、碎石等处于从紧密 到松散的不同物理状态。无粘性土的密实度对其工程性 质影响很大。
1.孔隙比e
孔隙比e可以用来表示砂土的密实度。孔隙比愈大，土 愈松散。
2.相对密实度Dr
砂土在最松 散状态时的 孔隙比
又由于粒径大于2mm的占总土质量的33%,满足粒径大 于2mm占总土质量25%～50%的要求,故此土应命名为 砾土 B土:粒径大于2mm的没有,粒径大于0.075mm占总土质量 的52%,属于砂土。按砂土分类表分类,此土应命名为粉砂
C土:粒径大于2mm的占总土质量的67%,粒径大于20mm 的占总土质量的13%,按碎石土分类表可得,该土应命名 为圆砾或角砾
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理隙的岩体称为岩石， 坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩 较软岩
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
frk＞60 30＜frk≤60 15＜frk≤30
5＜frk≤15
frk≤5
b.碎石土的分类
粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石土
碎石土的分类
土的名称
颗粒形状
颗粒级配
漂石 块石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗粒 含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
c.细粒土的分类
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
土力学-土的物理性质及工程分类
各类土的生成条件不同，其工程特性往往相差悬殊。 1、 搬运、沉积条件 通常流水搬运沉积的土优于风力搬运沉积的土； 2、 沉积年代 通常土的沉积年代越长，土的工程性质越好。 3、 沉积的自然地理环境 我国地域辽阔，地形高低、气候冷热、雨量多少各地相差悬殊
，自然地理环境不同所生成的土的工程性质差异也很大。
粘粒
0.005mm≤粒径d
通常粗粒土的压缩性低、强度高、渗透性大、工程性质好。
土力学
§土2的.2物理土性的质三及相工组程分成类
§2.2.1 土的固体颗粒
3、土的粒径级配 自然界里的天然土，很少是一个粒组的土，往往由多个粒组混 合而成。土的颗粒有粗有细，土中土粒的大小及其组成,工程中常 用土中各粒组的相对含量占总质量的百分数来表示，称为土的粒径 级配。 粒径级配是决定无粘性土工程性质的主要因素，以此作为土的 分类定名的标准。
d3 0 2
cc
d1 0 d6 0
(2.2)
一般按经验把Cu≤5的土看作是均粒土，属级配不良；Cu>10的 土属级配良好。此外，要满足级配良好的要求，除土粒大小必须不 均匀外，还要求符合Cc=1～3的条件。否则土粒大小不连续，出现 缺粒段，仍不能称为级配良好。
工程上同时满足Cu>5且Cc=1～3的土为级配良好的土。
分散构造的工程性质最好； 结核状构造工程性质的好坏取决于细粒土部分； 裂隙状构造中，裂隙破坏了土的整体性，使强度降低，渗透性 增大，工程性质差。
土力学
§土2的.1物理土性的质生及成工与程分特类性
§2.1.3 土的工程特性
土与其它连续介质的建材相比，具有下列三个显著的工程特性： 1、 压缩性高
反映材料压缩性高低的指标弹性模量（土称变形模量）。
1.土力学基础-土的组成
表1 粒组的划分
1.1.2土中水(water in soil)
土中水可有不同的形态，如固态的冰、气态的水蒸汽、液态的 水，还有矿物颗粒晶格中的结晶水，这些都属于土中水。对 土的性质影响最大的是液态水，尤其是粘性土，它所含的液 态水对其性质影响最大。 液态水主要有结合水和自由水二种形式 1.结合水:解释结合水膜的概念 包括强结合水和弱结合水： 强结合水(strong bound water) (吸着水：absorbed water): 紧靠土粒表面，受到吸引力最大，约1000个大气压，厚度＜ 0.003μ m (1μ m=10-3mm)大约几个水分子层厚， 特性：显示固体的性质，极大的粘滞性、弹性和抗剪强度，不 传递静水压力。冰点很低，00C不冻结，1000C不蒸发，不能 溶解盐类； 粘土只含有强结合水时显示固体坚硬状态；砂土的强结合水含 量极少,仅含强结合水的砂土呈散粒状态；
2.天然含水量w (natural moisture content式： 常见值：砂土：0～40%；粘性土：(20～60)% 土体含水量愈大，则压缩性愈高，强度愈低。 测定方法： 烘箱烘干法（适合于粘性土、粉土、砂土） 取代表性试样15～20g放入铅盒，并用天平称重，然后放入烘箱内，控 制105℃-110℃，加温至恒重（使结合水蒸发），再称干土重。 （湿土＋盒重）－（干土＋盒重）＝水重（mw） （干土＋盒重）－ 盒重 ＝干土重（ms） .酒精燃烧法（工地上没有烘箱，而又急于了解土的含水量时，用此 法） 试样入盒称重，而后倒入酒精，点燃，几分钟后熄灭，用针 将试样调拌均匀，重复3次，可认为土中水全部挥发，求 解mw , ms 及w .铁锅炒干法，适用于卵石或砂夹卵石，取代表发试样3～5kg，称重 后倒入铁锅中干炒，直到不冒气为止，再称重，计算mW , ms 及 w，原理直观。
{教育管理}三土的物理性质及工程分类 品质
{教育管理}三土的物理性质及工程分类土的三相比例指标一.土的三相草图在上述变量中m=0，独立的量有V s、V w、V a、m w和m s五个。
1acm3水的质量通常等于1g，故在数值上V w=m w。
当研究这些量的相对比例关系时，总是取某一定数量的土体来分析，例如，取V=1cm3，或m=1g，或V=1cm3等，因此又可以消去一个s未知量。
这样，对于一定数量的三相土体，只要知道其中三个独立的量，其他各个量就可从图中直接换算得到。
三相草图是土力学中用以计算三相量比例关系的一种简单而又很实用的工具。
V m =ρ1.土的密度密度：单位体积土的质量。
Mg/m 3,g/cm 3粘性土ρ=1.8～2.0g/cm 3砂土ρ=1.6～2.0g/cm 3腐殖土ρ=1.5～1.7g/cm 3测定方法：一般用“环刀法”，用一个圆环刀（刀刃向下）放在削平的原状土样面上，徐徐削去环刀外围的土，边削边压，使保持天然状态的土样压满环刀内，称得环刀内土样的质量，求得它与环刀容积之比值即为其密度。
g V mg V G ⋅===ργ 2.土的重度重度:单位体积土的重量，是重力的函数。
kN/m 3G 为土的重量，g 为重力加速度，工程上为了计算方便，取g =10m/s 2。
11/1w s w s s V m d ρρρ=⋅=3 土粒相对密度（比重）相对密度:土粒密度（单位体积土粒的质量）与4℃时纯水密度之比。
ρw1为4℃时纯水的密度，ρw1=1g/cm 3;ρs 为土粒的密度，即单位体积土粒的质量。
故实用上，土粒相对密度在数值上等于土粒的密度。
测定方法：土粒相对密度或比重可在试验室内用比重瓶法测定。
由于土粒相对密度变化不大,通常可按经验数值选用。
土粒相对密度参考值 粘性土土的名称 砂土 粉土 粉质粘土粘土 土粒相对密度 2.65～2.69 2.70～2.712.72～2.73 2.74～2.76含水量w 是标志土的湿度的一个重要物理指标。
土的物理性质及工程分类
• 矿物成分与母岩不同，称次 生矿物
• 形成十分细微的土颗粒，最 主要为粘性颗粒及可溶盐类
1.1 土的生成
A 风化作用
物理风化 化学风化
生物活动
• 包括植物、动物和人类活 动的作用
• 可加剧物理和化学风化
• 构成土中有机质和营养物 质的生物循环
• 导致腐殖质的形成，改变 土壤的结构
4.颗粒粒度成分的表示方法
4.颗粒粒度成分的表示方法
颗粒分析试验曲线
5.土粒的级配 －级配的概念
• 土的级配： 指土中各粒组的相对含量，用土粒总重的百分数表示
• 正常级配：土的颗粒大小分布是连续的，曲线坡度是渐变 的
• 不连续级配：土中缺乏某些粒径的土粒，曲线出现水平段 • 级配良好：粒径分布曲线形状平缓，土粒大小分布范围广，
１.结 合 水
结合水是指受土颗粒表面电分子引力作用吸附在土颗粒表面的水， 又 分 为 强 结 合 水 和 弱结 合 水 两 种 。
11
• 排列致密、定向性强 • 密度>1g/cm3 • 冰点处于零下几十度 • 具有固体的特性 • 温度高于100°C时可蒸发
强结合水
• 位于强结合水之外，电场引 力作用范围之内
（2）比重计法： 适用于粒径小于0.075mm的土。
（3）颗粒分析的先进方法－激光颗分
4.颗粒粒度成分的表示方法
• （1）颗粒级配曲线法
• 试验结果可绘制在半对数纸上 • 纵坐标：小于某粒径的土粒含量（累积百分含量） • 横坐标：使用对数尺度表示土的粒径，可以把粒径相差上千倍的
粗粒都表示出来，尤其能把占总重量少，但对土的性质可能有重 要影响的颗粒部分清楚地表达出来
• 次生矿物 ：母岩岩屑经化学风化而成。
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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1.3 土的物理状态指标及工程分类
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
影响
粘性土的软硬状态
力学特 性
1.3 土的物理状态指标及工程分类
能力目标
掌握（无）粘性土的物理状态 指标
重点掌握塑性、液性指数计算， 确定土的名称、并判断土的状态
含水量增加，吸附在 颗粒周围的水膜加厚， 土粒周围除强结合水 还有弱结合水。土体 受外力作用可以被捏 成任意形状不破裂， 外力取消后仍然保持
土中除结合水外， 已有相当数量的水 处于电场引力影响 范围以外，成为自 由水。这时土粒之 间被自由水所隔开， 呈流动状态。
土表现为固态或半 既得形状
固态。
1.塑性指数
塑性指数Ip
定义:是液限和塑限的差值(省去%)，表示黏性土处于 可塑状态的含水量变化范围。
表达式: I p L P
说明：塑性指数的大小取决于土颗粒吸附结合水的能
力,即与土中粘粒含量有关。粘粒含量越多,塑性指数 就越大。
1.塑性指数
在工程上常按塑性指数对黏性土进行分类，《建 筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)规定，黏性土
粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑性
指数IP＞10的土称为粘性土，粘性土根据塑性指数细
分为黏土、粉质黏土： 土的名称
塑性指数
黏土
IP＞17
粉质黏土
10＜IP≤17
注：塑性指数由相应于76g圆锥体沉入土
样中深度为10mm测定的液限计算而得
1.3.3 土（岩）的工程分类
f.人工填土的分类 由于人类活动而形成的堆积物称为人工填土。物质成
1
2
4
St 越大
3.黏性土的灵敏度和触变性
土的触变性： 定义:黏性土结构遭到破坏强度降低，但随着时间发展 土体强度又随时间恢复。
1.3.3 土（岩）的工程分类
建筑工程系统分类体系
侧重把土作为建筑地基和环境，研究对象为原状土，目 前我国《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)将建 筑地基的岩土分为六大类：
frk＞60 30＜frk≤60 15＜frk≤30 5＜frk≤15
frk≤5
1.3.3 土（岩）的工程分类
岩体的完整程度划分： 岩石坚硬程度划分
完整程度等 级
完整 较完整 较破碎 破碎 极破碎
完整性指数
>0.75
0.75~ 0.55
0.55~ 0.35
0.35~ 0.15
<0.15
1.3.3 土（岩）的工程分类
了解地基土的工程分类
1.3 土的物理状态指标及工程分类
密实度
软硬程度 粘性土 （稠度）
土的物理 状态指标
无粘 性土
1.3 土的物理状态指标及工程分类
1.3.1 1.3.2 1.3.3
无粘性土的密实度 粘性土的物理状态指标 土的工程分类
1.3.1 无粘性土的密实度
无粘性土的密实度
碎石土 砂土
定义: 单位体积中固体颗粒的含量。 特点: 1.土颗粒含量多，土就密实；
为塑性指数Ip大于10的土，可按下表分为黏土、粉质
黏土：
黏性土的分类
塑性指数Ip 10<Ip ≦17
Ip > 17
土的名称 粉质黏土
黏土
2.液性指数
液性指数IL
定义:是粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数
之比。 表达式:
IL
P
IP
说明：液性指数表征土的天然含水量与界限含水量间
的相对关系。当IL≤0时,ω≤ωP,土处于坚硬状态;当 IL＞1时,ω＞ωL,土处于流动状态。
2.液性指数
根据IL值可以直接判定土的软硬状态，《建筑地
基基础设计规范》(GB50007-2011)规定，黏性土根据 液性指数数值，划分为坚硬、硬塑、可塑、软塑及流 塑五种软硬状态：
黏性土的状态
状态 坚硬 硬塑
可塑
软塑 流塑
液性指数 IL≤0 0＜IL≤0.25 0.25＜IL≤0.75 0.75＜IL≤1 IL＞1
根据Dr 值，可以把砂土的密实状态分为下列三种： 松散 中密 密实 Dr
0 0.33 0.67 1.0
1.3.1.2 相对密实度Dr
理论
现场取样 困难
试验
1.3.1.3 标准贯入锤击数N
天然砂土的密实度，可根据原位标准贯入试验的锤击
数N 进行评定。这种方法避免了在现场难以取得砂土原
状土样的问题，因而在实际中被广泛使用。
0 缩限ωs 塑限ωP
液限ωL
ω
固态 半固态 可塑状态 流动状态
黏性土由某一种状态过渡到另一状态的分界含水量称为 界限含水量，即土的稠度界限。
1.3.2.1 黏性土的界限含水量
流动
可塑
状态
固态或
状态
半固态
当含水量继续增加，
土中含水量很低时， 水都被颗粒表面的 电荷紧紧吸着于颗 粒表面，成为强结 合水。强结合水的 性质接近于固态，
1.3.3 土（岩）的工程分类
a.岩石的分类
颗粒间牢固粘结,呈整体或具有节理、裂隙的岩体称 为岩石。岩石的工程分类主要是依据岩体的工程性状， 包括岩石的坚硬程度和岩体的完整程度。
坚硬程度可根据岩块的饱和单轴抗压强度frk分类：
岩石坚硬程度划分
坚硬程度类别 坚硬岩 较硬岩
较软岩
软岩 极软岩
饱和单轴抗压 强度frk(Mpa)
优点：简单方便
缺点：不能反映级配的影响；原状砂样不宜从 现场获得，孔隙比测定比较困难。
1.3.1.2 相对密实度Dr
砂土在最松散状 态时的孔隙比
砂土在天然状 态下孔隙比
Dr
emax e emax emin
砂土在最密实 状态时的孔隙 比
1.3.1.2 相对密实度Dr
当Dr=0时， e=emax，表示土处于最疏松状态; 当Dr=1.0时，e=emin ，表示土体处于最密实状态
粗砂
粒径大于0.5mm的颗粒含量超过全重50％
中砂
粒径大于0.25mm的颗粒含量超过全重50％
细砂
粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重85％
粉砂
粒径大于0.075mm的颗粒含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
1.3.3 土（岩）的工程分类
d.粉土的分类
粒径大于0.075mm的颗粒含量不超过全重50%，塑 性指数IP≤10的土称为粉土。 e.粘性土的分类
粒径大于2mm的颗粒 含量超过全重50％
注：定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定
1.3.3 土（岩）的工程分类
c.砂土的分类
粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%的土，且粒径 大于0.075mm的颗粒含量超过全重50%的土称为砂土。
砂土的分类
土的名称
颗粒级配
砾砂
粒径大于2mm的颗粒含量占全重25％～50％
b.碎石土的分类 粒径大于2mm的颗粒含量超过全重50%的土称为碎石
土。
碎石土的分类
土的名称
颗粒形状
颗粒级配
漂石 块石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于200mm的颗 粒含量超过全重50％
卵石 碎石
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
粒径大于20mm的颗 粒含量超过全重50％
圆砾 角砾
圆形及亚圆形为主 棱角形为主
分较杂乱,均匀性较差，根据其物质组成和成因,可分为 素填土、压实填土、杂填土和冲填土 。
作业
一、简答题：6. 二、计算题：1、5
例题分析
【例】薄壁取样器某土的天然含水量为ω=36%,塑性
ωP =24%,液限ωL=42%，判别土的软硬程度和土的类 别。
【解答】
土的塑性指数： I P W L W P 42 24 1817
则该土为黏土。
土的液性ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数：
I
L
W
W IP
P
36 24 18
0.667
0.25<IL ≦0.75,该黏土处于可塑状
态。
3.黏性土的灵敏度和触变性
土的灵敏度：
定义:原状土的强度与同一土经重塑（指在含水量不变 的条件下使土的结构彻底破坏）后的强度之比。
S q q 表达式:
'
/
t
u
u
灵敏度反映了由于重塑而破坏了土的结构时，土的强 度降低的程度，是反映黏性土结构性强弱的特征指标。
3.黏性土的灵敏度和触变性
低灵敏 中灵敏 高灵敏 St
密实度
N≦10 10<N≦15 15<N≦30
N≧30
松散
稍密 中密 密实
1.3.2 黏性土的物理状态指标
黏性土的物理状态指标
1.3.2.1
黏性土的
界限含水 量
1.3.2.2
黏性土的塑性 指数和液性指 数
1.3.2.3
黏性土的灵敏 度和触变性
1.3.2.1 黏性土的界限含水量
稠度是反映黏性土处于不同含水量时的软硬程度,是 黏性土最主要的物理状态特征。
锤击数
63.5kg
76cm
30cm
1.3.1.3 标准贯入锤击数N
1.3.1.3 标准贯入锤击数N
1.3.1.3 标准贯入锤击数N
《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011) 根 据标准贯入试验的锤击数N，将砂土分为松散、 稍密、中密及密实四种密实度：
砂土密实度的划分
标准贯入试验锤击数N
2.土颗粒含量少，土就疏松； 在工程上把密实度作为评定无粘性土地基承载力的依据。